To combat global warming and mitigate the risks associated with climate change, carbon capture and storage (CCS) has emerged as a crucial technology. However, safely sequestering CO2 in geological formations for long-term storage presents several challenges. In this study, we address these issues by modeling the decision-making process for carbon storage operations as a partially observable Markov decision process (POMDP). We solve the POMDP using belief state planning to optimize injector and monitoring well locations, with the goal of maximizing stored CO2 while maintaining safety. Empirical results in simulation demonstrate that our approach is effective in ensuring safe long-term carbon storage operations. We showcase the flexibility of our approach by introducing three different monitoring strategies and examining their impact on decision quality. Additionally, we introduce a neural network surrogate model for the POMDP decision-making process to handle the complex dynamics of the multi-phase flow. We also investigate the effects of different fidelity levels of the surrogate model on decision qualities.


翻译:为应对全球变暖和减少气候变化风险,碳捕捉与储存技术已经成为一项至关重要的技术。然而,在地质层中安全地储存CO2以便长期利用存在一些挑战。本研究将碳储存操作的决策过程建模为部分可观察的马尔科夫决策过程(POMDP),并使用信念状态规划来优化喷入器和监测井的位置,以最大化存储的CO2并保证安全。在模拟中,经验结果表明我们的方法是有效的,能够确保长期安全的碳储存操作。我们引入三种不同的监测策略,并研究它们对决策质量的影响,展示了我们方法的灵活性。此外,我们介绍了用于处理多相流复杂动力学的马尔科夫决策过程的神经网络代理模型。我们还研究了不同忠实度水平的代理模型对决策质量的影响。

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