用于页岩气开采的作业环境风险确定方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种用于页岩气开采的作业环境风险确定方法及装置，其中，该方法包括：在风险确定区域的几何模型中建立各重金属污染因子的数学模型，数学模型表示各重金属污染因子在所述风险确定区域的土壤中随时间和空间变化形成的运移规律和分布特征；根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重金属污染因子的地累积指数；计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值，可信度值的大小表示一个重金属污染因子的地累积指数属于一个污染风险等级的概率大小。该方案可以定量了解到各重金属污染因子在土壤中的含量，进而可以确定各重金属污染因子可能存在的污染风险等级，使得提高了风险评价结果的可信度。
【专利说明】
用于页岩气开采的作业环境风险确定方法及装置
技术领域
[0001] 本发明设及页岩气开采技术领域，特别设及一种用于页岩气开采的作业环境风险 确定方法及装置。
【背景技术】
[0002] 目前，对压裂作业可能造成环境风险的研究大都停留在系统定性分析阶段，其定 量预测方法鲜有报道。压裂返排液是页岩气开采过程中最重要的环境危险源之一，由于曾 与地层接触，其成分中含有多种重金属离子。现有风险评价方法在对重金属污染进行评价 的过程中。存在W下缺陷：一方面评价时采用的污染因子浓度与实际浓度不符而造成结果 偏差;另一方面现有方法并不能预测污染因子未来的风险影响等级和范围。
【发明内容】
[0003] 本发明实施例提供了一种用于页岩气开采的作业环境风险确定方法，W解决现有 技术中风险评价方法存在的评价结果有偏差、不能预测风险影响等级的技术问题。该方法 包括:模拟获取风险确定区域的几何模型，在几何模型中建立各重金属污染因子的数学模 型，所述数学模型表示各重金属污染因子在所述风险确定区域的±壤中随时间和空间变化 形成的运移规律和分布特征;根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重金 属污染因子的地累积指数，所述地累积指数是用于表示各重金属污染因子在±壤中含量的 定量指标;计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值，所 述可信度值的大小表示一个重金属污染因子的地累积指数属于一个污染风险等级的概率 大小。
[0004] 在一个实施例中，在几何模型中建立各重金属污染因子的数学模型，包括:建立各 重金属污染因子的数学模型如下：
，其中，D为重金属污染因子的扩散系 数;C为重金属污染因子的浓度；t表示时间；X为重金属污染因子当前所在的位置与初始污 染源的距离;U表示±壤导水率，I
，c(x，t)为初始浓度为C日的重金属 污染因子经过时间t在与初始污染源相距X的位置的污染浓度。
[0005] 在一个实施例中，根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重金属 污染因子的地累积指数，包括:基于盲数理论建立地累积指数模型，通过W下地累积指数模 型计算各重金属污染因子的地累积指数
，其中，Ige。是重金属 污染因子的地累积指数，为根据运移规律和分布特征获取的重金属污染因子i的预 测浓度值范围；句:表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的下限；4表示重金属污染因子 i的预测浓度值范围的上限;f (cl)是重金属污染因子i的预测浓度值的盲函数;是重 金属污染因子i的地化学背景值范围，旬表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的下 限；砖表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的上限；g(bi)是重金属污染因子i的地化 学背景值的盲函。
[0006] 在一个实施例中，计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级 的可信度值，包括:通过W下公式计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风 险等级的可信度值：
[0007] PO=I-P(Igeo-O^O)；
[000引 Pl= l_p( Igeo-1 >0)-p0 = P( lge0-0>0)-p( Igeo-1 >0);
[0009] P2 = p(lge〇-1^0)-p(lge〇-2^0)；
[0010] P3 = p(lge〇-2^0)-p(lge〇-3^0)；
[0011] P4 = P (I geo-3 > 0 ) -P (I geo-4 > 0 );
[0012] p5 = p(lge〇-4^0)-p(lge〇-5^0)；
[OOU] p6 = P(Ige〇-5>0);
