EA010085B1 - Способ оценивания свойств осадочного бассейна путем численного моделирования процессов осадконакопления - Google Patents

Abstract

Раскрыт способ моделирования пласта осадочных отложений. Согласно одному варианту осуществления этот способ включает в себя (а) решение системы двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения для, по меньшей мере, момента потока, высоты потока, концентрации взвешенного осадка и уноса вышележащей воды, (b) вычисление результирующего осадочного отложения на каждом месте картографического изображения путем использования свойств потока, (с) регистрацию временной изменчивости результирующего осадочного отложения.

Description

В общем настоящее изобретение относится к области геологического моделирования и интерпретации и определения характеристик пластов. В частности, изобретение представляет собой способ конструирования трехмерной модели структуры и распределения размеров зерен осадочных пород, которые могут образовывать подземный углеводородный коллектор.

Уровень техники

Геологическая модель является цифровым представлением детализированной внутренней геометрии и свойств породы подземного объема, такого как нефтяной коллектор или заполненный осадками бассейн. В нефтегазовой промышленности геологические модели позволяют получать геологические входные данные для моделирования характеристик коллектора, результаты которого используют для выбора мест расположения новых скважин, оценивания запасов углеводородов и планирования стратегий разработки месторождений. Пространственное распределение проницаемости является ключевым параметром при определении характеристик коллектора и совместно с другими свойствами породы и флюидов определяет продуктивность коллектора. В случае песчаных коллекторов пространственное распределение проницаемости является функцией распределения размеров зерен песков, которые образуют коллектор, пространственного разделения этих песков барьерами из материалов с более мелкими зернами и минералогии, и историей осадконакопления в этом коллекторе.

Построение большей части геологических моделей, предназначенных для применения в нефтяной отрасли, осуществляют в виде трехмерной решетки модельных блоков (ячеек), которым приписывают геологические и/или геофизические свойства, такие как литология, пористость, акустический импеданс, проницаемость и водонасыщенность (такие свойства в совокупности будут называться в настоящей заявке «свойствами породы»). Полный набор модельных блоков характеризует подземный объем, представляющий интерес. Задача процесса геологического моделирования заключается в приписывании свойств породы каждому модельному блоку в геологической модели.

Для процесса геологического моделирования можно использовать различные данные многих видов, включая, но без ограничения перечисленным, данные о свойствах породы, получаемые по результатам кернового анализа, данные скважинного каротажа, сейсмические данные, данные испытания скважины и данные по добыче, и данные о структурных и стратиграфических поверхностях, которые ограничивают отдельные зоны внутри модели. В общем случае разрешение или пространственный охват имеющимися данными не является достаточным для однозначного определения свойств породы в каждой ячейке геологической модели. Чтобы придать всем ячейкам модели приемлемые отличительные значения, делают дополнительные предположения относительно изменчивости этих свойств. Геоячеечные способы, объектно-ориентированное моделирование и моделирование процессов относятся к трем основным способам заполнения дискретизированного геологического объема свойствами.

Геоячеечные модели

В геоячеечном способе связь между свойствами соседних ячеек устанавливают статистическим путем. Геостатистические способы оценивания (которые могут быть детерминистскими или вероятностными) используют для вычисления значений свойств породы внутри ячеек. В этих способах учитывают расстояние, направление и пространственную непрерывность моделируемого свойства породы. В детерминистских способах оценивания обычно вычисляют оценку с минимальной дисперсией свойства породы для каждого блока. В вероятностных способах оценивания конструируют распределения значений свойств породы и получают набор реализаций геологической модели для моделируемого свойства породы, при этом теоретически каждая реализация является равновероятной. Пространственную непрерывность свойства породы можно зарегистрировать с помощью вариограммы, хорошо известного средства для представления в количественной форме изменчивости свойства породы как функции разноса и направления. Патенты США №№ 5838634, 6381543 и 6480790 охватывают геоячеечные способы моделирования, реализуемые при обработке потоков, которые включают в себя повторяющиеся этапы оптимизации для приведения геологической модели в соответствие с геологическими и геофизическими данными, такими как скважинные данные, данные сейсмических исследований и данные по добыче флюида, и данные о давлении. Большая часть пакетов программ для имеющего промышленное значение моделирования, включая РЕТВЕЬ, С-ОСАО и 8ΤΚΑΤΑΜΘΟΕΕ, содержит широкий спектр геостатистических средств, рассчитанных на удовлетворение требований геологов и специалистов по разработке месторождений. Хотя в этих способах можно без труда согласовать данные контрольных пунктов, таких, как скважины, с геофизическими ограничениями, такими, как сейсмические данные, но при их помощи геологические структуры, наблюдаемые в природных системах, обычно точно не воспроизводятся.

Объектно-ориентированные модели

В объектно-ориентированном способе объемы подземных пластов рассматривают как сообщества геологических объектов с предварительно определенными формами, такими как каналы и осадочные выступы. В патенте США № 6044328 раскрыт один алгоритм объектно-ориентированного моделирова

- 1 010085 ния, посредством которого геологам и специалистам по разработке месторождений предоставляется возможность выбора геологических объектов из библиотеки аналогов для наилучшего согласования с моделируемым коллектором. Соответствие аналога оценивает оператор процесса на основании своих знаний в области геологии. В большей части пакетов программ для имеющего промышленное значение моделирования, включая РЕТКЕЬ, ΙΒΑΡ-ΒΜδ и СОСЛЭ. объекты реализуются в виде объемных элементов, которыми имитируются каналы и выступы, при этом используются упрощенные элементы, основанные на деформируемых конфигурациях пользователя, таких как полукольца и эллипсы. Другими примерами объектно-ориентированных моделей являются модель Маскеу и Впйде (1995) и модель \УсЬЬ (1994). В этих моделях объекты осадконакопления, такие как речная зона в модели Маскеу и Впйде (1995), и разветвленная сеть потока в модели \УеЬЬ (1994), помещают поверх друг друга в соответствии с несколькими алгоритмами. Хотя при разработке этих моделей старались имитировать реальные осадочные структуры, но не пытались учесть физику водного потока и перенос осадков, которыми на протяжении геологического времени определяются свойства породы в конкретном месте под поверхностью.

Модели процессов

В ориентированных на процессы моделях сделана попытка воспроизвести приповерхностную стратиграфию путем построения осадочных отложений в хронологическом порядке на основе различных ступеней модели или приближения физических процессов, моделирующих геологию. Хотя ориентированные на процессы модели потенциально могут обеспечивать наибольшую точность представления геологических структур, их применение осложняется трудностью, возникающей при согласовании их результатов с данными контрольных пунктов или сейсмическими изображениями. Применение моделей процессов для прогнозирования свойств породы обычно включает в себя проверку модели при сопоставлении с данными о геологическом разрезе и затем повторный запуск модели с новыми управляющими переменными при выполнении итерационного процесса. Хотя модели процессов редко используют в современной промышленной практике, в патентах США №№ 5844799, 6205401 и 6246963 описаны три таких способа. В этих способах диффузионные или основанные на правилах модели процессов используют для построения моделей в масштабе бассейна с ограниченной пространственной детализацией, недостаточной для моделирования характеристик пласта.

Имеется серия научных публикаций по вопросу ориентированного на процессы моделирования стратиграфии, особенно в условиях мелкой воды. Большая часть этих способов не проистекает из физики осаждающего потока жидкости и переноса осадков. Точнее, перенос осадков аппроксимируют уравнением, аналогичным уравнению диффузии. Примеры моделей в этом классе включают в себя модель Во\\тап и Уай (1999), которая представляет собой двумерную алгоритмическую модель, основанную на наборе эмпирических правил для условий мелкой воды, модель Сгащеоп и йокерН (1999), которая представляет собой трехмерную модель для моделирования стратиграфии в условиях мелкой воды, модель КаиГтап и соавторов (1991), которую они использовали для моделирования осадкообразования в мелководных морских системах отложения, и модель КДсЫе и соавторов (1999, 2004а,Ь), которая была использована в их исследовании по трехмерному численному моделированию дельтовых осадочных последовательностей.

