印度尼西亚Atadei地区的地热资源数值模拟与基于蒙特卡洛方法的体积评估

《Geoenergy Science and Engineering》：Numerical Simulation and Monte Carlo-Based Volumetric Assessment of Geothermal Resource in the Atadei Field, Indonesia

　　**Kelvin Pratama Indratmoko** | **Heru Berian Pratama** | **Ali Ashat** | **Dhanie Marstiga**

**摘要：**
印度尼西亚东努沙登加拉群岛伦巴塔岛的Atadei地热田是一个高温热液系统，被优先考虑用于可再生能源开发。然而，现有的研究依赖于有限的数据集，并且缺乏校准的储层模型，这导致对地下结构、流体流动和最佳井位布置存在重大不确定性。本研究旨在通过使用VOLSUNG模拟器进行三维数值模拟来完善概念模型、估算资源潜力并确定井位。地质、地球化学和地球物理数据以及来自两口浅层勘探井（AT-1和AT-2）的温度记录被整合到一个根据现场测量结果进行校准的自然状态模型中。模拟结果与观测条件高度吻合（RMSE ≤ 10.3°C），确认该系统以液态为主的双相系统，其中Watuwawer下方有活跃的上流活动，流体向Lewokebingin方向侧向流出，并在Lewogowok处存在局部异常现象。储层温度超过230–240°C，且检测到气体饱和度超过0.6的蒸汽盖层。井位分析结果显示Watuwawer附近有一个0.75平方公里的优质生产区域，并建议在东南部区域设置注水井以维持储层的可持续性。结合概率蒙特卡洛方法的体积资源评估估计可回收储量为15–21兆瓦。这些发现加深了对Atadei热液系统的理解，为计划中的2×5兆瓦开发提供了坚实的技术基础，展示了集成数值建模在减少不确定性和支持印度尼西亚向可持续地热能源转型方面的价值。

**引言：**
印度尼西亚位于构造活跃的太平洋火环带上，拥有全球最大的地热资源之一；然而，其地热能开发速度未能跟上国家不断增长的能源需求和可再生能源目标。特别是在偏远岛屿地区，电力供应仍然严重依赖柴油发电。柴油发电系统不仅成本高昂且碳密集，还极易受到燃料价格波动和物流中断的影响，导致孤立社区长期面临能源安全问题（Amiryar和Pullen，2019；Chen等人，2025；Gomes等人，2025）。东努沙登加拉群岛的伦巴塔岛就是一个典型的例子。尽管该岛地热潜力巨大，但超过65%的电力仍由柴油产生，而需求却在持续增长。为解决这一问题，Atadei地热田被列为2025–2034年国家电力供应商业计划（RUPTL；PLN，2025）中的战略项目，计划开发2×5兆瓦的地热发电能力，以替代柴油发电，实现稳定的低碳基荷。这一举措是印度尼西亚更广泛能源转型战略的核心，也是其实现净零排放承诺的重要组成部分。

**Atadei地热田的勘探**
Atadei地热田的勘探已历经多个阶段，逐渐加深了对地下特征的认识。初步调查集中在地表热现象的测绘上，如温泉、喷气孔和蒸汽地面，随后钻探了两口浅层勘探井（AT-1和AT-2），证实了该地区存在高温热液系统。后续的地球化学建模进一步明确了储层温度约为180–240°C，流体成分以氯化物-硫酸盐类型为主，变质矿物如叶蜡石和迪基石表明了深部存在岩浆作用和复杂的水岩相互作用（Amalia和Suryantini，2024）。补充的磁通量（MT）调查划分出低电阻率区域，这些区域被解释为富含粘土的盖层，但由于伦巴塔岛的岛屿环境，精确反演需要仔细校正海洋“海效应”（Jang等人，2018）。这些发现与更广泛的地热研究结果一致，即成功的开发依赖于准确的储层表征和井位选择策略。传统的勘探方法（包括地表测绘、地球化学采样和地球物理成像）为Atadei地热系统提供了宝贵信息，揭示了高温储层（>220°C）、岩浆贡献以及盖层的几何形态。然而，这些方法单独使用无法完全解析三维储层结构或预测生产条件下的流体流动行为。因此，地热科学的最新进展提倡使用集成数值建模作为减少不确定性的关键工具（Kurniawan等人，2019；Pratama等人，2024b；Sutopo等人，2019）。在类似火山系统（如伊朗的Sabalan（Seyedrahimi-Niaraq等人，2017）、墨西哥的Los Humeros（Aguilar-Ojeda等人，2022）和意大利的Larderello–Travale（Romagnoli等人，2010）的研究表明，校准的自然状态模型显著提高了识别上流区域、划分蒸汽盖层和优化井位布置的信心。在印度尼西亚，类似的建模工作正在作为提高资源评估和降低钻探风险的国家努力的一部分而开展。

