CN102549565A

CN102549565A - 用于有限差分计算的可变网格

Info

Publication number: CN102549565A
Application number: CN2010800446309A
Authority: CN
Inventors: J·P·斯蒂芬尼
Original assignee: Chevron USA Inc
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: CN102549565B; BR112012007690A2; EP2486494A4; AU2010303899A1; CA2776553A1; AU2010303899B2; WO2011043854A1; US8494778B2; EA201270522A1; EP2486494A1; US20110082645A1

Abstract

本发明公开了一种计算机系统和计算机实现方法，其用于利用表示地下地质区中的多个位置的网格点来估算地球物理模型。该方法包括以下步骤：将所述地下地质区的地球物理模型存储在计算机可读存储器中，并且针对所述地球物理模型，定义表示地下地质区中的多个位置的网格点。所述网格点包括沿至少一个方向延伸的多个点。所述多个点沿所述至少一个方向可变地隔开。该方法还包括以下步骤：通过所述计算机利用网格点估算地球物理模型。

Description

用于有限差分计算的可变网格

技术领域

本发明总体上涉及计算方法，并且更具体地说，涉及一种计算机系统和计算机实现方法，其用于利用表示地下地质区中的位置的网格点(agrid of points)来估算地球物理模型。

背景技术

利用计算机的有限差分计算通常因该计算中涉及的点数而对计算机和时间要求高。例如，在地球物理模型中，可以将多达几十亿的点(10⁹个点)用于地球物理模型的计算。一般来说，点数越大，执行计算所需时段就越大。该计算时间可以通过增加计算资源来缩减，例如，通过利用多处理器计算机或者通过在连网分布式计算环境中执行计算来缩减。然而，这需要昂贵的计算机资源，其可以增加计算的总体成本。

本发明致力于解决与上述有关的各种问题。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于利用表示地下地质区中的位置的网格点来估算地球物理模型的计算机实现方法。该方法包括以下步骤：将所述地下地质区的地球物理模型存储在计算机可读存储器中，并且针对所述地球物理模型，定义表示所述地下地质区中的所述位置的所述网格点。所述网格点包括沿至少一个方向延伸的多个点。所述多个点沿所述至少一个方向可变地间隔开。该方法还包括以下步骤：通过计算机利用网格点估算地球物理模型。

本发明的另一方面是提供一种用于利用表示地下地质区中的位置的网格点来估算地球物理模型的系统。该系统包括：计算机可读存储器，和与该计算机可读存储器通信的计算机处理器。所述计算机可读存储器被配置成存储所述地下地质区的地球物理模型。所述计算机处理器被配置成，针对地球物理模型，定义表示地下地质区中的所述位置的所述网格点，所述网格点包括沿至少一个方向延伸的多个点，所述多个点沿所述至少一个方向可变地隔开。计算机处理器还被配置成，利用所述网格点估算所述地球物理模型。

尽管在如按特定次序出现的上述段落中对提供方法的各种步骤进行了描述，但本申请不受所述各种步骤出现的次序约束。事实上，在另选实施例中，所述各种步骤可以按与上述或在此另外描述的次序不同的次序执行。

当参照附图考虑下面的描述和所附权利要求书时，本发明的这些和其它目的、特征以及特性，和结构与组合部分的相关部件的操作与功能的方法以及制造的经济性将变得更清楚，其全部形成了本说明书的一部分，其中，相同标号指定各个图中的对应部分。在本发明的一个实施例中，在此例示的结构性组件按标度(scale)绘制。然而，应当明白，附图仅仅是出于例示和描述的目的，而非旨在作为对本发明的限制的定义。如在本说明书和权利要求书中使用的，单数形式“一个(a，an)”，以及“该/所述(the)”包括多个指代物(除非上下文清楚地另有规定)。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明一实施例的、用于利用表示地下地质区中的位置的网格点来估算地球物理模型的方法的流程图；

图2是表示根据本发明一实施例的、用于实现所述方法的计算机系统的示意图；

图3是描绘根据本发明一实施例的、沿垂直方向的网格点的深度、波速度以及位置之间的关系的示意图；

图4是根据本发明一实施例的、在将扩展因子设置成大约0.003时、扩展对数标度的所述多个点的数量n作为均等地隔开的网格点的初始点数N的函数的标绘图；以及

图5是在利用对数标度时，n与N的比率作为点数N的函数的标绘图。

具体实施方式

图1是根据本发明一实施例的、用于利用表示地下地质区中的位置的网格点来估算地球物理模型的方法的流程图。在一个实施例中，所述方法被实现为可以通过计算机执行的一系列指令。如可以清楚看出，术语“计算机”在此被用于涵盖包括个人计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机，或任何其它手持式计算装置)的任何类型的计算系统或装置、或大型或超级计算机、或者分布式计算环境中的多个连网计算机。

