CN103477345A - 多孔介质中流量的变量高保真模拟 - Google Patents
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Abstract
覆盖一区域的精细计算机模型包括精细网格。故障遵循精细网格路径。故障将该区域分成第一精细侧和第二精细侧。流体流的源的模型位于该区域的第一精细侧。流体流的汇的模型位于该区域的第二精细侧。计算机使模型粗糙化。在该粗糙化的模型中，故障遵循经粗糙网格路径。粗糙网格路径把该区域分成第一粗糙侧和第二粗糙侧。源的模型和汇的模型位于该区域的第一粗糙侧。源或汇之一被移动到该区域的第二粗糙侧。
Description
背景技术
多孔介质（诸如地里的烃源地层）中的流量模拟一般涉及使用某些形式的网格化将该多孔介质细分成较小部分或块。求解该域的这个细分（网格化）的多孔介质中的流的方程的最普遍的形式是有限差分、有限体积、有限元。无论解的形式，从数值误差估算的角度来看，一般地观察到较精细的网格（或较小的块）产生更准确的答案。然而，一般而言，较精细的网格要求更多的计算时间来产生答案。并行计算有助于在一定程度上减少计算占用时间；然而，为了捕捉尽可能多的场景或为了更好地量化多孔介质物理性质中的不确定性要求很多模拟。经常，减小模型的尺寸以减少运行每个模拟的时间。减少模型的尺寸经常包括“粗糙化化”或“提升”模型。粗糙化模型同时近似地维持精细网格的性质以致较粗糙的或“经提升”的模型能够近似地再现精细网格化模型中的物理性质（在不对精细模型的结果进行简单内插的情况下）这是一个挑战。
附图说明
图1是精细网格的视图。
图2是图1的精细网格的粗糙化版本的视图。
图3和4示出在粗糙化的网格中将汇（sink）从故障的一侧移动至故障的另一侧。
图5是流程图。
图6是系统的框图。
具体实施方式
如图1所示，用于产生将模型特性近似维持在最精细网格分辨率的变量高保真模型技术的一个实施例从多孔介质的精细模型100开始。在一个实施例中，精细模型100包括N个精细网格单元（例如，网格单元105）的网格。在图1所示示例中，网格被图示为二维网格。可以理解的是网格可以是三维的（即，“3D”），或网格可包含附加维，诸如时间。在图1所示示例中，网格是16X16正方的单元（或块），获得均匀尺寸的256个块。可以理解的是精细模型100的网格可具有其它形状，诸如非正方矩形、多边形、非正方菱形、圆形、非圆椭圆形、或其它类似形状。此外，在图1中，每个单元都被图示为正方形，并且所有单元都具有相同尺寸。可以理解的是单元不必须是正方形的（也就是，它们可以是六边形、八边形、或另一个形状），并且它们的形状或尺寸不必须一致。即，某些单元与其它单元相比，可较大而且具有不同的形状。
在一个实施例中，N个精细网格单元的每一个代表多孔介质的一个区域。例如，假定使精细模型100投射在地球表面的平坦正方形投影上。在该情况下，每一个单元，例如网格单元105，代表该单元投影在地球表面上的、地球表面的平坦正方形投影的该区域。
在一个实施例中，如图1的分解部分所示，N个精细网格单元的每一个，如，精细网格单元110，通过由精细网格边缘135、140、145、150连接的精细网格节点115、120、125、130所定义。在一个实施例中，可由两个精细网格单元共享精细网格边缘135、140、145、150。在一个实施例中，精细网格单元110的所有边缘被共享。例如，精细网格单元110和精细网格单元160共享边缘150。在一个实施例中，只共享网格单元105的两个内边缘。
在一个实施例中，N个精细网格单元的每一个相关联于物理性质的值。在一个实施例中，所述性质是多孔性。在一个实施例中，所述特性是电阻率。在一个实施例中，所述性质是另一个地质学性质。
在一个实施例中，由精细模型100建模的区域代表包括故障155（在图1上用虚线图示）的区域。在一个实施例中，由精细网格路径165来表示模型100中的故障，该精细网格路径165沿着N个精细网格单元（沿故障路径）的边缘的故障精细网格组。在一个实施例中，故障代表该区域的第一精细侧170（一般位于故障155的左上）和区域的第二精细侧175（一般位于故障155的右下）之间的结构性不连续。
在一个实施例中，该模型流体流的源180（诸如井，在图1上用实心圆代表）的模型，与位于该区域的第一精细侧上的精细网格单元相关联，且流体流的汇185（诸如注入井，在图1上用空心圆代表）的模型，与位于该区域的第二精细侧上的精细网格单元相关联。因此，在图1所示示例中，源180和汇185位于代表故障155的精细网格路径165的相对侧上。
