CN103154931B - 计算缺省3d变差函数模型的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于计算变差函数模型的系统和方法，其利用垂直实验变差函数和水平实验变差函数来计算3D缺省变差函数模型。

Description

计算缺省3D变差函数模型的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请以及通过引用并入本申请中的12/605,945号和12/229,879号美国专利申请归属于兰德马克图形公司(Landmark GraphicsCorporation)。

关于联邦政府资助研究的声明

无

技术领域

本发明一般涉及用于地质统计学/属性建模的变差函数模型的计算。更具体地，本发明涉及使用垂直实验变差函数和水平实验变差函数来计算缺省三维(“3D”)变差函数模型的自动化处理。

背景技术

在地质统计学/属性建模中，确定变差函数模型是最重要的且通常很难的工作之一，因为变差函数模型用于识别所给出的地质或岩石物理属性或任何空间相关属性的连续性的最大和最小方向。“连续性最大方向”为使得所给出的属性沿其变化最小的方向。“连续性最小方向”为垂直于连续性最大方向的方向，所给出的属性的变化在该方向上的变化最大。

用于计算和匹配传统的半变差函数的传统方法通常要求用户具有专业知识，并伴随着大量的实验和误差。用于半变差函数的自动拟合的传统方法也集中于将曲线拟合至一组表示实验半变差函数的点的最小二乘法。

许多商业软件包提供传统的实验和误差拟合。例如，在图1中，，使用图形用户界面100中的十个实验半变差函数示出了传统的实验和误差半变差函数建模。沿着不同的方位计算各实验半变差函数。实验半变差函数的数量取决于计算中的输入数据点的数量和数据对的数量。该示例选择了十个函数，且基于261个输入数据点产生了令人满意的结果。用户必须对方向的数量进行试验，最少2个且最多36个方向，对于36个方向，每5度计算一次。

在图1中示出的各半变差函数中，用户使用定点设备拖动竖直线102(向左或向右)，直至线104成为每个变差函数中的各点之间的“最佳拟合”。当对实验半变差函数点进行拟合时，用户还可选择模型类型，例如球面、指数和高斯分布。这种类型的非线性拟合可由商业软件包获得，例如已知为“Uncert”的公共领域产品，其为由Bill Wingle，Eileen Poeter博士和Sean Mckenna博士开发的免费软件产品。

自动化拟合的概念还指将一曲线拟合至各半变差函数点，但软件会使用函数的一些近似值来产生最佳拟合。例如，如图2中所示的，在显示器200中，将传统的自动化线性半变差函数拟合与图1中的各实验半变差函数进行了比较。然而，在图2中示出的线性最佳拟合对于大部分严格条件来说并不理想。在大部分自动化的情况下，该方案要求某种形式的曲线(非线性)拟合方法，该拟合方法对于用户来说是“不可见的”。当用户不能对由自动化功能实现的拟合给出任何输入时，该方案对于用户来说是不可见的。

因此，需要一种变差函数模型，当缺少测井数据时，其作为有效的缺省模型，且该模型对于用户来说是可见的。

发明内容

本发明通过提供一种用于计算变差函数模型的系统和方法而满足上述需求且克服现有技术中的一个或多个不足，所述系统和方法利用垂直实验变差函数和水平实验变差函数来计算缺省变差函数模型。

在一实施例中，本发明包括用于计算变差函数模型的计算机执行的方法，包括：i)选择输入数据和网格数据，所述输入数据至少包括测井曲线数据和次级数据；ii)使用计算机处理器处理所述输入数据，以对所述输入数据应用正态化分数转换或标准化所述输入数据；iii)使用a)由计算机处理器处理之后的测井曲线数据，b)缺省垂直单元滞积距离，以及c)用于垂直实验变差函数的滞积的缺省数量，计算垂直实验变差函数；iv)使用a)由计算机处理之后的次级数据，b)缺省水平单元滞积距离，以及c)用于水平实验变差函数的滞积的缺省数量,计算水平实验变差函数；以及vi)通过自动拟合所述垂直实验变差函数和水平实验变差函数，以形成变差函数模型，来减少所述计算机处理器的周期，所述变差函数模型表示缺省3D变差函数模型。