В отличие от моделей, описанных выше, с помощью модели δΕΌδΙΜ, которую предложили ТеШаГГ и НагЬаидй (1989), осуществляется моделирование кластогенных осадков в условиях мелкой воды путем решения системы двумерных, усредненных по глубине уравнений потока с использованием способа «маркер в ячейке» [Наг1оте, 1964] или способа «частица в ячейке» [Носкпеу апй Ε;·ΐ5ΐ\νοοΤ 1981]. Хотя δΕΌδΙΜ была первоначально предназначена для условий мелкого моря, она также применялась для моделирования мутного течения благодаря видоизменению гравитационной постоянной с целью учета плотности потока относительно окружающей среды |Те1х1аГГ апй НагЬаидй, 1989]. Однако в модель δΕΌδΙΜ не включены унос воды мутными течениями и возникающие вследствие этого расширение потока и его влияние на отложение осадков. Поскольку в δΕΌδΙΜ используют способ «маркера в ячейке», а поток представляют многочисленными элементами потока с постоянным объемом, то добавление соотношения для уноса воды приводит к значительным видоизменениям δΕΌδΙΜ.

На алгоритм гридинга модели δΕΌδΙΜ налагаются некоторые ограничения. Вертикальный размер каждой трехмерной ячейки, которая содержит осадок, является фиксированным. Кроме того, каждая ячейка может содержать осадок только одного конкретного вида (или размера) и только самая верхняя ячейка может принимать участие в процессе эрозии.

Иногда в δΕΌδΙΜ неточно моделируются перенос осадка и его влияние на поток. Причины этого заключаются в том, что не используются функции эрозии, полученные на основе эксперимента, и не допускается осаждение мелкого материала внутри потока до тех пор, пока не будет осажден весь более крупный материал сверх транспортирующей способности потока. Кроме того, в δΕΌδΙΜ не осуществляется коррекция на пористость осадка при моделировании поднятия осадка, так что поднятие осадка недооценивается. Влияние изменяющейся в пространстве и во времени концентрации осадка на гравитационные движущие силы также не моделируется.

В публикации (δγνίΐδΛ е! а1., 1999) рассмотрена ориентированная на процессы модель, предназначенная для моделирования перемещения осадков на подводные окраины континента-материка и их со

- 2 010085 хранности в стратиграфической летописи. В модели ΞννίΙδΚί и соавторов (1999) имеются несколько компонентов. Они включают в себя (1) процесс образования устья реки, (2) поверхностные струи пресных вод реки и гиперпикнальные потоки, (3) мутные течения, (4) течения и волны и (5) обломочные потоки, образующиеся в результате неустойчивостей откосов.

Математическая модель для описания гиперпикнальных потоков и мутных течений, которую использовали ΞννίΙδΚί и соавторы (1999) в своей модели, является, по существу, улучшенной версией стандартной модели Сйсху однородного потока для мутного течения [Ми1бег Т., ΞννίΙδΚί 1. аиб 8кеие Κ.Ι., 1998; Вадио1б, 1954, 1966; Котаг, 1971, 1973, 1977; Во\\сп е! а1., 1984; Р1рег аиб 8ауоуе, 1993]. В модели Сйеху однородного потока сумма гравитационных движущих сил, фрикционное сопротивление потоку и внутреннее трение потока предполагаются равными нулю. В противоположность этому 8ууЙ5к1 и соавторы (1999) полагают сумму трех сил равной ускорению течения (что более точно).

Модель гиперпикнального потока и мутного течения, которую использовали 8ууЙ8к1 и соавторы (1999), представляет собой крупномасштабное (в масштабах бассейна) приближение потока. Как таковая она содержит многочисленные предположения, которые исключают точное прогнозирование мелкомасштабных осадочных структур, которые могут влиять на характеристики углеводородных пластов. Например, в их модели конвекция момента потока не представлена. Подавляющее большинство осадочных тел, которые образуют нефтяные и газовые пласты, представляет собой струйные и послойные осаждения [Уаи Уадоиег е! а1., 2003], для которых масштаб конвекции момента потока играет важную роль при определении динамики потока и характера тел. Кроме того, при своих вычислениях гравитационной движущей силы они аппроксимируют наклон границы раздела между мутной и чистой водой наклоном наносного слоя. При этом из модели исключаются эффекты подпора воды и падения воды в потоке, которые относятся к механизмам инициирования авульсии заполнения небольших бассейнов [ВеаиЬоиеГ аиб Рпебтаи, 2000]. Без этих механизмов ограничивается применение их модели при моделировании нефтяных и газовых пластов, поскольку авульсия является одним из ключевых процессов, влияющих на неоднородности пласта.

Модель гиперпикнального потока и мутного течения (8ууЙ8к1 е! а1., 1999) является в своей основе одномерной и поэтому в ней не может быть точно представлена поперечная изменчивость свойств породы или физика трехмерного потока, который создает многочисленные характерные особенности глубоководной осадочной стратиграфии, выявленные Уаи Уадопег и соавторами (2003). Их модель описывает стесненный поток мутного течения, спускающийся в одномерном канале. Ширина канала должна быть задана до уклона, поскольку нет возможности моделировать возникновение и эволюцию русел и связанные с ними русловые отложения, которые являются еще одним ключевым элементом в нефтяных и газовых пластах. Наконец, в модели 8ууЙ8к1 и соавторов (1999) отсутствует взаимное влияние потока и отложения.

В процессе исследований самоускоряющихся мутных течений Рагкег и соавторы (1986) получили два набора математических уравнений для описания потока мутных течений в условиях глубокой воды. Первый набор уравнений назван моделью с тремя уравнениями.

Второй набор уравнений назван моделью с четырьмя уравнениями. Уравнения обоих наборов представляют собой усредненные по глубине уравнения, а оба набора состоят из уравнений сохранения момента потока, массы потока и осадка. Модель с четырьмя уравнениями отличается от модели с тремя уравнениями тем, что в ней дополнительно учитываются в явном виде образование, рассеяние и перенос кинетической энергии турбулентности. Ни одна модель не включает в себя возможность регистрации информации об осадкообразовании применительно к результирующему отложению.

Математическая формулировка Рагкег и соавторов (1986) была первоначально получена для одномерного потока с одним размером зерен в осадке. Позднее ВгабГогб (1996, Р11.Э. 1йе515). ВгабГогб и соавторы (1997), 1тгаи и Рагкег (1998) и ВгабГогб и Ка!оробе§ (1999а,Ь) распространили модель с тремя уравнениями на двумерный случай и многочисленные размеры зерен.

1тгаи и Рагкег (1998), а также ВгабГогб и Ка!оробе§ (1999а,Ь) применили расширенную модель Рагкег и соавторов (1986) для исследования мутных течений и зарождения протоков в условиях глубокой воды. По результатам этих двух исследований опубликованы только батиметрические данные отложений на ранних стадиях формирования [Уаи Уадоиег е! а1., 2003]. 1тгаи и Рагкег (1998) оговорили несостоятельность их модели при моделировании долговременной эволюции батиметрии отложений, указав, что «в определенном месте высота наноса приближается к толщине самого мутного течения. Предложенный алгоритм всякий раз будет переставать работать при постепенном приближении наносов к месту вблизи полной канализации потока, где может обеспечиваться только небольшой перелив мутного течения». Ни работа 1тгаи и Рагкег (1998), ни работа ВгабГогб (1997), ни работа ВгабГогб и Ка!оробе§ (1999а,Ь) не относятся к моделированию трехмерной стратиграфии осадочных отложений и связанных с ними песчаных свойств породы, которое будет описано в этом изобретении.