在一个实施例中，所述技术接受精细模型100，并且粗糙化或提升该模型，从而产生M个粗糙网格单元的粗糙模型，诸如图2所示的粗糙模型200。在一个实施例中，M小于N。即，在一个实施例中，粗糙模型200所具有的单元要比精细模型100少。在一个实施例中，M比N小得多。在一个实施例中，M比N小数个数量级。正如精细模型那样，M个粗糙网格单元代表多孔介质区域的相应部分。在一个实施例中，M个粗糙网格单元的每一个代表对应于由A个精细网格单元覆盖的区域部分的区域的一部分，A大于1。例如，图2中每个粗糙网格单元代表图1中四个精细网格单元的相同区域，从而在图示示例中，A＝4。在一个实施例中，粗糙网格单元的尺寸并不一致，从而由每个粗糙网格单元覆盖的精细网格单元的数量也不同。在一个实施例中，精细网格单元的尺寸、形状、和其它属性的上述讨论也适用于粗糙网格单元。
如精细模型那样，通过由粗糙网格边缘连接的粗糙网格节点来定义每一个精细网格单元。
在一个实施例中，通过粗糙网格路径205来代表粗糙模型200中的故障155，该粗糙网格路径205沿着M个粗糙网格单元（它们沿着故障路径）的边缘的故障粗糙网格组。在一个实施例中，粗糙网格路径205把该区域分成一般位于粗糙网格路径205左上的该区域的第一粗糙侧210，以及一般位于粗糙网格路径205左下的粗糙网格路径的第二粗糙网格侧215。
在一个实施例中，相当详细地，精细模型100对诸如故障155之类的结构性不连续进行计数。在一个实施例中，粗糙模型200中故障155的重要性取决于故障的透射率。例如，在一个实施例中，透射故障被建模为横跨相邻单元边缘的流量系数的减小。类似地，在一个实施例中，密封或非透射故障被建模为横跨相邻单元边缘具有零流量系数。
在诸如图2图示的情况中，这类处理可导致误差，在该情况中，在精细模型100中处于故障相对侧的流体流的源180和流体流的汇185，在粗糙模型200中出现在故障155的相同侧。避免这个问题的一个方法是在粗糙模型200中，在故障附近保留精细模型100精细网格化。这是Kefei Wang和John E.Killough在“A New Upscaling Method of Relative Permeability Curves for ReservoirSimulation（油层模拟的相对渗透性曲线的新的提升方法）”（SPE124819）中描述的技术。
在一个实施例中，如图3和4所示，通过把流体流的源180的模型或流体流的汇185的模型之一移动到故障的相对侧来避免上述误差。在一个实施例中，这个动作保留了源180和汇185之间的故障155的透射特性。
在一个实施例中，可对于不止一个候选粗糙单元做出横跨故障的源180或汇185的移动。在图3所示的例子中，源180被移动到单元305，而在图4中，源被移动到单元405。单元305和405是候选单元。
在一个实施例中，向具有与源180原始驻留在精细模型100中的该精细网格单元的物理性质值最接近的物理性质值的候选单元，做出移动。例如，在一个实施例中，物理性质是跨越故障的透射率。在一个实施例中，在（a）一方面，位于包含源180的精细网格单元和包含汇185的精细网格单元之间、由精细网格路径165代表的故障155的透射率，（b）位于单元310和单元305之间、由粗糙网格路径205代表的故障155的透射率、以及（c）位于单元310和单元405之间、由粗糙网格路径205代表的故障155的透射率，之间进行比较。在一个实施例中，如果与（c）相比，（b）是（a）的较佳近似，则向单元305做出移动。在一个实施例中，如果与（b）相比，（c）是（a）的较佳近似，则向单元405做出移动。
在一个实施例中，如果上述比较没有提供解，则应用另一个规则（rule）。在一个实施例中，规则是始终沿相同轴移动。例如，在图2、3、和4图示示例中，规则是可始终沿水平轴移动，在该情况下的移动如图3所示。可选地，规则是可始终沿垂直轴移动，在该情况下的移动如图4所示。在一个实施例中，随机选择移动的方向。在一个实施例中，在可能移动的方向之间旋转移动方向，即，水平、然后垂直、然后水平，等。
在一个实施例中，规则是选择横跨故障的移动方向，这个方向尽可能接近垂直于故障的方向。在一个实施例中，根据故障的窗口区域来确定“故障的方向”。在一个实施例中，窗口是粗糙模型200的整个范围。
在一个实施例中，规则是选择横跨故障的移动方向，这个方向最接近精细模型100中源180和汇185之间的方向。例如，使用图1-4中图示示例，包含源180的单元和包含汇185的单元之间的方向是水平的，这会导致选择图3所示的水平移动而舍弃图4所示的垂直移动。
