[发明专利]有限个平行一级反应成烃动力学模型参数的标定方法

说明书

技术领域

本发明属于油气资源评价技术领域，涉及对有机质成烃动力学参数的描述，是建立在成烃动力学原理的基础之上用以描述有机质成烃化学反应过程的一种技术。

背景技术

上个世纪九十年代之前国内外就开始探索对有机质成烃动力学模型的建立和参数的优化求取。研究一个成烃动力学特征时，首先面临的是化学动力学原理的选择问题。目前也已提出的反应动力学模型有：(1)总包反应模型，包括总包一级和总包非一级反应两类亚型；(2)串联反应(假定随着反应的进程，动力学参数将发生变化，实际操作中则假设反应进行到某一程度时动力学参数发生变化)，包括串联一级反应和串联非一级反应；(3)平行一级反应，包括无限个平行一级反应和有限个平行一级反应，依据其每一个反应对应的指前因子相同与否，分为相同指前因子和不同指前因子两亚类；(4)以串联反应为主线，以平行反应为辅的模型。

对于平行一级反应，根据反应个数可以分为无限个平行反应和有限个平行反应，其中根据所采用平行反应方程中频率因子是否相同又分为具有一个相同频率因子(A)的平行反应和具有不同频率因子的平行反应。原则上讲，所设定的平行反应的数目越多，就越有可能接近有机质的真实成烃过程。但平行反应数目越多，模型标定起来的计算量越大。因为对每一平行反应过程都有三个待定参数(活化能E_i、指前因子A_i和相应的反应量X_i0)。对此，国外学者则假定平行反应的活化能服从某种函数形式的分布，而所有平行反应的指前因子相同(以Burnham为代表)或者与活化能有一定函数关系(以Behar等IFP研究人员为代表)或者所有平行反应的指前因子各不相同。根据活化能分布函数形式可分为服从离散(Discrete)分布、正态(Gaussian)分布、韦布(Weibull)分布、二项(Binomial)分布、伽马(Gamma)分布的动力学模型，其中前三种分布模型研究和应用居多，而这三种分布模型中离散分布模型在目前研究和应用的最多。

考虑到沉积有机质来源、组成、结构、键型构成的极其复杂性，总包反应和分段总包反应(串联反应)模型都难以近似反映其成烃动力学过程的实质。比较而言，平行反应模型(不同程度的加上连串反应过程)应该能够较为客观的反映其成烃过程的动力学本质。尽管这一过程极其复杂，使人们目前(或许永远)还不能将它分解成基元反应来考察其成烃历程，成烃机理及建立反映其实质的各基元反应的动力学方程式，但平行反应(加有限个连串反应)模型毕竟是目前所能做到的最为近似的选择。

Tissot等(1975，1978)最初提出这种平行反应模型时，相邻平行反应之间的活化能间隔高达10×4.187kJ/mol。从动力学的观点来看，由于化学反应速率对活化能取值大小的变化极为敏感，因此，10×4.187kJ/mol这样大的间隔显然不能近似反映干酪根中的键型组成，从而不能被用于近似描述有机质的成烃过程。这也是Tissot等人的模型自提出以来，未能得到广泛应用的重要原因之一。

在本发明中，根据上述分析，结合试算结果，选择了较小的平行反应的活化能间隔。平行反应的活化能分布范围也是根据试算结果逐步缩小确定的。这样标定的动力学参数标定计算较为简便，更适合描述有机质的成烃过程。

发明内容

本发明的目的是：提供有限个平行一级反应成烃动力学模型参数的标定方法。利用该方法可以实现对有机质成烃动力学特征定量、动态的描述。

本发明采用的技术方案是：有限个平行一级反应成烃动力学模型参数的标定方法，首先，建立成烃的化学动力学模型，成烃的化学动力学模型包括干酪根成油的化学动力学模型、干酪根成气的化学动力学模型和油裂解成气的化学动力学模型；然后，将观测参数或实验参数输入到建立好的成烃的化学动力学模型，对成烃的化学动力学模型进行标定；其次，采用构造目标函数和惩罚函数优化求取近似精确解，实现对有机质成烃过程的动力学描述；最后，标定后的成烃的化学动力学模型，应用到探区的有机质成烃史的定量、动态评价。

具体步骤包括：模型的建立，实验参数或观测资料的获取，动力学参数的标定。

一、模型的建立

A、干酪根成油的化学动力学模型