CN103999094A - 用于储层模拟器中的不同断裂密度的灵活且高效模拟的系统及方法 - Google Patents

Abstract

在此描述了对由模型表示的储层的模拟系统及方法，该模型具有多个矩阵节点、多个断裂节点、至少一个断裂区以及至少一个无断裂区。一个实施例包括以下计算机实现的步骤：针对互连区中的多个矩阵节点中的每一个，将矩阵节点表征为双矩阵节点或非双矩阵节点。双矩阵节点可作为块被处理并且除去，在此之后，更新该模型的系数矩阵和RHS向量。确定源自除去的断裂节点和非双矩阵节点之间的填入模式。针对非双矩阵节点，这些节点可合并至断裂网格，在此之后，相应地更新该模型的系数矩阵和RHS向量。线性地对所得线性系统求解，并且对任意所除去的双矩阵节点执行反求解。

Description

用于储层模拟器中的不同断裂密度的灵活且高效模拟的系统及方法

相关申请(多个)的交叉引用

本申请涉及2011年7月15日提交的标题为“用于对储层模拟器中的高阶多孔介质进行建模的系统及方法(SYSTEM AND METHOD FORMODELING HIGHER ORDER POROUS MEDIA IN A RESERVOIRSIMULATOR)”的国际专利申请号PCT/US2001/44178。

背景

储层模拟是采用计算机模型来预测储层内的诸如石油、水以及气体之类的流体的流动的储层工程领域。储层模拟器有利地由石油生产商采用来确定怎样最好地开发新油田,以及结合所开发的油田来生成投资决定所基于的生产预测。

断裂储层为模拟提出了特殊的挑战，由于可能存在于这些类型的储层中的多个孔隙度系统或结构。已经出现各种类型的双孔隙公式用于为这些类型的储层建模。一些公式适合于高断裂密度，而其他公式(formulation)更适合于低断裂密度。通常，断裂密度在储层的区域之间或在经历同时模拟的不同储层之间是高度可变的。传统上通过使用通过流网络互连的两个共存的孔隙体积来表示多孔介质来建模断裂储层。一种类型的孔隙度系统(称为矩阵并且通过矩阵节点定义)通过高孔隙体积和低传导率来表征。另一种类型的孔隙度系统(称为通过断裂节点定义的断裂)通过低孔隙体积和高传导率来表征。

本领域普通技术人员将认识到如在此所使用的“节点”指代所模拟的储层内的孔隙体积的元素表示，而“区域”指代所模拟的储层的一部分内的所有节点的集合。最终，如在此所使用的“网格”或“子网格”指代区域内的节点的子集。在所希望的时间增量处逐节点地求解未知量，诸如压力和成分。

在储层的一个常见现有技术模拟表示中，称为双孔隙度、单渗透率(“DPSP”)，矩阵节点仅与断裂节点连通。在DPSP中，断裂节点还可与其他断裂节点连通。在储层的另一个常见模拟现有技术表示中，称为双孔隙度、双渗透率(“DPDP”)，矩阵节点与断裂节点和其他矩阵节点二者连通。通常，在储层的现有技术模拟表示中，模拟将储层表征为或DPSP或DPDP并且在整个模拟过程中使用该表征。这些现有技术本质上通过将地层自始至终表征为均质的来处理断裂区和无断裂区，并且因此不能准确地描绘储层。

而且，在一些储层中，特别是碳酸盐储层，一种第三类型的孔隙度系统非常盛行，称为“晶簇”。晶簇是通常大于矩阵的孔隙空间的孔隙空间。晶簇可或可不连接到彼此。分离的晶簇仅通过颗粒间孔隙(即，矩阵孔隙)互连并且不像矩阵孔隙体积和断裂孔隙体积那样彼此互连。由此，晶簇孔隙体积的液体保留和转移特性不同于矩阵和断裂二者的那些。因此，除了将双孔隙度系统表征为或DPSP或DPDP的缺点之外，通常，在现有技术的模拟器中使用的双孔隙度公式仅直接考虑断裂孔隙度和矩阵孔隙度。就算有，也是间接地并且以一种非常近似的方式表示晶簇对在储层中流动的液体的影响。