在另一个实施例中，本发明包括一种用于计算变差函数模型的设备。所述设备包括：i)用于选择输入数据和网格数据的装置，所述输入数据至少包括测井曲线数据和次级数据；ii)用于使用计算机处理所述输入数据，以对所述输入数据应用正态化分数转换或标准化所述输入数据的装置；iii)用于使用a)由计算机处理之后的测井曲线数据，b)缺省垂直单元滞积距离，以及c)用于垂直实验变差函数的滞积的缺省数量，计算垂直实验变差函数的装置；iv)用于使用a)由计算机处理之后的次级数据，b)缺省水平单元滞积距离，以及c)用于水平实验变差函数的滞积的缺省数量，计算水平实验变差函数的装置；以及vi)用于通过自动拟合所述垂直实验变差函数和水平实验变差函数，以形成变差函数模型，来减少所述计算机处理器的周期的装置，所述变差函数模型表示缺省3D变差函数模型。

通过下文中对各实施例和相关附图的描述，本发明的其他方面、优点和实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。

附图说明

下文中参考附图描述本发明，其中相同的部件具有相同的参考标记，且附图中：

图1示出了使用十个(10)实验半变差函数的传统的实验和误差半变差函数模型；

图2示出了用于图1中的每一实验半变差函数的传统自动化线性半变差函数拟合；

图3为示出了用于执行本发明的方法的一实施例的流程图；

图4示出了用于选择输入数据、网格数据和变差函数的图形用户界面；

图5示出了图形用户界面，其用于显示用于垂直实验变差函数的参数；

图6示出了图形用户界面，其用于显示用于水平实验变差函数的参数；

图7示出了图形用户界面，其用于显示变差函数图和玫瑰图；

图8A为示出根据图3中的步骤312在垂直方向上计算的垂直实验变差函数的图示；

图8B为示出了根据图3中的步骤312在主方向上计算得到的水平实验变差函数的图示；

图8C为示出了根据图3中的步骤312、在垂直于主方向的方向上计算得到的水平实验变差函数的图示；

图9A为示出了根据图3中的步骤314、沿着图8A中的垂直方向计算得到的垂直实验变差函数和自动拟合变差函数模型的图示；

图9B为示出了根据图3中的步骤314、沿着图8B中的主方向计算得到的水平实验变差函数和自动拟合变差函数模型的图示；

图9C为示出了根据图3中的步骤314、沿着垂直于图8C中的主方向的方向计算得到的水平实验变差函数和自动拟合变差函数模型的图示；

图10为示出了用于执行本发明的计算机系统的一实施例的框图。

具体实施方式

具体描述本发明的主题，然而，该描述本身不旨在限制本发明的范围。也可以结合其他现有或未来的技术通过其他方式实施该主题，以包括类似于在此描述的实施例的不同步骤或步骤的组合。此外，尽管可以使用术语“步骤”描述所使用的方法的不同元素，该术语不应理解为暗示在此公开的各步骤中或之间的任何特定顺序，除非本文清楚地限制了特定顺序。尽管下文中的描述涉及石油和天然气工业，然而本发明的系统和方法不限于此，且也可以用于其他工业以产生类似的结果。

方法描述

本发明提供一种更有效的程序，其通过使用测井曲线数据计算垂直实验变差函数和使用地震数据计算水平实验变差函数来确定用于3D变差函数模型的智能缺省。然后，该程序实施自动拟合，以使用垂直实验变差函数和水平实验变差函数来确定缺省3D变差函数模型。该程序假定存在来自测井曲线数据的充足垂直信息但缺乏来自测井曲线数据的水平信息来确定合适的参数化。该程序还假定存在来自地震数据的充足次级信息，以抵消水平测井曲线数据的不足。此外，该程序假定地震数据与正被建模的测井曲线属性之间存在关系，且假定地震数据包括具有类似于测井曲线属性的空间差异的属性。

