CN102612682B - 用于储层建模和模拟的方法和设备 - Google Patents

Abstract

基于包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型产生储层模型的模拟网格的方法和设备。相应于地质网格单元产生原像，原像包括表面并且建模约束被映射至该表面上。在原像上产生约束的二维网格，该二维网格包括多个网格单元。从地质模型选择模拟层边界，并且将约束的二维网格投影至模拟层边界上。然后产生棱柱单元以形成三维模拟网格。产生如本文所述网格的方法可并入现有储层模拟器中以改进它们的精确性。

Description

用于储层建模和模拟的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年11月12日提交的名称为MethodandApparatusforReservoirModelingandSimulation(用于储层建模和模拟的方法和设备)的美国临时专利申请61/260,589的权益，其全部内容在此通过引用并入。

技术领域

本文公开的方面涉及用于储层建模和/或储层模拟的方法和设备，特别地但不排它地涉及用于产生储层模型的网格的方法和设备。

背景技术

此章节意欲介绍本领域的各个方面，其可能与本公开技术的实施方式有关。相信本讨论有助于为促进本公开技术的具体方面的更好理解提供框架。因此，应当以这个角度阅读本章节，并且不必承认是现有技术。

在过去的几十年，在石油工业中的许多技术进步已增长了发现储层、开发这些储层和提高从现有资源采收烃的成功率。另外，在计算能力上的进步已使得地质学家和工程师以渐增的精确度模拟储层。已经开发了各种技术以通过提供由几英寸(例如在岩心栓分析中)至水平上几十米和垂直上几米(地震图像数据)变化的不同范围的地质和储层信息，来推断预期的储层。

储层模型的构造在资源开发中已经变为至关重要的步骤，因为储层建模允许所有可获得数据的综合与地质模型结合。储层建模中的挑战之一是储层几何形状的精确表示，所述储层几何形状包括可包含几乎水平的主沉积面(也称为层位)、可具有任意空间尺寸和方位的断层面和详细地层的结构框架。图1图解了包含多个偏离垂直方向的断层面的复杂储层几何形状。

结构框架概述了储层的主要组成并且它通常被用于模拟位于储层内的流体体积和采出过程中的流体运动。因此，对于结构框架精确模拟是有益的。但是，到目前为止，用于实际储层建模的结构框架的建模已被产生合适网格的困难所阻碍。在产生结构框架的网格中的具体挑战源于地下储层几何形状的复杂结构。储层尺寸的一般纵横比(水平尺寸对垂直尺寸)可以是几个数量级。因此，网格单元的纵横比通常在10和100之间。

在垂直或接近垂直方向通过2DVoronoi网格的投影或突出构造的棱柱或2.5DVoronoi网格被广泛接受用于储层模拟(参见例如WO2008/150325)。可容易地约束棱柱网格单元以求解层位或地层边界。Voronoi网格比通常用于储层模拟器中的结构化角点网格(structuredcornerpointgrid)更灵活和适合。与常规角点网格相比较，Voronoi网格通常需要更少的网格单元来表现和模拟几何形状。这降低了计算能力需求而没有危害模型的精确性。但是，在断层面偏离垂直面的复杂储层几何形状中，产生精确约束的网格仍造成问题，结果仍然危害了用于复杂储层几何形状的储层模型的精确性。

“Efficientandaccuratereservoirmodelingusingadaptivegriddingwithglobalscaleup”，Branets等人，SPE118946(2009)，公开了用于产生合适约束的2.5DVoronoi网格的技术。

美国专利号6,106,561公开了包括储层模拟器适合使用的结构化区域网格(structuredareagridder)的模拟网格方法和设备。该公开涉及基于分区坐标线产生2.5D结构化网格。坐标线是接近断层面几何形状的垂直或接近垂直的线。沿着坐标线投影平面2D网格以形成2.5D棱柱网格。该网格方法不能处理断层或高度偏离(与垂直方向)断层的复杂系统，因为这导致不可接受的具有里面朝外单元的网格和在模型域外的顶点。同样，结构化网格通常需要用于求解储层模型的许多计算能力，并且，因此，这些网格不适于包括多个结构化断层的大型储层的模拟。

“Challengesandtechnologiesinreservoirmodeling”，Branets等人，CommunicationsinComputationalPhysics，卷6，No.1，1-23页，公开了到目前为止在储层建模、网格产生、网格修改(gridadaptation)和全局放大方法(globalscale-upmethod)中的技术总结。

本文公开的方面目的总体上在于消除或至少减轻上述问题和/或提供改进。

发明内容

提供了如所附权利要求中任一项中所限定的方法。

具体地，提供了产生用于储层模型的三维模拟网格的方法，所述方法包括：提供包括层位、约束(constraint)和多个地质网格单元的地质模型；构造相应于地质网格单元的原像，所述原像包括表面，所述建模约束被映射至所述表面上；在原像上产生约束的二维网格，该二维网格包括多个网格单元；从所述地质模型选择模拟层边界并将约束的二维网格投影至所述模拟层边界上；产生棱柱单元以形成三维模拟网格；并输出该三维模拟网格。