例如，所述方法可以被实现为软件程序应用，其可以被存储在计算机可读介质中，如硬盘、CDROM、光盘、DVD、磁光盘、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光学卡、闪存卡(例如，USB闪存卡)、PCMCIA存储卡、智能卡或其它介质。

另选的是，一部分或整个软件程序产品可以经由网络(如因特网、ATM网络、广域网(WAN)或局域网)从远程计算机或服务器下载。

另选的是，代替或除了将所述方法实现为在计算机中具体实现的计算机程序产品(例如，软件产品)以外，所述方法可以实现为硬件，其中，例如，可以将专用集成电路(ASIC)设计成实现所述方法。

图2是表示根据本发明一实施例的、用于实现所述方法的计算机系统10的示意图。如图2所示，计算机系统10包括处理器(例如，一个或更多个处理器)20和与该处理器20通信的存储器30。该计算机系统10还可以包括用于输入数据的输入装置40(如键盘、鼠标器等)，和用于显示计算结果的、诸如显示装置的输出装置50。

如图1所示，该方法包括以下步骤：在S10，将地下地质区的地球物理模型存储在计算机可读存储器30中。在一个实施例中，地球模型是地球地震模型。例如，该地球模型可以包括针对地球的一部分提供地震波速度(例如，声波速度)，其中，该波速度从地球表面起，沿垂直方向随着深度而改变(例如，增加)。如图3所示。例如，在一个模型中，靠近地球表面(其中，岩石密度较低(例如，流体或软岩))的波速度小于地球内更深处(其中，岩石密度更大(例如，硬岩))的波速度。

在一个实施例中，该方法还包括以下步骤：在S20，针对地球物理模型(例如，地球模型)，定义表示地下地质区中的位置的网格点，该网格点包括沿至少一个方向延伸的多个点。所述多个点沿所述至少一个方向可变地隔开。

该方法还包括以下步骤：在S30，通过计算机利用该网格点估算地球物理模型。在一个实施例中，该估算模型可以包括利用有限差分计算方法。估算的结果(例如，计算的结果)可以通过输出装置50(图2所示)输出，或者被发送至其它计算系统以供进一步估算。

由此，如根据上述可以清楚，与计算机可读存储器30通信的计算机处理器20可以被配置成，针对地球物理模型，定义表示地下地质区中的位置的网格点，该网格点包括沿至少一个方向延伸的多个点，所述多个点沿所述至少一个方向可变地隔开；并且利用该网格点估算地球物理模型。该处理器20还可以被配置成，通过输出装置50输出估算地球物理模型的结果，或者将该结果发送至另一计算机系统(例如，另一计算机处理器)以供进一步处理和/或估算。

在一个实施例中，所述多个点可以可变地隔开，以使与表示地下地质区内不太深的位置的点相比，将表示地下地质区内更深位置的点更远地隔开，如图3所示。例如，与更靠近地球表面定位的点C和D相比，在地下更深定位的点A和B被更远地隔开。

在一个实施例中，图3所示的多个点沿至少一个方向(例如，垂直方向)针对一扩展标度(scale)可变地隔开。在一个实施例中，该扩展标度可以被特制为随着地震波速度的增加而扩展。例如，在波速度相对慢的地球表面附近，可以使用精细的网格点。而在波速度相对快的地球内更深处，可以使用粗略的网格点。在一个实施例中，该扩展标度可以被特制成大致跟踪或匹配速度的增加。该扩展标度例如可以跟随对数标度，指数标度，多项式标度，或可以包括指数分量、多项式分量和/或对数分量的混合公式标度。

尽管图3中仅表示了一个方向(例如，垂直方向)，但可认识到，该模型可以考虑多于一个方向。例如，在一个实施例中，当定义网格点时，可以包括沿第一方向(例如，垂直方向)选择具有可变标度的多个点，并且沿第二方向(例如，大致正交于该垂直方向的方向)选择具有固定标度的另外的多个点。在又一实施例中，当定义网格点时，还可以包括沿与第一方向和第二方向正交的第三方向选择具有固定标度的多个点。

而且，尽管如图3中描绘，沿一个方向使用扩展标度，该扩展标度根据所使用的地球模型而可以沿多于一个方向使用。

例如，针对对数扩展标度的情况，可以选择对数函数，使得两个接连网格点之间的距离按约等于一的恒定乘法因子来标度化。例如，针对对数标度的情况，如果均等地隔开的网格点的初始点数为N，则扩展对数标度中的所述多个点的数量n可以通过下面等式(1)来确定。

n＝ln(N＊e+1)/ln(e+1) (1)