Поэтому существует потребность в видоизменении модели с тремя уравнениями и модели с четырьмя уравнениями для мутных течений Рагкег и соавторов (1986) для моделирования долговременной эволюции осадочных систем и для моделирования пласта с трехмерной стратиграфией применительно к глубоководным отложениям. Кроме того, существует потребность в способе, в котором учитываются

- 3 010085 распределения формы и свойств природных осадочных отложений на основе геологических данных, таких как сейсмические и скважинные каротажные данные. Такой способ может быть основан на фундаментальных законах физики для переноса воды и осадков и может включать в себя элементы способа процессов, объектно-ориентированного и статического способов.

Предпочтительно, чтобы такая процедура по желанию могла быть автоматизирована для выполнения процесса оптимизации с помощью компьютера с получением в результате более точной модели объема геологического разреза, представляющего интерес, при небольших дополнительных затратах времени и усилий. Настоящим изобретением такая потребность удовлетворяется.

Сущность изобретения

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения предложен способ моделирования пласта осадочных систем. Этот вариант осуществления включает в себя (a) решение системы двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения для глубоководного мутного течения, в том числе, по меньшей мере, для момента потока, высоты потока и концентрации взвешенного осадка, и уноса вышележащей чистой воды;

(b) вычисление результирующего осадочного отложения/эрозии для каждого места картографического изображения путем использования свойств потока;

(c) регистрацию результирующего осадочного отложения/эрозии при его изменении во времени и по пространству. Повторение этого итерационного процесса в каждой ячейке моделирования для каждого временного шага дает запись истории отложения осадков, которая представляет собой трехмерную геологическую модель.

Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения предложен способ моделирования пласта осадочных систем. В этом варианте осуществления (а) определяют исходную топографию поверхности дна для области моделирования; (Ь) определяют местоположения впускных каналов потока, из которого осаждаются осадки; (с) образуют сетку, разделяющую область моделирования на ячейки; (б) оценивают свойства потоков во впускных каналах; (е) обновляют свойства потока в каждой ячейке; (1) вычисляют в каждой ячейке результирующее осадочное отложение/эрозию; (д) регистрируют результирующее осадочное отложение/эрозию для каждой ячейки; (11) повторяют этапы е-д до тех пор, пока не будет достигнут критерий остановки. По желанию этапы б-Н могут быть повторены с коррекцией свойств потока впускного канала до тех пор, пока моделируемое отложение не станет по существу подобным по внешнему виду наблюдаемой осадочной системе, при этом будут найдены точные свойства потока во впускном канале.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг. 1 - вид сверху потока флюида, из которого откладывается осадочное тело, в том числе границ потока;

фиг. 2 - вид сбоку, соответствующий виду сверху из фиг. 1;

фиг. 3 - вид сбоку, соответствующий виду сверху из фиг. 1, после того, как осадкообразование произошло;

фиг. 4 - блок-схема последовательности операций согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг. 5 - блок-схема последовательности операций согласно второму варианту осуществления изобретения;

фиг. 6 - трехмерный вид исходной поверхности дна;

фиг. 7 - картографический вид, полученный в процессе моделирования, с показом отдельных ячеек сетки и величины скорости потока; и фиг. 8 - разрез полученного моделированием отложения с показом слоистости и распределения зерен по размеру.

Подробное описание

В нижеследующем подробном описании изобретение будет рассмотрено применительно к его предпочтительному варианту осуществления. Однако в той части, в какой нижеследующее описание является характерным для конкретного варианта осуществления или конкретного использования изобретения, оно предполагается только иллюстративным. Соответственно изобретение не ограничено конкретным вариантом осуществления, описанным ниже, а скорее изобретение включает в себя все варианты, модификации и эквиваленты, попадающие в рамки истинного объема прилагаемой формулы изобретения.

Отложение кластогенных осадочных тел обычно начинается с перетекания воды, насыщенной наносами, из напорных каналов, таких как устье реки или устье подводного каньона, в открытую область, такую как бассейн. Место, где поток, насыщенный наносами, втекает в открытую область, в которой происходит отложение, известно как впускной канал. Первоначально такой поток свободно расширяется, а отложение осадка происходит по мере замедления потока. После этого по мере нарастания откладываемого осадка по высоте отложенный осадок начинает блокировать поле потока. Со временем отложение становится достаточно крупным, так что поток направляется вокруг отложения. Следствием этого

- 4 010085 является новые путь и впускной канал для поля потока в открытую область на расстоянии от или вблизи старого отложения. Затем процесс отложения повторяется, и в системе образуется второе тело. Кроме того, в пределах системы одновременно могут активно образовываться несколько таких тел. В итоге, вследствие такого процесса образуется отложение, состоящее из ярусов осадочных тел, которое представляет собой структуру углеводородных коллекторов.

Способ согласно изобретению предоставляет возможность численного моделирования на физической основе пласта и эволюции трехмерных осадочных отложений, их структуры и свойств породы. Кроме того, применение способа может снизить неопределенности при интерпретации и описании характеристик коллектора благодаря связыванию стратиграфических картин, геометрий осадочных тел и свойств породы, обнаруживаемой в отложениях, с тесно связанными с ними процессами осадкообразования при соответствующем геологическом контроле в глубоководной среде.

Способ согласно изобретению основан на физических законах протекания жидкостей и переноса осадков. Он дает возможность моделировать крупномасштабную и долговременную эволюцию систем осадконакопления, в том числе формирование связанных с ними осадочных структур и свойств породы, с высоким пространственным разрешением в трехмерном пространстве. В зависимости от варианта осуществления способ может включать в себя (1) использование основанного на физических процессах численного моделирования для вычисления потока жидкости и переноса осадков в глубоководной среде с заданными начальными и граничными условиями; (2) связывание модели потока жидкости и переноса осадков с соответствующей моделью эрозии и осадконакопления для моделирования эрозии и отложения осадков разнообразных размеров и свойств повсюду в системе; (3) использование надлежащего трехмерного алгоритма гридинга для регистрации эрозии и отложения осадков повсюду в системе, а также изменения батиметрии системы; (4) обеспечение внешних управляющих воздействий на систему путем динамического изменения граничных условий. Использование сочетания этих признаков приводит к способу конструирования геологической модели, в которой распределение зерен по крупности точно определяется на протяжении подземного объема, ориентиром которого служит сейсмическое изображение подземного объема. Этот способ в его различных вариантах осуществления является объектом настоящего изобретения.

На фиг. 1, 2 и 3 показаны допущения и параметры, используемые в настоящем изобретении. На фиг. 4 и 5 представлены блок-схемы последовательностей операций согласно двум вариантам осуществления настоящего изобретения. В табл. 1 представлен подробный перечень переменных, используемых в настоящем способе, со ссылками на соответствующие чертежи. Более подробно чертежи описаны ниже.

На фиг. 1 показан вид сверху потока 10 жидкости с границами 12 и 14 потока. С целью удобства впускной канал 15 потока 10 жидкости центрирован в начале осей х и у, а поток, исходящий из впускного канала, первоначально протекает в положительном направлении х. Во впускном канале 15 граница потока имеет ширину 17 и полуширину 8 и расширяется в положительном направлении х. Кроме того, показан контур отложения 16, создаваемого потоком.

На фиг. 2 показан вид сбоку, соответствующий виду сверху из фиг. 1 вдоль оси х. Жидкость внутри границ 12 и 14 потока из фиг. 1 состоит из двух слоев. На фиг. 2 показаны два слоя жидкости в виде чистого слоя 20 над слоем 28, насыщенным наносами, ограниченные поверхностью 21 моря и дном 22 моря. Слой 28, насыщенный наносами, также называют слоем мутной воды. Поднятие дна перед местом начала процесса осаждения составляет 24. Высота слоя воды, насыщенной наносами, во впускном канале 15 составляет 26. Высота слоя 28 воды, насыщенной наносами, может изменяться в зависимости от местоположения, что показано высотой 27, отмеченной в другом месте, дальше вдоль оси х на фиг. 2.

