由非线性三维偏微分-常微分方程组控制的地下储层中诱发地震活动的控制
系统与控制
2026-03-27 v5 系统与控制
最优化与控制
摘要
由流体注入或开采引起的地下储层诱发地震活动是安全能源生产和储存面临的重大挑战。本文针对由三维偏微分-常微分方程（PDE-ODE）耦合模型描述的地质储层，提出了一种用于减缓诱发地震活动的鲁棒输出反馈控制器。该控制器采用非线性多输入多输出超螺旋（MIMO Super-Twisting）设计，产生连续的控制信号，仅需较少的模型信息，同时能适应参数不确定性和空间异质性。控制器同时调节两个运行输出：区域压力和储层子区域上计算的地震活动率。通过显式界定无限维系统和非线性常微分方程系统的解及其时间导数，建立了闭环系统的性质，确保了跟踪误差的有限时间或指数收敛。我们在荷兰格罗宁根气田的案例研究中评估了该方法，考虑了两种情景：仅进行天然气开采且不超过该区域固有地震活动水平，以及结合 CO2 注入以实现净零碳排放的联合生产。模拟结果表明，在存在显著参数不确定性的情况下，该方法仍能很好地跟踪各区域的压力和地震活动目标，从而在保证生产目标的同时支持更安全的储层作业。
关键词
引用
@article{arxiv.2412.06327,
title = {Control of Human-Induced Seismicity in Underground Reservoirs Governed by a Nonlinear 3D PDE-ODE System},
author = {Diego Gutiérrez-Oribio and Ioannis Stefanou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.06327},
year = {2026}
}