侯智瑋

(遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

2015年，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)發(fā)布了一份評(píng)估報(bào)告，報(bào)告中指出全球氣候變化有95%的概率歸因于人類活動(dòng)排放的溫室氣體[1]。從1970年到2004年，全球二氧化碳年排放量增加了約80%。自2006年以來，每年大約有300億t二氧化碳被釋放到大氣中。大氣中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)已從工業(yè)革命前的0.028 0%增加到2012年的0.039 3%。二氧化碳和其他溫室氣體(GHG)的人為排放被確定為全球變暖和氣候變化的主要原因[2]。

二氧化碳地質(zhì)埋存技術(shù)主要是指將二氧化碳注入地下深部儲(chǔ)層進(jìn)行永久封存的技術(shù)，是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的有效技術(shù)手段之一。二氧化碳地質(zhì)埋存與利用技術(shù)(CGUS)被認(rèn)為是電力和工業(yè)部門低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵戰(zhàn)略。CGUS的目標(biāo)是在埋存二氧化碳的同時(shí)有益于其他能源的生產(chǎn)。二氧化碳地質(zhì)埋存技術(shù)(CGUS)提供了一種避免向大氣中直接排放大量二氧化碳的潛在解決方案，從長遠(yuǎn)來看，CGUS可以幫助穩(wěn)定甚至減少大氣中的二氧化碳濃度?？尚械亩趸悸翊娣桨傅闹饕攸c(diǎn)是有效減少二氧化碳排放量、埋存量大、埋存時(shí)間長(至少幾百年)、合理的成本和能源損失以及對(duì)環(huán)境影響程度最小等[3]。

二氧化碳地質(zhì)埋存的有效性和安全性取決于各種物理和地球化學(xué)捕獲機(jī)制的結(jié)合。目前可供CO2地質(zhì)埋存的主要場(chǎng)所有深部含鹽水層、枯竭油氣藏和不可采煤層等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球深部含鹽水層的二氧化碳儲(chǔ)存量為(400～10 000)×108t，枯竭油氣藏的二氧化碳儲(chǔ)存量為920×108t，深部煤層的二氧化碳儲(chǔ)存量為20×108t，其中深部含鹽水層中二氧化碳的儲(chǔ)存量是油氣藏的10倍以上，是煤層儲(chǔ)存量的幾百倍，埋存潛力最大[4]。

1 CO2地質(zhì)埋存機(jī)理

1.1 地質(zhì)構(gòu)造埋存機(jī)理

地質(zhì)構(gòu)造埋存也稱為靜態(tài)埋存，這是二氧化碳地質(zhì)埋存中最重要的埋存機(jī)理。對(duì)于二氧化碳，雖然二氧化碳的浮力很大，但是封閉蓋層的阻擋作用阻止了其垂直和橫向遷移。當(dāng)二氧化碳?xì)怏w、液體或兩相流體遇到封閉蓋層，不能繼續(xù)向上遷移時(shí)，會(huì)被困在封閉蓋層從而埋存。地質(zhì)構(gòu)造埋存的形成要求圈閉中含有油氣或地下水[5-6]。

1.2 束縛埋存機(jī)理

儲(chǔ)層巖石中通常有一定的孔隙空間。在二氧化碳遷移過程中，二氧化碳分子在注入壓力和地層流體浮力的作用下進(jìn)入這些微孔隙中，并留在這些孔隙中。經(jīng)過長時(shí)間的結(jié)合和溶解機(jī)理的相互作用，二氧化碳最終會(huì)溶入地層礦物和流體中[7-8]。

1.3 溶解埋存機(jī)理

在油氣層和鹽水層注入二氧化碳后，部分二氧化碳會(huì)溶解在地層水或油中。在儲(chǔ)層中，二氧化碳在驅(qū)油時(shí)溶解在油中，然后在剩余油中捕獲部分二氧化碳。在鹽水層中，飽和CO2后水的密度會(huì)增加，這會(huì)促使溶解在鹽水中的CO2隨鹽水向下遷移，有利于CO2的進(jìn)一步溶解和擴(kuò)散。該方法可減少地層中的氣相二氧化碳量，降低二氧化碳運(yùn)移和泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，是一種相對(duì)安全穩(wěn)定的埋存狀態(tài)[9-11]。

