[論文レビュー] Uncertainty quantification for CO2 sequestration and enhanced oil recovery

Zhenxue Dai, Hari Viswanathan+8 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2014

CO2 Sequestration and Geologic Interactions参考文献 21被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、テキサス州のファーンズワース・ユニットにおけるCO2隔離および強化原油回収（EOR）の不確実性を定量化するために、統計的地理的モンテカルロシミュレーションを適用している。主な要因として、貯留層の透水率、空隙率、厚さがCO2隔離および炭化水素回収に影響を与えることが特定された。一方、井戸間隔および初期の水飽和度は、油・ガス生産に顕著な影響を及ぼし、CO2-EORプロジェクトにおける経済的・運用的意思決定に重要な知見を提供している。

ABSTRACT

This study develops a statistical method to perform uncertainty quantification for understanding CO2 storage potential within an enhanced oil recovery (EOR) environment at the Farnsworth Unit of the Anadarko Basin in northern Texas. A set of geostatistical-based Monte Carlo simulations of CO2-oil-water flow and reactive transport in the Morrow formation are conducted for global sensitivity and statistical analysis of the major uncertainty metrics: net CO2 injection, cumulative oil production, cumulative gas (CH4) production, and net water injection. A global sensitivity and response surface analysis indicates that reservoir permeability, porosity, and thickness are the major intrinsic reservoir parameters that control net CO2 injection/storage and oil/gas recovery rates. The well spacing and the initial water saturation also have large impact on the oil/gas recovery rates. Further, this study has revealed key insights into the potential behavior and the operational parameters of CO2 sequestration at CO2-EOR sites, including the impact of reservoir characterization uncertainty; understanding this uncertainty is critical in terms of economic decision making and the cost-effectiveness of CO2 storage through EOR.

研究の動機と目的

• アダルコ盆地のファーンズワース・ユニットにおけるCO2隔離可能性と強化原油回収性能の不確実性を評価すること。
• CO2注入、油・ガス生産、および水注入に影響を与える主な貯留層および運用パラメータを同定すること。
• 貯留層特徴の不確実性がCO2-EOR性能に与える影響を定量化することで、経済的および運用的意思決定を支援すること。
• CO2隔離およびEORの成果が、内在的貯留層特性および運用設定にどの程度依存するかを評価すること。

提案手法

• モーロウ層におけるCO2-油-水の流れおよび反応輸送の、統計的地理的モンテカルロシミュレーションを実施する。
• 統計的地理的手法を用いて、貯留層特性の確率的実現を生成し、不確実性を表現する。
• グローバル感度分析を実施し、入力パラメータが主要な性能指標に与える影響の順位を付ける。
• 入力不確実性と出力応答の関係をモデル化するための応答面を構築する。
• 複数回のシミュレーション実行を通じて、純CO2注入量、累積的油・ガス生産量、および純水注入量を分析する。
• 統計的分析を用いて、異なる貯留層条件下でのCO2隔離および炭化水素回収の不確実性を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EOR作業において、どの貯留層特性がCO2注入および貯留容量に最も顕著に影響を与えるか？
• RQ2 井戸間隔や初期水飽和度といった運用パラメータは、油・ガス回収率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 貯留層特徴の不確実性が、CO2隔離およびEOR性能予測の信頼性にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 透水率、空隙率、および地層厚さが、全体のシステム不確実性に果たす相対的寄与度はどの程度か？
• RQ5 応答面モデリングは、パラメータ不確実性下でのCO2-EOR性能理解をどのように向上させるか？

主な発見

• 貯留層の透水率、空隙率、および厚さが、純CO2注入量および貯留容量を支配する主要な内在的パラメータである。
• 井戸間隔および初期水飽和度は、累積的油・ガス生産率に顕著な影響を及ぼす。
• グローバル感度分析により、透水率がCO2隔離性能において最も影響力の高いパラメータであることが確認された。
• 統計的分析により、地質的不均一性に起因するCO2注入および炭化水素回収の顕著な不確実性が明らかになった。
• 本研究は、CO2-EORプロジェクトの信頼性ある経済的評価および費用対効果分析のため、不確実性定量化が不可欠であることを示した。
• 応答面モデリングは、入力パラメータと主要な性能指標との間の非線形関係を効果的に捉えることができた。