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地质碳封存中边界条件保真度对井底压力和CO2羽流预测的影响

文章摘要

该研究评估了截断域边界处理对井底压力(BHP)和CO2羽流预测的影响,发现保持角点孔隙体积是关键,而渐变修正器结合传导率校正表现最一致。

来源arXiv Machine Learning作者: Romal Ramadhan, Seyyed A. Hosseini, Larry W. Lake
地质碳封存中边界条件保真度对井底压力和CO2羽流预测的影响
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这篇发表于2026年6月25日的arXiv预印本论文(编号2606.27515,归类为机器学习cs.LG与地球物理physics.geo-ph)由Romal Ramadhan等三位作者完成,聚焦地质碳封存数值模拟中的一个关键工程问题:当模拟区域被人为截断时,边界条件的保真度如何影响井底压力(BHP)与二氧化碳羽流运移的预测精度。

在安全的地质碳封存实践中,准确预测井底压力和CO2羽流的迁移范围至关重要。然而出于计算成本的考虑,实际模拟往往只能采用被截断的小范围计算域,此时人工设定的边界会扭曲压力扩散过程,并使CO2饱和度的分布形态发生偏差。为量化这种影响,研究团队构建了十种不同的缩减域边界处理方案,并将它们与全域参考模拟进行对比,分别在同质储层和异质储层两类场景下展开评估。

这十种边界处理方式涵盖多种思路,包括均匀的孔隙体积乘子、传导率修正因子、考虑角部孔隙体积的校正、分层校正以及渐变式修正等。研究采用四项指标衡量表现:井底压力的均方根误差(RMSE)、归一化均方根误差(NRMSE)、峰值压力偏差,以及用于评价羽流形态重合度的交并比(IoU)。

研究得出的首要结论是:在截断域建模中,保留角部孔隙体积是最关键的要求。那些忽略角部储集效应的均匀处理方案会产生显著的压力误差——在同质模型中BHP的RMSE达到362至382 psi,在异质模型中则为250至304 psi;同时羽流IoU仅约为0.80至0.84,意味着合并羽流面积中约有16%至20%被错误刻画。

相比之下,采用角部校正的方案能够大幅降低压力误差,并将羽流IoU提升至0.94以上。但研究也揭示了一个重要告诫:传导率修正并非在任何情况下都有益。在同质储层中,均匀的传导率调整确实改善了压力保真度;但在异质储层中,这种做法可能过度限制流体穿越渗透率变化的边界面,反而增大BHP误差,并使预测的羽流范围收缩。

最终,研究团队发现带有传导率修正的渐变式修正方案表现最为稳定一致,在同质与异质两类储层中均实现了BHP的NRMSE低于3.7%、羽流IoU高于0.97的效果。这一结果为地质碳封存模拟中的边界条件设计提供了具有实践价值的参考依据。

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要点

  • 保持角点孔隙体积是截断域建模中最重要的要求。
  • 均匀处理忽略角点储存会导致均质模型BHP RMSE为362-382 psi,非均质模型为250-304 psi,羽流IoU约为0.80-0.84。
  • 传导率校正并非普遍有益:在非均质储层中可能过度限制流动,增加BHP误差。
  • 渐变修正器结合传导率校正表现最一致,BHP NRMSE低于3.7%,羽流IoU高于0.97。

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。