为满足美国 EPA Class VI、CARB 等国内外法规要求,本文提出一套系统化、可交互的不确定性评估流程,用于精准界定 CO₂ 地质封存项目的 Area of Review(AoR)。方法综合考虑 CO₂ 羽流范围与“临界压力”范围(即可能导致含 CO₂ 咸水进入饮用水层的最低压力)。在 400×400×96 、超过 1500 万网格的三维模型上,通过 CMG 模拟器完成多情景流体-地质力学耦合计算;随后利用代理模型(proxy model)与 CMOST 优化平台,量化孔隙度、渗透率、相对渗透率、毛管压力、注入速率等关键不确定参数对 AoR 大小与形态的影响。结果显示:
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代理模型能以较高精度预测 AoR,计算效率提升两个数量级;
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注入速度与储层非均质性对 AoR 面积贡献最大;
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通过实时约束与多目标优化,可同时最大化累计注气量、最小化越界风险,并避免多井 AoR 重叠。
CMG 软件应用情况
- 主模拟器:采用 CMG 的 GEM 组分模拟器完成 CO₂-盐水两相/三组分、非等温、应力敏感模拟;
- 网格技术:400×400×96 网格、单网格 7 ft 垂厚,总网格数 >1500万,体现 CMG 对巨型模型的算力支持;
- 不确定性及优化:先用 CMG 自带的 CMOST 进行拉丁超立方采样生成训练集,再构建多项式代理模型;
- 实时更新:通过 CMOST 的“实时约束”功能,在注入方案调整时即时刷新 AoR 概率云图;
- 多目标优化:同时设置“累计注气量最大化”、“AoR 数目最大化(避免井间干扰)”、“CO₂ 越界体积最小化”三个目标函数,实现鲁棒优化。
主要结论
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提出的 AoR 不确定性评估方法兼顾法规合规与工程效率,可直接支持 EPA Class VI 井许可证申请;
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代理模型可在数秒内给出 AoR 概率分布,显著缩短决策周期;
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注入速度、渗透率印子与最大毛管压力为影响 AoR 面积的前三大敏感参数;
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通过 CMOST 多目标优化,可在保障封存安全的前提下提高 15–25 % 的累计注气量;
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研究成果已嵌入可视化平台,支持时间序列、二维/三维云图及实时交互,便于向监管机构与投资方展示。
