CN103210397A - 具有保持传递率的油藏粗化方法 - Google Patents

Abstract

粗化方法首先生成低分辨率（或粗糙尺度）三维框架，然后计算油藏特性，例如在每个单元处的渗透率和多孔性。每个单元也包括至少一个单元特性，表示它对应的体积的特征。例如，单元特性可以包括岩石类型，多孔性，渗透率，含水饱和度以及它们的组合等等。然后计算穿过粗糙单元的横向传递率，其中传递率指在压降下穿过单元边界（或者节点间连接）移动的给定粘性流体的容量的测量值。更具体的，传递率是在多孔介质中在两个临近单元之间流动的流体能力测量值。在水平和垂直方向两者上计算出的传递率乘数能够用作评估粗化地质模型的精度的关键参数。

Description

具有保持传递率的油藏粗化方法

交叉引用

本申请根据35U.S.C.章节119(e)要求2010年8月9日提交的美国申请号为61/371,816的在先专利申请的优先权，在此通过参考包含其全部公开内容。

技术领域

本发明涉及用于粗化（upscaling）三维模型的方法。特别地，但是不局限于，本发明的实施例包括通过保持传递率来粗化三维模型的方法。

背景技术

地质模型，例如油藏地质模型，经常由计算机系统使用以用于仿真。例如，计算机系统可使用油藏地质模型来仿真油藏中碳氢化合物的流动和位置。地质模型一般利用以百万计的三维元素或“单元（cell）”来建立，每个单元对应于位置和物理地质特征。由于在模型所包含的单元数目和模型提供的仿真精度之间存在一般相关性，因而一般期望利用尽可能多的单元以形成地质模型。

精确的油藏性能预报需要地质模型的三维表示。地质模型通常使用井数据和随机仿真技术来建立。仿真的岩石特性值以在给定粗化上建立的三维单元填充。单元尺寸根据流动仿真的需要而改变。单元能够“粗化”为更大的（“更粗糙的”）单元，“细化”成更小的（“更精细的”）单元或者它们的组合。

在油藏建模中使用粗化，以通过减小高分辨率（或精度尺度的）油藏模型的仿真单元数目来加快流体流动仿真。好的粗化方法不仅仅能够保留精细尺度模型的油藏不均匀性，而且也能保持流动仿真的精度。传统的粗化方法在油藏是或者接近于均匀时工作得很好。当油藏高度不均匀和/或具有复杂的单元连接时，这些方法不能产生可接受的结果。

例如，基于静态的方法通过使精细和粗糙模型之间的统计差最小化对精细单元分组，从而使用分析平均法计算粗化特性。基于静态的方法是CPU高效的，但是可能不能捕捉精细模型的流动行为。基于流动的方法使用预定义粗糙框架以利用单相或者两相流动仿真模仿精细模型中的流动行为来计算粗化特性。基于流动的方法能够更好地捕捉动态流动行为，但是是CPU低效的，而且强烈取决于许多其它的动态参数设置，例如井位和生产场所。

因此，存在减小在精细和粗糙模型之间的仿真误差而且保持流动障碍和迂回的流体流动路径的需求。

发明内容

在一个实施例中，一种在任意给定三维模型中保持传递率的方法，所述方法包括：（a）为粗糙单元确定沿着x轴的粗化渗透率；（b）为粗糙单元计算沿着x轴的传递特性；（c）为精细单元计算沿着x轴的传递特性；（d）计算沿着x轴穿过粗糙单元的传递率乘数；（e）为粗糙单元确定沿着y轴的粗化渗透率；（f）为粗糙单元计算沿着y轴的传递率；（g）计算沿着y轴穿过精细单元的传递率；（h）计算沿着y轴穿过粗糙单元的传递率乘数，其中每个沿着y轴的传递率乘数通过沿着y轴穿过精细单元的传递率除以沿着y轴穿过粗糙单元的传递率来计算；（i）为粗糙单元计算沿着z轴的粗化渗透率特性，其中每个沿着z轴穿过粗糙单元的渗透率通过应用在非零渗透率单元上的调和平均来计算，其中调和平均渗透率通过将非零厚度的和除以非零厚度除以沿着z轴穿过精细单元的非零渗透率的和来计算；（j）监控沿着z轴穿过粗糙单元的传递率乘数，其中精细单元中的零渗透率值在粗糙单元边界的任一侧的存在，导致沿着z轴穿过该边界的零传递率乘数；（k）计算沿着z轴穿过粗糙单元的传递率，其中沿着z轴穿过粗糙单元的传递率通过使用来自步骤（i）的粗化渗透率来计算；（l）识别两个连续的粗糙单元共有的边界之上和之下连接的连续精细单元；（m）为在步骤（l）中识别的粗糙块计算沿着z轴的粗化渗透率；（n）使用在步骤（m）中计算的粗化渗透率计算沿着z轴穿过粗糙单元的传递率；和（o）计算沿着z轴穿过粗糙单元的传递率乘数。