所需要的是可更准确地容纳不同的断裂密度孔隙体积即混合双公式，同时保持最佳效率的灵活模拟器架构。

附图简要说明

可通过参照以下结合附图进行的描述获得本公开及其优点的更完整的理解，在附图中：

图1是适于实现示例性实施例的储层模拟系统的计算机系统的框图。

图2A和图2B示出使用子网格来实现示例性实施例的层模拟系统。

图3A和图3B示出示例性实施例的储层模拟系统所实现的断裂储层的一部分的一维DPSP模型。

图4示出示例性实施例的储层模拟系统所实现的断裂储层的一部分的一维DPDP模型。

图5A和图5B分别示出示例性实施例的储层模拟系统所实现的用于处理具有断裂和无断裂区二者的模型的多种方法。

图6示出示例性实施例的储层模拟系统的线性求解器的操作的流程图。

图7示出示例性实施例的储层模拟系统所实现的断裂储层的一部分的一维三孔隙度模型。

详细说明

在实施例的详细说明中，自始至终相同的标号用于标明相同的部分。可省略设备的各种项目诸如管道、阀门、水泵、紧固件、配件等等以便简化本说明。然而，本领域技术人员将认识到可按需采用这种常规的设备。

为了克服当前方法的上述和其他限制，在此所述的一个或多个实施例包括储层模拟器器，该储层模拟器器可高效地对具有双渗透率、双孔隙度区域；双渗透率、单孔隙度区域；以及缺少(missing)断裂区域的异质地层进行建模。系统利用灵活的数据类型来对流体体积的断裂和非断裂组分进行建模并且转移并且采用线性求解器策略，该策略可通过该数据类型的单元而不是完全通过一个或另一个而应用。

图1是一种适于实现在此所述的储层模拟系统的示例性计算机系统100的框图。在一个实施例中,计算机系统100包括经由系统总线109互连的至少一个处理器102、存储104、I/O设备106、以及显示器108。可由处理器102执行的用于实现根据在此所述的实施例的储层模拟系统110的软件指令可存储在存储104中。尽管未在图1中明确示出，将认识到计算机系统100经由合适的网络连接可连接到一个或多个公共和/或私人网络。还将认识到包括储层模拟系统110的软件指令可从CD-ROM或其他合适的存储介质加载到存储104中。

在一个实施例中，使用储层模拟软件来实现储层模拟系统110的一部分。在本实施例中，“子网格”数据类型用于提供概括化规划(formulation)设计。在一个实施例中，这种数据类型可以是Fortran。每个子网格定义特定孔隙度结构的节点的网格域和互连性。其还追踪各种节点变量，诸如压力、成分、流体饱和度等等。子网格被设计为具有特定的孔隙类型，例如断裂、矩阵和晶簇。占据相同物理空间的不同孔隙类型的子网格称为是“相关联的”。孔隙类型之间的连接被表示为外部连接，子网格到相关联的子网格。内部(或网格内)连接表示孔隙类型内的流连接。

给定上述数据设计，可在相同的储层域内对经典的DPSP和DPDP构造进行建模。DPSP区具有其中仅断裂子网格具有内部连接的相关联的子网格。DPDP区在矩阵和断裂孔隙类型二者中都具有内部连接。

如以下更详细描述的，在此所述的实施例的另一个重要方面是针对多个孔隙度模型使用线性求解器设计。线性求解器方法由子网格或相关联的子网格应用。在DPSP的情况下，其中对于包括矩阵子网格的矩阵节点不存在内部连接，求解器在对所产生的断裂雅克比行列式(Jacobian)进行全解之前，简单地除去不与其他矩阵节点连通的矩阵节点。在一对DPSP子网格的情况中，其中节点之间的内部连接针对矩阵和断裂孔隙度类型二者而存在，为了效率的目的，这两个子网格优选地在全解之前合并。为了描述本发明的目的，具有矩阵到矩阵连通的矩阵节点将被称为“非双”矩阵节点并且具有矩阵到断裂连通的矩阵节点将被称为“双”矩阵节点。

如以下更详细描述的，实施例的又一重要方面是，在其中断裂仅存在于不易于由断裂子网格或矩阵子网格表征的某些区中的建模地层中(因为任何所产生的子网格将具有缺少(missing)断裂的区)，创建一对特殊的“相关联”子网格，其中矩阵到矩阵连接存在于其中不存在断裂的区中，但是另外，子网格被处理为DPSP的情况，如上所述。如将要描述的，由于矩阵到矩阵连接，线性求解器所执行的过程被调整到将被另外地认为是DPDP的情况。线性求解器合并相关联的子网格、在可能时执行除去、并且然后执行全解(complete solustion)。

本领域普通技术人员将认识到通过在相同的储层域中使用经典DPSP和DPDP构造对储层进行建模(而不是简单地将地层建模为或者DPSP或者DPDP)，本发明开发在DPSP模拟中采用除去与其他矩阵节点不具有连通的矩阵节点(即，双矩阵节点)的能力，由此简化构造中的某些区域的建模。而且，通过当合适时使用DPSP和DPDP两者，本发明除去了选择仅一个DPDP或DPDP用于模拟的现有技术需要。