因此，由包含地质模型的约束的原像有效地构造网格。这使得断层通过网格被精确地表示。

根据各方面和方法，可通过选择相应于基础层位(basehorizon)的参数空间构造原像。该参数空间可包括多个顶点。可移动顶点以相应于地质模型中约束的位置。可在地质模型的三维空间内近似(approximate)约束并且可将约束映射至原像上。可调节原像以匹配约束。原像网格的边与原像上的相应约束匹配。可通过限定穿过一个或多个断层的连续基础层位表面，使连续基础层位平滑，以及将连续基础层位投影至平面上形成原像来构造原像，该原像包括多个顶点。可并入基础层位的断层顶点以定位连续基础层位上的断层顶点。可以与断层任一侧上基础层位的断层交叉点等距定位连续基础层位表面上的断层顶点。可通过在地质模型k-方向中移动一个或多个顶点使连续基础层位平滑。可垂直投影基础层位至平面上以形成原像。可在原像上产生约束的二维网格。该二维网格单元可包括相应于地质模型的网格单元的标识符。可沿着地质网格单元的k方向线投影网格单元。约束可包括内部约束和/或外部约束，约束包括用于表示地下储层要素的模拟网格产生的建模约束。内部约束可被包括在地质模型中。外部约束可包括辅助地质模型的建模约束。可使用三维模拟网格管理油气层中的烃。

在另一实施方式中，提供了可基于计算机的、用于产生包括下列特征的储层模型的网格的模拟网格设备：包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型；相应于地质网格单元的原像，所述原像包括表面，建模约束被映射至该表面上；用于在原像上产生约束的二维网格的发生器，该二维网格包括多个网格单元；用于从地质模型选择模拟层边界的选择器和用于将约束的二维网格投影至模拟层边界上的投影器；用于产生棱柱单元以形成三维模拟网格的发生器；用于将储层性质传输至三维模拟网格的传输器(transferor)；用于限定三维模拟网格中每个网格单元的状态变量和/或状态参数的限定器(definer)；和用于在三维模拟网格上模拟与烃采收相关的物理和化学过程的求解器(solver)。

根据方法和技术，二维网格单元可包括与地质模型的网格单元相应的标识符。约束可包括内部约束和外部约束中的至少一个。内部约束可包括用于表示地下储层要素的模拟网格产生的建模约束。外部约束可包括辅助储层的建模约束。

提供储层模拟器。储层模拟器包括网格设备，网格设备具有：包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型；相应于地质网格单元的原像，原像包括表面，建模约束被映射至该表面上；用于在原像上产生约束的二维网格的发生器，该二维网格包括多个网格单元；选自地质模型的模拟层边界和用于将约束的二维网格投影至所述模拟层边界的投影器；和用于从二维网格产生棱柱单元以形成三维模拟网格的发生器。储层模拟器也包括用于传输储层性质至三维模拟网格的基于计算机的传输装置，和用于基于三维模拟网格中的每一个网格单元的状态变量和/或状态参数在三维模拟网格上模拟与烃采收相关的物理和化学过程的求解器。

提供了程序存储装置。程序存储装置通过机器可读，并且明确地包含了该机器可执行的指令的程序。指令包括：用于提供包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型的代码；用于构造相应于地质网格单元的原像的代码，所述原像包括表面，所述建模约束被映射至所述表面上；用于在原像上产生约束的二维网格的代码，该二维网格包括多个网格单元；用于从所述地质模型选择模拟层边界和将约束的二维网格投影至所述模拟层边界上的代码；和用于从二维网格产生棱柱单元以形成三维模拟网格的代码。

附图简述

现在将仅通过实例和参照附图更详细地描述公开的方面和它们的优势，其中

图1显示了储层的复杂结构框架的图解视图；

图2显示了根据公开方面的方法步骤的图解流程图；

图3A-3C显示了基础层位、它的相应参数空间和它的最终原像的图解视图；

图4A和4B显示了原像变化；

图5A和5B显示了最初约束简化为简化约束；

图6A和6B显示了通过将参数空间的约束边与原像的简化约束相一致来修改最初原像；

图7A和7B显示了基础层位和它的垂直投影或原像；

图8A和8B显示了平滑的原像表面和它的垂直投影或原像；

图9A-9E显示了二维网格在模拟层边界上的投影；

图10是图解计算机环境的框图；

图11是机器可读代码的框图；

图12是烃管理活动的侧视图；以及

图13是从地下区域抽提烃的方法的流程图。

发明详述

就下列描述是针对具体的实施方式或者具体的用途而言，这旨在仅是例证性的并不解释为限制本发明的范围。相反，本发明旨在涵盖可包括在本发明精神和范围中的所有可选方案、改进和等同物。