1.4 礦化埋存機(jī)理

礦化埋存是指二氧化碳在地層狀態(tài)下與巖石、地層水反應(yīng)生成酸性物質(zhì)，如H2CO3與礦物中方解石和白云石反應(yīng)的過程。礦化作用可提高地層水中鈣、鎂等陽離子的濃度，促進(jìn)與碳酸鹽等陰離子的結(jié)合，形成更穩(wěn)定的次生礦物，達(dá)到固定二氧化碳的目的。礦化反應(yīng)很慢，時(shí)間尺度很長，通常要幾百年甚至幾千年才能完成[12-13]。

4種埋存機(jī)理的安全性見圖1。

圖1 4種埋存機(jī)理安全性示意

由圖1可見：當(dāng)CO2注入地層進(jìn)行地質(zhì)埋存時(shí)，在注入初期(幾十年內(nèi))，主要以地質(zhì)構(gòu)造埋存的形式存在于地層，安全性較低；在注入中期(數(shù)百年內(nèi))，由地質(zhì)構(gòu)造埋存轉(zhuǎn)為束縛埋存，并逐漸向溶解埋存轉(zhuǎn)化，此時(shí)安全性相對(duì)較好；在注入后期(數(shù)千年)，埋存形式主要以溶解埋存和礦化埋存為主，安全性最高。

2 全球CO2埋存項(xiàng)目及在油藏中的埋存潛力

目前，世界各地的大型CO2地質(zhì)埋存項(xiàng)目見表1，國內(nèi)的CO2埋存項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)見表2，全球可用于二氧化碳驅(qū)提高石油采收率(CO2-EOR)、二氧化碳驅(qū)替煤層氣(CO2-ECBM)和CO2地質(zhì)埋存的油藏潛力[14]見表3。

表1 世界各地的大型CO2地質(zhì)埋存項(xiàng)目

表2 國內(nèi)的CO2埋存項(xiàng)目

表3 全球可用于CO2- EOR 和CO2地質(zhì)埋存的油藏潛力

Godec等[14]建立了世界上最大的50個(gè)含油盆地(約占世界石油儲(chǔ)量的95%)數(shù)據(jù)庫，以評(píng)估全球CO2-EOR和儲(chǔ)量潛力。其中，適合于CO2-EOR的儲(chǔ)層地質(zhì)儲(chǔ)量為4億t，預(yù)計(jì)適合于CO2-EOR混相驅(qū)的儲(chǔ)層可采出原油640億t，儲(chǔ)存二氧化碳1 400億t。此外，這些含油盆地還含有1 200億t未發(fā)現(xiàn)原油(2000年之前)。若將CO2-EOR技術(shù)成功應(yīng)用于資源，全球CO2-EOR應(yīng)用的潛力將增加到1 450億t石油，二氧化碳儲(chǔ)存的潛力將達(dá)到3 200億t。由此可見，CO2-EOR和CO2儲(chǔ)存技術(shù)的潛力巨大。

由表2和表3可見：我國的CO2地質(zhì)埋存項(xiàng)目起步較晚，應(yīng)用范圍也沒有世界上其他國家廣泛。

3 CO2-EOR與CO2地質(zhì)埋存協(xié)同優(yōu)化

將二氧化碳儲(chǔ)存在廢棄的油氣藏中，不僅可以提高油氣藏的采收率，提高經(jīng)濟(jì)效益；還可以降低大氣中二氧化碳的比例，減緩溫室效應(yīng)。儲(chǔ)層具有良好的圈閉條件，因此在油氣藏或廢棄油氣藏中儲(chǔ)存二氧化碳是世界上常用的方法之一。目前，大多數(shù)都是在油氣藏開發(fā)后期向儲(chǔ)層注入二氧化碳，在提高采收率的同時(shí)，也將二氧化碳儲(chǔ)存在油氣藏中。在二氧化碳儲(chǔ)存過程中，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)開發(fā)方案會(huì)導(dǎo)致二氧化碳利用率較低。近年來，由于優(yōu)化技術(shù)的飛速發(fā)展，將實(shí)際工程問題與優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，可以顯著降低成本，提高效率，最大限度地提高油氣回收率。此外，還可以優(yōu)化二氧化碳的利用率，降低二氧化碳的泄漏風(fēng)險(xiǎn)和二氧化碳儲(chǔ)存的建設(shè)成本，最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益[15]。

