1.一种二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法,其特征在于,包括如下步骤:S10:利用封存模拟实验系统开展二氧化碳矿化过程监测实验,将二氧化碳水合物注入矿化封存层,注入时可对二氧化碳注入的温度、流速、流量及浓度进行控制,利用超声相控阵、声发射监测矿化封存过程,在监测井对矿化后二氧化碳浓度、流速及流量进行监测,显示二氧化碳浓度、流速较低时,则视为一次完整的矿化反应基本结束,将矿化后产物取样分析获得矿化效果;
S20:对二氧化碳注入的温度、流速、流量及浓度可控注入参数、超声相控阵相关参数、声发射相关参数及矿化后二氧化碳浓度、流速及流量基本监测参数先去除环境噪声,然后利用主成分分析,将所有基本监测参数提取成综合监测指标,以去除不重要的特征,减少分析维度便于评价模型的建立;其中,将所有基本监测参数提取成综合监测指标包括如下步骤:设基本监测参数Dv=(X、Yi、Zj、K):二氧化碳水合物的注入压力、流速等可控注入参数X =(x1,x2,x3,x4):二氧化碳注入浓度x1、温度,x2、流速x3及压力x4,其他若干基本监测参数:超声相控相关参数Yi=(i=1,2,3…m)、声发射相关参数Zj=(j=1,2,3…n)、矿化过程二氧化碳浓度、流速及流量参数K =(k1,k2,k3),每个参数包含q个样本,其中, ,
则Dv=(X、Yi、Zj、K)作线性组合为:
其中,选取累计贡献率达85%~95%的特征根对应的主成分为综合监测指标F=(f1,f2,f3,…,fl);
S30:将矿化结束后产物取样,利用酸度测定仪、盐度检测仪、XRD测试仪和拉曼光谱仪获得酸度、盐度、固碳量、特征产物含量和特征元素含量解析参量,从中选取出矿化质量特征参数进行矿化效果评价等级划分;
S40:基于矿化过程中综合监测指标的变化与矿化质量特征参数之间的关系,利用BP神经网络建立矿化效果监测评价模型,将监测过程中的基本监测参数与矿化效果评价等级相联系,实现由矿化过程的基本监测参数对矿化效果进行实时评价;
其中,利用BP神经网络建立矿化效果监测评价模型包括如下步骤:
S401:对数据进行归一化处理,公式如下:
式中, 为归一化变量;为实际值; 和 分别为变量 的最
大值和最小值;
S402:根据完整矿化过程中综合监测指标 =(f1,f2,f3,…,fl)的变化为输入数据,矿化质量特征参数 ’=( p’1,p’2,p’3,…,p’k)为期望输出数据,确定网络输入层,隐含层和输出层神经元(节点)个数,初始化各层神经元之间的连接权值 、 ,初始化隐含层阈值ζ,输出层阈值ξ,给定学习速率和神经元传递函数;
S403:根据输入向量F,输入层隐含层间连接权值 以及隐含层阈值ζ,计算隐含层输出;
其中,l为隐含层节点数, =‑1,
,f 为隐含层传递函数,采用传递函数为f ;
S404:根据隐含层输出H,连接权值 和阈值ξ,计算BP神经网络的实际输出P;
S405:根据网络实际输出P=(p1,p2,p3,…,pk)和期望输出P’=(p’1,p’2,p’3,…,p’k),计算网络总体误差O,并根据总体误差更新网络连接权值 、 ;
S406:判断误差是否达到要求,若没有返回步骤S403,否则,结束运算;
S50:建立矿化增强调控模型,获得矿化效果评价等级与可控注入参数之间的关系,实现设定目标矿化效果评价等级获得可调节的可控注入参数值,通过过程监测获得矿化效果评价的同时给出增强调控的方案,构建监测‑评价‑调控‑监测‑再评价的动态调控模式,不断给出注入最优解,直到达到目标或矿化反应极限实现矿化反应效果的最优化。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法,其特征在于,在所述步骤S10中,所述利用超声相控阵、声发射监测矿化封存过程包括:
超声相控阵监测时停止注入二氧化碳水合物,其采用周期性主动式监测矿化过程中二氧化碳水合物流动而形成的速度场,声发射被动式监测封存岩层矿化反应全过程中产生裂隙而释放的声发射信号,且对超声相控阵周期性监测进行补充,实现主被动一体的矿化全过程监测。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法,其特征在于,在所述步骤S30中,所述矿化效果评价等级划分包括:利用矿化质量特征参数将矿化效果评价划分为五个等级A、B、C、D、E,分别表示矿化完全、矿化较完全、矿化不完全、矿化微弱、未矿化;其中每个等级的划分应考虑即包含矿化质量的主要特征又与其他等级有较为明显的区分。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法,其特征在于,在所述步骤S50中,建立矿化增强调控模型包括:
以矿化效果评价等级、矿化质量特征参数、综合指标监测参数为输入数据,以二氧化碳水合物的注入浓度、温度、流速及压力的可控注入参数为输出数据,训练BP神经网络,获得矿化效果评价等级与可控注入参数X之间的关系。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法,其特征在于,在步骤S50中,所述增强调控的方案包括:
如果矿化微弱,设定目标矿化效果评价等级;如果矿化较完全,通过矿化增强调控模型,获得目标可控注入参数X结果,通过改变注入参数提高矿化水平,同时可通过敏感性分析获取矿化效果影响最大的参数变量进行选择性调控,或者利用缝网改造设备多次水力压裂扩大裂隙缝网结构面;
如果矿化较完全,选择继续维持注入条件进行矿化反应,或利用矿化增强调控模型调控注入参数增强矿化。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法,其特征在于,所述通过敏感性分析获取矿化效果影响最大的参数变量进行选择性调控包括如下步骤:建立矿化效果评价等级关于矿化质量指标P、综合指标监测参数F、可控注入参数X的BP神经网络模型,选择可控注入参数X中某一参数上调或下调一定范围,得出矿化效果评价等级发生较大变化的参数。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法,其特征在于,在步骤S50中,构建监测‑评价‑调控‑监测‑再评价的动态调控模式包括:
由监测过程中的基本监测参数实时得出矿化效果评价等级,给出增强矿化方案,再继续对矿化过程进行监测,完成矿化效果再评价,整个过程循环进行,不断提高矿化反应水平。
8.一种如权利要求1至权利要求7中任意一项所述的二氧化碳矿化效果监测评价及动态调控增强方法的系统,其特征在于,包括:数据采集单元,配置为用于利用封存模拟实验系统开展二氧化碳矿化过程监测实验,将二氧化碳水合物注入矿化封存层,注入时可对二氧化碳注入的温度、流速、流量及浓度进行控制,利用超声相控阵、声发射监测矿化封存过程,在监测井对矿化后二氧化碳浓度、流速及流量进行监测,显示二氧化碳浓度、流速较低时,则视为一次完整的矿化反应基本结束,将矿化后产物取样分析获得矿化效果;
数据处理单元,配置为用于对二氧化碳注入的温度、流速、流量及浓度可控注入参数、超声相控阵相关参数、声发射相关参数及矿化后二氧化碳浓度、流速及流量基本监测参数先去除环境噪声,然后利用主成分分析,将所有基本监测参数提取成综合监测指标,以去除不重要的特征,减少分析维度便于评价模型的建立;
等级划分单元,配置为用于将矿化结束后产物取样,利用酸度测定仪、盐度检测仪、XRD测试仪和拉曼光谱仪获得酸度、盐度、固碳量、特征产物含量和特征元素含量解析参量,从中选取出矿化质量特征参数进行矿化效果评价等级划分;
矿化评价单元,配置为用于基于矿化过程中综合监测指标的变化与矿化质量特征参数之间的关系,利用BP神经网络建立矿化效果监测评价模型,将监测过程中的基本监测参数与矿化效果评价等级相联系,实现由矿化过程的基本监测参数对矿化效果进行实时评价;
矿化优化单元,配置为用于建立矿化增强调控模型,获得矿化效果评价等级与可控注入参数之间的关系,实现设定目标矿化效果评价等级获得可调节的可控注入参数值,通过过程监测获得矿化效果评价的同时给出增强调控的方案,构建监测‑评价‑调控‑监测‑再评价的动态调控模式,不断给出注入最优解,直到达到目标或矿化反应极限实现矿化反应效果的最优化。