就过程、步骤、逻辑块、处理和对计算系统或计算装置中存储器内数据位的操作的其他符号表示，存在随后的一些部分的详细描述。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员使用的向其他本领域技术人员最有效地传达其工作实质的手段。在该详细描述中，设想过程、步骤、逻辑块、处理等是导致期望结果的自相一致顺序（self-consistentsequence）的步骤或指示。步骤是要求物理量的物理操作的那些步骤。通常地——尽管不必然，这些量采用能够储存、传输、组合、比较和以其他方式操作的电信号、磁信号或光信号的形式。主要为了共同使用，称这些信号为位、值、元、符号、字符、项、数等有时已证实是方便的。

除非另外明确陈述，如根据下面的讨论明显的，术语如“提供”、“构造”、“产生”、“选择”、“投影”、“移动”、“计算”、“建模”、“传输”、“限定”、“求解”、“模拟”、“形成”、“进行”、“映射”、“输出”、“近似(接近，approximating)”、“调节”、“匹配”、“平滑”、“并入”、“定位”、“赋值”、“管理”等可能指计算机系统、或其他电子计算设备的动作和过程，其将代表一些电学装置存储器内的物理(电子、磁或光)量的数据变换为类似地代表存储器内或传送或显示设备中物理量的其他数据。这些和类似的术语与适当的物理量相关，并且仅为应用于这些量的方便标志。

本文公开的实施方式也涉及用于进行本文操作的装置。该装置可出于需要的目的特别地构建，或其可包含通用的计算机，其可由计算机中储存的计算机程序或代码选择性地起动或重新配置。这种计算机程序或代码可储存或编码在计算机可读介质中，或在一些类型的传输介质上被执行。计算机可读介质包括储存或传送机器例如计算机（在本文，“机器”和“计算机”同义使用）可读形式的信息的任何介质或机构。作为非限制性的实例，计算机可读介质可包括计算机可读储存介质（例如，只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）、磁盘储存介质、光学存储介质、闪存设备等）。传输介质可以是绞合线对(twistedwirepairs)、同轴电缆(coaxialcable)、光学纤维或一些其它适合的传输介质，用于传输信号如电学的、光学的、声学的或其他形式的传播信号（例如，载波（carrierwave）、红外信号、数字信号等）。

此外，本发明的模块、特征、属性、方法和其他方面可作为软件、硬件、固件或它们的任意组合执行。无论在什么地方本发明的组件作为软件执行，那么该组件可作为独立的程序、作为较大程序的一部分、作为多个单独的程序、作为静态或动态链接的库、作为内核可载入模块（kernelloadablemodule）、作为设备驱动程序、和/或以计算机编程领域技术人员现在或未来知晓的每个和任何其他方式执行。此外，本发明不限于在任何具体操作系统或环境中执行。

一开始，为了便于参考，提出了本申请中使用的某些术语和在本文中使用的它们的含义。就在本文使用的没有在下面限定的术语而言，它应当被给出在至少一个印刷出版物或发行专利中已给出该术语的相关领域中的最宽的定义体(definitionperson)。

如本文使用的，“显示”包括引起显示的直接作用以及促进显示的任何间接作用。间接作用包括提供软件至终端用户、维护网站——通过该网站用户能够实现显示、超链接至这种网站、或与执行这种直接或间接作用的实体协作或合作。因此，第一方可独立或与第三方供货商协作操作以使参考信号在显示装置上产生。显示装置可包括适于显示参考图像的任何装置，如——但非限制地——CRT监控器、LCD监控器、等离子体装置、平板装置或打印机。显示装置可包括通过使用旨在用于评估、校正和/或改进显示结果的任何常规软件已校准的装置(例如已使用监控校准软件调节的彩色监视器)。代替在显示装置上显示参考图像(或除了在显示装置上显示参考图像之外)，与本发明一致的方法可包括给对象提供参考图像。“提供参考图像”可包括通过物理、电话或电子输送产生或分发参考图像给对象，这提供通过网络对参考的访问，或产生或分发软件给对象进行配置以在包括参考图像的对象工作站或计算机上运行。在一个实例中，提供参考图像可包括使对象通过打印机获得硬拷贝形式的参考图像。例如，信息、软件和/或指令可被传输(例如电子上或物理上通过数据存储装置或硬拷贝)和/或其它方式可获得的(例如通过网络)，以便使用打印机帮助对象打印硬拷贝形式的参考图像。在这种实例中，打印机可以是通过使用旨在用于评估、校正和/或改进打印结果中的任意常规软件已被校准的打印机(例如已经使用彩色校正软件调节的彩色打印机)。