На фиг. 3 представлен вид сбоку, соответствующий виду сверху из фиг. 1 вдоль оси х после того, как осадконакопление осуществилось. Как и на фиг. 2, поток жидкости на фиг. 3 показан состоящим из чистого слоя 20 над слоем 28, насыщенным наносами. Поднятие дна после отложения составляет 30. Это поднятие состоит из поднятия 24 исходного дна с добавлением толщины вновь отложенного осадочного слоя 36.

На фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, а на фиг. 5 показана блок-схема последовательности операций согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Уравнения модели

В модели математическими уравнениями, которыми описываются поток жидкости и перенос осадков, являются усредненные по глубине, зависящие от времени уравнения потока, основанные на результатах предшествующих работ Рагкег и соавторов (1986), ВгабГогб (1996, РН. Ό. 1кс515). ВгабГогб и соавторов (1997), 1тгап и Рагкег (1998) и ВгабГогб и КаЮробех (1999а,Ь). Однако заявитель сделал некоторые добавления и изменения к модели, которые обеспечили возможность численного моделирования с лучшим учетом различных особенностей процесса осадконакопления, таких как авульсия и образование протоков, а также с лучшим согласованием с результатами экспериментов в гидрометрическом искусственном водоеме. Математическая модель, используемая в изобретательском способе, согласно изобретению и характерные детали численного решения ее уравнений описаны ниже.

(1) Уравнения момента, осадконакопления, потока и баланса энергии турбулентного движения

- 5 010085

Уравнение баланса момента для составляющей по оси х имеет вид

Уравнение баланса момента для составляющей по оси у имеет вид

Уравнение сохранения слоя мутной воды

Уравнение сохранения осадков с разнообразными размерами зерен в потоке имеет вид

По выбору может быть включено дополнительное уравнение, описывающее баланс кинетической энергии турбулентности. В данном случае первоначальная одномерная формулировка (Рагкег, 1986) для зерен одного размера распространена на двумерную форму для зерен многочисленных размеров. Модифицированная формулировка для К имеет вид

В приведенных выше уравнениях и_х и и_у представляют собой составляющие, соответственно, по оси х и у усредненной по глубине скорости потока, 11 - глубина мутного потока, η - поднятие дна, С₁ является объемной концентрацией осадков в ί-ом подмассиве подобранных по размеру зерен, а

Л

С = = 1 характеризует полную концентрацию осадков. В уравнениях [1] и [2] д представляет собой гравитационную постоянную и В - удельный вес осадков в подводном положении, где д _ Рз ~ Ру Ру ' а ρ, и р„ представляют собой плотность осадков и воды, соответственно. В уравнении [5] и* представляет собой скорость скольжения, где и*² = а_кК, а а_к представляет собой параметр модели, связанный с турбулентностью. Остальные члены в уравнениях [1]-[4] и [5] будут описаны дополнительно ниже, а здесь определяются кратко. В уравнениях [1]-[2] α, представляет собой параметр стратификации, который характеризует вертикальное изменение концентрации осадка в пределах потока. В уравнении [5] β_(< представляет собой еще один параметр турбулентности. В уравнениях [1]-[2] с,| представляет собой коэффициент трения, определяющий зависящее от скорости сопротивление потоку. В уравнении [3] ε„ представляет собой функцию уноса, а функцию выноса. Функция уноса характеризует скорость, с которой неизменно чистая вода, находящаяся выше, вовлекается в движущуюся мутную воду, находящуюся ниже, становясь частью потока. Функция выноса характеризует уменьшение высоты потока вследствие оседания осадка из самой верхней части мутного потока (Τοπίοΐίο, 2002). В уравнении [4] Е₁ и Ό_ρι представляют собой функции эрозии и осадконакопления, которые характеризуют соответственно скорость эрозии осадка в ί-ом подмассиве подобранных по размеру зерен со дна в поток и скорость отложения осадка в ί-ом подмассиве подобранных по размеру зерен на дно из потока. В уравнениях [1], [2] и [4] т_х, т_у, г„, т_с и т_к представляют собой необязательные члены, описывающие перенос, обусловленный турбулентной диффузией. Необязательный член §дп(), который показан в уравнениях [1], [2], [3] и [5], определяется как §дп(а)=1 при а>0 и §дп(а)=0 при а<0.

(2) Коэффициент α, стратификации

По одному варианту осуществления в способе согласно изобретению модифицированы прежние уравнения Рагкег и соавторов (1986), ВгайГогй (1996, Р1. Ό. 1йещ8), ВгайГогй и соавторов (1997), 1тгап и Рагкег (1998) и ВгабГогб и Ка1оробе§ (1999 а,Ь), путем введения параметра α, стратификации в уравнения [1] и [2] сохранения момента. Для осадка характерна тенденция переноситься преимущественно в нижней части турбулентных потоков, не распределенным равномерно по толщине потока, как это предполагалось в прежних работах. В предположении, что значение параметра стратификации меньше 1, объясня

- 6 010085 ется факт, заключающийся в том, что центр масс потока обычно находится ниже половины высоты потока.

Когда эффект стратификации учтен путем использования значения α₈<1, составляющая гравитационной силы, связанная с градиентами высоты потока и концентрации осадка, уменьшается. В результате составляющая гравитационной силы, связанная с градиентом поднятия дна, становится более значимой. Поэтому стратифицированный поток будет находиться в более сильном взаимодействии с подстилающим рельефом и батиметрией. Заявитель обнаружил, что без использования такой поправки становится трудно точно моделировать авульсию потока, а модели в большей степени присущи неустойчивости численных решений. При учете эффекта стратификации результаты модели ближе совпадают с результатами, получаемыми при экспериментах в искусственном водоеме.

Значения α₈, используемые при моделированиях, могут быть определены несколькими способами. Может быть выбрано приближенное значение α₈, обычно 2/3. В качестве альтернативы значения α₈ может быть скорректировано пользователем так, чтобы свойства полного потока и переноса осадков и связанные с ними картины полного отложения (или эрозии) осадков были наилучшим образом согласованы с имеющимися наборами экспериментальных или полевых данных.

Хотя в модели может быть использовано постоянное значение α₈, но α₈ также можно сделать зависящим от других параметров потока, таких как локальное число Р_г Фруда, например использовать для α₈ одно значение α₈ ⁽¹⁾, когда число Рг Фруда для потока меньше 1, и использовать для α8 другое значение α8⁽²⁾, когда Рг>1. Оба этих значения могут быть входными параметрами пользователя и могут быть скорректированы, чтобы результаты моделирования соответствовали экспериментальным данным для природной системы.

Еще один способ определения значений α₈ основан на модификации предположения для вертикального профиля концентрации осадка, в соответствии с которым профиль является цилиндрическим или дисковидным [Тигпег (1973) и Раийи (1979)]. В исходном выводе Рагкег [Рагкег, 1986] были использованы предположения, основанные на цилиндрическом или дисковидном профиле.

[61

В приведенном выше уравнении ζ„(η),ζ _с(п) и ζ _к(р) представляют собой вертикальные профили для скорости потока, концентрации осадка и энергии турбулентного движения. В аналогичном уравнении выполнено масштабирование

с помощью безразмерной координаты ζ (глубины 11 потока). В отличие от исходной модели Рагкег заявитель использует дпяО<г?£1 <Г_И(7) = ^(7) = | _Одпя>7>1 [7]

где ί₀(η) - некоторая нормированная, взвешенная относительно дна функция, в которой учитывается характер стратификации осадка. Нормировка имеет вид

[8]

Вертикальные профили, предложенные в уравнениях [7] и [8], являются согласованными с набором ограничений путем исходного дифференцирования в основных уравнениях, уравнениях с [1] по [4]. Этими ограничениями являются

В таком случае в этом способе α₈ может быть вычислена как

в.

