地層炭素貯留における坑底圧とCO2プルーム予測のための境界条件の忠実度

坑底圧（BHP）とCO2プルームの移動を正確に予測することは、安全な地層炭素貯留に不可欠です。しかし、実際のシミュレーションではしばしば切り詰められた領域が使用され、人工的な境界が圧力拡散やCO2飽和度分布を歪めます。新しい研究では、均質および不均質な貯留層において、10種類の縮小領域境界処理と全領域参照シミュレーションを比較することで、境界条件の忠実度がBHPとCO2プルーム予測に与える影響を体系的に評価しました。

研究者らは、均一な細孔容積乗数、透過率修飾子、隅調整細孔容積補正、層状補正、漸進的修飾子などをテストし、性能指標としてBHP RMSE、NRMSE、ピーク圧力偏差、プルームIoU（Intersection over Union）を使用しました。結果は、隅の細孔容積の保存が切り詰め領域モデリングで最も重要な要件であることを示しました。隅の保存を無視する均一処理は大きな圧力誤差を生み、均質モデルではBHP RMSEが362～382 psi、不均質モデルでは250～304 psiとなり、プルームIoUは約0.80～0.84で、結合プルーム面積の約16～20%が誤って表されていることを示しています。

隅補正シナリオは圧力誤差を大幅に削減し、プルームIoUを0.94以上に引き上げました。しかし、透過率補正は普遍的に有益ではないことが観察されました。均質貯留層では均一な透過率調整が圧力忠実度を改善しますが、不均質貯留層では可変透過率の境界面での流れを過度に制限し、BHP誤差を増加させ、予測プルームを縮小させる可能性があります。透過率補正を伴う漸進的修飾子が最も一貫した性能を提供し、両方の貯留層タイプでBHP NRMSE 3.7%未満、プルームIoU 0.97超を達成しました。

この研究は、地層炭素貯留シミュレーションにおける境界条件の取り扱いに関する重要な指針を提供し、予測の精度と信頼性向上に貢献します。今後の研究では、より複雑な貯留層条件や実用的な適用シナリオをさらに探求することが期待されます。