[0014] 其中，PO表示重金属污染因子的地累积指数隶属于0级污染风险等级的可信度值； Pl表示重金属污染因子的地累积指数隶属于1级污染风险等级的可信度值;P2表示重金属污 染因子的地累积指数隶属于2级污染风险等级的可信度值;P3表示重金属污染因子的地累 积指数隶属于3级污染风险等级的可信度值;P4表示重金属污染因子的地累积指数隶属于4 级污染风险等级的可信度值;P5表示重金属污染因子的地累积指数隶属于5级污染风险等 级的可信度值;P6表示重金属污染因子的地累积指数隶属于6级污染风险等级的可信度值。
[0015] 本发明实施例还提供了一种用于页岩气开采的作业环境风险确定装置，W解决现 有技术中风险评价方法存在的评价结果有偏差、不能预测风险影响等级的技术问题。该装 置包括:模拟模块，用于模拟获取风险确定区域的几何模型，在几何模型中建立各重金属污 染因子的数学模型，所述数学模型表示各重金属污染因子在所述风险确定区域的±壤中随 时间和空间变化形成的运移规律和分布特征;地累积指数计算模块，用于根据各重金属污 染因子的运移规律和分布特征，计算各重金属污染因子的地累积指数，所述地累积指数是 用于表示各重金属污染因子在±壤中含量的定量指标;可信度值计算模块，用于计算每个 重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值，所述可信度值的大小表 示一个重金属污染因子的地累积指数属于一个污染风险等级的概率大小。
[0016] 在一个实施例中，所述模拟模块，包括:模型建立单元，用于建立各重金属污染因 子的数学模型如下：
其中，D为重金属污染因子的扩散系数;C为重金属污 染因子的浓度;t表示时间；X为重金属污染因子当前所在的位置与初始污染源的距离;U表 示±壤导水率，
，C(X，t)为初始浓度为CO的重金属污染因子经过时 间t在与初始污染源相距X的位置的污染浓度。
[0017] 在一个实施例中，根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，所述地累积指 数计算模块具体用于，基于盲数理论建立地累积指数模型，通过W下地累积指数模型计算 各重金属污染因子的地累积指数： ，其中，Ige。是重金属污染因 子的地累积指数，[如句]为根据运移规律和分布特征获取的重金属污染因子i的预测浓度 值范围；Cf表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的下限；4表示重金属污染因子i的预测 浓度值范围的上限；f (Ci)是重金属污染因子i的预测浓度值的盲函数;[砖4]是重金属污 染因子i的地化学背景值范围，&1'表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的下限；每表 示重金属污染因子i的地化学背景值范围的上限；g(bi)是重金属污染因子i的地化学背景 值的盲函数。
[0018] 在一个实施例中，所述可信度值计算模块具体用于，通过W下公式计算每个重金 属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值：
[0019] PO=I-P(Igeo-O^O)；
[0020] Pl= l_p( Igeo-l >0)-p〇 = P( lge〇-〇>0)-p( Igeo-l >0);
[0021] P2 = p(lge〇-1^0)-p(lge〇-2^0)；
[0022] p3 = p(lge〇-2^0)-p(lge〇-3^0)；
[0023] p4 = p(lge〇-3^0)-p(lge〇-4^0)；
[0024] p5 = p(lge〇-4^0)-p(lge〇-5^0)；
[0025] P6 = p(lge〇-5^〇)；
[0026] 其中，PO表示重金属污染因子的地累积指数隶属于0级污染风险等级的可信度值； Pi表示重金属污染因子的地累积指数隶属于1级污染风险等级的可信度值;P2表示重金属污 染因子的地累积指数隶属于2级污染风险等级的可信度值;P3表示重金属污染因子的地累 积指数隶属于3级污染风险等级的可信度值;P4表示重金属污染因子的地累积指数隶属于4 级污染风险等级的可信度值;P5表示重金属污染因子的地累积指数隶属于5级污染风险等 级的可信度值;P6表示重金属污染因子的地累积指数隶属于6级污染风险等级的可信度值。
[0027] 在本发明实施例中，通过模拟风险确定区域的几何模型，建立各重金属污染因子 的数学模型，W获取各重金属污染因子在所述风险确定区域的±壤中随时间和空间变化形 成的运移规律和分布特征，进而根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重 金属污染因子的地累积指数，使得可W定量了解各重金属污染因子在±壤中的含量，最后， 计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值，使得可W确定 各重金属污染因子可能存在的污染风险等级。与现有技术相比，由于本申请考虑了各重金 属污染因子在时间和空间上的运移、扩散和衰减等行为，可W定量了解到各重金属污染因 子在±壤中的含量，进而可W确定各重金属污染因子可能存在的污染风险等级，使得提高 了风险评价结果的可信度，能够更准确、客观地反应各重金属因子的污染实际状态。