協(xié)同優(yōu)化CO2-EOR和地質(zhì)埋存的目標(biāo)是以最小的二氧化碳注入量最大限度地提高采收率，同時(shí)盡可能多地使二氧化碳儲(chǔ)存在儲(chǔ)層中[15]。同時(shí)，還應(yīng)考慮二氧化碳利用率，避免二氧化碳注入不足，不能充分利用儲(chǔ)層的儲(chǔ)存空間，同時(shí)避免過量注入二氧化碳導(dǎo)致壓力過大，造成地層破裂，使CO2泄漏[16]。通過選擇合適的優(yōu)化理論和方法，合理設(shè)計(jì)油氣比、生產(chǎn)井和注水井井底壓力、注氣類型、最小混相壓力(MMP)、凈現(xiàn)值(NPV)等油田開發(fā)參數(shù)，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最高的經(jīng)濟(jì)效益[17]。

智能優(yōu)化算法又稱現(xiàn)代啟發(fā)式算法，是一種通用性強(qiáng)、適用于并行處理的全局優(yōu)化算法。該算法一般具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，而不是單純依靠經(jīng)驗(yàn)，在一定時(shí)間內(nèi)從理論上可以找到最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。智能優(yōu)化算法可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的不足。Ampomah等[18]提出了一種將代理模型與遺傳算法相結(jié)合的方法，目標(biāo)函數(shù)是石油產(chǎn)量和二氧化碳儲(chǔ)存量。以德克薩斯州的FWU油藏為例，與傳統(tǒng)方法相比，其CO2儲(chǔ)量增加了20%，采收率提高了近9%，成功驗(yàn)證了協(xié)同優(yōu)化框架理論(同時(shí)優(yōu)化原油產(chǎn)量和二氧化碳埋藏量)的正確性，為今后的二氧化碳儲(chǔ)存工程提供了技術(shù)指導(dǎo)。Karkevandi-Talkhooncheh等[19]將自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)與多種智能優(yōu)化算法[反向傳播(BP)、粒子群優(yōu)化(PSO)、遺傳算法(GA)、蟻群優(yōu)化(ACO)和微分進(jìn)化(DE)等]相結(jié)合，預(yù)測(cè)CO2和原油間的最小混溶壓力(MMP)。預(yù)測(cè)結(jié)果的精度高于現(xiàn)有文獻(xiàn)模型，數(shù)據(jù)的誤差精度僅為7.35%。Li等[20]提出以凈現(xiàn)值和二氧化碳儲(chǔ)量為目標(biāo)函數(shù)，通過RSM進(jìn)行擬合。建立了一套理論系統(tǒng)，分析了CO2儲(chǔ)量與EOR的組合優(yōu)化問題，并采用DOE算法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。NPV最大值可達(dá)1.905 38×109，CO2最大埋存量為2.074 38×105t。Safarzadeh等[21]提出采用多目標(biāo)優(yōu)化算法(NSGA-Ⅱ)和DOE算法優(yōu)化CO2埋存量和原油采收率。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)油價(jià)、二氧化碳稅等經(jīng)濟(jì)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可以隨時(shí)改變參數(shù)，提高不同經(jīng)濟(jì)效益下的決策能力。與單目標(biāo)優(yōu)化方法相比，多目標(biāo)優(yōu)化方法的優(yōu)化時(shí)間短，決策時(shí)間短。Ampomah等[22]考慮了地質(zhì)不確定性變量(kv/kh)的影響，當(dāng)kv/kh為0.5時(shí)，效果較好。采用蒙特卡羅采樣器的靈敏度分析方法，減少了優(yōu)化所需的控制變量數(shù)量，并建立了代理模型，縮短了計(jì)算時(shí)間。提出的儲(chǔ)層優(yōu)化方法可以在不影響采收率的前提下提高CO2的埋存量。Van等[23]采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ANN)對(duì)初始含水飽和度、kv/kh、CO2與水注入時(shí)間比(WAG)和循環(huán)持續(xù)時(shí)間為獨(dú)立變量的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，預(yù)測(cè)CO2驅(qū)油過程中的采收率、產(chǎn)油率、氣油比(GOR)、累計(jì)產(chǎn)油量、CO2凈埋存等參數(shù)，生成的模型和應(yīng)用程序相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效。該方法對(duì)實(shí)際原油儲(chǔ)層的CO2驅(qū)替和CO2儲(chǔ)集開發(fā)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。Safi等[24]使用COZView / COZSim軟件平臺(tái)，對(duì)廢棄油藏中EOR系統(tǒng)的地下流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，使用遺傳優(yōu)化算法以恒定速率和壓力注入方案優(yōu)化CO2的注入，研究結(jié)果為其他CCUS系統(tǒng)提供了技術(shù)指導(dǎo)，如二氧化碳強(qiáng)化天然氣開采(CO2-EGR)、二氧化碳強(qiáng)化深部咸水開采(CO2-EWR)和二氧化碳增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)(CO2-EGS)等。

