生物降解原油混元比例定量计算方法、系统、设备及介质

本发明属于生物降解原油的勘探领域，具体涉及一种生物降解原油混元比例定量计算方法、系统及设备。

背景技术：

1、稠油在世界范围内的储量相当丰富，其巨大的资源量使得稠油有望成为21世纪的主要能源之一。而生物降解是浅部的次生稠油形成的最重要的机制之一，我国的生物降解型稠油油藏分布非常广泛，常分布在叠合盆地的边缘斜坡带以及边缘潜伏隆起带，而这些盆缘地带往往又接受多个凹陷多套烃源岩的持续供烃，混源现象普遍存在。因此，准确判断生物降解混源油中各套烃源岩的贡献比例，从而确定主力烃源层，对剖析油气混源成因、指导油气勘探均具有重要地质意义。

2、在不同程度的生物降解原油中，不同组分的生源信息均会被一定程度的掩盖，从而使常规油源指示参数失效，无法明确生物降解原油是否存在多源多期供烃，这影响到对生物降解原油的资源潜力评价及勘探目的层系选择。虽然已有众多学者在混源比例计算方面进行了大量研究，成果主要集中在常规原油上，关于生物降解油是否混源的定性判识也有许多报道，但实际勘探更关注的是各套烃源层或各充注期次对生物降解混源油的定量贡献大小。因此，在生物降解作用的影响下，如何建立科学有效的油源示踪指标组合，进而如何精确地获取定量混源比例就显得尤为重要。

技术实现思路

1、为了克服现有技术无法对生物降解混源油的混合比例进行定量计算的不足，本发明提供了一种生物降解原油混元比例定量计算方法，包括如下步骤：

2、获取生物降解原油，对生物降解原油中各种族组分进行分析，获取生物降解原油中具有母质生源意义的多元参数组合；

3、使用化学计量学方法对生物降解原油进行原油族群划分，通过所述多元参数组合构建不同族群的混合矩阵，以最小重构误差和重加权稀疏约束为约束条件，以最小损失函数为目标函数，使用帕累托优化-非负矩阵分解ponmf算法对混合矩阵进行迭代矩阵分解计算，获取混合矩阵的最优解，得到不同族群的生物降解原油的混合比例矩阵和端元特征矩阵；

4、使用circos软件的弦图分析所述混合比例矩阵与端元特征矩阵的关系，得到不同端元对单个原油样品的相对贡献量。

5、优选的，多元参数组合包括生物标志物、饱和烃及芳烃、nso化合物参数和微量元素，其获取方法依次分别为：

6、采用沥青质催化加氢热解实验和全二维气相色谱-飞行时间质谱分析生物降解原油，并对热解获得的键合烃样品和未加氢热解的全油样品进行绝对浓度定量对比，筛选生物降解原油的键合烃样品中保留原始生源信息的生物标志物；

7、通过色谱-质谱、双质谱内标法定量和傅立叶变换离子回旋共振质谱判断生物降解原油的降解反应底物及对应新降解生成的化合物的定量绝对浓度相对变化，并对现有的生物标志物定量叠加参数恢复法进行优化改进，获得生源信息还原后的饱和烃/芳烃参数；

8、使用负离子电喷雾电离源结合傅立叶变换离子回旋共振质谱分析杂原子化合物在生物降解过程中的损耗、消除，以及新的化合物生成的蚀变特征、蚀变规律，筛选出生物降解油的生物降解原油的nso化合物参数；

9、使用等离子体质谱分析icp-ms及酸溶法对生物降解原油中的各种微量元素的绝对含量、相对比值及其对生物降解作用的响应特征进行剖析；并利用基质辅助激光解吸电离源maldi结合傅里叶变换离子回旋共振质谱ft-icr ms对原油中金属卟啉的分子组成进行分析，获得相应的微量元素和金属卟啉络合物。

10、优选的，所述混合矩阵的表达式为：

11、混合矩阵(c)＝混合比例矩阵(rc)·端元属性矩阵(em)，具体为：

12、

13、式中，emk,j为端元油k的生物标志物浓度集，ci,j为混源油i的生物标志物浓度集，j为生物标志物浓度的参数数量，ri,k为端元油k对于混源油i的贡献比例。