如本文使用的，“示例性的”在本文中被专门用来指“作为实例、例子或例证”。本文描述为“示例性的”任何方面不必解释为优选于其它方面或比其它方面有利。

如本文使用的，“油气层(烃储层)”包括含有任何烃物质的储层，包括例如下列中任意的一种或多于一种：油(常常称为石油)、天然气、凝析油、焦油和沥青。

如本文使用的，“烃管理”或“管理烃”包括烃抽提、烃采收、烃勘探、确认潜在的油气资源、确认井位、确定井注入和/或抽提速度、确认储层连通性、获得、处理和/或放弃油气资源、复查先前的烃管理决策、和任何其它烃相关的行为或活动。

如本文使用的，“机器可读介质”指直接或间接参与提供信号、指令和/或数据的介质。机器可读介质可采取如此形式，其包括但不限于非易失介质(例如ROM、盘)和易失介质(RAM)。普通形式的机器可读介质包括但不限于软盘、软磁盘(flexibledisk)、硬盘、磁带、其它磁性介质、CD-ROM、其它光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔模式的其它物理介质、RAM、ROM、EPROM、FLASH-EPROM或其它存储芯片或卡片、存储棒和计算机、处理器或其它电子装置可读的其它介质。

如本文使用的，“地质模型”是三维的地下土方(土方量，earthvolume)的表示。地质模型优选通过结构化三维网格表示。地质模型可以是基于计算机的。

如本文使用的，“原像(pre-image)”是代表地质模型的平面几何形状的表面。

如本文使用的，“网格单元”或“3D网格单元”是限定部分三维储层模型的单位块(unitalblock)。因此，三维储层模型可包括多个网格单元，范围从几十和几百个网格单元至几千和几百万个网格单元。每个网格单元可表示三维储层模型的具体分配部分。整组的网格单元可构成形成表示关注的地下土方的地质模型的网格。每个网格单元优选相应于部分的地下。

如本文使用的，“网格”是一组网格单元。

如本文使用的，“约束”是用于选择数据要素的条件，在所述数据要素中可识别关注的指定区域。约束包括用于模拟网格产生的建模约束，其表示对于流动模拟重要的并且因此应当被并入模拟模型的地下储层的特征。该约束由内部约束和外部约束组成。内部约束包括断层、模型边界和层位。外部约束包括辅助(附属于)地质模型的用于模拟网格产生的建模约束。外部约束包括井和平面多叉线(polyline)。

如本文使用的，“约束的网格”是遵循建模约束的网格。例如，对断层约束的网格应当用网格单元面精确表示断层面，即约束一些网格单元面位于断层面上。

如本文使用的，“结构化网格”是其中每个单元可通过二维(i，j)或三维(i，j,k)指数定址(address)的网格。结构网格的所有单元具有相似形状和相同数量的顶点(节点)、边和面。这样，通过变址(例如单元(i，j)邻接单元(i+n，j+m)，其中对于m=0，n=-1,1和对n=0，m=-1,1)完全限定了网格的拓扑结构(即单元、面、边和顶点之间的边界和邻接关系)。最常用的结构化网格是笛卡尔(Cartesian)或径向网格(radialgrid)，其中每个单元在二维空间内具有四个边或在三维空间内具有六个面。

如本文使用的，“非结构化网格”是不具有规则(变址)结构的网格，因此它的拓扑关系(边界、邻接等)必须被存储，例如连接矩阵(connectivitymatrix)提供了它的面、边和顶点的每个单元列表。非结构化网格单元可能是或可能不是相似的几何形状。

如本文使用的，“层位”是3D体积的地质数据的水平部分或时间切片。

如本文使用的，“区段”是两个层位和可能与或可能不与模型边界相符的一些侧向边界之间的体积。

如本文使用的，“棱柱单元”是通过投影或突出二维单元即在第三维中的n-面多边形以形成多面体构造的三维单元。所获得的多面体具有通过n个平行四边形面连接的两个n-面多边形的面。

如本文使用的，“参数空间”是结构化网格的变址空间。

如本文使用的，“节点”是网格中保持质量和动量连续性的点。

如本文使用的，“断层”是土层(earthlayer)和层位表面中的破裂，在该破裂两侧具有可观察到的位移。

如本文使用的，“平滑”指修改一个或多个顶点的位置以在没有修改网格连通性的情况下改善网格。

本公开解决在具有内部特征的三维域内产生三维非结构化网格的问题，以使结构框架的断层、边界和其它约束更加精确的建模。关于这些要素，网格的改进精确性又增强常规储层模型中的断层、边界和它们交叉点的分辨率(resolution)。

传统上，地质模型由地图组成，并且假定地质模型——模拟模型由地质模型构造。但是常规上，储层工程师将直接修改模拟模型而不是更新下面的地质模型。已经提出了许多不同的算法以自动进行网格化任务。但是，到目前为止，没有一个常规网格模型适于提供合适的解决方案以适当地模拟地下储层中的断层。现今，对于储层建模更好且更完整的方法的需要持续增长。