[9]

- 7 010085

В случае нестратифицированного потока α₈=1.

Выбор £₀(ζ) включает в себя нижеследующие два примера, но без ограничения ими ω/_σ(ς)=(τ+ΐχι-ς)^Ζ (101 ^[11] где в приведенных выше уравнениях γ и ζ_ο представляют собой параметры модели, которые могут быть использованы для коррекции степени стратификации. Однако ниже будет показано, что ни явная форма £₀(ζ ), ни конкретный выбор γ и ζ_ο не используются в конечной форме имитационных моделей заявителя. Они будут включены в единственный параметр α₈, который будет именоваться геометрическим коэффициентом. Путем выбора соответствующих значений α могут быть смоделированы различные уровни эффектов стратификации.

(3) Параметры а_к, (_к турбулентности

Различие между способом согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения и исходной формулировкой Рагкег заключается в интерпретации параметра (_к в уравнении [5]. Рагкег (1985) относит (β, к характеристическому коэффициенту с а трения, в основу которого положено предположение установившегося состояния, при этом коэффициент с_а трения является везде одним и тем же и имеет значение, равное с _а. Однако в модели заявителя такое предположение не делается и поэтому (_к задается непосредственно и трактуется как параметр модели. Обычно (_к находится в пределах от 0,0001 до 1 или даже от 0,005 до 0,5, при этом типичное значение составляет 0,05.

Параметр а_к турбулентности задается пользователем. Значение а_к обычно составляет от 0,001 до 1 или от 0,0001 до 1, при этом типичное значение равно 0,01.

(4) Коэффициент с_а трения

Коэффициент с,| трения может быть интерпретирован как входной параметр модели. Наиболее распространенный диапазон с_а при экспериментальных исследованиях и полевых наблюдениях составляет от 0,001 до 0,1 или от 0,002 до 0,05, при этом при полевых экспериментах используют более низкие значения, обычно 0,004, а при лабораторных экспериментах используют более высокие значения, обычно 0,02. Кроме того, можно допустить пространственное изменение коэффициента трения, при этом функция с_а(х, у, ζ) может быть определена пользователем или может быть связана с локальными свойствами потока и находящейся с ней во взаимно однозначном соответствии турбулентностью. Например, с_а может быть определена как функция локального числа Рейнольдса. В качестве альтернативы Рагкег (1986) связал с,| с локальной кинетической энергией К турбулентности и скоростью потока с помощью

где а_к - параметр турбулентности, рассмотренный ранее. Чтобы использовать это последнее соотношение, образование, перенос и рассеяние кинетической энергии турбулентности должны моделироваться в явном виде, как в уравнении [5].

(5) Унос и вынос

Функцией уноса описывается унос чистой воды протекающей мутной водой. Имеются многочисленные различные формы функции уноса. Любая из них может быть использована в этой модели. Функция уноса, которую использовали Рагкег и соавторы (1986), имеет вид _ 0.00153 ~ 0.0204 +К, '

где Я, - число Ричардсона, равное обратной величине корня квадратного из хорошо известного числа Р_г Фруда, а именно

[14]

Такая же функция уноса может быть использована в настоящей модели.

В противоположность вовлечению чистой воды в мутный поток выпадение осадка из самой верхней части потока приводит к выносу чистой воды из мутного течения и возврату ее обратно в окружающую среду. Концепцию выноса впервые предложили Τοηίοίο и соавторы (2002). Первоначальная формулировка справедлива для зерен одного размера и связывает скорость выноса со скоростью δ„=ν₈ выпадения зерен. Заявитель использует формулировку, основанную на первоначальных идеях Τοηίοίο и соавторов, с расширениями, чтобы сделать ее применимой к мутным течениям, переносящим осадки, состоящие из

- 8 010085 зерен многочисленных размеров, при этом заявитель предлагает формулу [16] где Ό* - эффективный размер зерен, который характеризует границу общего оседания из мутного потока. Фактическое значение Ό* может находиться в пределах от минимального размера зерен до геометрического среднего значения размера зерен осадка, имеющегося в потоке. Примером выбора для Ό* является

[17] где Όιο - диаметр 10-го процентиля в распределении.

(6) Скорость отложения и скорость оседания

Скоростью оседания обычно является скорость оседания осадка в стоячей воде.

[18| где г₀ - коэффициент модели, который связывает объемную концентрацию осадка с концентрацией вблизи наносного слоя, а ν₈₁ - скорость оседания осадков в ί-ом подмассиве с подобранными по размерам зернами.

Скорость ν₈(Ό) оседания для зерен осадка с диаметром Ό может быть определена несколькими различными способами. В качестве примера ниже описываются четыре способа.

Первый способ заключается в использовании кривой скорости оседания Дитриха |О|с1пс11 (1982)] для ν₈(Ό). В дополнение к диаметру Ό зерен Дитрих также предложил поправки к ν₈(Ό) на геометрические и материальные свойства зерна, например на отношение размеров зерна, поверхностную шероховатость зерна и ровность зерна. Хотя в соотношении Дитриха не предполагаются взаимодействия между частицами в суспензии, оно является хорошим приближением для осадка в большей части естественных мутных течений, в которых концентрации обычно являются низкими.

Второй способ заключается в установлении значения ν₈(Ό) преимущественно по кривой ^^{[Дитриха]}(О) скорости оседания Дитриха, но с применением поправок к скоростям оседания мелкозернистого материала для учета флокуляции. Один простейший способ учета эффекта флокуляции заключается в модификации скорости оседания следующим образом:

V если если [19] где П_{хлопьев} - эффективный диаметр оседающих хлопьев.

Третий способ заключается в использовании кривой скорости оседания Дитриха в качестве основы и в применении поправок для учета эффекта замедленного оседания. Замедленное оседание происходит при высоких концентрациях осадка, когда взаимодействия между взвешенными частицами приводят к скоростям оседания, существенно отличающимся от скоростей оседания свободно осаждающихся частиц. Хотя полагают, что большая часть осадочных пород должна осаждаться из потоков с относительно низкими концентрациями, когда выпадение осадков из потока в нижележащий наносный слой может быть относительно точно аппроксимировано свободно осаждающимися частицами, возрастающая совокупность доказательств свидетельствует о том, что имеются многочисленные осадочные породы, отложенные из потоков с высокой концентрацией, при этом выпадение частиц из потока может быть точно описано только при включении эффекта замедленного оседания. Согласно одному варианту осуществления эффект замедленного оседания может быть учтен путем применения функции замедления, которая позволяет корректировать скорость оседания частиц в сопоставлении со скоростью оседания при свободном падении, [20]

Одним примером такой функции замедления является полидисперсная функция замедления Ра1\уагбНап и Пеп (1985). Функция замедления РаКгагбНап и Пеп (1985) основана на одномерной модели полностью турбулентного осадконакопления. В этой функции эффекты замедления зависят от сортированности смеси по размерам зерен, а также от объемной концентрации. В плохо отсортированных суспензиях (стандартное отклонение больше 1 фи-единицы) замедление может происходить при концентрациях ниже чем 0,5%. В хорошо отсортированных суспензиях (стандартное отклонение меньше 1 фиединицы) в зависимости от сортированности замедление является пренебрежимо малым при концентрациях 5% и более высоких.

Функция \\'|_||м,| замедления РаКгагбНап и Пеп (1985) имеет вид

- 9 010085

В приведенном выше уравнении Φ представляет собой общую пористость в потоке, Э_т - геометрическое среднее размеров зерен, взвешенных в потоке, Ό₁ - размер зерен осадочных частиц в ί-ом подмассиве, и 0! - функция числа К._р| Рейнольдса для частиц

3=4.35 Я/ 0.2<Л_/й<1 _р2]

3=4.45/?/' !</?,, <500

Число К_р1 Рейнольдса для частиц применительно к зернам в ί-ом подмассиве подобранных по размеру зерен определяется как

где ν - кинематическая вязкость воды.