在图2A和图2B中示出上述概念。如图2A所示，在一个实施例中，感兴趣的域的模型包括两种孔隙度类型，即断裂孔隙度系统(由断裂子网格200(a)-200(d)表示，每个包括多个断裂节点，诸如节点201)以及矩阵孔隙度系统(由矩阵子网格202(a)-202(d)表示，每个包括多个矩阵节点，诸如节点203)。如上所示，表示感兴趣的域中的相同物理位置的但是具有不同的孔隙度类型的子网格被称为“相关联的”。如图2A所示，断裂子网格200(a)-200(d)分别与矩阵子网格202(a)-202(d)相关联。如上所解释的，经典多孔隙度模式为DPSP和DPDP。另外，还将在此参考缺少断裂(也在此称为“FlexDP”)模式。如上所示，DPDP允许节点之间的断裂到断裂转移以及断裂到矩阵转移，但不允许节点之间的矩阵到矩阵转移。因此，如图2B所示并且如参考标号220所指示的，DPSP允许正规线性解之前的相对简单地除去矩阵未知量，导致修改后的断裂子网格F1’。特定地，在两个节点之间存在矩阵到断裂转移的情况中，由于等式的结构，还可用代数方法除去矩阵节点(也称为“双”矩阵节点)，藉此对求解进行了简化。仅保留带有矩阵到矩阵转移的矩阵节点。节点的除去对解进行了简化。通过储层模拟系统110的线性求解器230对修改后的断裂子网格F1’(其中已经除去了某些矩阵节点)执行线性解。

DPDP在矩阵节点之间添加矩阵到矩阵转移并且因此在数字上是更昂贵的，因为必须在线性解中处理更多的未知量。作为结果，如图2B所示并且如参考标号222所指示的，在DPDP的情况中，矩阵子网格M2与其相关联的断裂子网格F2合并，导致合并后的子网格F2M2，其包括子网格F2和M2二者的节点。然后由线性求解器230对合并后的子网格F2M2执行线性求解。

FlexDP克服了其中断裂节点在断裂子网格的某些区中丢失的情况。例如，如图2B所示并且如参考标号224所指示的，在FlexDP的情况中，矩阵子网格M2已经与断裂子网格F3相关联。断裂子网格F3具有其中断裂节点缺少的区232。除了其中断裂节点缺少的区之外，FlexDP情景被类似DPSP来处理(即，除去缺乏传导率的矩阵节点)。在区232中，为了连续性的目的，要求矩阵节点之间的连接。以两种方式保持无断裂区232和其他区之间的连通。首先，通过特殊的矩阵到矩阵连接保持连续性。其次，通过特殊的断裂到矩阵连接保持连续性。然后由线性求解器230对合并后的子网格F3M3执行线性求解。

合适的操作模式(DPSP、DPDP或FlexDP)由正在对其进行建模的域中的孔隙度类型的物理特性来决定。然而，因为孔隙度类型可在域内改变，在此所述的储层模拟系统允许一个或多个模式的同时应用。

如将在以下更详细描述的，在一个实施例中，线性求解器230具有四个基本功能，包括(1)从矩阵子网格中除去与其他矩阵节点不具有连通的矩阵节点，即双矩阵节点；(2)将剩余的矩阵节点(即非双矩阵节点)合并到断裂子网格；(3)使用常规的线性求解器对所得系统进行求解；以及(4)对所除去的矩阵节点进行反求解。本领域普通技术人员将认识到在本发明的实践中，纯粹的DPSP或DPDP操作模式是两种极端情况。DPSP情况不要求在DPDP情况中使用的合并功能，而DPDP情况不要求DPSP情况中使用的除去或反求解功能。FlexDP是一般情况，其中两种类型的矩阵节点连通共存于一个区域中，即其中某些矩阵节点连接到其他矩阵节点以及断裂节点，并且某些矩阵节点仅连接到断裂节点的区域。

双孔隙、单孔隙度说明

首先转向DPSP情况，图3A示出断裂储层的一部分的一维DPSP模型300，其中矩阵节点302和断裂节点304之间存在一一对应关系。如图所示，图3A所描绘的矩阵节点302之间不存在连通。因此，矩阵节点302可各自被表征为双矩阵节点。由于本发明的应用中的一般规则是可除去与其他矩阵节点不具有连通的矩阵节点，在图3A中，因此，在应用在此所述的线性求解之前，优选地将矩阵节点302从矩阵节点子网格除去。