现在参考图3，流程图示出了用于实施本发明的方法300的一实施例。

在步骤302中，使用图形用户界面来选择输入数据、网格数据和/或变差函数使用选项。如图4中的图形用户界面400所示的，可以选择输入数据、网格数据和/或变差函数使用选项。输入数据可包括测井曲线数据和次级数据，例如地震数据。网格数据例如可包括网格化孔隙度数据和网格化地震数据。变差函数使用选项可包括例如克里格法(kriging)和仿真。

在步骤304中，使用在步骤302中选择的测井曲线数据，为垂直实验变差函数计算缺省垂直单元滞积距离。该计算沿着各井执行，且确定两个邻近样本之间的距离，收集该距离以形成分布。排除异常值，且计算该分布的平均值，将该平均值用作缺省垂直单元滞积距离。通过这种方式，该计算不仅可以处理垂直井，也可以处理斜井。如图5中的图形用户界面500所示的，垂直实验变差函数的计算结果可以作为滞积被显示，且如有需要，可以对该计算结果进行手动调节。

在步骤305中，使用现有技术中已知的技术，计算用于在步骤302中选择的网格数据的网格的平均水平单元大小，且将该平均水平单元大小设置为用于水平实验变差函数的缺省水平单元滞积距离。如图6中的图形用户界面600所示的，水平实验变差函数的计算结果可以作为滞积间隔被显示，且如有需要，可以对该计算结果进行手动调节。

在步骤306中，使用现有技术中已知的技术，计算用于垂直实验变差函数和水平实验变差函数的滞积的缺省数量。例如，用于竖直实验变差函数的滞积的缺省数量可计算为：

滞积数＝.5*(储油层厚度) (1)

(缺省垂直单元滞积距离)

例如，可在图5中将垂直实验变差函数的计算结果作为滞积数显示，且如有需要，其可以被手动调节。例如，用于水平实验变差函数的滞积的缺省数量可计算为：

滞积数＝.5*(储油层水平尺寸) (2)

(缺省水平单元滞积距离)

例如，可在图6中将用于水平实验变差函数的计算结果作为滞积数示出，且如有需要，其可以被手动调节。

在步骤308中，使用现有技术中已知的技术，对在步骤302中选择的次级数据进行随机抽样，以将次级数据的大小减少至在计算水平实验变差函数中使用的实际大小。例如，在图6中，用于次级数据的次级抽样数降低至20000，且如有需要，其可以被手动调节。

在步骤310中，取决于变差函数模型的预期用途，使用正态化分数转换来标准化或处理在步骤302中选择的测井曲线数据和来自步骤302或步骤308的次级数据。例如，若变差函数模型预期用于仿真，则图4中的图形用户界面400可用于选择正态化分数转换，从而通过使用现有技术中已知的技术将其施加至测井曲线数据和次级数据。然而，若变差函数模型预期用于插值法(克里格法)，则图4中的图形用户界面400可用于选择克里格法，从而使用现有技术中已知的技术标准化测井曲线数据和次级数据。

在步骤312中，使用现有技术中已知的技术计算垂直和水平实验变差函数。使用来自步骤310的测井曲线数据、在步骤304中计算得到的缺省垂直单元滞积距离和在步骤306中计算得到的用于垂直实验变差函数的滞积的缺省数量，来计算垂直实验变差函数。使用来自步骤310的次级数据、在步骤305中计算得到的缺省水平单元滞积距离和在步骤306中计算得到的用于水平实验变差函数的滞积的缺省数量，沿着多个方向计算水平实验变差函数。一旦初始计算了垂直和水平实验变差函数，则使用现有技术中已知的技术处理实验变差函数，从而自动拟合并确定用于水平实验变差函数的主方向(主方位)。如图7中的图形用户界面700所示的，可利用变差函数图702和玫瑰图704来显示水平实验变差函数的主方向。主方向位于点706与708之间，且为N10.1。次方向(次方位)位于点710与712之间。如图7所示的，一旦找到主方位的方向，在主方向和垂直于主方向的方向上计算水平实验变差函数。在图8A中示出了根据步骤312在垂直方向上计算得到的垂直实验变差函数。分别在图8B和图8C中示出了根据步骤312、在主方向上计算得到的水平实验变差函数和在垂直于主方向的方向上计算得到的水平实验变差函数。