在一个实施例中，确定与粗糙模型200的每个单元相关联的物理性质。在一个实施例中，与代表该区域的第一部分的粗糙网格单元相关联的物理性质的值被从代表相同区域的精细网格单元的物理性质的值中所确定。例如，从精细网格单元105、190、195、197的物理性质的值中确定粗糙网格单元220的物理性质的值（见图2）。在一个实施例中，对于流体、压力和流量系数的初始分布，使用每个粗糙网格单元的性质的平均或局部单相流建模，直接从精细模型100中确定粗糙模型200的物理特性的值。
在一个实施例中，确定与每个粗糙网格单元相关联的物理性质包括多相流近似。在一个实施例中，使用在Kefei Wang和John E.Killough的“A NewUpscaling Method of Relative Permeability Curves for Reservoir Simulation（油层模拟的相对渗透性曲线的新的提升方法）”,(SPE124819)中描述的技术来修改通常所说的相对渗透率函数从而计数粗糙化的网格模型的流的差分。在一个实施例中，这个技术涉及通过回归使精细模型100的精细网格单元的渗透率与粗糙模型200的粗糙网格单元的渗透率相匹配。在一个实施例中，不仅可把这个技术应用于单元间的流，而且还可以应用于个别源项，以较佳地匹配多孔介质的整体的流体生产行为。在一个实施例中，已经示出这个技术不但能够在模拟周期上匹配精细模型100，而且还允许粗糙模型200在模拟周期外的可预测性。
实践中，如图5所示，在一个实施例中，通过执行基本精细模拟以创建精细模型100（框510），就开始增强网格质量（框505）。在一个实施例中，当执行提升过程的每个迭代时，使用精细模型100作为基准。在一个实施例中，然后使网格粗糙化（框505），例如，以形成粗糙模型200。在一个实施例中，然后执行井修改（框520）从而，例如，相对于故障移动源或汇，以试图在粗糙模型200中维持精细模型100的特性。在一个实施例中，然后通过平均、局部单相流建模、或如上所述类似处理，使属性粗糙化（框525）。在一个实施例中，如果期望增强经提升的粗糙模型200（框530的“是”分支），则在精细模型上执行回归分析，如上所述，以作出多相流近似，并且保存经粗糙化的模型（框540）。在一个实施例中，如果不期望粗糙模型的增强计数多相流（框530的“否”分支），则保存粗糙模型540。
在一个实施例中，通过重复框515到540可进一步粗糙化模型。
在一个实施例中，以计算机程序的形式把执行图5示出的功能的软件存储在诸如CD或DVD之类的计算机可读介质605上，如图6所示。在一个实施例中，计算机610通过输入／输出设备615从计算机可读介质605读出计算机程序，并且把它存储在存储器620中准备执行，如果需要的话，通过汇编和链接，然后执行。在一个实施例中，系统通过诸如键盘之类的输入／输出设备615接受输入，并且通过诸如监视器或打印机之类的输入／输出设备615提供输出。在一个实施例中，系统把计算结果存储在存储器620中，或修改已经存储在存储器1220中的计算。
在一个实施例中，通过网络625使驻留在存储器620中的计算结果对于远程实时操作中心630可用。在一个实施例中，通过网络635使计算结果对于远程实时操作中心630可用，以有助于油井640的计划或油井640的钻挖。
例如，在一个实施例中，使用粗糙模型200确定钻机应该把钻柱转移到模型预测到会具有高渗透率且因此更可能包含有价值的烃的区域内。相对故障来移动源或汇以便保持粗糙模型的准确度的能力提高了表示钻机将钻到包含这种有价值的烃的地下区域的可能性。
上文描述了广泛发明的一个或多个具体实施例。还可在多种另外的实施例中进行本发明，因此，不局限于这里上面描述的那些实施例。为了示意或说明的目的，已经提供了本发明的较佳实施例的上述描述。并不打算把本发明无遗漏地或限制于所揭示的精确形式。鉴于上述教导，许多修改或变型都是可能的。旨在使本发明的范围不受本详细说明的限制，而是由这里所附的权利要求书所限制。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
（a）计算机接受覆盖一区域的多孔介质的精细模型，所述模型包括：
N个精细网格单元的网格，所述N个精细网格单元的每一个代表所述区域的一部分，通过由精细网格边缘连接的精细网格节点来定义所述精细网格单元的每一个；
具有所述N个精细网格单元的每一个的值的物理性质；
故障，遵循沿所述N个精细网格单元的边缘的故障精细网格组的精细-网格路径，所述故障代表所述区域的第一精细侧和区域的第二精细侧之间的结构性不连续；