【附图说明】
[0028] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0029] 图1是本发明实施例提供的一种用于页岩气开采的作业环境风险确定方法的流程 图；
[0030] 图2是本发明实施例提供的一种用于页岩气开采的作业环境风险确定装置的结构 框图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对 本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并 不作为对本发明的限定。
[0032] 在本发明实施例中，提供了一种用于页岩气开采的作业环境风险确定方法，如图1 所示，该方法包括：
[0033] 步骤101:模拟获取风险确定区域的几何模型，在几何模型中建立各重金属污染因 子的数学模型，所述数学模型表示各重金属污染因子在所述风险确定区域的±壤中随时间 和空间变化形成的运移规律和分布特征；
[0034] 步骤102:根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重金属污染因子 的地累积指数，所述地累积指数是用于表示各重金属污染因子在±壤中含量的定量指标；
[0035] 步骤103:计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信 度值，所述可信度值的大小表示一个重金属污染因子的地累积指数属于一个污染风险等级 的概率大小。
[0036] 由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，通过模拟风险确定区域的几何模型， 建立各重金属污染因子的数学模型，W获取各重金属污染因子在所述风险确定区域的±壤 中随时间和空间变化形成的运移规律和分布特征，进而根据各重金属污染因子的运移规律 和分布特征，计算各重金属污染因子的地累积指数，使得可W定量了解各重金属污染因子 在±壤中的含量，最后，计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的 可信度值，使得可W确定各重金属污染因子可能存在的污染风险等级。与现有技术相比，由 于本申请考虑了各重金属污染因子在时间和空间上的运移、扩散和衰减等行为，可W定量 了解到各重金属污染因子在±壤中的含量，进而可W确定各重金属污染因子可能存在的污 染风险等级，使得提高了风险评价结果的可信度。
[0037] 具体实施时，可W采用GMS软件模拟风险确定区域的几何模型，考虑泄漏到环境中 的重金属污染因子会随着时间推移而迁移，运是一个物理化学及生物作用的综合过程，包 括对流、扩散、物理吸附和生物降解，因此，在几何模型中建立各重金属污染因子的数学模 型，具体的，数学模型^
，其中，D为重金属污染因子的扩散系数；C为重金 属污染因子的浓度;t表示时同；X为重金属污染因子当前所在的位置与初始污染源的距离； U表示±壤导水率，
C(X，t)为初始浓度为CO的重金属污染因子经 过时间t在与初始污染源相距X的位置的污染浓度。使得可W模拟出重金属污染因子在时 间、空间上的运移规律和分布特征，W便于计算风险W及能够对风险在时间、空间上的分布 有直观的感知。
[0038] 具体实施时，为了实现可W根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算 各重金属污染因子的地累积指数，在本实施例中，通过W下步骤实现：
[0039] 基于盲数理论建立地累积指数模型来计算各重金属污染因子的地累积指数。
[0040] 首先，±壤中沉积物(可W是上述重金属污染因子)的地累积指数表示沉积物中重 金属污染程度的定量指标(即可W是表示沉积物中重金属污染因子含量的定量指标），其计 算公式为
其中，Ige。表示地累积指数;bn为重金属污染因子n的环境背景 浓度值;Cn为重金属污染因子n的浓度值;k为修正成岩作用引起的环境背景值波动而设定 的系数，一般取值1.5。
[0041] 其次，盲数BM模型。盲数理论是表达和处理同时具有两种或两种W上不确定性信息的数 学工具。盲数表达式天
巧中，称Qi为f (X)的X准的可信度，n为f (X)的阶 数，a为f (X)的可信度。假定A、B为盲数^
。 则
称作A关于B的BM模型，等号右边表示的是使关系式成立的所 有可信度之和。其中，r是按实际问题要求确定的已知实数，P(A-B^r)表示满足条件的可信 度。
[0042] 盲数的运算包含可能值和可信度两个方面，盲数A*B为A关于B的可信度矩阵运算 规则如下表1所示，其中，运算符*可W表示+,-,x.-中的任一种： 「nruql