(7) Скорость эрозии

В настоящей заявке приведены примеры функций эрозии, которые могут быть использованы в такой модели. Наиболее часто используемой функцией эрозии является функция эрозии Гарсии-Паркера [Сагаа апб Рагкег, 1991]. В этой функции скорость уноса осадка 1-го подмассива подобранных по размеру зерен в поток из наносного слоя выражается как

где Ζ₁ является функцией, определяемой как

в которой

Λ = 1-0.288σ [2Т|

В уравнении [24] С₁ представляет собой объемное процентное содержание осадков 1-го подмассива подобранных по размеру зерен в поверхностном слое, а₂ является постоянной и обычно имеет значение 1,3х10^-7, е_т отражает максимальное значение безразмерной скорости ^ν ₃Ά эрозии и она задает верхний предел функции эрозии. В уравнении [25] Ό₅₀ является диаметром зерен осадка в 50-ой процентиле в распределении. В уравнении [27] σ является стандартным отклонением распределения зерен по размеру в логарифмических фи-единицах, хорошо знакомых геологам.

Непосредственная вариация функции эрозии для вычисления Ζ₁ имеет вид

Ζ,=λ^/(/?„) [28] вместо использования функции, показанной в уравнении [25], и для задания λ=1 вместо использования уравнения [27]. Установлено, что эта упрощенная функция эрозии лучше соответствует результатам некоторых экспериментов в искусственном водоеме, чем первая функция эрозии.

Третий пример функции эрозии, которая может быть использована, взят из работы Акуата и Рики§Ыта (1985). В этой функции эрозии скорость уноса осадка ί-го подмассива подобранных по размеру зерен в поток:

где Ζ_ο=5 и Ζ,π=13,2. Эта функция была использована в исследовании Рагкег и соавторов (1986).

(8) Турбулентная диффузия, т_х, т_у, т_С1

Приведенные ниже члены вводят в правую часть уравнений [1], [2] и [4], соответственно, для моде

- 10 010085 лирования эффекта распространения, обусловленного турбулентной диффузией.

Турбулентная диффузия представляет собой усредненный во времени перенос массы и момента турбулентными вихрями. Эти три члена определяются следующим образом:

(а) Член для турбулентной диффузии составляющей х момента

_ν дх ¹ бу _ ν,—^г— -[ЗОЬ] (b) Член для турбулентной диффузии составляющей у момента э^г τ = — ^у 8х (c) Член для турбулентной диффузии концентрации осадка для каждого 1-го подмассива подобран- ных по размеру зерен

(6) Член для турбулентной диффузии воды

(е) Член для турбулентной диффузии кинетической энергии турбулентности

В приведенных выше членах коэффициент ц турбулентной диффузии может быть связан с постоянной к Кармана, скоростью и* скольжения потока, эмпирическим поправочным множителем А, который находится в пределах от 10 до 100 и обычно равен 30, и глубиной И потока с помощью следующего уравнения

Хотя приведенные выше три члена не являются новыми в уравнениях для мелкой воды, изобретательский способ согласно варианту осуществления изобретения в первый раз применен к мутным течениям совместно с набором основных уравнений, уравнений [1-4].

Численное решение уравнений модели (1) Гридинг

Для численного решения уравнений область моделирования разделяют на ячейки. Один способ гридинга, который хорошо подходит для таких моделирований, описан в находящейся на стадии рассмотрения предварительной заявке на патент США №60/584617 под названием Мс11ю6 Гог део1од1са1 шобейид Игоидй 1у6го6упат1с8-Ьа8е6 дпббшд (Нубго-СЛбв). В случае гидросеток во время моделирова ния горизонтальные линии сетки в модели отложения соответствуют поверхностям постоянного времени. Кроме того, на основе скоростей структурной изменчивости в имеющихся геологических данных образуют вертикальные линии сетки. Затем осадочные свойства отложения эффективно отображают посредством этих ячеек основанной на гидродинамике сетки.

(2) Программа решения

Численное решение уравнений модели является сложным из-за неустойчивостей численных решений. При выборе используемой программы решения исходят из того, что эти неустойчивости должны быть исключены. Программа решения представляет собой способ получения в дискретной области численных решений дифференциальных уравнений в частных производных. 1тгап и соавторы (1998) сообщали, что их модель постоянно разрушается с началом авульсий потока. ВгабГогб и Ка1оро6ез (1999) в своих исследованиях использовали программу решения Роэ [Кое, 1981]. Однако ни одна из их моделей не выдерживала этапа начальной авульсии. Исследование программы решения Роэ, выполненное заявителем, выявило неустойчивости численных решений, аналогичные тем, о которых сообщали 1тгап и соавторы (1998), возникавшие, когда моделирование приближалось к этапу, на котором происходила авульсия.

Инновационный аспект способа согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения заключается в использовании программы решения Хартена-Лакса-ван Леера для решения уравнений с [1] по [5]. В отличие от программы решения Роэ программа решения Хартена-Лакса-ван Леера позволяет непосредственно получать приближенное решение для числового потока между ячейками в предположении конкретной формы волны для решения и вычисления скорости волны [НаЛеп е! а1., 1983]. Хотя ранее программа решения Хартена-Лакса-ван Леера использовалась для решения уравнений для мелкой воды, она никогда не использовалась для уравнений с усреднением по глубине при мутных течениях, уравнений с [1] по [5]. Доказано, что программа решения Хартена-Лакса-ван Леера сохраняется устойчивой

- 11 010085 даже при выполнении в течение продолжительного периода времени, достаточного чтобы при этом сформировалась очень сложная стратиграфия.

Этапы программы решения уравнений протекают во времени. На каждом временном шаге свойства потока в каждой ячейке обновляют, вычисляют скорости осаждения и видоизменяют дно для отражения отложения. Программа решения завершается по достижении некоторого критерия остановки. Обычно критерием остановки является промежуток моделируемого геологического времени. В качестве альтернативы критерий остановки может быть основан на достижении некоторой толщины отложенных осадков.

(3) Граничные условия

Граничные условия, которые могут быть реализованы согласно одному варианту осуществления способа согласно изобретению, включают в себя: стандартные условия на открытой границе, граничные условия на стенке и сухие узлы. В дополнение к ячейкам, которые обозначаются сухими в качестве граничного условия, некоторые ячейки, которые ранее были покрыты потоками (мутными течениями в модели глубокой воды или потоком чистой воды в модели мелкой воды), могут по различным причинам выступить из потока и стать «сухими» ячейками, например вследствие авульсии потока в верхнем течении. Появление «сухих» узлов часто свидетельствует об источниках нестабильностей численных решений и приводит к погрешностям при вычислении. Ситуация становится особенно серьезной в областях с высоким градиентом топографии наносного слоя.

Алгоритм, который заявитель предложил для разрешения проблемы, связанной с «сухими» узлами, описывается ниже. Без потери общности заявитель предположил наличие двух соседних ячеек А и В, поднятие наносного слоя которых составляет соответственно η_Α и η_Β. Высота потока на вершине этих двух ячеек составляет соответственно 1ι_Α и 1ι_Β.

В случае, если й_А >0 и η_Β+1ι_Β < η_Α, поток между двумя ячейками вычисляют, используя следующий алгоритм:

(1) Вычисляют поток Ρ_ΑΒ В ячейке А на ребре, которое связывает ячейку В, при временном приравнивании глубины 1ι_Β потока в ячейке В к нулю.

(2) Вычисляют поток Ρ_Α в ячейке В на ребре, которое связывает ячейку С, при временном приравнивании ηΑ к бесконечности.

(3) Обратный поток из ячейки А на ребре, которое связывает ячейку В, составляет Ρ_ΑΒ.