附图说明

本发明，连同其进一步的优点，可通过参考结合附图的如下描述得到理解：

图1是根据本发明的实施例，在笛卡尔油藏网格中的精细单元（图a）和对应的粗化粗糙单元（图b）的水平渗透率的示意图。

图2是根据本发明的实施例，在笛卡尔油藏网格中的精细单元（图a）和使用传统方法的对应的粗化粗糙单元（图b）中的水平渗透率的示意图。

图3是根据本发明的实施例，在笛卡尔油藏网格中的精细单元（图a）和相对应的粗化粗糙单元（图b）的垂直渗透率的示意图。

图4是根据本发明的实施例，在笛卡尔油藏网格中没有交叉流动（图a）和具有交叉流动（图b）的垂直单元通信的示意图。

图5是根据本发明的实施例的流程图。

图6示出根据本发明的实施例，在笛卡尔油藏网格中两个相邻单元之间的传递率计算的示意图。

图7是根据本发明的实施例，在角点几何网格中示出沿着错误界面的单元的示意图。

图8是根据本发明的实施例，迂回流动路径的示意图。

发明的具体实施例

将具体参考本发明的实施例，其中一个或多个示例在附图中图示。通过解释本发明提供每个示例，而不作为本发明的限制。对于那些本领域技术人员明显的是可在本发明中作出各种修改和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征能够被用于另一个实施例以产生更进一步的实施例。因而，本发明旨在覆盖这些在所附权利要求及其等效的范围内获得的修改和变型。

粗化方法首先生成低分辨率（或粗糙尺度）三维框架，然后计算油藏特性，例如在每个单元处的渗透率和多孔性。对于复杂的连接，粗糙模型中的粗化特性可能不能准确计算。例如，如图1所示，当具有各自的水平渗透率（K）的四个单元垂直分组至一个单元中，两个粗糙单元将具有等于大约0.5的平均水平渗透率，其导致在这两个粗糙单元之间的水平流体流动。然而，如图1（a）所示，在左和右单元之间明显不存在流体流动。在这种情况下，通过粗化进程导入人工连接。

可由本发明实施例使用的流程图步骤在图5中图示。流程图中的一些方块可表示代码段或计算机程序的其它部分。在一些替代实现中，在不同方块中标注的功能可以不以图5描述的顺序发生。例如，在图5的顺序中示出的两个方块实际可以基本同时执行，或者方块有时可以以取决于所涉及功能的相反顺序执行。

在步骤100，获取地质模型（geomodel）。选取的地质模型是包含多个单元的三维模型。在各种实施例中，地质模型可表示地下体积。在地质模型中的单元分布在三维坐标轴x，y和z上，使得每个单元代表预定义的体积。三维坐标轴包括围绕x轴和y轴的横向方向和包含z轴的垂直方向。到目前为止，在石油工业中使用大量网格系统，例如结构化网格，完全非结构化网格或混合网格。结构化网格是其拓扑结构固定的网格；每个内部的顶点入射于固定数量的侧或者边。例如，笛卡尔网格或角点网格。在一个实施例中，使用了结构化网格。然而，现在描述的实施例使用笛卡尔网格。

每个单元也包括至少一个单元特性，表示它对应的体积的特征。例如，单元特性可以包括岩石类型，多孔性，渗透率，含水饱和度以及它们的组合等等。这种地质模型在本领域熟知而且可利用传统方法形成。

在一些实施例中，地质模型至少部分存储在与计算机耦接的存储器中，使得通过访问存储器和从中获取数据以可以在步骤100获取地质模型。地质模型也可以通过通信网络从其它计算设备或者计算机可读存储器获得，使得地质模型不必要位于计算机或者完全保留在一个计算设备或者计算机可读介质上。

在步骤102，为每个粗糙单元获取沿着x轴和y轴的粗化横向渗透率。如果已经不存在特性，则将计算粗化渗透率。在为粗糙单元计算沿着x轴的粗化渗透率中，利用下面的关系：

$K_x^c=\frac{{\mathrm{\Σ}}_i{f}_i{K}_{x,i}^f}{{\mathrm{\Σ}}_i{f}_i}---\left(1\right)$