[0044] 表 1
[0045] 最后，基于盲数理论的地累积指数评价模型的构建
[0046] 将重金属污染因子i的预测浓度值表示为盲数
，将重金属污染因 子i的地化学背景值表示为盲数
，即可构建一个能够真实反映沉积物中重 / 广. 一1 金属污染因子i的地累积指数模型：
，其中，Ige。是重金属污染因 子的地累积指数，[如为根据运移规律和分布特征获取的重金属污染因子i的预测浓度 值范围；(6(表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的下限;< 表示重金属污染因子i的预测 浓度值范围的上限；f (Ci)是重金属污染因子i的预测浓度值的盲函数；[成鸣]是重金属污 染因子i的地化学背景值范围，砖表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的下限；^表 示重金属污染因子i的地化学背景值范围的上限；g(bi)是重金属污染因子i的地化学背景 值的盲函数。
[0047]具体实施时，计算得到每个重金属污染因子的地累积指数后，在盲数BM模型中，A 表示地累积指数的盲数有理式，B为地累积指数分级阔值(地累积指数对应各级污染风险等 级分级的阔值分别为〇、1、2、3、4、5)，污染风险等级分为1，2,3,4,5,6级，用81模型式计算出 各重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值。假设地累积指数隶属 于各污染等级的可信度值之和为1，在本实施例中，通过W下公式计算每个重金属污染因子 的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值：
[004引 PO= I-P(Igeo-O^O);
[0049] Pl =l-p( Igeo-I )-p〇 = p( Igeo-O^O )-p( Igeo-I )；
[0050] P2 = p(lge〇-l^〇)-p(lge〇-2^〇)；
[0051] p3 = p(lge〇-2^0)-p(lge〇-3^0)；
[0052] P4 = p(lge〇-3^0)-p(lge〇-4^0)；
[0053] P5 = p(lge〇-4^0)-p(lge〇-5^0)；
[0054] P6 = p(lge〇-5^0)；
[0055] 其中，PO表示重金属污染因子的地累积指数隶属于0级污染风险等级的可信度值； Pi表示重金属污染因子的地累积指数隶属于1级污染风险等级的可信度值;P2表示重金属污 染因子的地累积指数隶属于2级污染风险等级的可信度值;P3表示重金属污染因子的地累 积指数隶属于3级污染风险等级的可信度值;P4表示重金属污染因子的地累积指数隶属于4 级污染风险等级的可信度值;P5表示重金属污染因子的地累积指数隶属于5级污染风险等 级的可信度值;P6表示重金属污染因子的地累积指数隶属于6级污染风险等级的可信度值。
[0056] W下结合具体示例详细描述上述用于页岩气开采的作业环境风险确定方法。例 如，W页岩气大规模压裂作业环境风险确定为例，上述重金属污染因子主要是压裂返排液 中的重金属离子，WDPT-115井为研究对象，使用现场采集数据结合仿真数据，进行压裂作 业重金属风险预测。
[0057] DPT-115井位于愉林市北部，地处毛乌素沙漠，年平均降水量约为400mm，多集中于 6-9月份。该区域渗透性强，大气降水入渗系数0.08,含水层水平渗透系数是70m/d，垂直渗 透系数lOm/d。经分析选定重金属污染因子为Cu、Zn、Cd和Cr,根据查阅相关资料文献，井口 重金属污染因子初始浓度为化(50-72.8 )mg/kg、Cu (32.2-48.9 )mg/kg、Cd (0.8-1.7 )mg/ kg、Cr (83.3-150.25)mg/kg。
[0058] 首先，应用GMS建立研究区的几何模型图，分别对初始浓度、边界条件、初始水头、 含水层高程、渗透系数和水井模块进行赋值。根据现场采集数据和仿真数据，重金属污染因 子初始浓度化（50-72.8)111旨/1^、加（32.2-48.9)111旨/1^、〔(1(0.8-1.7)111旨/4旨、化（83.3- 150.25 )mg/kg;边界条件为活动水头;含水层顶底板高程分别对第一、二、S层各赋值为2、- 1.5、-4和-7;水平、垂直渗透系数分别为1〇111/(1和15111/(1。预测时间段为2年，共分为24个应力 期，模拟预测在未来半年后、一年后W及两年后，各重金属污染因子的迁移规律轨迹。
[0059] 根据迁移规律预测结果，构造重金属污染因子Cu、Zn、Cd和化的预测浓度值的盲函 数，分别为{[59.23,70.54]，fcu(x)}，{[43.87,46.82]，fzn(x)}，{ [1.01，1.45]，fcd(x)}， {[123,180]，fa(x)};取地化学背景值并赋予10%的变化幅度，构造重金属沉积物地化学背 景值的盲函数为{[63,77]，gzn(x)}，{[24.3,29.7]，gcu(x)}，{[0.117,0.143]，gcd(x)}， {[67.5,82.5]，gcr(x)}。