(4) В таком случае обратный поток из ячейки В на ребре, которое связывает ячейку А, составляет ^ΡΒ^-ΡΑΒ.

В случае, если 1ι_Α=0 и η _Β+1ι_Β < η_Α, поток между двумя ячейками вычисляют, используя следующий алгоритм:

(1) Вычисляют поток ΡΑ в ячейке В на ребре, которое связывает ячейку С, при временном приравнивании η_Α к бесконечности.

(2) Обратный поток из ячеек А и В равен нулю и ΡΒ, соответственно.

(4) Повышение скорости путем уменьшения числа подмассивов подобранных по размеру зерен

При компьютерном моделировании непрерывное распределение размеров зерен осадка представляют конечным числом подмассивов подобранных по размеру зерен. С каждым подмассивом соотнесен номинальный диаметр зерен, обычно геометрическое среднее верхнего и нижнего пределов диапазона размеров зерен, охватываемых подмассивом. Предполагается, что все осадки внутри подмассива эродируют и откладываются подобно осадку, имеющему зерна этого номинального диаметра.

Для повышения скорости вычислений желательно ограничивать число подмассивов подобранных по размеру зерен. Однако, если число подмассивов слишком мало, осадок внутри подмассива может быть в основном с зернами большего или меньшего диаметра по сравнению с номинальный диаметром. В этом случае результирующая скорость отложения для подмассива будет вычислена неверно, а размер и форма моделируемого осадка будут неточными.

Последствия этой проблемы могут быть ослаблены путем динамической коррекции номинального диаметра зерен для каждого подмассива, чтобы результирующая скорость отложения предсказывалась правильно. С помощью этой новой коррекции число подмассивов, используемых для точного моделирования, может быть уменьшено. Согласно одному варианту осуществления надлежащие номинальные диаметры зерен для каждого подмассива устанавливают в предположении, что а) полное распределение размеров зерен в потоке является логарифмически нормальным в зависимости от диаметра зерен, а Ь) результирующая скорость отложения в пределах каждого подмассива является экспоненциальной в зависимости от диаметра зерен. Другие способы вычисления надлежащих номинальных диаметров зерен, основанные на интерполяции распределения размеров зерен и результирующей скорости осаждения в пределах подмассивов, также находятся в рамках объема этого изобретения.

При таком рассмотрении диаметр х зерен должен задаваться в логарифмических фи-величинах, хорошо известных специалистам, занимающимся седиментологией. В таком случае логарифмически нормальное распределение частиц по размеру в потоке может быть записано в виде

- 12 010085

где р(х) является дифференциальной объемной долей зерен, имеющих диаметр х, μ - среднее значение диаметра зерен по фи-шкале и σ - стандартное отклонение диаметра зерен по фи-шкале. Среднее и стандартное отклонения этого распределения в заданном месте и на заданном временном шаге определяются кривой, согласованной с долями суммарного объема зерен в пределах каждого подмассива подобранных по размеру зерен.

В пределах 1-го подмассива подобранных по размеру зерен результирующее отложение у может быть записано в виде линейной функции диаметров зерен по фи-шкале у = а₍х + Ь_1г [36| где а₁ и Ь₁ вычисляют для согласования с результирующей скоростью осадкообразования для наибольших и наименьших зерен, включенных в ί-ый подмассив подобранных по размеру зерен.

Используя уравнения [35] и [36], суммарное результирующее отложение Υ₁ для ί-го подмассива подобранных по размеру зерен можно выразить в следующем виде

[37]

На основании уравнения [37] можно оценить эффективный размер X зерен (по фи-шкале), при котором будет образовываться такое же результирующее отложение, как и при непрерывном распределение размеров зерен, если использовать следующую формулу:

Варианты осуществления

Теперь будет описан первый вариант осуществления изобретения. Что касается фиг. 4, то на ней согласно этому варианту осуществления представлен способ моделирования пласта осадочных систем. Как показано на фиг. 4, этот вариант осуществления включает в себя решение (этап 401) системы двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения для потока воды, насыщенной наносами, вычисление (этап 402) результирующего отложения осадка для каждого места картографического изображения путем использования свойств потока из системы двумерных уравнений картографического изображения, регистрацию (этап 403) результирующего отложения осадка в зависимости от времени и пространственного положения и повторение, если необходимо, этапов 401-403 для каждого временного шага до тех пор, пока время моделирования не закончится. Отдельные этапы будут описаны более подробно в следующих абзацах.

Согласно одному варианту осуществления этап 401 включает в себя определение свойств мутного потока путем решения системы двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения, при этом свойства потока описываются уравнениями, содержащими момент потока, высоту потока, концентрацию взвешенного осадка и унос вышележащей чистой воды. Для этого процесса решения уравнения [1]-[4] выражают в дискретной форме, при этом значения параметров потока в каждой ячейке обновляют в соответствии со способом, установленным для программы решения Хартена-Лаксаван Леера [Найеп с1 а1., 1983]. Чтобы использовать программу решения Хартена-Лакса-ван Леера, уравнения [1]-[4] сначала записывают в консервативной форме, при этом основные переменные, такие как высота потока, скорость потока и концентрация взвешенного осадка, преобразуют в набор консервативных переменных, определяемых как (7ι=ϋ_χΛ_ζ и₃=ъ, где 1=1, 2, ..., п.

- 13 010085

После того, как значения этих консервативных переменных определены, основные переменные потока могут быть легко вычислены при использовании следующих уравнений:

С| и = ^, ^У Ъ л = σ₃,

где 1=1, 2, 3, ..., п.

На каждом временном шаге значения консервативных переменных и₁, и₂, и₃ и и₄ оценивают для каждой ячейки. В программе решения Хартена-Лакса-ван Леера консервативные переменные полагают кусочно-постоянными в каждой ячейке. Кроме того, консервативные переменные полагают разрывными вдоль ребер всех ячеек, которые разделяют две ячейки, а разрывы интерпретируют как фронты ударной волны. Затем вычисляют скорость волны, связанной с распространением фронтов ударной волны на всех гранях ячеек. После получения скоростей распространения волн для каждой консервативной переменной вычисляют потоки на гранях этих ячеек. Затем обновляют значения консервативных переменных в каждой ячейке и на основании этих вновь обновленных консервативных переменных получают новые значения для параметров потока в каждой ячейке.

Этап 402 включает в себя вычисление результирующего отложения осадка на текущем временном шаге для по меньшей мере одного места картографического изображения путем использования свойств потока, обновленных на этапе 401. Свойства результирующего осадочного отложения, которые могут вычислены, включают в себя, но без ограничения ими, результирующую скорость осадкообразования для каждого подмассива подобранных по размеру частиц, полную толщину осадка, отложенного во время первого этапа, новое поднятие дна на ячейке, тип напластования в пределах ячейки (полученный путем использования скорости потока) и любое их сочетание. Согласно одному варианту осуществления этот этап может быть выполнен при использовании уравнений [18] и [24].

Этап 403 включает в себя регистрацию результирующего отложения осадка на текущем временном шаге для по меньшей мере одного места картографического изображения. Результирующее отложение осадка, поскольку оно изменяется со временем и в зависимости от пространственного положения, во время моделирования может быть обновлено и зарегистрировано на сетке ячеек модели. Один способ гридинга, пригодный для регистрации результирующего отложения осадка, когда оно изменяется со временем и в зависимости от пространственного положения, описан в находящейся на стадии рассмотрения предварительной заявке на патент США №60/584617 (гидросетки).

На необязательном дополнительном этапе повторяют этапы с 401 по 403 для каждого желаемого временного шага до тех пор, пока время моделирования не закончится. Кроме того, полученные моделированием осадочные отложения могут быть проконтролированы путем сравнения с имеющимися геологическими данными, такими как сейсмические данные, данные о выходе пласта на поверхность, данные кернового анализа или скважинные каротажные данные. Если полученное моделированием отложение не согласуется с геологическими данными, граничные условия (в том числе свойства потока во впускном канале и исходная топография дна) могут быть скорректированы, а этапы повторены итерационно.