与位于所述区域的第一精细侧上的精细网格单元相关联的流体流的源的模型；以及
与位于所述区域的第二精细侧上的精细网格单元相关联的流体流的汇的模型；
（b）通过如下步骤，所述计算机粗糙化所述模型：
创建M个粗糙网格单元的网格，M<N，以使所述M个粗糙网格单元的每一个代表对应于A个精细网格单元的区域的一部分，A>1，通过由粗糙网格边缘连接的粗糙网格节点来定义所述粗糙网格单元的每一个；
故障，遵循沿M个粗糙单元的粗糙网格边缘的故障粗糙网格组的粗糙网格路径，所述粗糙网格路径把所述区域分成所述区域的第一粗糙侧和所述区域的第二粗糙侧；
与流体流的源相关联的精细网格单元以及与流体流的汇相关联的精细网格单元，对应于所述区域的第一粗糙侧上的粗糙网格单元；
（c）所述计算机把所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一从区域的所述第一粗糙侧上的源粗糙网格单元移动到所述区域的所述第二粗糙侧上的目的粗糙网格单元；
（d）所述计算机使用经粗糙化的模型来创建钻井的计划；以及
（e）所述计算机使用所述计划钻井。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
（f）从代表所述区域的第一部份的所述精细网格单元的物理性质的值中确定与代表所述区域的第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
（f）通过平均代表所述区域的第一部分的精细网格单元的物理性质的值来确定与代表所述区域的所述第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
（f）通过代表所述区域的第一部分的粗糙网格单元的局部单相流建模来确定与代表所述区域的第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
（f）通过表示所述区域的第一部分的粗糙网格单元的多相流建模来确定与代表所述区域的第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源粗糙网格单元与所述目的粗糙网格单元共享边缘。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，（c）把所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一从源粗糙网格单元移动到位于所述区域的第二粗糙侧上的目的粗糙网格单元包括：
确定在所述区域的第二粗糙侧上存在与所述源粗糙网格单元共享边缘的两个候选粗糙网格单元；且
从物理性质值最接近包含所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一的精细网格单元的物理性质值的两个候选粗糙网格单元之一选择目的粗糙网格单元。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，（c）把所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一从源粗糙网格单元移动到位于所述区域的第二粗糙侧上的目的粗糙网格单元包括：
确定在所述区域的第二粗糙侧上存在与所述目的粗糙网格单元共享边缘的两个候选粗糙网格单元；
确定所述两个候选粗糙网格单元的物理值基本相同；且
应用规则从所述两个候选粗糙网格单元中选择所述目的粗糙网格单元。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述M个粗糙网格单元的网格包括轴，且所述规则包括从所述源粗糙网格单元沿所述轴选择所述候选粗糙网格单元作为所述目的粗糙网格单元。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述规则包括选择位于最接近垂直于所述粗糙网格路径的所述源粗糙网格单元的方向上的候选粗糙网格单元作为目的粗糙网格单元。
11.一种计算机程序，存储在非瞬态有形计算机可读存储介质中，所述程序包括可执行指令，使得计算机：
（a）接受覆盖一区域的多孔介质的精细模型，所述模型包括：
N个精细网格单元的网格，所述N个精细网格单元的每一个代表所述区域的一部分，通过由精细网格边缘连接的精细网格节点来定义所述精细网格单元的每一个；
具有所述N个精细网格单元的每一个的值的物理性质；
故障，遵循沿所述N个精细网格单元的边缘的故障精细网格组的精细-网格路径，所述故障代表所述区域的第一精细侧和区域的第二精细侧之间的结构性不连续；
