Prediction of methane adsorption in shale: Classical models and machine learning based models

油页岩 甲烷 吸附 等温过程 页岩气 梯度升压 人工神经网络 支持向量机 石油工程 地质学 计算机科学 环境科学 工艺工程 人工智能 化学 随机森林 热力学 工程类 古生物学 物理 有机化学
作者
Meng Meng,Ruizhi Zhong,Zhili Wei
出处
期刊:Fuel [Elsevier BV]
卷期号:278: 118358-118358 被引量:81
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2020.118358
摘要

Shale gas contributes significantly to current global energy consumption, and an accurate estimation of geological gas-in-place (GIP) determines an optimal production plan. As the dominant form of storage, adsorbed gas in shale formation is of primary importance to be assessed. This paper summarizes adsorption models into traditional pressure/density dependent isothermal models, pressure and temperature unified model, and machine learning based models. Using a comprehensive experimental dataset, these models are applied to simulate shale gas adsorption under in-situ conditions. Results show that the modified Dubinin-Radushkevich (DR) model provides the optimal performance in traditional isothermal models. Pressure and temperature unified models make a breakthrough in isothermal conditions and can extrapolate the predictions beyond test ranges of temperature. Well-trained machine learning models not only break the limit of the isothermal condition and types of shale formation, but can also provide reasonable extrapolations beyond test ranges of temperature, total organic carbon (TOC), and moisture. Four popular machine learning algorithms are used, which include artificial neural network (ANN), random forest (RF), support vector machine (SVM), and extreme gradient boosting (XGBoost). The XGBoost model is found to provide the best results for predicting shale gas adsorption, and it can be conveniently updated for broader applications with more available data. Overall, this paper demonstrates the capability of machine learning for prediction of shale gas adsorption, and the well-trained model can potentially be built into a large numerical frame to optimize production curves of shale gas.
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