[0060] 将构建的各重金属污染因子的预测浓度值的盲函数和地化学背景值的盲函数代 入盲数BM模型，并根据盲数运算规则得到各重金属污染因子的地累积指数隶属于各级污染 风险等级的可信度值，各污染风险等级分别为清洁、轻度污染、偏中污染、中度污染、偏重污 染、重度污染W及严重污染，结果见下表2。
[0061]
[0062] 表 2
[0063] 从上述示例分析中可W看出，各重金属污染因子污染程度由高到低的顺序为灯> Cu>Cd>Zn，其中，Zn介于"清洁"和"轻度污染"之间，Cu隶属于"偏中污染"的概率最大，Cd和 Cr均隶属于"偏重污染"的概率最大，应当在防护应急措施中予W重视。上述用于页岩气开 采的作业环境风险确定方法应用于页岩气大规模压裂作业环境风险预测，不仅能够得出重 金属元素的污染程度还能够得出其隶属于各个污染等级的概率。因此，能够更确切更全面 的反应各重金属的污染实际状态。
[0064] 基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种用于页岩气开采的作业环境风 险确定装置，如下面的实施例所述。由于用于页岩气开采的作业环境风险确定装置解决问 题的原理与用于页岩气开采的作业环境风险确定方法相似，因此用于页岩气开采的作业环 境风险确定装置的实施可W参见用于页岩气开采的作业环境风险确定方法的实施，重复之 处不再寶述。W下所使用的，术语"单元"或者"模块"可W实现预定功能的软件和/或硬件的 组合。尽管W下实施例所描述的装置较佳地W软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组 合的实现也是可能并被构想的。
[0065] 图2是本发明实施例的用于页岩气开采的作业环境风险确定装置的一种结构框 图，如图2所示，包括:模拟模块201、地累积指数计算模块202W及可信度值计算模块203，下 面对该结构进行说明。
[0066] 模拟模块201，用于模拟获取风险确定区域的几何模型，在几何模型中建立各重金 属污染因子的数学模型，所述数学模型表示各重金属污染因子在所述风险确定区域的±壤 中随时间和空间变化形成的运移规律和分布特征；
[0067] 地累积指数计算模块202,用于根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计 算各重金属污染因子的地累积指数，所述地累积指数是用于表示各重金属污染因子在±壤 中含量的定量指标；
[0068] 可信度值计算模块203,用于计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污 染风险等级的可信度值，所述可信度值的大小表示一个重金属污染因子的地累积指数属于 一个污染风险等级的概率大小。
[0069] 在一个实心心专决，包括:模型建立单元，用于建立各重金属污染因 子的数学模型如下 ，其中，D为重金属污染因子的扩散系数;C为重金属污 染因子的浓度;t表示时间；X为重金属污染因子当前所在的位置与初始污染源的距离;U表 示±壤导水率：
，:C(X，t)为初始浓度为CO的重金属污染因子经过时 间t在与初始污染源相距X的位置的污染浓度。
[0070] 在一个实施例中，根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，所述地累积指 数计算模块具体用于，基于盲数理论建立地累积指数模型，通过W下地累积指数模型计算 各重金属污染因子的地累积指数：
，其中，Ige。是重金属污染因 子的地累积指数，为根据运移规律和分布特征获取的重金属污染因子i的预测浓度 值范围；C;'表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的下限；4表示重金属污染因子i的预 测浓度值范围的上限；f (Ci)是重金属污染因子i的预测浓度值的盲函数;[成砖]是重金属 污染因子i的地化学背景值范围，诗表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的下限 表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的上限；g(bl)是重金属污染因子i的地化学背 景值的盲函数。
[0071] 在一个实施例中，所述可信度值计算模块具体用于，通过W下公式计算每个重金 属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值：
[0072] PO= l-p(Igeo-O^O)；
[0073] Pl =l-p( Igeo-I )-p〇 = p( Igeo-O^O )-p( Igeo-I )；
[0074] P2 = P (I geo-1 > 0 ) -P (I geo-2 > 0 );
[0075] P3 = p(lge〇-2^0)-p(lge〇-3^0)；