利用二氧化碳驅(qū)油是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，在世界各地具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于含水率高、滲透性低的注水油田，二氧化碳驅(qū)油方案有望成為一種可持續(xù)的采油和同步固碳方法[25]。采用智能優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化CO2-EOR和CO2地質(zhì)儲(chǔ)量。原油的采收率提高幅度在1.67%～28%，二氧化碳的凈利用率最高為95%，最低為61.8%。造成不同結(jié)果的原因有很多，如儲(chǔ)層類型、驅(qū)替方式、注氣方式、注氣方式、油藏初始采收率等。不同的優(yōu)化技術(shù)也會(huì)產(chǎn)生不同的效果。其中利用多目標(biāo)優(yōu)化算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)，效果較好，優(yōu)化后的EOR值和CO2凈利用率是最大值。

4 降低CO2地質(zhì)埋存泄漏風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)化技術(shù)

4.1 注采優(yōu)化技術(shù)

向儲(chǔ)層中注入二氧化碳會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層壓力急劇上升，可能影響蓋層完整性，造成嚴(yán)重的壓力效應(yīng)，嚴(yán)重的話會(huì)造成二氧化碳泄漏。為了解決這一問題，控制壓力有2種方法：一種是嚴(yán)格控制二氧化碳的注入量，另一種是從儲(chǔ)層中采出天然流體進(jìn)行壓力管理，以控制壓力平衡。其中最重要的2個(gè)參數(shù)是二氧化碳的注入速率和天然流體的采出速率。在優(yōu)化過程中，有必要將儲(chǔ)層總壓力和井底壓力降到合理的范圍內(nèi)，將泄漏風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

Davidson等[26]提出在從地層中采出流體時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效益(包括所增加的鹽水生產(chǎn)成本和降低二氧化碳注入量成本)，還考慮了對(duì)CO2注入效率的影響。當(dāng)二氧化碳埋存在非均質(zhì)鹽水層中時(shí)，由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，二氧化碳羽流的橫向遷移受到影響。為了增加CO2和鹽水之間的接觸并增加鹽水層中CO2儲(chǔ)存的潛力，控制CO2的注入速率以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。Shamshiri等[27]利用MATLAB軟件中的牛頓優(yōu)化算法用于優(yōu)化CO2注入速率，促進(jìn)CO2在各個(gè)方向上的均勻遷移，并限制CO2羽流向泄漏區(qū)域的移動(dòng)，以降低潛在位置泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。Babaei 等[28-29]、Cihan等[30-31]提出了通過進(jìn)化算法優(yōu)化CO2注入速率和流體采出速率，通過GA算法優(yōu)化CO2注入速率，利用約束差分進(jìn)化(CDE)算法解決了鹽水采出速率的全局優(yōu)化問題，從而降低了鹽水總提取量，降低了開發(fā)成本，限制了儲(chǔ)層壓力的增加。

4.2 井位優(yōu)化技術(shù)