其中

是沿着x轴的粗化渗透率；f_i是权重函数；而

是精细单元i沿着x轴的渗透率。厚度一般能够用作默认权重函数。上标^c指在粗糙尺度模型中的特性，上标^f指在精细尺度模型中的特性。

公式（1）也通过简单将上标从x变换至y，用于计算沿着y轴的粗糙单元的粗化渗透率。

在步骤104，计算穿过粗糙单元的横向传递率。对于在横向方向（X/Y）的传递率，从步骤102获得计算出的粗糙单元的粗化渗透率。如在此使用的，传递率指在压降下穿过单元边界（或者节点间连接）移动的给定粘性流体的容量的测量值。更具体地，传递率是在多孔介质中在两个临近单元之间流动的流体能力的测量值。

参考图6，沿着x轴穿过两个单元计算水平传递率。在计算沿着x轴穿过两个单元的水平传递率中，利用下面的关系：

$T_x={(\frac{L_1}{{\mathrm{NTG}}_1\·K_{x,1}\·A}+\frac{L_2}{{\mathrm{NTG}}_2\·K_{x,2}\·A})}^{-1}---\left(2\right)$

其中T_x是沿着x轴穿过两个单元的水平传递率；L是从单元中心至单元边缘的水平长度；NTG是净值占总值的比率，其表示作为油藏元素的单元的有效比例；而A是由两个单元共有的接触面积。在精细模型中沿着x轴的传递率指示为

且在粗糙模型中沿着x轴的传递率以

指示。

公式（2）也通过简单将上标从x改变至y，用于计算沿着y轴的传递率。以

指示在精细模型中沿着y轴的传递率且以指示在粗糙模型中沿着y轴的传递率。

在步骤106，计算沿着粗糙单元边界穿过精细单元的总横向传递率。在计算沿着x轴穿过精细单元的总横向传递率中，利用下面的关系：

$T_x^{f,t}={\mathrm{\Σ}}_k{T}_{x,k}^f---\left(3\right)$

其中

是沿着x轴穿过精细单元的总横向传递率，而上标k是沿着z轴的单元指数。

在计算沿着y轴穿过精细单元的总横向传递率中，利用下面的关系：

$T_y^{f,t}={\mathrm{\Σ}}_k{T}_{y,k}^f---\left(4\right)$

其中

是沿着y轴穿过精细单元的总横向传递率。

在步骤108，计算穿过粗糙单元的横向传递率乘数。在计算沿着x轴穿过粗糙单元的传递率乘数中，利用下面的关系：

$m_x^c=\frac{T_x^{f,t}}{T_x^c}---\left(5\right)$

其中

是沿着x轴穿过粗糙单元的传递率乘数。

在计算沿着y轴穿过粗糙单元的传递率乘数中，利用下面的关系：

$m_y^c=\frac{T_y^{f,t}}{T_y^c}---\left(6\right)$

其中

是沿着y轴穿过粗糙单元的传递率乘数。

在步骤112，计算每个粗糙单元的粗化垂直渗透率。对于垂直渗透率粗化，在精细单元的所有垂直渗透率上应用调和平均是熟知的方法。然而，一个零垂直渗透率在精细单元中的存在使得粗化的垂直渗透率为零。为了克服该不足，采用用于仅对非零厚度和非零渗透率单元平均的单元的下列公式：

$K_z^c=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{h\≠0,K_z^f\≠0}h}{{\mathrm{\Σ}}_{h\≠0,K_z^f\≠0}h/K_z^f}---\left(7\right)$

其中

是在粗糙单元处的粗化垂直渗透率；h是单元厚度；

是在精细单元处的垂直渗透率。例如，在图3（b）中的粗糙单元具有1.0的垂直渗透率，而不是零。

在步骤114，确定穿过粗糙单元的垂直传递率乘数。在粗化期间，如果沿着两个粗糙单元的边界存在具有零渗透率的精细单元，如图4（a）所示，则沿着z轴的传递率乘数将为

如果沿着粗糙单元边界不存在具有零渗透率的精细单元，如图4（b）所示，则在步骤116计算穿过粗糙单元的传递率

在步骤116，通过下述关系计算使用从步骤112得到的粗化渗透率

穿过两个粗糙单元的垂直传递率

$T_z^c={(\frac{h_1}{K_{z,1}^c\·A}+\frac{h_2}{K_{z,2}^c\·A})}^{-1}---\left(8\right)$