在步骤314中，方法300利用已知的自动拟合技术确定缺省3D变差函数模型，如图9A至图9C所示的。在图9A中，例如，图解示出了根据步骤314、沿着图8A中的垂直方向计算得到的垂直实验变差函数和自动拟合变差函数模型。在图9B中，图解示出了根据步骤314、沿着图8B中的主方向计算得到的水平实验变差函数和自动拟合变差函数模型。在图9C中，类似地，图示示出了根据步骤314、沿着图8C中的垂直于主方向的方向计算得到的水平实验变差函数和自动拟合变差函数模型。

因此，方法300提供了一种智能缺省变差函数模型，其缩短了周期，改建了建模效率，且对于缺乏经验的用户来说是直观的。

系统描述

可以通过计算机可执行程序指令来实施本发明，例如程序模块，通常称为计算机执行的软件应用或应用程序。该软件例如可包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件和数据结构。该软件形成接口，从而允许计算机根据输入源响应。由Lankmark Graphics Corporation推向市场的商业应用软件DecisionSpace_TM可用作接口应用程序，从而实施本发明。该软件也可与其他代码段合作，以响应于随所接收的数据的源一起接收到的数据而初始化各种任务。该软件可存储和/或承载在任何类型的存储器介质上，例如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器和半导体存储器(例如各种类型的RAM或ROM)。此外，该软件及其结果可在多种载体介质上传输，例如光纤、金属线，和/或，该软件及其结果可通过任何类型的网络传输，例如互联网。

此外，本领域技术人员应理解，本发明可以以多种计算机系统配置实施，包括手持式设备、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、迷你计算机、大型计算机等。可接受任何数量的计算机系统和计算机网络与本发明一同使用。本发明可在分布式计算环境中实施，其中，任务由通过通讯网络链接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括存储器存储装置的本地和远程计算机储存介质二者中。因此，可在计算机系统或其他处理系统中结合各种硬件、软件或其组合来实施本发明。

现在参考图10，框图示出用于在计算机上实施本发明的系统的一实施例。该系统包括计算单元，有时称为计算系统，其包括存储器、应用程序、客户端界面和处理单元。该计算单元仅为适合的计算环境的一个示例，且不旨在对本发明的使用范围和功能进行限制。

存储器主要存储应用程序，其也可被描述成包括计算机可执行指令的程序模块，计算机可执行指令由计算单元执行，用于实施在此描述且在图3至图9中示出的本发明。因此，存储器主要包括变差函数模型模块，其执行图3中所示的步骤302至314。尽管DecisionSpace_TM可用于与变差函数模型模块接口，以提供对数据和一般可见环境的访问；可以使用其他界面应用程序代替DecisionSpace_TM或变差函数模型模块作为独立应用程序。

尽管示出的计算单元具有广义存储器，但该计算单元典型包括各种计算机可读介质。示例性地且非限制性地，计算机可读介质可包括计算机存储介质。计算系统存储器可包括易失和/或非易失存储器形式的计算机存储介质，例如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。包含基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)典型地存储在ROM中，其中基本例程有助于计算单元内各元件之间的信息传递，例如在启动期间。RAM典型地包括可立即访问和/或当前正由处理单元操作的数据和/或程序模块。示例性地且非限制性地，计算单元包括操作系统、应用程序、其他程序模块以及程序数据。