井位選擇是基于油藏特征、流體性質(zhì)、鉆井建設(shè)及經(jīng)濟(jì)效益等多因素的高風(fēng)險(xiǎn)復(fù)雜系統(tǒng)工程。CO2埋存工程中，由于鉆新井的成本過高，無論是利用油氣藏中的原有井網(wǎng)注入井位進(jìn)行選擇，還是需要在原有井網(wǎng)基礎(chǔ)上打新井作為CO2注入井，監(jiān)測(cè)井和流體采出井，井位的選擇在很大程度上影響到油氣藏開發(fā)的采收率、CO2的埋存量、地質(zhì)封存的安全性及經(jīng)濟(jì)效益。因此，在CO2地質(zhì)埋存項(xiàng)目中，需要仔細(xì)考慮井位的選擇。利用常規(guī)方法進(jìn)行井位選擇通常耗時(shí)耗力，所需經(jīng)濟(jì)成本較高而且精確度較差，為降低成本同時(shí)提高井位的準(zhǔn)確度，需要利用智能優(yōu)化算法來確定井的位置及最優(yōu)井?dāng)?shù)。

在CO2地質(zhì)埋存項(xiàng)目中，可以在油氣飽和度高的區(qū)域設(shè)置數(shù)量較多的注入井，從而提高油氣采收率；而且由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，井的不同位置可能會(huì)導(dǎo)致CO2遷移路徑不同[32-33]。而利用智能優(yōu)化技術(shù)可以計(jì)算出在每個(gè)區(qū)域的應(yīng)該布置注入井的數(shù)量，降低額外的經(jīng)濟(jì)成本。而為了提高CO2埋存的安全性，避免CO2泄漏，應(yīng)避免在油藏?cái)鄬犹幖傲芽p密集區(qū)域布注入井。Cameron等[34]提出了一種新的CO2地質(zhì)埋存安全性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)，以CO2埋存總量(包括CO2固定和溶解的總量)與CO2總注入量的比值，同時(shí)考慮到相滲曲線不可逆(滯后性)性的特點(diǎn)，重新定義了CO2固定量的概念。將該比值指標(biāo)作為優(yōu)選準(zhǔn)則，同時(shí)結(jié)合ILHS(迭代超立方采樣)無導(dǎo)數(shù)全局優(yōu)化算法應(yīng)用于井位的選擇上，將新的固定CO2量定義作為目標(biāo)函數(shù)，以提高二氧化碳地質(zhì)封存的安全性。Goda等[32]提出井位的選擇需要考慮儲(chǔ)層滲透率和孔隙度的非均質(zhì)性影響，利用約束差分進(jìn)化(CDE)算法，用于解決井位及儲(chǔ)層中流體提取速率的全局優(yōu)化問題。CDE高效地估算了采出井位置和以及鹽水提取率的全局最優(yōu)值。Royg等[33]利用自適應(yīng)進(jìn)化蒙特卡羅(AEMC)算法對(duì)井位進(jìn)行優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)是埋藏區(qū)域中二級(jí)捕集(殘余氣體和溶解捕集)的二氧化碳量，與基礎(chǔ)方案相比，最優(yōu)井位方案可以增加約15%的CO2埋存量。Goda等[35]用Hooke-Jeeves直接搜索算法用于井位優(yōu)化，首次提出對(duì)于井位置變量，變量是流動(dòng)模擬的整數(shù)值(確保它們對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的網(wǎng)格)。

4.3 代理模型技術(shù)

類似工程設(shè)計(jì)優(yōu)化、設(shè)計(jì)空間搜索、靈敏性分析和假設(shè)分析，需要數(shù)千甚至數(shù)百萬次模擬的任務(wù)，直接對(duì)原模型求解不太可能；改善此類問題的一個(gè)方法就是使用計(jì)算量較小、求解迅速的代理模型來替代原模型。代理模型對(duì)不同的輸入變量插入目標(biāo)函數(shù)值，并作為原始儲(chǔ)層模型的計(jì)算成本的代理。優(yōu)點(diǎn)在于模型足夠靈活，計(jì)算時(shí)間短，可以用少量的參數(shù)獲得優(yōu)化環(huán)境的多模態(tài)特性，模型計(jì)算精度高，確保模型的精確度，降低CO2泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

在CO2地質(zhì)埋存中，由于地質(zhì)模型的不確定性(如巖石物理屬性和構(gòu)造屬性)，需要多次調(diào)用數(shù)值模擬器(Eclipse，CMG，TOUGH)進(jìn)行多次模擬以解決地質(zhì)或流動(dòng)模型中不確定性，詳細(xì)的地質(zhì)模型以及對(duì)地質(zhì)不確定性的處理實(shí)現(xiàn)增加了計(jì)算時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模的數(shù)值模擬通常需要數(shù)小時(shí)或數(shù)天的模擬運(yùn)行時(shí)間，為了降低計(jì)算時(shí)間，同時(shí)保證求解的精確度，降低CO2泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，需要利用代理模型替代原有的數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算[36-41]。

