📝 摘要
现有对CO₂泄漏影响的评估通常假设：一旦结构密封被破坏，所有可移动的存储CO₂都将逸出。本文提出一个新概念：在非均质储层中，充填于局部（小尺度）毛细捕集区中的CO₂，即使结构密封被破坏，仍可能被滞留。这一认识可以降低长期封存的风险，其实现途径是考虑地质非均质性的物理影响。
研究表明：
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注入井附近的局部毛细捕集区在注入期间可被完全充填
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在注入结束后的浮力驱动流动停止后，这些捕集区中的CO₂仍然保持滞留状态
本文提出了一种基于地质准则的快速识别局部毛细捕集区的方法，并进一步结合连通性分析来近似CO₂羽流在注入期间的行为。通过与全物理模拟器CMG-GEM的对比验证，连通性分析方法能够较好地匹配CO₂羽流分布。两种方法都非常快速，因此可以整合用于油田尺度下局部毛细捕集的快速评估工具。
关键词：CO₂地质封存；CCUS；局部毛细捕集；连通性分析；地质准则；CMG-GEM；非均质性
🖥️ CMG-GEM软件应用情况总结
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 所用软件 | CMG公司开发的GEM模拟器（组分模拟器） |
| 软件用途 | 全物理数值模拟，验证连通性分析方法的准确性 |
| 模拟对象 | CO₂注入过程中的羽流行为和局部毛细捕集 |
| 对比验证 | 连通性分析结果 vs. CMG-GEM模拟结果 → 良好匹配 |
| 局限性 | 传统油藏模拟器在3D精细网格下计算量巨大，难以处理局部毛细捕集 |
文中明确指出：精细尺度（1×1×1 ft网格）下解决局部非均质性的全物理模拟（如CMG-GEM）运行时间非常长，在3D条件下难以实现。因此需要开发快速方法（地质准则+连通性分析）。
✅ 主要结论
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局部毛细捕集区的充填与滞留：注入井附近的局部毛细捕集区在注入期间可被完全充填；注入结束后的浮力驱动流动停止后，这些捕集区中的CO₂仍然保持滞留。这表明，最大化局部毛细捕集可以显著增强CO₂的安全封存能力。
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地质准则快速预测：基于毛细管入口压力的地质准则方法能够快速且较好地预测注入波及区内局部毛细捕集区的位置和体积。
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连通性分析的验证：扩展的连通性分析方法与CMG-GEM全物理模拟计算的CO₂羽流分布表现出良好的一致性。
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非均质性程度的影响：存在一个Dykstra-Parsons系数阈值：
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低于阈值时：低注入速率会产生更多的局部毛细捕集
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高于阈值时：高注入速率会增加非均质储层中的局部毛细捕集
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方法的实用性：地质准则和连通性分析都非常快速，因此可以整合作为油田尺度估算局部毛细捕集的快速工具。
🛠️ 两种快速方法对比
| 方法 | 原理 | 输入 | 输出 | 计算速度 |
|---|---|---|---|---|
| 地质准则 | 基于毛细管入口压力场，识别被高入口压力屏障包围的低入口压力区域 | 毛细管入口压力分布、临界压力值 | 局部毛细捕集区的位置和体积 | 非常快 |
| 连通性分析 | 基于网格间的传输率、CO₂饱和度、相对渗透率等参数，计算CO₂充填时间 | 孔隙体积、传输率、CO₂性质、压差 | CO₂羽流分布 | 非常快 |
📊 关键图表说明
| 图表 | 内容 |
|---|---|
| 3D渗透率场 | 64×64×32 ft，1×1×1 ft网格，Dyktra-Parsons系数=0.70 |
| 毛细管入口压力场 | 与渗透率呈反比关系（低渗透率 → 高入口压力） |
| CO₂饱和度分布（注入结束时） | 显示注入井附近形成局部毛细捕集 |
| CO₂饱和度分布（50年后稳态） | 浮力驱动流动结束后，捕集区中CO₂仍被滞留 |
| 连通性分析 vs. CMG-GEM | 两者CO₂饱和度分布对比，验证良好 |
🏛️ 作者及单位信息
| 作者 | 单位 |
|---|---|
| Boren (Boru) Li | 德克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin） |
| 其他作者 | 未在截图中完整列出 |
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