其中是沿着z轴穿过两个粗糙单元的垂直传递率；h是半个单元厚度；而且A是两个单元共有的接触面积；上标c指的是粗糙网格。

在步骤118，发现在两个粗糙单元的边界之上和之下连接的具有非零垂直渗透率的连续精细单元，而且这些连续精细单元形成一个粗糙方块在边界之上和一个粗糙方块在边界之下。零厚度单元应该作为连接单元，而且在检索期间应该跳过这些单元直到发现下一个有效的单元。

在步骤120，计算两个新形成的方块的粗化垂直渗透率

只使用在步骤118识别的每个粗糙单元的连续精细单元来计算粗化垂直渗透率

计算能够使用所有的连续单元、或只是在边界之上和之下的一个单元。

在步骤122，计算穿过由在步骤120识别的连续精细单元生成的粗糙方块的垂直渗透率使用具有方块渗透率

和方块厚度的公式（8）计算穿过粗糙单元的垂直传递率。

在步骤124，使用来自步骤116的垂直传递率和来自步骤122的垂直传递率来计算穿过粗糙单元的垂直传递率乘数。使用以下关系计算传递率乘数：

$m_z^c=\frac{{T_z^f}^c}{{T_z^c}_z}---\left(9\right)$

其中

是沿着z轴穿过粗糙单元的传递率乘数。

如之前讨论的，油藏粗化（reservoir upscaling）方法不局限于笛卡尔网格。在一个实施例中，油藏粗化方法能够应用于角点几何网格。图7展示了在角点网格中沿着错误界面的单元连接。将单元（1,1,1）连接至单元（2,1,2）和单元（2,1,3），因为它们共有一些共同的接触区域。这种类型的单元连接一般熟知为“非邻近连接”（NNC）。对于在笛卡尔网格和角点几何网格中两者的应用，对于单元没有必要具有相同的单元厚度或者体积。

对于具有角点几何的网格，计算垂直渗透率和垂直传递率乘数的方法与笛卡尔网格中相同。当如图7所示的四个单元沿着错误的任一侧粗化成两个粗糙单元时，例如将单元（1,1,1），（1,1,2）和（1,1,3）分组至一个粗糙单元（c1）且保留单元（1,1,4）为另一个粗糙单元（c2），然后可使用与笛卡尔网格几乎相同的方法来计算穿过粗糙单元（c1）和（c2）的垂直传递率乘数，因为在垂直方向不存在NNC。然而在粗化过程中必须使用单元厚度。

对于水平渗透率和水平传递率乘数的计算，需要额外的步骤以确认穿过错误表面的NNC。例如，在图7中，必须确定在单元（1,1,1）和（2,1,2）之间，以及在单元（1,1,1）和（2,1,3）之间的NNC。在本领域已知有各种方法来确定NNC单元和计算NNC单元的传递率。水平传递率乘数因而能够使用在笛卡尔网格中提供的方法确定。

在水平和垂直方向两者上计算的传递率乘数能够用作评估粗化地质模型的精度的关键参数。如果粗化方法合适，传递率乘数值大多数应该等于或者接近1。然而，如果传递率乘数明显偏离等于或接近1的值，则必须通过使用不同的权重函数或不同的集中方案（lumping scheme）修正粗化模型。如果粗化模型被认为是合适的则传递率乘数变得可用。

在传统的垂直渗透率粗化方法中，在精细单元中的任意零垂直渗透率将会消除在垂直方向上的流动，并因而不能保持在精细网格中观测到的复杂路径。本发明提供后期处理通过任意粗化技术产生的粗化地质模型的方法。本发明在粗化网格中使用水平渗透率且使其保持不变。然而，在粗化网格中的垂直渗透率将会被重新计算。用于计算粗化垂直渗透率的方法保持从精细网格的迂回流动路径。在图8中，从左上至右下的流动路径将会保持。

与本教导一致的方法尤其适用于通过计算元件的实现。计算机可以是计算机网络的一部分，该计算机网络包括一个或多个客户端计算机和经由通信系统例如内联网或互联网互连的一个或多个服务器计算机。然而，可理解的是本发明的原理是可独立于特定实现方式使用的，而且可以执行在此描述的一个或多个步骤而不需要计算设备或多个计算设备的协助。