14、优选的，在使用ponmf对解混矩阵进行迭代计算时，还需要设置两个约束条件，具体如下：

15、(1)对于第i个原油样品，有即对于某个特定的混合物，其所有纯净物对其贡献比例之和为100％，其中，rc表示比例矩阵；

16、(2)分解前后的矩阵中所有元素均为非负数，即ci,j≥0，emk,j≥0，rcj,k≥0，其中，ci,j为混源油i的生物标志物浓度集，emk,j为端元油k的生物标志物浓度集，ri,k为端元油k对于混源油i的贡献比例。

17、优选的，所述最小损失函数为：

18、

19、式中，rc表示比例矩阵，em表示端元矩阵，ci,j为混源油i的生物标志物浓度集，loss表示定义的最小损失函数，λ表示l2正则化系数，j为生物标志物浓度的参数数量。

20、优选的，在对生物降解原油中各种族组分进行分析之前，还包括通过稠油成因分析确定稠油是否为生物降解原油。

21、本发明还提供有一种生物降解原油混元比例定量计算系统，包括：

22、多元参数组合获取模块，用于对生物降解原油中各种族组分进行分析，获取生物降解原油中具有母质生源意义的多元参数组合；

23、计算模块，用于使用化学计量学方法对生物降解原油进行原油族群划分，通过所述多元参数组合构建不同族群的混合矩阵，以最小重构误差和重加权稀疏约束为约束条件，以最小损失函数为目标函数，使用帕累托优化-非负矩阵分解ponmf算法对混合矩阵进行迭代矩阵分解计算，获取混合矩阵的最优解，得到不同族群的生物降解原油的混合比例矩阵和端元特征矩阵；

24、端元获取模块，用于使用circos软件的弦图分析所述混合比例矩阵与端元特征矩阵的关系，得到不同端元对单个原油样品的相对贡献量。

25、本发明还提供有一种计算机设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序，以执行所述计算方法。

26、本发明提供的生物降解原油混元比例定量计算方法、系统及设备具有以下

27、有益效果：

28、本发明通过对生物降解原油中各种族组分进行系统分析，探索出一个有机与无机相结合的在生物降解原油中仍具有母质生源意义的多元指标组合；通过基于化学计量学手段的原油族群划分及基于pareto-optimizednmf(ponmf)算法能够对不同族群的油源混合矩阵进行分解，通过以最小重构误差和重加权稀疏约束为约束条件，能够得出混合矩阵的最优解，得到不同族群原油可能的端元(烃源岩)组成，再借助弦图可视化能够得到不同端元烃源岩对单个原油样品的相对贡献量。通过本发明的方法对生物降解混源油的混合比例的定量计算较为准确，减少了传统生物降解原油油源判识比例方法的误判性。

技术特征：

1.一种生物降解原油混元比例定量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物降解原油混元比例定量计算方法，其特征在于，多元参数组合包括生物标志物、饱和烃及芳烃、nso化合物参数和微量元素，其获取方法依次分别为：

3.根据权利要求1所述的生物降解原油混元比例定量计算方法，其特征在于，所述混合矩阵的表达式为：

4.根据权利要求1所述的生物降解原油混元比例定量计算方法，其特征在于，所述使用ponmf对解混矩阵进行迭代计算，还需要设置两个约束条件，具体如下：

5.根据权利要求1所述的生物降解原油混元比例定量计算方法，其特征在于，所述最小损失函数为：

6.根据权利要求1所述的生物降解原油混元比例定量计算方法，其特征在于，在对生物降解原油中各种族组分进行分析之前，还包括通过稠油成因分析确定稠油是否为生物降解原油。

7.一种生物降解原油混元比例定量计算系统，包括：

8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序，以执行权利要求1至6任一项所述的方法。

技术总结本发明提供了一种生物降解原油混元比例定量计算方法、系统及设备，属于生物降解原油勘探领域，包括如下步骤：对生物降解原油中各种族组分进行分析，获取生物降解原油中具有母质生源意义的多元参数组合；使用化学计量学方法对生物降解原油进行族群划分；通过多元参数组合构建解混矩阵，使用PONMF对解混矩阵进行迭代计算，并采用最小重构误差和重加权稀疏约束，获取解混矩阵的最优解，得到不同族群的混合比例矩阵和端元特征矩阵；使用弦图对混合比例矩阵和端元特征矩阵进行可视化，得到不同端元对单个生物降解原油样品的相对贡献量。本发明对生物降解混源油的混合比例的定量计算较为准确，减少了传统生物降解原油油源判识比例方法的误判性。技术研发人员：史兵兵,常象春,刘天娇受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11