CO₂注入咸水层模型的非全局尺度升级方法

摘要

减少CO₂排放、实现碳中和目标，已成为当前世界应对气候变化的关键议题。碳捕集与封存技术是CO₂减排的重要方式，其中咸水层由于分布广泛、埋深合适以及封存潜力大，成为CO₂地质封存的优选地点之一。为了准确地描述地层，精细的地质模型可包含高达数亿个网格，其数值模拟需要投入巨大的计算资源和时间成本。为了保证数值模拟的高准度和高效率，亟需开展针对CO₂咸水层封存的尺度升级方法研究。针对CO₂咸水层封存的注入阶段，重点考虑CO₂与水的渗流过程，结合多种跨尺度理论开展研究。通过全局粗尺度压力解和迭代算法为拓展的局部区域构建相对准确的边界条件，实现局部-全局渗透率尺度升级。通过结合局部尺度升级与有效通量边界条件，实现局部相对渗透率尺度升级。最终整合形成一套兼具速度与准度的非全局尺度升级方法。数值算例的结果表明：该方法在保证结果准确的前提下，能够加速细尺度数值模拟约8～13倍。为准确、快速的CO₂注入咸水层数值模拟提供新的方法和思路。

关键词

CO₂注入咸水层 / 尺度升级 / 油藏数值模拟 / CO₂地质封存

基金资助

国家自然科学基金项目(52504046); 中国博士后科学基金项目(2025M782979); 国家资助博士后研究人员计划(GZC20251949); 中国石油大学(北京)海南研究院自设科研项目(ZX2025003)