其中，e是扩展因子。

该扩展因子e可以在希望时例如选择成，匹配地震波速度沿垂直方向的增加。该扩展因子控制网格点中两个连续的点之间的扩展量。在一个实施例中，该扩展因子e是在大约0与大约0.01之间的范围中选择的正数。例如，在一个实施例中，该扩展因子被选择成等于大约0.003，其可以匹配地球模型中随着深度的自然变化。利用恰当的扩展因子e(例如，e＝0.003)，计算网格点可以更好地按深度与地球模型特性相匹配。

图4是根据本发明一实施例的，在将扩展因子设置成大约0.003时、按扩展对数标度的多个点的数量n作为均等地隔开的网格点的初始点数N的函数的标绘图。如图4所示，当N相对小(例如，小于100)时，数量n约等于数量N；当N相对大(例如，针对N大于1000)，数量n小于数量N。

一般来说，利用扩展标度(例如，对数标度)，可以缩减计算点的数量。结果，因为使用缩减的点数来计算或估算该模型，可以实现相对的计算节省。例如，利用具有大约0.003的扩展因子e的扩展对数标度，对于N约等于1000的旧计算负担，新计算负担n大约为464。因此，新的点与旧的点的比率为0.46。因此，利用按扩展标度的网格点的新计算成本仅为利用均等地隔开的网格点的旧计算的成本的46％。

图5是当利用如等式(1)中定义的对数标度时，n与N的比率作为点数N的函数的标绘图。如图5中清楚地示出，随着点数N变大，相对计算节省改进，即，该节省随着初始点数N的增加而增加。例如，如图5所示，对于点数N等于约500，新计算成本大约为旧计算成本的61％。针对点数N等于大约1000，新计算成本大约为旧计算成本的46％。针对点数N等于大约2000，新计算成本大约为旧计算成本的32％。用于实现这些计算节省的额外计算成本大约为1％。该额外计算成本源自乘法因子变化(即，标度乘法)。

尽管基于当前所考虑的是最有用且优选的实施例，而出于例示的目的，对本发明进行了详细描述，但应当明白，这种细节单独出于该目的，并且本发明不限于所公开实施例，而且相反，其旨在覆盖处于所附权利要求书的精神和范围内的修改例和等同布置。例如，应当明白，本发明设想，在尽可能的情况下，可以将任何实施例的一个或更多个特征与任何其它实施例的一个或更多个特征相组合。

而且，因为本领域技术人员容易想到许多修改例和改变例，所以不希望将本发明限制成在此描述的精确构造和操作。因此，所有合适修改例和等同物应被视为落入本发明的精神和范围内。

Claims

1.一种计算机实现方法，用于利用表示地下地质区中的多个位置的网格点来估算地球物理模型，所述方法包括以下步骤：

将所述地下地质区的地球物理模型存储在计算机可读存储器中；

针对所述地球物理模型，定义表示所述地下地质区中的多个位置的网格点，所述网格点包括沿至少一个方向延伸的多个点，所述多个点沿所述至少一个方向可变地隔开；以及

通过所述计算机利用所述网格点估算所述地球物理模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个点可变地隔开，以使得与表示地下地质区内不太深的位置的点相比，表示所述地下地质区内较深的位置的点被更远地隔开。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，地球模型是地球地震模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述提供地球模型的步骤包括针对地球的一部分提供地震波速度的步骤，所述地震波速度从地球表面起，沿垂直方向随着深度而增加。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定义网格点的步骤包括沿垂直方向选择所述多个点的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述估算地球物理模型的步骤包括利用有限差分计算方法来计算所述模型的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个点沿所述至少一个方向按扩展标度可变地隔开。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述扩展标度依照对数标度函数。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述对数函数使得两个连续网格点之间的距离按大于且约等于一的恒定乘法因子来标度化。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个点的数量n与表示地下地质区中的多个位置的均等地隔开的网格点的初始点数N的对数有关。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，相对计算节省随着初始点数N的增加而增加。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定义网格点的步骤包括：沿第一方向选择具有可变标度的多个点并且沿第二方向选择具有固定标度的另外的多个点的步骤。

13.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一方向对应于垂直方向，而所述第二方向对应于与所述垂直方向大致正交的方向。

14.根据权利要求15所述的方法，其中，所述定义网格点的步骤包括：沿与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向进一步选择具有固定标度的多个点的步骤。

15.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：输出估算地球物理模型的结果。