根据公开的方法和技术，在如图2中图解的许多步骤中产生储层模型的网格。首先，提供包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型(10)。构造相应于地质网格单元的原像(12)。原像包括二维表面，并且来自地质模型的建模约束被映射至二维表面上。在原像上产生约束的二维网格(14)，二维网格包括多个约束的网格单元。基于地质模型中的地质网格单元和/或层位来选择模拟层边界以限定层位之间的空间的划分(16)。将该约束的二维网格投影至模拟层边界上(18)；和产生棱柱单元以形成网格(20)。

公开的方法和技术可以是以程序或软件的形式基于计算机的。公开的改进的网格方法支持修改下面的地质模型和比目前可能的更快地对模拟模型提供改进的迭代过程。

公开的方面提供产生包括多个地质网格单元以及多个层位和约束的储层模型的网格的方法。第一步是构造原像，其包括具有映射至原像上的所有建模约束的三维空间内的二维表面。在原像上产生约束的二维网格以形成包括多个网格单元的二维网格。基于每个区段的岩石性质和约束，对于模型的不同区段，在相同原像上可产生不同的二维网格。然后将每个约束的二维网格映射或投影到它被分配(assign)的区段内的模拟层边界或层位上，并且对于每个区段产生棱柱单元。在棱柱单元产生期间，基于厚度或体积，低于尖灭阈值(pinch-outthreshold)的棱柱单元可被几何上并入邻接的棱柱单元。沿着断层面并在从相应区段的两个映射二维网格之间的区段边界层位(zoneboundinghorizon)上计算裂开的棱柱单元面，其最终产生了整个模型的三维网格。在模型的不同区段内具有不同平面网格允许更加精确考虑岩石和流体性质的平面趋势的垂直变化，以及考虑在一个区段内局部并入工程特征，如井和其它约束。

公开的方法和技术的一个特征是构造包括所有建模约束的原像，所述建模约束包括断层和储层边界并且都被映射至建模约束上。因为原像被用作二维区域网格的输入，因此原像必须精确地表示层位、断层和其它约束的真实三维几何形状。

在另一方面，提供了通过选择相应于基础层位的参数空间构造原像的方法，所述参数空间包括二维变址网格。基于层位的复杂性选择基础层位，并且基础层位可覆盖储层模型的整个平面范围。

作为二维(i，j)变址空间，参数空间网格反应了表示基础层位的网格的拓扑学。为了确保模型真实几何形状的精确表示，移动参数空间网格的顶点以相应于地质模型中约束的位置。因为顶点的位置相应于模型中约束的位置，这确保当安置网格以便通过网格结构适当地覆盖断层时，精确建模断层。这产生改进的对于断层的模型分辨率。在图3A中，显示了基础层位30。图3B描述了相应的参数空间32，并且图3C显示了最终原像34，其通过移动顶点或节点以相应于地质模型的基础层位中约束的位置进行构造。

通过顶点移动修改参数空间网格以达到与地质模型的三维层位表面上的约束的原始几何形状一致，来构造原像。这在图4A中图解，图4A表示了包括相应于断层的约束的原像。图4B是修改的原像，其包括通过顶点移动修改的约束。移动表示原像中约束的顶点42来消除参数空间网格的阶梯效应(stair-steppingeffect)。顶点移动被定位在一块(apatchof)邻接的单元内，并引起原像单元的局部变形。自动进行顶点移动。

在地质模型内的精密标度(finescale)上表示约束。为了确保有效使用计算时间，在模拟网格单元的粗标度(coarsescale)上优选简化并近似相应于约束的网格。该简化减少了网格点的数量。在一方面中，可选择性地减少网格点的数量以确保在断层区域和/或其它关注区域内合适的模型分辨率。在基础层位的表面上在三维空间内可简化或近似约束。在简化或近似之后，将约束映射至原像上。图5A中图解了近似的效果，图5A显示了简化前原像中的约束。图5B显示了简化后的约束。

但是，粗略近似的约束可能不能与通过原像网格的边精密标度表示的约束完全一致。因此，可对原像进行调整，以改进网格和随后模拟结果的精确性。为了该目的，迫使参数网格的约束边与原像的粗略约束几何形状相符。这在图6A和6B中图解。图6A显示了参数网格，并且图6B显示了修改的参数网格，其中迫使约束边与原像上新的粗略约束几何形状相符。修改的参数网格可被进一步平滑以最小化单元变形。