[0076] P4=p(lge〇-3^0)-p(lge〇-4^0)；
[0077] P5 = p(lge〇-4^0)-p(lge〇-5^0)；
[007引 P6 = P(Ige0-5>0);
[0079] 其中，PO表示重金属污染因子的地累积指数隶属于0级污染风险等级的可信度值； Pl表示重金属污染因子的地累积指数隶属于1级污染风险等级的可信度值;P2表示重金属污 染因子的地累积指数隶属于2级污染风险等级的可信度值;P3表示重金属污染因子的地累 积指数隶属于3级污染风险等级的可信度值;P4表示重金属污染因子的地累积指数隶属于4 级污染风险等级的可信度值;P5表示重金属污染因子的地累积指数隶属于5级污染风险等 级的可信度值;P6表示重金属污染因子的地累积指数隶属于6级污染风险等级的可信度值。
[0080] 在本发明实施例中，通过模拟风险确定区域的几何模型，建立各重金属污染因子 的数学模型，W获取各重金属污染因子在所述风险确定区域的±壤中随时间和空间变化形 成的运移规律和分布特征，进而根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重 金属污染因子的地累积指数，使得可W定量了解各重金属污染因子在±壤中的含量，最后， 计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值，使得可W确定 各重金属污染因子可能存在的污染风险等级。与现有技术相比，由于本申请考虑了各重金 属污染因子在时间和空间上的运移、扩散和衰减等行为，可W定量了解到各重金属污染因 子在±壤中的含量，进而可W确定各重金属污染因子可能存在的污染风险等级，使得提高 了风险评价结果的可信度。
[0081] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可W 用通用的计算装置来实现，它们可W集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置 所组成的网络上，可选地，它们可W用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可W将它 们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可W W不同于此处的顺序执 行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个 模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。运样，本发明实施例不限制于任何特定的硬 件和软件结合。
[0082] W上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明实施例可W有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于页岩气开采的作业环境风险确定方法，其特征在于，包括： 模拟获取风险确定区域的几何模型，在几何模型中建立各重金属污染因子的数学模 型，所述数学模型表示各重金属污染因子在所述风险确定区域的土壤中随时间和空间变化 形成的运移规律和分布特征； 根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重金属污染因子的地累积指 数，所述地累积指数是用于表示各重金属污染因子在土壤中含量的定量指标； 计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值，所述可信 度值的大小表示一个重金属污染因子的地累积指数属于一个污染风险等级的概率大小。2. 如权利要求1所述的用于页岩气开采的作业环境风险确定方法，其特征在于，在几何 模型中建立各重金属污染因子的数学模型，包括： 建立各重金属污染因子的数学模型如下：其中，D为重金属污染因子的扩散系数;c为重金属污染因子的浓度;t表示时间;X为重金属 污染因子当前所在的位置与初始污染源的距离;u表示土壤导水_c(x，t)为初始浓度为CO的重金属污染因子经过时间t在与初始污染源相距X的位置的污染 浓度。3. 如权利要求1或2所述的用于页岩气开采的作业环境风险确定方法，其特征在于，根 据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重金属污染因子的地累积指数，包括： 基于盲数理论建立地累积指数模型，通过以下地累积指数模型计算各重金属污染因子 的地累积指数：其中，I#。是重金属污染因子的地累积指数，pi,为根据运移规律和分布特征获取的 重金属污染因子i的预测浓度值范围；肖表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的下限;4 表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的上限；f(c"是重金属污染因子i的预测浓度值 的盲函数;是重金属污染因子i的地化学背景值范围，贫表示重金属污染因子i的地 化学背景值范围的下限；％表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的上限；g(b"是重 金属污染因子i的地化学背景值的盲函数。