不同溫度和壓強(qiáng)下(CO2+CH4)-(CO2+N2)-(CH4+N2)+H2O界面張力的SVR建模研究.pdf

1、氣液界面張力是自然界中存在的最普遍的力作用，也是熱物理的基礎(chǔ)性質(zhì)，在許多領(lǐng)域和工業(yè)中，都發(fā)揮著重要的影響。尤其在石油工業(yè)的勘探、開采以及加工等方面，界面張力對(duì)毛細(xì)管壓力，相對(duì)滲透率和殘留液體飽和度都有決定性的作用。因此，精確地了解壓強(qiáng)、溫度和氣體組成對(duì)界面張力的影響對(duì)于設(shè)計(jì)和優(yōu)化石油生產(chǎn)工藝和回收過程都非常的重要。然而，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備過于昂貴，實(shí)驗(yàn)流程過于精巧耗時(shí)，導(dǎo)致了在科學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)和工業(yè)應(yīng)用中界面張力數(shù)據(jù)相關(guān)信息很有限。因此本文在已有

2、的實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，利用支持向量回歸方法對(duì)(N2+CO2)+H2O，(CH4+CO2)+H2O和(CH4+N2)+H2O三種非極性氣體水的系統(tǒng)的界面張力進(jìn)行建模研究，主要工作如下：
　　(1)利用支持向量回歸這種基于統(tǒng)計(jì)理論的機(jī)器學(xué)習(xí)方法來研究(CO4+N2)+H2O氣液系統(tǒng)的界面張力，并且所建立的SVR模型（MAPE為0.29%）比現(xiàn)存在LGT半經(jīng)驗(yàn)理論模型（MAPE為1.29%）的準(zhǔn)確度得到了數(shù)量級(jí)的提高。同樣地利用該方法對(duì)(C

3、O2+CH4)+H2O系統(tǒng)的界面張力進(jìn)行建模研究，所得到的模型的誤差（MAPE）小于0.50%。
　　(2)利用支持向量回歸這一機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)(CH4+N2)+H2O系統(tǒng)的界面張力進(jìn)行建模研究，不僅通過二元子系統(tǒng)N2+H2O和CH4+H2O建立了準(zhǔn)確的SVR模型（MAPE為0.30%），還準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出三元系統(tǒng)(CH4+N2)+H2O在和子系統(tǒng)相同的溫度和壓強(qiáng)條件下的界面張力值（MAPE為0.79%），以及二元子系統(tǒng) CH4+H2O

4、在不同溫度和不同壓強(qiáng)下的界面張力值（MAPE為0.95%）。
　　(3)通過對(duì)(CO2+N2)+H2O、(CO2+CH4)+H2O及(CH4+N2)+H2O三個(gè)非極性氣體與水系統(tǒng)建立的SVR模型的因素分析可知，對(duì)比三種不同系統(tǒng)中界面張力隨溫度、壓強(qiáng)和分子組成的變化趨勢(shì)的異同，分析變化趨勢(shì)產(chǎn)生區(qū)別的原因。
　　結(jié)果表明：所建立的 SVR模型的穩(wěn)定性高，預(yù)測(cè)性能強(qiáng)；(CH4+N2)+H2O、(CO4+N2)+H2O、(CO2+C

5、H4)+H2O三個(gè)三元系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的平均絕對(duì)百分誤差分別為0.29%、0.48%和0.79%，并且(CH4+N2)+H2O三元系統(tǒng)的界面張力可以通過僅有其二元子系統(tǒng) CH4+H2O、N2+H2O的界面張力數(shù)據(jù)所建立的模型獲得。不僅如此，本文還利用三個(gè)系統(tǒng)的界面張力模型進(jìn)行了因素分析和因素靈敏度分析，發(fā)現(xiàn)(CH4+N2)+H2O系統(tǒng)在不同的溫度、壓強(qiáng)和氣體組成條件下的變化趨勢(shì)更為簡(jiǎn)單一致，然而在(CO4+N2)+H2O、(CO2+CH4)+H

6、2O兩個(gè)系統(tǒng)中，界面張力的變化趨勢(shì)卻更加復(fù)雜。其中(CO2+CH4)+H2O系統(tǒng)的SVR模型在對(duì)高壓和高CO2摩爾百分比情況下界面張力的預(yù)測(cè)誤差較大，分析其原因?yàn)榇藯l件下 CO2在水中的溶解度隨著氣體濃度和壓強(qiáng)發(fā)生變化，導(dǎo)致其界面張力變化更復(fù)雜引起。而對(duì)于三個(gè)系統(tǒng)的界面張力而言，通過三個(gè)SVR模型獲得的最敏感因素都是溫度，而溫度和氣體組成比例的敏感程度都較小，且很接近。在此基礎(chǔ)上，本文還利用所建立的(CH4+N2)+H2O系統(tǒng)SVR模型