[发明专利]深部地层导热系数三维瞬态预测方法、装置及电子设备

说明书

本发明提供了一种深部地层导热系数三维瞬态预测方法、装置及电子设备，该方法以地下热流值、各地层热物性参数及流体运移规律等作为先验信息，开展瞬态有限元温度数值模拟并构造正则化目标函数，基于Gauss‑Newton算法构造Hessian矩阵和梯度向量，利用基于时间链求导法则的Jacobian‑free Krylov子空间技术求解Jacobian矩阵与任意向量的乘积避免大型稠密的Jacobian矩阵的求解及存储并获取模型修正量，Wolfe准则搜索最优模型步长更新模型参数，循环预测使得数据拟合差小于预设拟合差，输出当前预测模型参数为最优导热系数预测结果。本发明能够直观地表征时间域的深部地层介质导热系数展布特性，预测精度高，实用性强。

技术领域

本发明涉及导热系数预测领域，尤其涉及一种深部地层导热系数三维瞬态预测方法、装置及电子设备。

背景技术

地热资源作为一种新型能源，由于其具有成本低、可持续利用和环保等其他能源所不可比拟的独特优势，目前正越来越受到人们关注。大力推进地热资源开发利用，改善能源结构，对于解决日趋严重的全球环境问题、实现“双碳”目标具有重要的意义。导热系数、热扩散系数、比热容等作为深部地层中非常重要的岩石热物性参数，是定量评价温度变化的基础，温度的精确计算对厘清地下传热模式、地热成因机制及圈定地热资源靶区十分重要。

导热系数是岩石热物性参数中最重要的参数之一，在地球内部由于地质构造、演化过程的不同，所呈现出的岩石属性也大不相同，导致岩石的导热系数在空间展布中表现出明显的异质性，从而使得区域内地热特征发生变化。目前，岩石导热系数的预测通常是通过实验室对钻屑或岩心样品测量或通过地球物理测井来刻画。然而这些方法仅仅表征出点、线尺度的稳态岩石导热系数，忽略了地下热流体的流动对岩石导热系数所造成的影响，限制了对区域性时间域岩石导热系数的精确预测，这对于研究区高温地热靶区选址、热成因分析等领域的研究具有很强的局限性。

发明内容

为了解决现有的岩石导热系数预测方法仅能表征出点、线尺度的稳态岩石导热系数、且忽略了地下热流体的流动对岩石导热系数的影响的技术问题，本发明提出了一种深部地层导热系数三维瞬态预测方法、装置及电子设备。该方法以地下热流值、各地层热物性参数及流体运移规律等作为先验信息，开展瞬态有限元温度数值模拟并构造正则化目标函数，基于Gauss-Newton算法构造Hessian矩阵和梯度向量，利用基于时间链求导法则的Jacobian-free Krylov子空间技术求解Jacobian矩阵与任意向量的乘积避免大型稠密的Jacobian矩阵的求解及存储并获取模型修正量，Wolfe准则搜索最优模型步长更新模型参数，循环预测使得数据拟合差小于预设拟合差，输出当前预测模型参数为最优导热系数预测结果，实现深部介质导热系数的三维瞬态预测。

根据本发明的第一方面，提供了一种深部地层导热系数三维瞬态预测方法，包括以下步骤：

获取均匀半空间研究区域内地下水运移规律及其对导热系数的响应机制，在所述研究区域内构建导热系数异常体并给定边界条件，结合研究区域内热物性参数分布和所述边界条件开展瞬态有限元温度数值模拟，获取在给定时刻下地下空间温度场T(x,y,z)＝d_obs，x、y、z分别表示x、y、z轴方向；

根据所述地下空间温度场d_obs，利用Tikhonov正则化构建瞬态温度正演的目标函数，采用Gauss-Newton算法获取Hessian矩阵及梯度向量组成的线性方程组，利用基于时间链式求导法则的Jacobian-free Krylov子空间技术求解Hessian矩阵中温度数值模拟响应对预测模型参数的一阶导数的Jacobian矩阵及所述Jacobian矩阵的转置与任意向量的乘积，求解得到预测模型修正量Δm；

根据所述预测模型修正量Δm，获取满足Wolfe准则的最优预测模型搜索步长，并更新预测模型参数；