Babaei等[36]利用自適應(yīng)網(wǎng)格稀疏差值(ASGI)方法對(duì)地質(zhì)模型構(gòu)建代理模型，在非均質(zhì)地層中尋找最佳的CO2注入層位，與全網(wǎng)格插值法相比，ASGI需要的函數(shù)計(jì)算量更小，求解效率更高。 Mahmoodpour等[42]基于Box-Behnken方法構(gòu)建代理模型，通過代理模型模擬，估算出鹽水中溶解的二氧化碳量，同時(shí)根據(jù)含水層對(duì)二氧化碳的溶解能力進(jìn)行排序，篩選出適宜埋存CO2的含水層，解決了數(shù)值方法所需時(shí)間過長的問題。Pan等[37]基于克里金差值方法構(gòu)建地質(zhì)模型的代理模型，同時(shí)結(jié)合動(dòng)態(tài)尺寸搜索(DDS)算法優(yōu)化克里金模型以得到CO2注入速率的最小值。該算法與標(biāo)準(zhǔn)的遺傳算法相比，克服了優(yōu)化模型需要長時(shí)間模擬的問題，具有良好的收斂特性，而且可以獲得比進(jìn)化算法更好的解，節(jié)約了開發(fā)成本。Pan等[43]還利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行代理模型的構(gòu)建，ANN代理模型所需的時(shí)間比數(shù)值模擬軟件節(jié)約24.43%。Zhang等[44]結(jié)合了混合整數(shù)規(guī)劃(MIP)和Polynomial Chaos Expansion (PCE)共同構(gòu)建代理模型，用PCE代理模型獲得的輸出響應(yīng)表面與通過TOUGH2數(shù)值模擬獲得的響應(yīng)表面匹配度達(dá)到了98%，PCE模型的模擬時(shí)間比TOUGH2數(shù)值模擬器快了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

5 結(jié)論

二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)對(duì)減緩溫室效應(yīng)具有重要意義，同時(shí)也可以提高油氣藏的采收率。通過總結(jié)智能優(yōu)化技術(shù)在二氧化碳地質(zhì)埋存與利用(CGUS)中的進(jìn)展，得到了如下結(jié)論。

1)在CO2地質(zhì)埋存技術(shù)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注油氣藏的CO2封存技術(shù)。因?yàn)樵趶U棄油氣藏中埋存CO2，通過驅(qū)替殘余的油氣，提高原油和天然氣的采收率，可以帶來額外的經(jīng)濟(jì)效益。CO2驅(qū)替油氣與埋存是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的要求和有效途徑，對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)意義重大。

2)利用智能優(yōu)化技術(shù)，協(xié)同優(yōu)化CO2-EOR與CO2地質(zhì)埋存，所增加的原油采收率在10%以上，要高于常規(guī)的優(yōu)化技術(shù)。但是利用優(yōu)化算法進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化求解可能陷入局部最優(yōu)解，往往不是全局最優(yōu)解，因此未來需要尋求更適合解決工程實(shí)際問題的優(yōu)化算法，可以結(jié)合不同的優(yōu)化算法形成高效混合算法，比如將代理模型與多目標(biāo)優(yōu)化算法相結(jié)合，可以彌補(bǔ)多目標(biāo)優(yōu)化算法運(yùn)行時(shí)間過長的問題。未來可以將機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)理論應(yīng)用到CO2-EOR與CO2地質(zhì)埋存中。

3)在降低CO2泄漏風(fēng)險(xiǎn)方面，主要利用的智能優(yōu)化技術(shù)是井位優(yōu)化技術(shù)和代理模型技術(shù)。井位優(yōu)化的主要目的是為了保證CO2埋存的安全性，避免在裂縫或斷層處布置井。大多數(shù)利用代理模型技術(shù)能得到與利用數(shù)值模擬求解器相似甚至更加精確的結(jié)果。而計(jì)算速度比數(shù)值模型快了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，減少了計(jì)算成本，降低CO2的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。