与位于所述区域的第一精细侧上的精细网格单元相关联的流体流的源的模型；以及
与位于所述区域的第二精细侧上的精细网格单元相关联的流体流的汇的模型；
（b）通过如下步骤，粗糙化所述模型：
创建M个粗糙网格单元的网格，M<N，以使所述M个粗糙网格单元的每一个代表对应于A个精细网格单元的区域的一部分，A>1，通过由粗糙网格边缘连接的粗糙网格节点来定义所述粗糙网格单元的每一个；
故障，遵循沿M个粗糙单元的粗糙网格边缘的故障粗糙网格组的粗糙网格路径，所述粗糙网格路径把所述区域分成所述区域的第一粗糙侧和所述区域的第二粗糙侧；
与流体流的源相关联的精细网格单元以及与流体流的汇相关联的精细网格单元，对应于所述区域的第一粗糙侧上的粗糙网格单元；
（c）把所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一从所述区域的所述第一粗糙侧上的源粗糙网格单元移动到所述区域的所述第二粗糙侧上的目的粗糙网格单元；
（d）使用经粗糙化的模型来创建钻井的计划；以及
（e）使用所述计划钻井。
12.如权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，还包括使得所述计算机执行如下步骤的可执行指令：
（f）从代表所述区域的第一部份的所述精细网格单元的物理性质的值中确定与代表所述区域的第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
13.如权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，还包括使得所述计算机执行如下步骤的可执行指令：
（f）通过平均代表所述区域的第一部分的精细网格单元的物理性质的值来确定与代表所述区域的所述第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
14.如权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，还包括使得所述计算机执行如下步骤的可执行指令：
（f）通过代表所述区域的第一部分的粗糙网格单元的局部单相流建模来确定与代表所述区域的第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
15.如权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，还包括使得所述计算机执行如下步骤的可执行指令：
（f）通过表示所述区域的第一部分的粗糙网格单元的多相流建模来确定与代表所述区域的第一部份的粗糙网格单元相关联的物理性质的值。
16.如权利要求11所述的计算机程序，其特征在于：
所述源粗糙网格单元与所述目的粗糙网格单元共享边缘。
17.如权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，当（c）把所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一从源粗糙网格单元移动到位于所述区域的第二粗糙侧上的目的粗糙网格单元时，所述计算机：
确定在所述区域的第二粗糙侧上存在与所述源粗糙网格单元共享边缘的两个候选粗糙网格单元；且
从物理性质值最接近包含所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一的精细网格单元的物理性质值的两个候选粗糙网格单元之一中选择目的粗糙网格单元。
18.如权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，当（c）把所述流体流的源的模型或所述流体流的汇的模型之一从源粗糙网格单元移动到位于所述区域的第二粗糙侧上的目的粗糙网格单元时，所述计算机：
确定在所述区域的第二粗糙侧上存在与所述目的粗糙网格单元共享边缘的两个候选粗糙网格单元；
确定所述两个候选粗糙网格单元的物理值基本相同；且
应用规则从所述两个候选粗糙网格单元中选择所述目的粗糙网格单元。
19.如权利要求18所述的计算机程序，其特征在于，所述M个粗糙网格单元的网格包括轴，且所述规则包括从所述源粗糙网格单元沿所述轴选择所述候选粗糙网格单元作为所述目的粗糙网格单元。
20.如权利要求18所述的计算机程序，其特征在于，所述规则包括选择位于最接近垂直于所述粗糙网格路径的所述源粗糙网格单元的方向上的候选粗糙网格单元作为目的粗糙网格单元。
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