本发明能够以硬件、软件、固件和/或它们的组合来实现。然而在优选实施例中本发明采用计算机程序实现。在此描述的计算机程序和设备只是能够用于实施本发明的示例性程序和设备，而可以由其它软件和计算设备替代而不脱离本教导的范围。

与本教导一致的计算机程序能够存储在位于用于指示计算机实施在此描述的方法的计算机上或由该计算机可访问的计算机可读介质中或其上。计算机程序优选包括多个代码段，其对应于用于在计算机和与计算机耦接的其它计算设备中实施逻辑功能的可执行指令。计算机程序能够在由指令执行系统，装置或设备（例如基于计算机的系统、包含处理器的系统或者其它能够从指令执行系统、装置或设备获取指令且执行指令的其他系统）使用或与指令执行系统，装置或设备连接的任意计算机可读介质中实施。

对于本领域普通计算人员将可以理解的是程序可以包括可执行指令的单一列表或两个或多个分离的列表，而且能够存储在单一的计算机可读介质中或者多个不同的介质中。

在本申请的文本中，“计算机可读介质”可以是可包含、存储、通信、传播或运送由指令执行系统、装置或设备使用或与其连接的程序的任何部件。计算机可读介质例如可以是但不局限于，电的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置、设备或传播介质。更具体的，尽管不包括，计算机可读介质的例子将包括以下：具有一条或多条线的电气连接、便携计算机盘片、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携光盘（CD）或数字视频光盘（DVD）。计算机可读介质甚至可以是纸或在其上可印制程序的其他适合的介质，由于程序可被电子捕获，经由例如纸或者其他介质的光学扫描，然后介质，或否则如果必要的话以合适的方法处理然后存在计算机存储器中。

已经公开和阐述了本发明的优选实施例。然而，本发明旨在和以下的权利要求所限定的一样宽泛。那些本领域技术人员能够研究优选实施例且识别以与本发明所描述的不完全相同的实践本发明的其它方式。发明者认为本发明的变型和等效落入以下的权利要求的范围内，并且说明书、摘要和附图不用于限制本发明的范围。

Claims (4)

1.一种在任意给定三维模型中保持传递率的方法，所述方法包括：

a.确定粗糙单元沿着x轴的粗化渗透率；

b.计算所述粗糙单元沿着所述x轴的传递率特性；

c.计算精细单元沿着所述x轴的传递率特性；

d.计算沿着所述x轴穿过所述粗糙单元的传递率乘数，其中每个沿着所述x轴的传递率乘数通过将沿着所述x轴穿过所述精细单元的传递率除以沿着所述x轴穿过所述粗糙单元的传递率来计算；

e.确定所述粗糙单元沿着y轴的粗化渗透率；

f.计算所述粗糙单元沿着所述y轴的传递率；

g.计算沿着所述y轴穿过所述精细单元的传递率；

h.计算沿着所述y轴穿过所述粗糙单元的传递率乘数，其中每个沿着所述y轴的传递率乘数通过将沿着所述y轴穿过所述精细单元的传递率除以沿着所述y轴穿过所述粗糙单元的传递率来计算；

i.计算所述粗糙单元沿着z轴的粗化渗透率特性，其中每个沿着所述z轴穿过所述粗糙单元的渗透率通过在非零渗透率单元上应用调和平均来计算，其中调和平均渗透率通过将非零厚度的和除以所述非零厚度除以沿着所述z轴穿过所述精细单元的非零渗透率的和来计算；

j.监控沿着所述z轴穿过所述粗糙单元的传递率乘数，其中在所述精细单元中的零渗透率值在所述粗糙单元边界的任一侧的存在，导致沿着所述z轴穿过该边界的零传递率乘数；

k.计算沿着所述z轴穿过所述粗糙单元的传递率，其中沿着所述z轴穿过所述粗糙单元的传递率通过使用来自步骤（i）的粗化渗透率来计算；

l.识别在由两个连续粗糙单元共有的边界之上和之下连接的连续精细单元；

m.计算步骤（l）中识别出的粗糙块沿着所述z轴的粗化渗透率；

n.使用步骤（m）中计算出的粗化渗透率计算沿着所述z轴穿过所述粗糙单元的传递率；以及

o.计算沿着所述z轴穿过所述粗糙单元的传递率乘数。

2.根据权利要求1的方法，其中为了保持在粗化模型中的迂回流动路径，重新计算粗化模型中的垂直渗透率和后期处理传递率。

3.根据权利要求1的方法，其中所述方法应用于笛卡尔网格。

4.根据权利要求1的方法，其中所述方法应用于角点网格。

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