图3B示出在线性求解中保留与其他矩阵节点不具有连通的矩阵节点的一般规则的说明(caveat)。在图3B所示的本发明的实施例中，示出断裂储层的一部分的一维DPSP模型，类似于图3A的展示。在图3B中，断裂节点314类似于图3A的断裂节点304。然而，在图3B中，图3A中所示的单独的矩阵节点302被分区或细分为比系统的其他节点更精细的元素表示。这种称为矩阵细分的技术产生了多个矩阵节点313。每个矩阵节点313在总体积上比或者其连接到其上的断裂节点314或者模型的其他矩阵节点更小(诸如图3A的302)。连接到任意给定断裂节点314的矩阵节点313的集合可被表征为矩阵块312。相比如果它们所连接至的矩阵节点和断裂节点具有相同元素总体积的情况下，这允许在更精细的水平上对矩阵求解(resolve)。本领域普通技术人员将认识到矩阵块可包括单个矩阵节点或多个矩阵节点。如果不存在矩阵细分，那么矩阵块和矩阵节点是相同的。

在矩阵块312中，矩阵节点313可彼此连通。然而，在所示出的实施例中，总矩阵块312与其他矩阵节点(诸如图3A的矩阵节点302)或矩阵块不具有连通。而是，矩阵块312仅具有到断裂节点314的连通。为此，为了线性求解的目的，矩阵块可作为双矩阵节点处理，即，与任意其他矩阵节点不具有连通性矩阵节点，并且因此在执行线性解之前被除去。在此方面，如在此特指的矩阵块可被称为“双”矩阵块，因为矩阵块仅包括双矩阵节点。

在任何情况下，在本发明的应用中，可将区域中与其他矩阵节点(或矩阵块)不具有连通的矩阵节点(或矩阵块)从矩阵子网格除去，其中在断裂节点之间引入了某些可能的填入物(in-fill)。与其他矩阵节点具有连通的那些矩阵节点(还可被称为“虚拟断裂节点”，因为它们在线性解求中作为断裂节点处理)表示满足以下条件之一的所有其他矩阵节点：(1)它不具有与其相关联的断裂节点；(2)它是具有至少一个井穿孔的双矩阵节点；或(3)存在过量的内部节点(即，仅与其他矩阵节点312连接的节点)。

对于DPSP模型而言，在线性求解的应用中做出以下假设：

1)“矩阵块”包括一个或多个双矩阵节点。

2)矩阵块仅与断裂节点连通，但是块内的矩阵节点可与彼此连通。

3)断裂节点可连接到多个矩阵节点，尽管并不总是这种情况。

原始线性系统被分区为如下所示的等式的形式，

$\left[\begin{array}{cc}{A}_{\mathrm{mm}}& A_{\mathrm{mf}}\\ A_{\mathrm{fm}}& A_{\mathrm{ff}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_m\\ x_f\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{r}_m\\ r_f\end{array}\right]$

其中下标m和f分别指代矩阵和断裂节点。

除去A_mm，我们具有

${\tilde{A}}_{\mathrm{ff}}{x}_f={\tilde{r}}_f---\left(1\right)$

${\tilde{A}}_{\mathrm{ff}}=A_{\mathrm{ff}}-A_{\mathrm{fm}}{A}_{\mathrm{mm}}^{-1}{A}_{\mathrm{mf}}---\left(2\right)$

${\tilde{r}}_f=r_f-A_{\mathrm{fm}}{A}_{\mathrm{mm}}^{-1}{r}_m---\left(3\right)$

由于A_mm是对角矩阵，对其进行因式分解通常不是昂贵的，

A_mm＝LU  (4)

求解过程是：

1.更新 ${\tilde{A}}_{\mathrm{ff}}=A_{\mathrm{ff}}-A_{\mathrm{fm}}{U}^{-1}{L}^{-1}{A}_{\mathrm{mf}}$

2.更新 ${\tilde{r}}_f=r_f-A_{\mathrm{fm}}{U}^{-1}{L}^{-1}{r}_m$

3.求解 ${\tilde{A}}_{\mathrm{ff}}{x}_f={\tilde{r}}_f$

4.更新 ${\tilde{r}}_m=r_m-A_{\mathrm{mf}}{x}_f$

5.求解 ${\mathrm{LUx}}_m={\tilde{r}}_m$

双孔隙、双孔隙度说明

现在转向DPDP情况，如图4所示，断裂储层的一维DPDP模型400允许矩阵节点402之间以及矩阵节点和断裂节点404之间的连通。与DPSP相反，不能容易除去矩阵节点402。因此，矩阵子网格内的矩阵节点402被合并成断裂子网格。结果是大网格(诸如图2B所示的F2M2)。在所产生的网格中，对应于断裂节点的系数条目(entry)优选地被排在第一，其后是与矩阵节点相对应的那些系数条目。这种排序的原因是因为断裂节点之间的质量(mass)转移占主导并且因此系数条目更大并且它们更合适被挑选为因数分解过程中的枢轴行(pivoting row)。