**尽管取得进展，但仍存在重大不确定性**
尽管有这些进展，Atadei从勘探到开发的进程仍受到诸多不确定性的限制。目前的知识主要依赖于有限的井控数据，尤其是浅层温度数据，这限制了对上流、侧向流出和潜在蒸汽盖层发展的信心。此外，缺乏一个全面整合地质、地球化学和地球物理数据集的自然状态模拟，阻碍了区分生产区和注水区的能力，也无法预测开发情景下的热和压力响应。这些限制在火山地热系统中很常见，正是在这些领域中，集成数值建模显著提高了预测能力（Lesmana等人，2021；Pratama等人，2025b；Seyedrahimi-Niaraq等人，2021）。印度尼西亚正在开发新的工作流程，将基于物理的储层模型与不确定性量化相结合，以系统评估和优先考虑未开发的地热资源。这强调了在绿地项目中需要校准的、决策级别的模型（O’Sullivan和O’Sullivan，2016；Pratama等人，2024a，2020；Supijo等人，2018）。虽然Atadei早期的数值研究已经探讨了资源潜力和不确定性，但尚未发展出一个完全校准的自然状态模型（Supijo等人，2019，2021，2020）。解决这一差距对于降低钻探风险、确保经济可行性和加速从柴油依赖向可持续地热能源的转型至关重要。

**本研究通过使用VOLSUNG模拟器开发了Atadei地热系统的三维自然状态模型**
本研究使用VOLSUNG模拟器开发了Atadei地热系统的三维自然状态模型，该平台集成了储层、井筒和地表网络建模以及用于不确定性分析的逆向建模和蒙特卡洛方法（Clearwater和Franz，2019；Franz等人，2019；Franz和Clearwater，2021a，2021b）。模型结合了更新的地质约束、经过海洋效应校正的电阻率结构以及地球化学输入数据，并根据两口浅层井（AT-1和AT-2）的温度记录进行了校准。本研究的核心问题是探讨如何在校准的自然状态框架内整合多学科地球科学数据，以增强储层表征并指导绿地环境下的井位选择策略。工作假设认为，一个严格校准的模型可以准确划分上流、流出和蒸汽盖层区域，从而减少资源评估和开发规划中的不确定性。在此框架下，研究旨在识别Watuwawer下方的活跃上流区域，根据模拟的压力-温度条件和流动路径评估生产和注水区（Ashat等人，2024，2019a；Pratama等人，2021；Pratama和Saptadji，2021，2018），并通过蒙特卡洛分析量化概率容量范围（Ashat等人，2019b；Ashat和Pratama，2018；Hasbi等人，2020；Hidayat等人，2018；Prabata等人，2019；Pratama等人，2022）。本研究提出的观点是，将地质、地球化学和地球物理数据集整合到一个校准的自然状态模型中，可以为Atadei系统提供决策级别的表征，支持基于证据的钻井策略和风险意识的发展规划。

**通过提供首个完全校准的Atadei地热场自然状态模型，本研究在科学和实践上均做出了贡献**
在科学上，它深化了对受岩浆影响系统中的热液循环的理解，这种系统覆盖着不对称的盖层，这对成像和校准提出了独特挑战，在地热建模文献中较少涉及。在实践上，研究为开发者提供了可行的见解，以规划井场布置、生产和注水分区以及计划中的2×5兆瓦开发的阶段性容量实现，从而降低钻探风险、压缩项目时间表并提高投资确定性。除了本地背景外，这项工作还展示了集成建模工作流程的广泛应用性，这些流程结合了校准的自然状态模拟和不确定性量化，为印度尼西亚及其他类似火山环境中的其他绿地项目提供了可复制的框架。这些发现直接有助于加速偏远岛屿电网中柴油的替代，支持印度尼西亚的可再生能源目标，并为实现长期碳中和目标做出贡献。本研究弥合了概念勘探模型与运营决策之间的关键差距，突显了先进数值建模在全球地热开发中的战略重要性。

**地质、地球化学和地球物理特性**
Atadei地热田位于东努沙登加拉火山弧内，该区域由印度-澳大利亚板块俯冲到欧亚板块下方形成（图1a）。该地区以崎岖的火山地形为特征，陡峭的山脊和深切的山谷反映了构造和侵蚀过程（图1b）。区域地质主要由安山岩至玄武岩熔岩流、火山碎屑沉积物和凝灰岩单元组成（图1c）。

**数值模型开发**
数值模拟是一种强大的计算方法，用于模拟Atadei地热系统的地下条件。该方法整合了地质、地球化学和地球物理（3G）数据集以及勘探井数据，构建了一个稳健的储层模型。通过模拟，可以预测流体流动动态、优化储层管理策略并预见潜在的运营挑战。

**讨论**
由于数据限制，模型复杂性较高，因此采用了单孔隙度表示方法。Atadei的深钻控制有限（仅有两口浅层井），既没有详细的裂缝测绘数据，也没有诊断性井测试数据来支持双孔隙度或离散裂缝网络的建模。校准后，模型在可接受的范围内再现了自然状态条件，因此用于后续讨论。

**结论**
本研究考察了Atadei火山宿主地热系统，通过三维数值模拟完善了其概念模型，并提出了可持续发展的钻探策略。Atadei地热田位于东努沙登加拉群岛的伦巴塔岛，是该地区最具前景的地热资源之一。主要发现总结如下：
1. 使用三维数值模拟成功更新了Atadei地热系统的概念模型。

**作者贡献声明：**
Heru Berian Pratama负责撰写初稿、可视化、验证、软件使用、资源准备、方法论制定、调查实施、数据分析及概念化；Ali Ashat负责审稿与编辑、可视化验证、监督、软件使用、资源准备、方法论制定、调查实施、数据分析及概念化验证。