Multi-objective optimization of CO2 recycling operations for CCUS in pre-salt carbonate reservoirs
本研究评估了在超深水盐下碳酸盐储层中回收伴生气体中的二氧化碳（CO2）用于碳捕集利用与封存（CCUS）的潜力。我们对一个假想领域进行了组分地下模型的多目标优化，旨在最小化碳排放的同时最大化项目的净现值（NPV）。尽管在经济改善方面没有实现总CO2排放的绝对减少，但所有模拟的CCUS方案都产生了碳足迹较低的石油，操作排放减少了43.5%，NPV最高增加了25.5%。最佳的CCUS案例展示了39.5美元/标准桶的盈亏平衡油价和每吨CO2减排成本为负94.8美元，同时也显著减少了squeeze treatments处理的次数和碳酸钙结垢管理的成本。
CMG软件的应用情况：
在本研究中，使用了CMG-GEM商业模拟器来运行组分计算。通过CMG CMOST AI软件中的粒子群优化（PSO）算法，进行了20个随机解的种群运行，以寻找同时产生更好经济性和较低碳足迹的CO2再注入策略。每月的注入和生产数据从CMG-GEM模拟中提取出来，用于计算每个时间步的收入和成本，然后应用10%的折折现率，并在30年的油田生命周期内求和以获得NPV10。
此外，研究中还创建了一个简单模型来估计在该油田生产的碳氢化合物的商业化的井到轮（WTW）CO2排放。对于每个模拟的情景，考虑了从提取到最终消费者的整个过程中（WTW）的排放，包括海上操作、石油和天然气产品的燃烧以及储层中CO2的存储。
本研究的多目标优化过程涉及了多个目标之间的权衡，包括NPV10和WTW CO2排放。通过CMG软件的应用，研究提供了关于如何在考虑碳酸钙矿物沉积风险的同时，在海上油田更好地回收CO2，以实现更好的经济性和较低的碳足迹的见解。
“井到轮”（Well-to-Wheels，简称WTW）是一种评估能源系统从原油开采到最终消费（如汽车燃烧汽油）全过程中能源效率和环境影响的方法。WTW分析通常用于评估整个能源链的碳排放量，包括原油的开采、运输、炼制、分配以及最终用途的燃烧。
在上述文章中，WTW CO2排放被用来量化从油田开发到最终消费者使用的整个过程中产生的CO2排放总量。这包括了油气勘探与生产（E&P）阶段的排放、石油炼制、石油和天然气产品的燃烧，以及储层中CO2的封存。WTW分析有助于全面了解能源生产和使用对环境的影响，特别是在评估碳捕集、利用和封存（CCUS）项目的环境效益时。通过WTW排放的计算，可以更好地评估不同CCUS操作策略对减少碳足迹的贡献。
作者单位：
Heriot-Watt University, Institute of GeoEnergy Engineering, Edinburgh Campus, Edinburgh, EH14 4AS, United Kingdom