在存储器中示出的组件也可被包含在其他可移动/不可移动的、易失/非易失计算机存储介质中，或其可在计算单元中通过应用程序接口(“API”)执行，该应用程序接口可位于通过计算机系统或网络而连接的单独的计算单元上。仅示例性地，硬盘驱动器可读写不可移动的、非易失磁性介质，磁盘驱动器可读写可移动的、非易失磁性介质，且光盘驱动器可读写可移动的、非易失光盘，例如CD ROM或其光学介质。可用在该示例性操作环境中的其他的可移动/不可移动的易失/非易失计算机存储介质可包括但不限于盒式磁带、闪存卡、数字多用盘、数位视讯磁带、固态RAM、固态ROM等。因此，上文中讨论的驱动器及其相关的计算机存储介质提供存储和/或携带计算机可读指令、数据结构、程序模块和用于计算单元的其他数据。

客户可通过客户端界面将命令和信息输入计算单元，该客户端界面可以是输入设备，例如键盘和定点设备，通常称为鼠标、轨迹球或触摸板。输入设备可包括麦克风、操纵杆、碟形卫星天线、扫描仪等。这些或其他输入设备通常通过系统总线连接至处理单元，但也可由其他接口和总线结构连接，例如并行端口或通用串行总线(“USB”)。

监视器或其他类型的显示设备可通过接口连接至系统总线，例如通过视频接口。图形用户界面(“GUI”)也可与视频接口一同使用，从而从客户端界面接收指令且将该指令传输给处理单元。除了监视器之外，计算机也可包括可通过输出外围接口连接的其他外围输出设备，例如扬声器和打印机。

尽管未示出计算单元的许多其他内部组件，本领域一般技术人员应清楚，这样的组件以及其相互连接是已知的。

尽管结合当前优选的实施例描述了本发明，本领域的技术人员将理解，不旨在将本发明限制于这些实施例。例如，本发明可与认为是区域化变量的其他类型的数据一同使用，或与具有属性测量的空间坐标的任何属性一同使用。因此，其他工业应用可包括：i)微量金属、毒素的环境研究；ii)绘制煤的数量和质量以及其潜在污染物，例如硫磺和水银；iii)在移动电话工业中测量信号强度；iv)创建含水层图；v)绘制土壤模型；以及vi)使用多普勒雷达和降雨测量分析和预测降雨。因此可预见的是，在不脱离由附带的权利要求和其等同方案所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对所公开的实施例作出各种可替换的实施例和修改。

Claims (20)

1.一种用于计算变差函数模型的方法，所述方法包括：

选择输入数据和网格数据，所述输入数据至少包括测井曲线数据和次级数据；

使用计算机处理器处理所述输入数据，以对所述输入数据应用正态化分数转换或标准化所述输入数据；

使用i)由计算机处理器处理之后的测井曲线数据；ii)缺省垂直单元滞积距离，以及iii)用于垂直实验变差函数的滞积的缺省数量，计算所述垂直实验变差函数；

使用i)由计算机处理之后的次级数据；ii)缺省水平单元滞积距离，以及iii)用于水平实验变差函数的滞积的缺省数量，计算所述水平实验变差函数；以及

通过自动拟合所述垂直实验变差函数和所述水平实验变差函数，以形成变差函数模型，来减少所述计算机处理器的周期，所述变差函数模型表示缺省3D变差函数模型。

2.如权利要求1所述的方法，其中，若所述变差函数模型旨在用于仿真，则使用计算机处理所述输入数据，以向所述输入数据应用正态化分数转换。

3.如权利要求1所述的方法，其中，若所述变差函数模型旨在用于插值法，则使用计算机处理所述输入数据，以标准化所述输入数据。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述缺省垂直单元滞积距离以如下方式确定：