FlexDP情况类似于DPSP情况(图3A和图3B)，但是断裂节点在某些区中缺少。存在分别在图5A和图5B所示并且参考标号500和502所指示的两种方法，来解决断裂区域504和无断裂区域506之间的质量转移。如图5A所示，在第一种方法500中，区域504和506之间的质量转移通过由参考标号508所指示的并且具体是对应的矩阵的矩阵节点之间的矩阵到矩阵连接发生。如前所述，不具有相关联断裂节点的矩阵节点(诸如节点510)被定义为“虚拟断裂节点”。为了求解的目的，虚拟断裂节点510在模型中作为断裂节点处理。在除去了矩阵节点并且应用了线性求解器之后，在断裂节点512和虚拟断裂节点510之间存在填入物。在第二种方法502中，通过断裂到矩阵的连接520发生区域504、506之间的质量转移。在这种方法中，同样，不具有相关联断裂节点的矩阵节点(诸如节点510)被定义为虚拟断裂节点。虚拟断裂节点510在第二种方法502中的处理与第一种方法中的相同并且甚至更简单，因为不存在填入物(虚拟断裂节点510直接连接到断裂节点512，不具有中间矩阵节点)。

图6示出根据结合使用储层模拟或建模技术根据一个实施例的线性求解器的操作的流程图。在一个实施例中，可使用三维建模软件。在步骤600，标识连接到其他矩阵节点的矩阵节点(亦称做虚拟断裂节点或“非双”矩阵节点)。在步骤602，双矩阵节点(即,不连接到其他矩阵节点的矩阵节点)被标识为矩阵块。矩阵块可包括一个或多个双矩阵节点。这种矩阵块还可被称为双矩阵块。在任何情况下，在步骤604，为每个矩阵块确定矩阵节点的反向Cuthill McKee(“RCM”)排序。在步骤606，为每个矩阵块标识相关联的断裂节点。在步骤608，为每个矩阵块确定LU因数分解模板。在步骤610，确定源自去除双矩阵块(或按情况，可能是节点)导致的断裂节点(包括虚拟断裂节点)之间的填入模式。在步骤612，为了求解的目的，除去双矩阵块(或按情况，可能是节点)，并且更新系数矩阵和RHS向量。在步骤614，确定是否存在虚拟断裂节点。如果存在这种虚拟断裂节点，执行进行到步骤616，其中虚拟断裂节点被合并成断裂子网格，并且相应地更新系数矩阵和RHS向量，在此之后，执行进行到步骤618。如果在步骤614，确定不存在虚拟断裂节点，执行直接进行到步骤618。

在步骤618，所产生的线性系统被馈送到正则线性求解器。在步骤620，除去之前，确定是否在存在双矩阵节点。如果存在，执行进行到步骤622，其中对包括矩阵块的任意除去的矩阵节点进行反求解，在此之后，执行在步骤624终止。如果在步骤620做出了否定决定，执行在步骤624终止。

在某些实施例中，可通过表征具有晶簇节点的晶簇来支持更高阶孔隙度(诸如晶簇)并对其进行建模。在一个这种实施例中，矩阵节点和断裂节点具有与在DPSP的情况中相同的特性，而晶簇节点与矩阵节点和断裂节点两者连通，但是不与其他晶簇节点连通。在图7中，相对于断裂节点702a-702f和矩阵节点704a-704c示出晶簇节点700a-700c。晶簇节点700a可仅连接到断裂节点702b，或者晶簇节点700b可仅连接到矩阵节点704b，或者晶簇节点700c可连接到矩阵节点704c和断裂节点702f两者。仅连接到断裂节点的晶簇节点诸如晶簇节点700a将被预除去，其方式与在DPSP模型中预除去仅连接到断裂节点的矩阵节点相同。仅连接到一个或多个矩阵节点的晶簇节点(诸如节点700b)被合并到矩阵节点704b并且变成矩阵子网格的一部分，在这个点处，像在DPSP系统中那样除去合适的矩阵节点。连接到断裂节点702f和矩阵节点704c二者的晶簇节点700c被合并到其相关联的矩阵子网格，并且，为连接到矩阵节点和属于该矩阵子网格的晶簇节点引入可能的填入物，在此之后，除去合适的矩阵节点。

在图7中，以很大程度上与图3B的细分的矩阵节点313形成矩阵块312相同的方式，连接到矩阵节点的晶簇节点可被表征为块并相应被处理。因此，在图7中，晶簇节点700b和矩阵节点704b可被作为块处理。同样，晶簇节点700c和矩阵节点704c可作为块处理。在此方面，如果确定晶簇节点连接到至少一个矩阵节点并且连接到至少一个断裂节点，晶簇节点可与该矩阵节点(多个)合并以便形成双矩阵块，并且此后可为与该块相关联的断裂节点引入填入物。

