地质二氧化碳封存应用中井监测与地震数据的集成历史拟合工作流程

《Petroleum Science》：An integrated history-matching workflow for well monitoring and seismic data in geological CO 2 sequestration applications

　　

摘要

强烈的地下异质性导致数值预测存在较大不确定性，因此推动了利用历史拟合方法来约束模型参数并降低预测不确定性。基于井的监测数据虽然能在固定井位提供时间序列观测值，但对于远离井位的区域，往往不足以有效降低模型参数不确定性。时移地震勘探能够对储层尺度的动态属性（如相饱和度）进行解释。然而，由于流动模型与地震解释之间存在网格分辨率差异、以及地震数据中存在空间误差相关性等因素，将地震解释有效整合到历史拟合中仍具有挑战性。本研究针对地质CO₂封存，开发了一种联合同化井监测数据与地震衍生CO₂饱和度场的历史拟合工作流，采用基于集合的数据同化方法。所提出的工作流显式考虑了地震解释与流动模拟结果之间的分辨率不匹配问题，并为地震数据纳入了独立误差和空间相关误差。在一含水层模型上开展了一系列数值实验，以探究：（i）在标准井监测数据基础上引入地震数据对历史拟合工作流的增益；（ii）地震衍生数据中不同误差水平对历史拟合性能的影响；以及（iii）地震采集时机以及多次地震勘探使用的影响。结果表明，引入地震数据显著提高了CO₂羽流预测和渗透率估计的精度，同时降低了短期和长期预测的不确定性。联合同化井数据与地震数据使后期CO₂饱和度预测的中位均方误差（MSE）降低了70%以上，从先验预测的约0.07降至后验预测的0.02以下。此外，当地震数据误差水平设定为30%时，所提出的历史拟合工作流仍能保持数值稳定性并有效降低后验不确定性。关于地震采集时机，在注入期结束附近采集的地震数据比采集过早（CO₂羽流尚未充分发育）或采集过晚（CO₂羽流已迁移至顶部地层）的数据能带来更大的后验不确定性降低。总体而言，所提出的工作流为地质CO₂封存中集成井数据和地震数据的历史拟合提供了一个稳健且实用的框架。

周文鑫｜孙文悦｜崔佳伟｜门发瑞