总之，来自地质模型的基础层位通过它的参数空间为原像提供了基础。一旦获得原像，修改原像以表示相应于三维几何形状的约束。通过顶点移动修改原像的参数空间来达到与层位中约束的原始几何形状一致。在地质模型中，在精密标度上表示约束。为了在模拟网格单元的粗标度上简化和近似该标度，在基础层位的三维空间内简化约束并且随后将它们映射至原像上。在该步骤后，通过迫使空间的约束边与原像上修改的粗略约束几何形状一致来调节原像以确保与近似的约束一致。

在进一步的实施方式中，通过限定穿过断层的连续基础层位表面和在其上形成原像表面，构造原像。连续基础层位可被平滑并且然后被投影到平面上以形成原像。这是构造原像的可选方式，该原像同样产生在地质模型中的断层周围改进的网格分辨率。

考虑基础层位为穿过如图7A中图解的断层的连续表面，以形成原像表面。在断层两侧上的基础层位网格的相应断层顶点被并入并被置于原像上以在断层的中间径迹上放置这些顶点，断层的中间径迹处于距断层的任一侧上未修改网格的等距位置处。当考虑基础层位为穿过该断层的连续表面时，断层顶点连接表面。连续基础层位的垂直投影显示于图7B中。

投影可能不可用作原像，因为它是高度不均匀的网格，如断层附近的伸长单元所证明的。如果断层是逆断层，那么甚至可折叠单元。为了在垂直投影中达到可接受的原像，平滑并展开原像表面的二维网格。在平滑期间，使得网格顶点在三维方向但仅沿着地质模型网格的k方向(沿着柱(pillar))移动。这可通过使用整体平滑技术完成，如在“Avariationalgridoptimizationmethodbasedonlocalcellqualitymetric(基于局部单元质量度量变化的网格优化方法)”，BranetsLV，PhD论文，德克萨斯大学，2005中所述的技术。所得的平滑的原像显示于图8A中，图8A呈现了平滑的原像表面。图8B显示了形成原像的平滑原像表面的垂直投影。

一旦原像被构造，在它上面构造约束的二维网格。可应用构造网格的各种已知技术。例如，可通过用多叉线近似原像的边界和内部特征，对图像通过Delaunay三角形法构造未约束的网格，修改Delaunay三角形法以使三角形的边贴合多叉线，并更正修改的约束三角形法以使它符合约束，构造网格。

WO2008/150325公开了关于产生约束的二维网格的更多细节。为了进一步改进二维网格和实际三维层位几何形状之间的一致性，可优选使用用于在原像上二维网格产生的基础层位的曲率信息。然后将约束的二维网格投影到模拟层边界或层位上。基于地质模型的层位和/或网格单元选择模拟层边界以将层位之间的体积再分成模拟网格的层。对于由两个层位限制的每个体积，可通过指定其中模拟层边界将相应地重复顶部层位、底部层位形状或按比例划分体积的顶部贴合(top-conforming)、底部贴合(bottom-conforming)或成比例分层类型(proportionallayeringstyle)限定模拟层边界。可选地，可通过指定被结合成一个模拟层的地质网格层根据地质网格单元的层限定模拟层边界。优选在k-方向堆叠层。图9A-9E图解了约束的二维网格单元在模拟层边界上的投影。图9A显示了包括单元中心的网格单元。在原像上构造约束的二维网格，并且因此，对于约束的二维网格的每个顶点和单元中心，可确定含有该顶点的原像单元(图9B)和原像单元内该顶点的局部坐标ξ，η(图9C)。因为从基础层位的参数空间形成原像，原像单元可被唯一识别在地质模型的结构化网格内具有k-列的单元。在这些k-列的每一个内，已经识别模拟层边界(图9D)。因此，使用原像单元(图9B)和在原像单元(图9B)内的局部坐标(图9C)，每个约束网格单元的每个顶点或单元中心(图9A)可被投影至地质模型网格单元的相应k-列内的所有模拟层边界(图9E)。

一旦二维网格投影在所有模拟层边界上，可通过使用常规技术构造棱柱网格单元。例如，可通过连接具有相应列数的单元的面逐列产生棱柱单元。在棱柱单元产生期间基于厚度或体积低于尖灭阈值的棱柱单元可几何上被并入邻近的棱柱单元。如果对于每个区段使用独立的约束二维网格通过区段产生网格，那么沿着断层面和在区段边界层位上计算裂开的棱柱单元面。

沿着k-列地质模型网格的平面模拟网格的投影确保在所得的模拟网格和下面的地质模型之间的改进的一致性。例如，通过提供用于评估模拟网格单元和地质模型单元之间几何约束关系的更精确和有效的方式，促进岩石和流体性质从地质模型传输至模拟网格。这样，构造原像以精确地近似基础层位和模型约束的三维几何形状，并且将来自地质模型的坐标线用作投影方向。这确保了模拟和地质模型之间的一致性，这与常规方法相反，在常规方法中原像作为水平面获取，在水平面上从底层或基础模型的约束被垂直投射。因此，常规方法不能处理复杂的偏离断层或逆断层。