在可替代实施例中，如图7所示，断裂节点可连接到多个矩阵节点或由多个矩阵节点组成的块。

在此所述的前述方法可具体用于对石油和天然气储层中的井眼进行钻井。在如在此所述的储层建模之后，可基于该建模实施钻井计划。该计划包括将井眼钻井到具有断裂区和无断裂区的使用本发明的方法和系统进行建模的储层中。本领域普通技术人员将认识到尽管已经静态地将本发明的方法描述为钻井计划的实施的一部分，本发明还可被动态地实施。因此，可实施钻井计划，并且可使用来自钻井过程的数据来更新模型。在实施了钻井计划之后，可在实时地(on the fly)或迭代地在钻井过程期间使用本发明的系统，以便当参数改变或被阐明或调整时计算并重新计算储层在一段时间内的连通特性。在每种情况中，可使用动态计算的结果，以便更改先前实施的钻井计划。例如，动态计算可导致使用更重或更轻的钻井流或井眼方向的改变。如在此所描述的，一个实施例是用于执行储层模拟的方法，储层由模型表示，该模型具有多个矩阵节点、多个断裂节点、至少一个断裂区以及至少一个无断裂区。该方法包括以下计算机实施的步骤：针对包括互连区的多个矩阵节点中的每一个，表征这些矩阵节点；针对一个或多个双矩阵节点组成的每个块，除去该块并且相应地更新该模型的系数矩阵和RHS向量；以及，确定将从除去导致的断裂节点(包括虚拟断裂节点)之间的填入模式。在某些实施例中，该方法进一步包括：针对可存在于该模型中的每个虚拟断裂节点，即非双矩阵节点，将这些虚拟断裂节点合并至断裂网格并且相应地更新该模型的系数矩阵和RHS向量；使用线性求解器对所产生的线性系统进行求解；并且对所除去的双矩阵节点进行反求解。在一些实施例中，某些矩阵节点可被细分为多个矩阵节点，该多个矩阵节点具有比原始矩阵节点或其所连接到其上的任意节点更小的总体积，由此形成矩阵块。其后，依赖于其连通特性，矩阵块可处理作为双矩阵节点处理并被除去。

另一个实施例是一种用于执行由模型表示的储层的模拟的系统，该模型具有多个矩阵节点、多个断裂节点、至少一个断裂区以及至少一个无断裂区。该系统包括：处理器；存储介质；用于表征由多个矩阵节点组成的互连区的装置；用于除去由在表征中标识的一个或多个双矩阵节点组成的块的装置；以及用于因此更新该模型的系数矩阵和RHS向量的装置。该系统进一步包括：用于确定断裂节点(包括虚拟断裂节点)之间的填入模式的装置；用于将这些虚拟断裂节点合并成断裂网格并且相应地更新该模型的系数矩阵和RHS向量的装置；用于使用线性求解器对所产生的线性系统进行求解的装置；以及用于对所除去的双矩阵节点进行反求解的装置。

本发明的仍另一个实施例是一种用于对由具有多个矩阵节点的模型所表示的储层执行模拟的方法。针对包括互连断裂区和无断裂区的任意节点，该方法将矩阵节点表征为双矩阵节点或非双矩阵节点。如果存在一个或多个双矩阵节点，它们可被分组为块并被除去，在此之后，相应地更新该模型的系数矩阵和RHS向量。如果存在任意非双矩阵节点，非双矩阵节点(也成为“虚拟”断裂节点)被合并至断裂网格。最后，使用线性求解器求解所产生的线性系统。在一些实施例中，如果除去了任意双矩阵节点，对所除去的双矩阵节点进行反求解。当断裂区与无断裂区之间的质量转移经由矩阵到矩阵连接发生时，标识多个非双矩阵节点。当断裂区与无断裂区之间的质量转移经由断裂到矩阵连接发生时，标识多个双矩阵节点。在某些实施例中，区中的虚拟断裂节点可处理作为断裂节点处理并且可在除去任意非双矩阵节点之前确定断裂节点(包括虚拟断裂节点)之间的填入模式。这些虚拟断裂节点可被合并至断裂网格，在此之后，可相应地更新该模型的系数矩阵和RHS向量。在某些实施例中，可对每个块执行矩阵节点的反Cuthill McKee(“RCM”)排序，并且在此之后，标识与矩阵节点相关联的断裂节点并且可确定每个块的LU因数分解模板。

尽管已经在此详细地描述了本发明的某些特征和实施例，将容易理解的是本发明涵盖以下权利要求书的范围和精神内的所有修改和增强。此外，绝不旨在限制在此所示的构造或设计的细节，除非如以下权利要求书所述。而且，本领域技术人员将认识到各种组件竖直地或水平地取向的描述不旨在是限制，而是为了方便描述本发明而提供。