4. 如权利要求3所述的用于页岩气开采的作业环境风险确定方法，其特征在于，计算每 个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信度值，包括： 通过以下公式计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等级的可信 度值：P2 = p(lge〇-l^:0)-p(lge〇-2^:0)； P3 = p(lge〇-2^:0)-p(lge〇-3^:0)； P4 = p(lge〇-3^:0)-p(lge〇-4^:0)； P5 一 P ( I geo-4 i?〇) -P (lgeo-5^0)； P6 = P(Ige〇_5 彡 0); 其中，PO表示重金属污染因子的地累积指数隶属于0级污染风险等级的可信度值;口:表 示重金属污染因子的地累积指数隶属于1级污染风险等级的可信度值;p2表示重金属污染 因子的地累积指数隶属于2级污染风险等级的可信度值;P3表示重金属污染因子的地累积 指数隶属于3级污染风险等级的可信度值;P4表示重金属污染因子的地累积指数隶属于4级 污染风险等级的可信度值;P5表示重金属污染因子的地累积指数隶属于5级污染风险等级 的可信度值;P6表示重金属污染因子的地累积指数隶属于6级污染风险等级的可信度值。5. -种用于页岩气开采的作业环境风险确定装置，其特征在于，包括： 模拟模块，用于模拟获取风险确定区域的几何模型，在几何模型中建立各重金属污染 因子的数学模型，所述数学模型表示各重金属污染因子在所述风险确定区域的土壤中随时 间和空间变化形成的运移规律和分布特征； 地累积指数计算模块，用于根据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，计算各重 金属污染因子的地累积指数，所述地累积指数是用于表示各重金属污染因子在土壤中含量 的定量指标； 可信度值计算模块，用于计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各污染风险等 级的可信度值，所述可信度值的大小表示一个重金属污染因子的地累积指数属于一个污染 风险等级的概率大小。6. 如权利要求5所述的用于页岩气开采的作业环境风险确定装置，其特征在于，所述模 拟丰吴块，包括： 模型建立单元，用于建立各重金属污染因子的数学模型如下：其中，D为重金属污染因子的扩散系数;c为重金属污染因子的浓度;t表示时间;X为重金属 污染因子当前所在的位置与初始污染源的距离;u表示土壤导水率，clc(x，t)为初始浓度为CO的重金属污染因子经过时间t在与初始污染源相距X的位置的污染 浓度。7. 如权利要求5或6所述的用于页岩气开采的作业环境风险确定装置，其特征在于，根 据各重金属污染因子的运移规律和分布特征，所述地累积指数计算模块具体用于，基于盲 数理论建立地累积指数模型，通过以下地累积指数模型计算各重金属污染因子的地累积指 数：其中，是重金属污染因子的地累积指数，为根据运移规律和分布特征获取的 重金属污染因子i的预测浓度值范围；^表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的下限;& 表示重金属污染因子i的预测浓度值范围的上限；f(c"是重金属污染因子i的预测浓度值 的盲函数；[4?"]是重金属污染因子i的地化学背景值范围，吞表示重金属污染因子i的地 化学背景值范围的下限；A；表示重金属污染因子i的地化学背景值范围的上限；ga1)是重 金属污染因子i的地化学背景值的盲函数。8.如权利要求7所述的用于页岩气开采的作业环境风险确定装置，其特征在于，所述可 信度值计算模块具体用于，通过以下公式计算每个重金属污染因子的地累积指数隶属于各 污染风险等级的可信度值：P6 = P(Ige〇_5 彡 0); 其中，PO表示重金属污染因子的地累积指数隶属于0级污染风险等级的可信度值;口:表 示重金属污染因子的地累积指数隶属于1级污染风险等级的可信度值;P2表示重金属污染 因子的地累积指数隶属于2级污染风险等级的可信度值;P 3表示重金属污染因子的地累积 指数隶属于3级污染风险等级的可信度值;P4表示重金属污染因子的地累积指数隶属于4级 污染风险等级的可信度值;P 5表示重金属污染因子的地累积指数隶属于5级污染风险等级 的可信度值;P6表示重金属污染因子的地累积指数隶属于6级污染风险等级的可信度值。
【文档编号】G06F17/50GK106021742SQ201610348823
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】胡瑾秋, 张来斌, 仝刚
【申请人】中国石油大学(北京)