📝 摘要
盐水层CO₂封存的一个关键问题是CO₂注入引起的压力积聚。压力积聚的幅度取决于注入速率、目标地层的静态性质、原位及注入流体的性质以及地层边界条件等多种因素。最大压力增加位于注入井附近，然而，压力前沿会向地层中扩散，使远离注入井的区域压力升高。在CO₂地质封存背景下，过度的压力积聚是不可取的，因为它会增加CO₂羽流泄漏到非目标层的风险，降低地层的存储能力，并可能限制封存项目的寿命。

本研究在德克萨斯州Denver试验点的Houston地层设计了一个用于压力管理和羽流控制的卤水开采现场先导试验项目。我们研究了利用地震和示踪剂数据监测压力前沿和注入流体羽流的可能性。地震勘测提供了理解三维地下流体和孔隙压力前沿运动所需的体积覆盖范围，然而，地震可检测性的极限可能受到Houston地层初始压力的影响。研究了产生可检测的P波和S波地震速度所需的最小孔隙压力增加值范围。使用CMG STARS模拟器对Denver试验点的主动压力管理系统（APMS）和被动压力管理系统（PMS）进行了模拟研究，以论证在储层中进行压力积聚控制的可能性。通过流动模拟估算孔隙压力增加值，有助于我们了解在卤水注入和开采过程中压力变化是否可以通过地震响应检测到。

🖥️ CMG软件应用情况总结

项目 内容
所用软件 CMG STARS (先进过程与热采模拟器) 及 CMG CMOST (自动历史拟合与优化工具)
模型类型 单相（盐水）等温黑油模型（使用STARS作为通用模拟器）
模拟对象 德克萨斯州Denver试验点Houston地层的盐水注入与开采，研究压力管理与羽流控制
应用方式 • 过程模拟：使用CMG STARS模拟不同卤水开采场景下的压力变化。
• 敏感性分析：使用CMG CMOST进行敏感性分析，确定影响压力控制的关键参数。
模型描述 • 垂向分为3个主层，最底层为Houston地层，厚度10米，被细分为5个2米厚的子层。
• 三口井（注入井、开采井、观测井）完井于Houston地层，深度6,500英尺，井间距约45米。
模拟场景 1. 无开采：仅注入（90天），开采机关闭。
2. 主动开采：注入（90天）的同时，开采井以恒定速率开采。
3. 被动开采：注入（90天），开采机关闭。设有一口将流体从Houston地层（8,500 ft深度）直接排入Olmos地层（1,500 ft深度）的排水井，监测压力控制效果。
研究参数 渗透率、非均质性、层厚、孔隙度、注入速率、岩石压缩系数
评价指标 压力控制效果（压力降低百分比）

文中明确指出：

“All the simulations are … performed using CMG STARS simulator.” （Model Description部分）
“The sensitivity simulations using CMG CMOST indicated that main brine extraction design variables are permeability, layer thickness, porosity, injection rate, and the rock compressibility.” （Conclusions部分）

🧪 模拟方案与主要结果

1. 不同开采方案对比

方案 操作方式 压力控制效果
无开采（基准） 仅注入，开采机关闭 压力积聚最高
主动开采（APMS） 注入的同时以恒定速率开采 压力显著降低。与无开采相比，压力控制比例为35-45%
被动开采（PMS） 注入，开采机关闭；流体通过排水井排入浅层（Olmos组） 压力控制效果有限。与无开采相比，压力控制比例仅为2-5%

2. 敏感性分析（使用CMG CMOST）

参数 对压力控制的影响
储层渗透率 关键控制参数
渗透率非均质性 关键控制参数
层厚 关键控制参数
注入速率 主要设计变量
孔隙度 影响可忽略不计
岩石压缩系数 影响可忽略不计

✅ 主要结论

  1. 主动开采优于被动开采：主动卤水开采（APMS）在控制储层压力积聚方面显著优于被动开采（PMS），其压力降低比例（35-45%）远高于被动开采（2-5%）。

  2. 关键控制参数：敏感性分析表明，储层渗透率、非均质性和层厚是压力控制的关键参数；而孔隙度和岩石压缩系数的影响可忽略不计。

  3. 监测可行性：地震和示踪剂数据可用于监测压力前沿和CO₂羽流，但需研究初始地层压力对地震信号可检测性的影响。

🏛️ 作者及单位信息

  • 作者: Ali Goudarzi, Seyyed A. Hosseini

  • 单位: 德克萨斯大学奥斯汀分校（The University of Texas at Austin），海湾碳中心（Gulf Coast Carbon Center）

  • 会议: 未明确标注，应为AGU或类似会议

  • 致谢: 美国能源部-国家能源技术实验室（DOE-NETL）卤水开采封存试验项目（DE-FE0026137）的资助。

💡 补充说明
该研究是CO₂地质封存（GCS）压力管理领域的典型应用案例。研究创新点在于：1) 系统比较了主动开采（采出至地表）与被动开采（排入浅层）两种压力管理策略的效果；2) 使用CMG CMOST进行了参数敏感性分析，明确了压力控制的关键地质因素；3) 结合了地震监测可行性分析，为现场试验设计提供了依据。研究结果对深部盐水层CO₂封存项目的长期安全运营具有重要参考价值。

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