例如，尽管已经参考某些孔隙度类型(例如，矩阵、断裂、和晶簇)描述了储层模拟系统，将认识到可有利地使用在此所述的原理为其他类型的孔隙度建模。附加地，还可使用在此所述的原理求解更高阶孔隙度模型。

因此，明显的是以上所公开的具体示意性实施例可被更改或修改，并且所有这种变动被认为在本发明的范围和精神内。而且，权利要求书中的术语具有其平常的、普通的含义，除非专利权人明确地和清晰地定义。

Claims (29)

1.一种用于执行由模型表示的储层的模拟的方法，所述模型具有多个矩阵节点、多个断裂节点、至少一个断裂区以及至少一个无断裂区，所述方法包括以下计算机实现的步骤：

针对包括多个互连区的多个矩阵节点中的每一个，表征所述矩阵节点；

针对包括一个或多个双矩阵节点的块，除去所述块并且相应地更新所述模型的系数矩阵和RHS向量；

确定源自所述除去的包括虚拟断裂节点的断裂节点之间的填入模式；

针对一个或多个虚拟断裂节点，将所述虚拟断裂节点合并至断裂网格并且相应地更新所述模型的所述系数矩阵和RHS向量；

使用线性求解器求解所产生的线性系统；以及

针对所述除去的双矩阵节点进行反求解。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述断裂区和所述无断裂区之间的质量转移定义为经由矩阵到矩阵连接发生。

3.如权利要求1所述的方法其特征在于，将所述断裂区或所述无断裂区之间的质量转移定义为经由断裂到矩阵连接发生。

4.如权利要求1所述的方法其特征在于，表征所述矩阵节点包括确定块的矩阵节点的反向Cuthill McKee(“RCM”)排序。

5.如权利要求1所述的方法其特征在于，表征所述矩阵节点包括标识与所述矩阵节点相关联的断裂节点。

6.如权利要求1所述的方法其特征在于，表征所述矩阵节点包括确定矩阵块的LU因式分解模板。

7.如权利要求1所述的方法其特征在于，所述储层模型包括晶簇节点，所述方法进一步包括以下计算机实现的步骤：

在表征之前，响应于确定所述晶簇节点之一与所述矩阵节点中的至少一个相关联，将所述晶簇节点中的所述相关联之一与所述矩阵节点中的所述至少一个相关联以便形成块。

8.如权利要求1所述的方法其特征在于，所述储层模型包括晶簇节点，所述方法进一步包括以下计算机实现的步骤：

针对所述所标识的晶簇节点中的每一个，标识一个或多个晶簇节点以及连接；

响应于确定所述晶簇节点之一与所述矩阵节点中的至少一个相关联并且对于所述断裂节点中的至少一个：

将所述晶簇节点中的相关联之一与所述矩阵节点中的至少一个合并以便形成双矩阵块；以及

针对与所述块相关联的断裂节点，引入填入物。

9.一种用于执行由模型表示的储层的模拟的系统，所述模型具有多个矩阵节点、多个断裂节点、至少一个断裂区以及至少一个无断裂区，所述系统包括：

处理器；

存储介质；

用于表征包括多个矩阵节点的互连区的装置；

用于针对所述区中的至少一个除去包括一个或多个双矩阵节点的块并且相应地更新所述模型的系数矩阵和RHS向量的装置；

用于确定源自所述除去的包括虚拟断裂节点的断裂节点之间的填入模式的装置；

用于将所述虚拟断裂节点合并成断裂网格并且相应地更新所述模型的所述系数矩阵和RHS向量的装置；

用于使用线性求解器求解所产生的线性系统的装置；以及

用于针对所述除去的双矩阵节点进行反求解的装置。

10.如权利要求9所述的系统其特征在于，将所述断裂区和所述无断裂区之间的质量转移定义为经由矩阵到矩阵连接发生。

11.如权利要求9所述的系统其特征在于，将所述断裂区和所述无断裂区之间的质量转移定义为经由断裂到矩阵连接发生。

12.如权利要求9所述的系统其特征在于，表征所述矩阵节点包括：

确定矩阵块的节点的反向Cuthill McKee(“RCM”)；

标识与所述矩阵块相关联的断裂节点；以及

确定所述矩阵块的LU因式分解模板。

13.如权利要求9所述的系统其特征在于，所述储层模型包括晶簇节点，所述系统进一步包括用于响应于确定所述晶簇节点之一仅与矩阵节点相关联将所述晶簇节点中的相关联之一与所述矩阵节点中的至少一个合并以便形成双矩阵块的装置。