图10图解了计算机系统90，在其上可执行用于进行与公开方法和技术的方面相关的处理操作的软件。中央处理单元(CPU)91被连接至该系统。CPU91可以是任何通用的CPU或专用的CPU。公开的方面不受CPU91的结构或计算机系统90的其它组件限制。CPU可根据连同本文公开的方法所述的示例性操作流程进行处理的各种逻辑指令。例如，CPU91可执行机器水平的指令或机器可读的代码，以执行本文图2的操作框或步骤。

计算机系统90可包括一个或多个机器可读介质如随机存取存储器(RAM)92。RAM92可保持用户和系统数据和程序，如含有执行本文公开的方面、方法学和技术的方法的代码的计算机程序产品。计算机系统也包括输入-输出(I/O)适配器93、网络适配器94和图像处理适配器/卡95。计算机系统90也可包括输出装置，如打印机或显示器97，以显示或其它方式可视地提供公开的方法的一个或多个部分的结果。

图11描述了可与计算系统如计算系统90一起使用的并入机器可读代码的有形机器可读介质110的图。在框111提供了用于提供含有层位、约束和多个地质网格单元的地质模型的代码。在框112提供了用于构造相应于地质网格单元的原像的代码，原像包括表面，并且建模约束被映射至表面上。在框113提供了用于在原像上产生约束的二维网格的代码，二维网格包括多个网格单元。在框114提供了用于从地质模型选择模拟层边界并将约束的二维网格投影至模拟层边界上的代码。在框115提供了用于从二维网格产生棱柱单元，从而形成三维模拟网格的代码。在框116可提供用于输出三维模拟网格的代码。也可提供实行或执行公开的方面和方法的其它特征的代码。该另外的代码在图11作为框117表示，并且可根据计算机代码编程技术放在机器可读代码的任何位置。

本文公开的方面可被用来进行烃管理活动。例如，产生如本文所述网格的方法可被并入现有储层模拟器以改进现有储层模型的精确性。在储层模拟器中，使用计算机数字求解描述储层中流体的物理流动的数学方程。通常，方程可以是常微分方程和/或偏微分方程。作为数字求解这种方程的手段，已知有限元法、有限差分法、有限体积法(finitevolumemethod)等。无论采用那种方法数字求解模型方程，基于物理系统或地质模型描述之前，如本文产生网格，并且在整个模型的空间中变化的状态变量通过每个单元的值组表示。与储层岩石性质如孔隙度和渗透性相关的状态变量通常被假定是在网格单元内恒定的。其它变量如流体压力和相饱和度被指定在单元内本文称为“节点”的指定点处。可通过产生如上文所述的网格，将地质模型的性能放大或传输至产生的网格，限定网格内每个网格单元的状态变量和/或状态参数，以及根据边界条件使用合适的求解程序求解网格以模拟随着时间网格内的烃的流动，从而由地质模型产生储层模型和储层模拟器。

作为烃管理活动的另一实例，本文公开的方面可被用来帮助从地下区域或储层抽提烃，地下区域或储层由图12中的指代数字120指出。在图13中呈现了从地下储层120抽提烃的方法130。在框132，从地下区域的数字模型、地质模型或流动模型接受输入，其中使用本文公开的方法和方面已构造或改进模型或模拟。在框134，预测地下区域内烃的存在和/或位置，或可选地可预测或估计抽提位置。在框136，进行烃抽提以从地下区域移出烃，其可通过使用石油钻井设备124钻井122(图12)完成。可根据已知原理进行其它烃管理活动。

因此，提供了产生非结构化网格的方法以及模拟储层连同它们各自设备的方法。一个优势是它提供了包括断层的复杂地下储层的更加精确的模型。相信这在储层建模方面提供了重要的进步。

本领域技术人员应当理解本文公开的概念和具体实施方式可作为修改或设计执行本发明同样目的的其它结构的基础被容易地使用。本领域技术人员也应当认识到这种等价结构不脱离所附权利要求中阐明的本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.产生用于储层模型的三维模拟网格的方法，其包括：

