Establishing the relationship between heavy oil viscosity and molecular markers using an enhanced neural network model

多重共线性 人工神经网络 油粘度 计算机科学 前馈神经网络 粘度 预测建模 生物标志物 特征选择 机器学习 数据挖掘 环境科学 生物系统 人工智能 均方误差 线性回归 回归 特征(语言学) 弹性网正则化 非常规油 回归分析 橄榄油 前馈 石油工程
作者
Ming Zhong,Zicheng Niu,Jie Fan,Haiping Huang,Ningxi Li,Li Jia,Hong Zhang
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 33289-33289 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41598-025-18561-2
摘要

The heterogeneous viscosity distribution of biodegraded heavy oil poses significant challenges for reservoir management. While molecular markers (biomarkers) reflect biodegradation intensity, existing models fail to establish quantitative correlations between biomarker signatures and viscosity due to multicollinearity in high-dimensional geochemical data. This study develops an integrated machine learning framework to decode biomarker-viscosity relationships in the Songliao Basin heavy oils. Our dual-phase methodology combines ridge regression for multicollinearity mitigation with a feedforward neural network (FFNN) to capture nonlinear interactions. Key biomarkers were identified through geochemical analysis of 17 heavy oil samples spanning PM0-PM6 biodegradation levels. The hybrid model achieved exceptional prediction accuracy (R 2 = 0.99996, RMSE = 3.39) through L2-regularized feature selection and neural network optimization, outperforming standalone FFNN models (cross-validation R 2 improvement from 0.032 to 0.99996). Reverse prediction experiments validated biomarker response patterns, even in severely biodegraded oils. The advanced machine learning model proposed in this study is applicable to predict the viscosity of heavy oil and its biomarkers, thereby improving reservoir management strategies. Additionally, this study contributes a new perspective on characterizing and managing the reservoirs of various geological backgrounds and origins, not just biodegradable heavy oil reservoirs.
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