14.如权利要求9所述的系统其特征在于，所述储层模型包括晶簇节点，所述系统进一步包括响应于确定所述晶簇节点之一与矩阵节点和断裂节点二者相关联：

用于将所述晶簇节点中的相关联之一与至少一个矩阵节点合并以便形成非双矩阵块的装置；以及

用于为连接到由至少一个矩阵节点与所述晶簇节点中的所述相关联之一形成的所述非双矩阵节点引入填入物的装置。

15.一种计算机程序产品，包括非瞬态计算机可读介质，其上存储有可由计算机执行以便致使所述计算机执行以下内容的指令：模拟由模型表示的储层，所述模型具有多个矩阵节点、多个断裂节点、至少一个断裂区以及至少一个无断裂区，所述指令用于致使所述计算机：

针对包括互连区的所述多个矩阵节点中的每一个，将所述矩阵节点表征为双矩阵节点或非双矩阵节点；

针对包括一个或多个双矩阵节点的每个块，除去所述块并且相应地更新所述模型的系数矩阵和RHS向量；

如果存在任意非双矩阵节点，将非双矩阵节点合并至断裂网格；

使用线性求解器求解所产生的线性系统；以及

如果除去了任意双矩阵节点，对所述除去的双矩阵节点进行反求解。

16.如权利要求15所述的计算机程序产品，其特征在于，将所述断裂区和所述无断裂区之间的质量转移定义为经由矩阵到矩阵连接发生，从而导致多个非双矩阵节点。

17.如权利要求15所述的计算机程序产品，其特征在于，将所述断裂区和所述无断裂区之间的质量转移定义为经由断裂到矩阵连接发生，从而导致多个双矩阵节点。

18.如权利要求15所述的计算机程序产品，其特征在于，进一步包括：

将一个或多个非双矩阵节点表征为所述区中的虚拟断裂节点；

确定源自所述除去步骤的包括虚拟断裂节点的断裂节点之间的填入模式；

将一个或多个虚拟断裂节点合并至断裂网格并且相应地更新所述模型的所述系数矩阵和RHS向量；

确定块的矩阵节点的反向Cuthill McKee(“RCM”)排序；

识别与矩阵节点相关联的断裂节点；以及

确定矩阵块的LU因式分解模板。

19.如权利要求15所述的计算机程序产品，其特征在于，所述储层模型包括多个晶簇节点，所述方法进一步包括：

标识与至少一个矩阵节点相关联的至少一个晶簇节点；以及

将所述晶簇节点中的至少一个与所述矩阵节点中的至少一个合并以便形成双矩阵节点。

20.如权利要求15所述的计算机程序产品，其特征在于，所述储层模型包括多个晶簇节点，所述方法进一步包括：

标识与至少一个矩阵节点以及至少一个断裂节点相关联的至少一个晶簇节点；

将所述晶簇节点中的至少一个与其相关联的矩阵节点合并以便形成双矩阵块；以及

为连接到所述块的所述至少一个断裂节点引入填入物。

21.一种用于在储层中钻井眼的方法，所述方法包括:

对石油和天然气储层进行建模，所述储层具有互连断裂区和无断裂区、矩阵节点和断裂节点，所述建模步骤包括：

将所述矩阵节点表征为双矩阵节点或非双矩阵节点；

针对包括一个或多个双矩阵节点的每个块，除去所述块并且相应地更新所述模型的系数矩阵和RHS向量；

将所述非双矩阵节点合并至断裂网格；

使用线性求解器求解所产生的线性系统；

针对任意除去的双矩阵节点进行反求解；

制备装置，来构造所述井眼的一部分；

基于所述建模的储层，为所述井眼选择轨迹；以及

根据所述选择轨迹对来钻井眼。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包括标识多个非双矩阵节点，其中质量转移在所述断裂区和所述无断裂区之间经由矩阵到矩阵连接发生。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包括标识多个双矩阵节点，其中质量转移在所述断裂区和所述无断裂区之间经由断裂到矩阵连接发生。

24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包括将一个或多个非双矩阵节点表征为所述区中的虚拟断裂节点并且确定源自所述除去的包括虚拟断裂节点的断裂节点之间的填入模式。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述虚拟断裂节点合并至断裂网格并且此后相应地更新所述模型的所述系数矩阵和RHS向量。

26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包括针对包括多个矩阵节点的每个块，执行所述矩阵节点的反向Cuthill McKee(“RCM”)排序，并且此后，标识与矩阵节点相关联的断裂节点并且为所述矩阵块中的每一个确定LU因式分解模板。

27.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将矩阵节点细分为多个矩阵节点以便形成矩阵块的步骤，其中所述多个矩阵节点具有比所述矩阵节点连接到其上的任意节点更小的总体积。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述矩阵块作为矩阵节点处理。

29.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述矩阵块被表征为双矩阵节点。