a)提供包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型；

b)构造相应于所述地质网格单元的原像，所述原像包括由所述地质模型的平面几何形状表示的二维表面，所述约束被映射至所述表面上；

c)在所述原像上产生约束的二维网格，所述二维网格包括多个网格单元；

d)从所述地质模型选择模拟层边界并将所述约束的二维网格投影到所述模拟层边界上；

e)从所述二维网格产生棱柱单元以形成所述三维模拟网格；和

f)输出所述三维模拟网格。

2.权利要求1所述的方法，其中通过下列步骤构造所述原像：

a)选择相应于基础层位的参数空间，所述参数空间包括多个顶点；和

b)移动所述顶点以相应于所述地质模型中所述约束的位置。

3.权利要求2所述的方法，其中在地质模型的三维空间内近似所述约束并将所述约束映射至所述原像上。

4.权利要求3所述的方法，其中调节所述原像以匹配所述约束。

5.权利要求4所述的方法，其中所述原像网格的边匹配所述原像上相应的约束。

6.权利要求1所述的方法，其中通过下列步骤构造所述原像：

a)限定穿过一个或多个断层的连续基础层位表面；

b)平滑所述连续基础层位；和

c)将所述连续基础层位投影至平面上以形成所述原像，所述原像包括多个顶点。

7.权利要求6所述的方法，其中并入所述基础层位的断层顶点以在所述连续基础层位上定位所述顶点。

8.权利要求6所述的方法，其中与所述断层任一侧上的基础层位的断层交叉点等距定位所述连续基础层位表面上的断层顶点。

9.权利要求6所述的方法，其中通过在所述地质模型的k-方向上移动一个或多个顶点来平滑所述连续基础层位，其中每个k方向线沿着柱。

10.权利要求6所述的方法，其中将所述基础层位垂直投影至所述平面上以形成所述原像。

11.权利要求1所述的方法，其中所述约束的二维网格是第一约束的二维网格，并进一步包括一个或多个在所述原像上产生的其它约束的二维网格，每个约束的二维网格被分配至模型区段。

12.权利要求11所述的方法，其中在来自独立的约束二维网格的独立模型区段内产生棱柱单元。

13.权利要求12所述的方法，其中在分开所述区段的所述层位上计算来自不同模型区段的棱柱单元的裂开面。

14.权利要求1所述的方法，其中所述二维网格单元包括相应于所述地质模型的网格单元的标识符。

15.权利要求14所述的方法，其中沿着所述地质网格单元的k方向线投影所述网格单元，其中每个k方向线沿着柱。

16.权利要求1所述的方法，其中将低于尖灭阈值的棱柱单元几何上并入邻近的棱柱单元。

17.权利要求1所述的方法，其中沿着所有断层面计算棱柱单元的裂开面。

18.权利要求1所述的方法，其中所述约束包括内部约束和外部约束中的一种或多种，所述约束包括用于表示地下储层要素的模拟网格产生的约束，所述内部约束包括在所述地质模型内并且所述外部约束包括辅助所述地质模型的约束。

19.权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述三维模拟网格管理油气层中的烃。

20.模拟储层的方法，其包括：

a)提供包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型；

b)构造相应于所述地质网格单元的原像，所述原像包括由所述地质模型的平面几何形状表示的二维表面，所述约束被映射至所述表面上；

c)在所述原像上产生约束的二维网格，所述二维网格包括多个网格单元；

d)从所述地质模型选择模拟层边界，并将所述约束的二维网格投影至所述模拟层边界上；

e)从所述二维网格产生棱柱单元以形成三维模拟网格；

f)将储层性质传输至所述三维模拟网格；

g)限定所述三维模拟网格内的每个网格单元的状态变量和状态参数中的至少一个；和

h)在所述三维模拟网格上模拟与烃采收相关的物理和化学过程。

21.用于产生储层模型的网格的模拟网格设备，其包括：

a)包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型；

b)相应于所述地质网格单元的原像，所述原像包括由所述地质模型的平面几何形状表示的二维表面，所述约束被映射至所述表面上；

c)在所述原像上产生约束的二维网格的发生器，所述二维网格包括多个网格单元；

d)来自所述地质模型的模拟层边界和用于将所述约束的二维网格投影至所述模拟层边界的投影器；以及

e)用于从所述二维网格产生棱柱单元以形成三维模拟网格的发生器。

22.根据权利要求21所述的设备，其中所述网格设备基于计算机。

23.权利要求21所述的设备，其中所述二维网格单元包括相应于所述地质模型的网格单元的标识符。

24.权利要求21所述的设备，其中所述约束包括内部约束和外部约束中的至少一种，所述内部约束包括用于表示地下储层要素的模拟网格产生的约束，并且所述外部约束包括辅助所述储层的约束。

25.储层模拟器，其包括：

网格设备，其包括：

包括层位、约束和多个地质网格单元的地质模型；

相应于所述地质网格单元的原像，所述原像包括由所述地质模型的几何形状表示的二维表面，所述约束被映射至所述表面上，

用于在所述原像上产生约束的二维网格的发生器，所述二维网格包括多个网格单元，

选自所述地质模型的模拟层边界和用于将所述约束的二维网格投影至所述模拟层边界的投影器，和

用于从所述二维网格产生棱柱单元以形成三维模拟网格的发生器；

用于将储层性质传输至所述三维模拟网格的基于计算机的传输装置；以及

基于所述三维模拟网格中每个网格单元的状态变量和状态参数中的至少一个，在所述三维模拟上模拟与烃采收相关的物理和化学过程的求解器。