二维修正达西模型在地下储气库渗流计算中的应用与重力-路径补偿机制研究

针对地下储气库(UGS)优化控制中三维(3D)模型计算成本高的问题，研究人员提出了一种融合重力补偿因子和路径补偿因子的二维(2D)修正达西(Darcy)模型。该模型通过补偿维度缩减导致的垂直地形与重力效应误差，在保持稳定性的同时使计算结果与3D基准模型吻合度显著提升，计算成本降低70%以上，为复杂储层中三相(油-气-水)运移分析提供了普适性理论框架。

　　

地下能源储存是应对能源危机的关键策略，其中利用枯竭油气藏改造的地下储气库(UGS)因地质信息完备、设施可复用等优势备受关注。然而，传统三维(3D)储层模拟存在巨大计算负担，严重制约了UGS控制的灵敏度与精度。尽管二维(2D)模型能提升效率，但简单维度缩减会忽略重力效应与垂直路径差异，导致模拟失真。现有解决方案如轴对模型仅适用于特定地形，动态网格技术则面临界面破碎难题，而黑油模型虽通过饱和度描述组分分布，却需密集网格抑制虚拟传质误差。如何平衡计算效率与精度，成为储层渗流研究的核心挑战。

针对这一难题，研究人员在《Geoenergy Science and Engineering》发表研究，提出创新的二维修正达西模型。该团队通过引入重力补偿因子量化3D重力场对流体动力的影响，结合路径补偿因子修正维度缩减导致的运移轨迹偏差，构建了兼顾效率与精度的新型计算框架。

关键技术包括：(1)基于达西定律建立两相不混溶流体控制方程；(2)通过地层几何分布函数计算垂直路径与重力贡献；(3)对比3D基准模型验证补偿因子有效性；(4)采用数值模拟分析典型气驱液场景。

两相不混溶流驱替演化模型
研究构建包含多孔介质(Ω_r)与两种流体(Ω₁, Ω₂)的等温系统，忽略化学作用并假设固体骨架刚性。通过质量守恒方程与达西速度场描述，建立饱和度-压力耦合的数学模型，为后续维度缩减提供理论基础。

修正2D达西模型
创新性提出重力补偿因子γ_g与路径补偿因子γ_p。前者通过地层倾角函数f(x,y)量化重力分量，后者依据垂直渗透率k_z与地层厚度Δz修正水平运移路径。相较传统2D模型，该方案使气水界面预测误差降低至5%以内。

数值分析
在恒定重力场(z轴负向)下模拟三种典型气驱液场景。结果显示修正模型与3D结果的关键参数(压力分布、前缘推进速度)相对偏差<8%，计算耗时减少72%，证实补偿机制可有效捕捉维度缩减丢失的物理本质。

结论与意义
该研究突破传统维度缩减的局限性，首次系统量化重力与路径效应对2D模拟的影响。修正模型不仅适用于UGS注气问题，更可推广至复杂储层三相(油-气-水)达西流(Darcy flow)分析，为能源储存优化提供高效计算工具。Yun Chen等学者通过理论创新与工程实践的结合，推动渗流力学向"精准降维"方向迈进，对碳封存(CCS)与氢能储存等新兴领域具有重要参考价值。