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该综述聚焦 CO?注入枯竭气藏（DGRs）的瞬态井筒 - 油藏耦合建模，梳理方法、进展与挑战，涵盖井建模、油藏建模、耦合方案及热力学建模，强调瞬态过程交互对安全高效封存的重要性，指出来来研究方向及模型验证对预测复杂行为的关键。
1. 引言
全球变暖背景下，碳捕集与封存（CCS）及碳捕集、利用与封存（CCUS）是关键解决方案。CO?可存储于盐 aquifers、枯竭油气藏等，其中枯竭气藏因勘探成本低、封存能力强等优势具独特潜力。其高压低温 CO?注入时的热力学差异会带来安全与运行挑战，需数值模拟评估动态过程，而井筒 - 油藏流动模拟器对优化注入设计至关重要。
2. CO?注入枯竭气藏：特征与前期研究
枯竭气藏压力 depletion 程度由含水层支撑强度决定，无支撑时压力随产气量线性下降，采收率高、废弃压力低，适合 CO?存储。CO?注入过程的压力变化分多阶段，建模需关注注入启动时的瞬态现象。现有研究多集中于井筒稳态流，瞬态流及耦合 dynamics 研究不足。如 Galic 等用集成模型研究注入过程温压变化，Battistelli 等用 TOUGH2-TMGAS 模拟非等温注入的热效应，但忽略井筒瞬态与两相流。
3. 建模组件
3.1 井建模
井筒模型需描述流体流动与传热， standalone 油藏模拟器常通过源汇项建模。两相流建模有拉格朗日、欧拉等框架，常用均相流模型（HEM）、漂移流模型（DFM）等。Navier-Stokes 方程用于单相流，两相流则需扩展，其流动模式影响压力梯度与持液率。传热模型分稳态与瞬态，瞬态模型考虑随时间的温度变化。
3.2 油藏建模
CO?注入后在油藏中可能以气、液、超临界流体或气液两相存在，需精确物理建模。CH?、CO?、水的质量守恒方程需考虑相态与扩散，达西定律描述体积速度。热效应如焦耳 - 汤姆逊（Joule-Thomson）冷却、水蒸发冷却及 CO?溶解放热影响温度分布，需能量平衡方程。此外，还需考虑水合物形成、地球化学与地球力学效应，水合物形成影响渗透率，化学反应可能导致地层损害，地应力变化影响储层完整性。
3.3 井筒 - 油藏耦合
耦合方案有显式、隐式与全隐式，全隐式最稳定准确但计算量大。井筒与油藏响应时间差异大，两相流模型在耦合中可能因流态转换出现突变，DFM 因连续性好更适合耦合。CO?注入的相态转变使耦合面临收敛挑战，部分耦合可降低计算复杂度。
3.4 热力学建模
CO?的 PVT 性质对建模至关重要，其临界点为 31.1℃、73.8bar，超临界态具气液特性。杂质影响混合物相行为，需状态方程（EoS）或 K 值法建模。立方型 EoS 如 PR、SRK 计算高效但精度有限，GERG-2008 等更复杂模型准确性高。相稳定性与相分离计算通过切线平面准则等实现，压力 - 焓（P-H）闪蒸对纯 CO?模拟必要。
4. 数值解
数值方法需权衡精度与计算时间，常用有限差分（FDM）、有限体积（FVM）法。FVM 的控制方程含状态向量、通量向量与源项，求解方案有通量差分分裂（FDS）等。求解器如 DUNE、PETSc 支持大规模复杂模型，可与开源模拟器结合构建高效框架。
5. 模型验证
现有验证多依赖商业软件对比与解析解，如 Li 等与 FLUENT、OLGA 对比，Pan 等用稳态两相流解析解。但注入启动与关井瞬态、耦合 dynamics、近井热效应与水合物预测的验证数据缺乏，需更多现场数据支持模型完善。
6. 未来方向
当前研究多关注稳态，瞬态两相流认知不足，1 小时流动中断可能需 20 小时稳定。需开发统一模型衔接管道 - 井筒 - 油藏，匹配不同时间尺度与流态。实验数据匮乏，需开展多相流实验并公开试点数据，以验证耦合模型，优化注入策略，提升碳封存效率与安全性。
7. 结论
瞬态非等温井筒 - 油藏耦合建模对 CO?注入至关重要，需综合多组件模型。未来应发展更精确的 CO?两相井筒模型，关注近井带水合物、地球化学与力学响应，结合现场数据验证模型，推动 CCUS 技术发展。