使用测井曲线数据计算两个邻近样本之间的距离；

收集每两个所述邻近样本之间的所述距离，以形成分布；

排除所述分布中的异常值；以及

计算所述分布的平均值，所述平均值表示缺省垂直单元滞积距离。

5.如权利要求4所述的方法，其中，使用所述缺省垂直单元滞积距离来计算用于所述垂直实验变差函数的滞积的缺省数量。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述缺省水平单元滞积距离以如下方式确定：

计算用于所述网格数据的网格的平均水平单元大小；以及

将所述网格的平均水平单元大小设置为所述缺省水平单元滞积距离。

7.如权利要求6所述的方法，其中，使用所述缺省水平单元滞积距离来计算用于所述水平实验变差函数的滞积的缺省数量。

8.如权利要求1所述的方法，还包括：

对所述次级数据采样，以在处理所述输入数据和计算所述水平实验变差函数之前减少所述次级数据的大小。

9.如权利要求1所述的方法，其中，计算所述垂直实验变差函数和水平实验变差函数包括：处理所述垂直实验变差函数和水平实验变差函数，以确定用于所述水平实验变差函数的主方位方向。

10.如权利要求9所述的方法，其中，处理所述水平实验变差函数包括：在所述主方向上和在垂直于所述主方向的方向上，计算所述水平实验变差函数。

11.一种用于计算变差函数模型的设备，包括：

用于选择输入数据和网格数据的装置，所述输入数据至少包括测井曲线数据和次级数据；

用于使用计算机处理所述输入数据，以对所述输入数据应用正态化分数转换或标准化所述输入数据的装置；

用于使用i)由计算机处理之后的测井曲线数据；ii)缺省竖直单元滞积距离，以及iii)用于垂直实验变差函数的滞积的缺省数量，计算所述垂直实验变差函数的装置；

用于使用i)由计算机处理之后的次级数据；ii)缺省水平单元滞积距离，以及iii)用于水平实验变差函数的滞积的缺省数量，计算所述水平实验变差函数的装置；

用于通过自动匹配所述垂直实验变差函数和所述水平实验变差函数，以形成所述变差函数模型，来减少所述计算机处理器的周期的装置，所述变差函数模型表示缺省3D变差函数模型。

12.如权利要求11所述的设备，其中，若所述变差函数模型旨在用于仿真，则使用计算机处理所述输入数据，以对所述输入数据应用正态化分数转换。

13.如权利要求11所述的设备，其中，若所述变差函数模型旨在用于插值法，则使用计算机处理所述输入数据，以标准化所述输入数据。

14.如权利要求11所述的设备，其中，所述缺省垂直单元滞积距离由以下来确定：

用于使用测井曲线数据计算两个邻近样本之间的距离的装置；

用于收集每两个所述邻近样本之间的所述距离，以形成分布的装置；

用于排除所述分布中的异常值的装置；

用于计算所述分布的平均值，所述平均值表示缺省竖直单元滞积距离的装置。

15.如权利要求14所述的设备，其中，使用所述缺省垂直单元滞积距离来计算用于所述垂直实验变差函数的滞积的缺省数量。

16.如权利要求11所述的设备，其中，所述缺省水平单元滞积距离由以下来确定：

用于计算用于所述网格数据的网格的平均水平单元大小的装置；以及

用于将所述网格的平均水平单元大小设置为所述缺省水平单元滞积距离的装置。

17.如权利要求16所述的设备，其中，使用所述缺省水平单元滞积距离来计算用于所述水平实验变差函数的滞积的缺省数量。

18.如权利要求11所述的设备，还包括：

用于对所述次级数据采样，以在处理所述输入数据和计算所述水平实验变差函数之前减少所述次级数据的大小的装置。

19.如权利要求11所述的设备，其中，用于计算所述垂直实验变差函数和水平实验变差函数的装置包括：用于处理所述垂直实验变差函数和水平实验变差函数，以确定用于所述水平实验变差函数的主方位方向的装置。

20.如权利要求19所述的设备，其中，用于处理所述水平实验变差函数的装置包括：用于在所述主方向上和在垂直于所述主方向的方向上，计算所述水平实验变差函数的装置。