[논문 리뷰] Uncertainty quantification for CO2 sequestration and enhanced oil recovery

Zhenxue Dai, Hari Viswanathan외 8명|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 18.

CO2 Sequestration and Geologic Interactions참고 문헌 21인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 텍사스주 펄링턴 단위에서의 CO2 흡착 및 고도화된 석유 회수(EOR)의 불확실성 정도를 측정하기 위해 지구통계적 몬테카를로 시뮬레이션을 적용한다. 이 연구는 저류층의 투과도, 다孔도 및 두께가 CO2 저장 및 탄화수소 회수에 있어 주요 결정 요소임을 규명하며, 웰 간격과 초기 수분 포화도가 석유/가스 생산에 상당한 영향을 미친다고 밝히며, CO2-EOR 프로젝트의 경제적 및 운영적 의사결정에 핵심적인 통찰을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 아나다르코 벨트의 펄링턴 단위에서 CO2 저장 잠재력과 고도화된 석유 회수 성능에 대한 불확실성 평가.
• CO2 주입, 석유/가스 생산 및 수분 주입에 영향을 미치는 가장 영향력 있는 저류층 및 운영 매개변수 규명.
• 저류층 특성화의 불확실성 영향을 측정하여 CO2-EOR 성능에 대한 경제적 및 운영적 의사결정 지원.
• 내재된 저류층 성질 및 운영 설정에 대한 CO2 흡착 및 EOR 결과의 민감도 평가.

제안 방법

• 모어로 형성에서 CO2-석유-수의 흐름 및 반응성 이동을 기반으로 한 지구통계적 몬테카를로 시뮬레이션 수행.
• 지구통계적 방법을 사용하여 저류층 성질의 스토케스틱 실현형 생성을 통한 불확실성 표현.
• 핵심 성능 지표에 대한 입력 매개변수의 영향을 순위 매기기 위한 글로벌 민감도 분석 수행.
• 입력 불확실성과 출력 반응 간의 관계를 모델링하기 위한 반응 표면 생성.
• 다수의 시뮬레이션 실행 동안 순수 CO2 주입, 누적 석유 및 가스 생산, 순수 수분 주입 분석.
• 통계적 분석을 통한 다양한 저류층 조건 하에서 CO2 저장 및 탄화수소 회수의 불확실성 정도 측정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EOR 운영에서 CO2 주입 및 저장 용량에 가장 크게 영향을 미치는 저류층 성질은 무엇인가?
• RQ2 웰 간격 및 초기 수분 포화도와 같은 운영 매개변수가 석유 및 가스 회수율에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 저류층 특성화의 불확실성이 CO2 흡착 및 EOR 성능 예측의 신뢰성에 어느 정도까지 영향을 미치는가?
• RQ4 투과도, 다孔도 및 형성 두께가 전체 시스템의 불확실성에 기여하는 상대적 기여도는 무엇인가?
• RQ5 반응 표면 모델링은 매개변수 불확실성 하에서 CO2-EOR 성능 이해를 어떻게 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 저류층의 투과도, 다孔도 및 두께는 순수 CO2 주입 및 저장 용량을 결정하는 주요 내재 매개변수이다.
• 웰 간격과 초기 수분 포화도는 누적 석유 및 가스 생산률에 상당한 영향을 미친다.
• 글로벌 민감도 분 析는 투과도가 CO2 저장 성능에 가장 영향력 있는 매개변수임을 확인한다.
• 통계적 분석은 지질학적 이질성으로 인해 CO2 주입 및 탄화수소 회수에 상당한 불확실성이 있음을 드러낸다.
• 이 연구는 CO2-EOR 프로젝트의 신뢰성 있는 경제적 평가 및 비용 효율성 평가를 위해 불확실성 정도 분석이 필수적임을 입증한다.
• 반응 표면 모델링은 입력 매개변수와 핵심 성능 지표 간의 비선형 관계를 효과적으로 포착한다.