Теперь будет описан второй вариант осуществления. Что касается фиг. 5, то на ней согласно этому варианту осуществления представлен способ моделирования пласта осадочных систем. Как показано на фиг. 5, определяют (этап 501) топографию поверхности, лежащей ниже области моделирования, определяют (этап 502) местоположение впускного канала потока, из которого происходит осаждение осадков, образуют (этап 503) сетку, разделяющую область моделирования на ячейки, оценивают (этап 504) свойства потока во впускном канале, осуществляют (этап 505) моделирование потока путем обновления свойств потока в каждой ячейке сетки на основе оцененных свойств потока во впускном канале, вычисляют (этап 506) результирующее отложение осадка на основе свойств потока, регистрируют (этап 507) результирующее отложение осадка для каждой ячейки, повторяют (этап 508) этапы 505-507 до достижения критерия остановки. Отдельные этапы будут описаны более подробно в следующих абзацах.

Этап 501 включает в себя определение топографии поверхности, лежащей ниже области моделирования. Согласно одному варианту осуществления это обычно осуществляют путем идентификации стратиграфической поверхности в трехмерном объеме сейсмических данных. Это может быть осуществлено способами, хорошо известными специалистам в данной области техники, которые также знают другие способы идентификации или прогнозирования геометрии стратиграфической поверхности. Такие другие способы включают в себя, но без ограничения ими, интерпретацию двумерных сейсмических профилей, другие способы дистанционного формирования изображений, корреляционный скважинный каротаж и пространственно коррелированные наблюдения выхода пласта на поверхность.

- 14 010085

Этап 502 включает в себя определение местоположения впускного канала потока, из которого откладываются осадки над поверхностью дна. Это обычно осуществляют на основе интерпретированного направления палеопотока, определяемого с помощью сейсмического интерпретатора в соответствии со способами, хорошо известными специалистам в данной области техники.

Этап 503. Образуют сетку путем разделения области моделирования на ячейки. Способ гридинга согласно предпочтительному варианту осуществления описан в находящейся на стадии рассмотрения предварительной заявке на патент США №60/584617.

Этап 504. Оценивают свойства впускного канала. Свойства впускного канала, характеризуемые на этом этапе, включают в себя скорость потока, высоту потока, объемную долю потока, состоящего из зерен в пределах каждого диапазона размера зерен, и ширину впускного канала. По усмотрению на этом этапе также могут быть оценены поправки на поверхность дна. Такие поправки могут включать в себя поправки на общий наклон к поверхности для реконструкции палеосклона во время осаждения.

В находящейся на стадии рассмотрения предварительной заявке на патент США №60/466655 сделаны предположения относительно соотношений между свойствами потока во впускном канале. Согласно одному варианту осуществления скорость потока становится единственной независимой переменной при определении локальных свойств впускного канала. Поэтому в этом варианте осуществления определение свойств впускного канала можно осуществлять просто путем оценивания скорости потока во впускном канале.

Этап 505 включает в себя моделирование отложения путем обновления свойств потока в каждой ячейке сетки на основе оцененных свойств потока во впускном канале. Уравнения [1]-[4] записывают в дискретной форме. Поэтому на каждом временном шаге значения параметров потока в каждой ячейке обновляют в соответствии со способом, сформулированным для программы решения Хартена-Лакса-ван Леера, описанной ранее [Найеи с1 а1., 1983].

Этап 506 включает в себя вычисление результирующего отложения осадка для каждой ячейки на основании параметров потока. Обычно уравнения [18] и [24] используют для вычисления результирующего отложения осадка для каждой ячейки на основании параметров потока.

Этап 507 включает в себя регистрацию результирующего отложения осадка для каждой ячейки. Регистрацию результирующего отложения осадка обновляют в рамках способа гридинга, используемого для моделирования, обычно применяя способ гридинга гидросеток, описанный в находящейся на стадии рассмотрения предварительной заявке на патент США №60/584618. Поскольку горизонтальные линии в гидросетках представляют собой линии времени, высоты ячеек выбираются автоматически с эффективным представлением толстых и тонких слоев. Можно использовать другие способы гридинга без гидросеток. Однако в таких способах обычно используют ячейки с фиксированным вертикальным размером, в результате чего происходит неадекватная дискретизация очень мелких структур и передискретизация крупных однородных структур, при этом память компьютера занимается и используется для обработки данных о крупных структурах, которая требует значительных затрат времени.

Этап 508. Этапы 505-507 повторяют до тех пор, пока не достигается заранее заданный критерий остановки. Критерием остановки обычно является завершение заданного числа временных шагов или заданной продолжительности моделирования. В качестве альтернативы критерием остановки может быть превышение отложением заданной высоты. Возможные, заранее задаваемые критерии остановки включают в себя, но без ограничения ими, суммарное время, толщину осадков, градиент потока, объем пространства для накопления осадков и любое их сочетание.

Если на этапе 504 значения характеристик впускного канала не являются известными с определенностью, то при повторении этапов 504-508 может быть использован итерационный процесс с коррекцией характеристик впускного канала при каждом повторении до тех пор, пока не будет идентифицировано, по существу, подобие одной дополнительной стратиграфической поверхности в трехмерном объеме сейсмических данных и в полученном моделированием отложении. Дополнительная стратиграфическая поверхность может быть идентифицирована способами, рассмотренными для этапа 501. К подобию между стратиграфическими поверхностями обычно могут относиться одинаковая высота над поверхностью дна и одинаковая поперечная протяженность.

Дополнительное применение полученных моделированием отложений заключается в выработке дополнительных ограничений и входных данных для известных способов геологического моделирования. Такие известные способы включают в себя геоячеечные способы с использованием обычной или многоточечной геостатистики, объектно-ориентированные способы, в соответствии с которыми распределение объектов по формам и размерам извлекают из результатов моделирования, и способы спектральных составляющих, в соответствии с которыми в результате моделирования получают высокочастотную информацию. В соответствии со способом согласно изобретению, применение полученных моделированием отложений при калибровке других способов геологического моделирования также находится в рамках объема настоящего изобретения.

К дополнительному применению полученных моделированием отложений относится идентификация физических процессов, связанных с образованием конкретного объекта, представляющего интерес, обнаруживаемого в естественном отложении. Такое применение включает в себя идентификацию подоб

- 15 010085 ного объекта в полученном моделированием отложении и обнаружение свойств потока, связанных с пластом подобного объекта в полученном моделированием отложении.

Пример

Теперь будет рассмотрен гипотетический пример варианта осуществления способа согласно изобретению. На фиг. 6 показана трехмерная исходная поверхность 61 дна, синтезированная для этого примера в соответствии с этапом 501 из фиг. 5. Обычно исходная поверхность 61 дна должна быть интерпретированной стратиграфической поверхностью, полученной на основании сейсмических данных. Исходная поверхность дна может быть получена на основании данных скважинного каротажа, данных кернового анализа и/или данных исследования выхода пласта на поверхность.

После определения исходной поверхности дна определяют (этап 502 из фиг. 5) местоположение впускного канала, образуют (этап 503) сетку, оценивают (этап 504) свойства впускного канала и начинают процесс повторения этапов 505-507. На фиг. 7 представлено картографическое изображение моделирования в развитии, на котором, в частности, отражена (в оттенках серого) величина скорости потока. Более светлыми оттенками показаны более высокие скорости потока, а более темными оттенками показаны более низкие скорости потока. Впускной канал 73, выбранный на этапе 502, находится в верхней центральной точке чертежа. Сетка 71, выбранная на этапе 502, показана наложенной на изображение. Сетка разделяет область моделирования на ячейки, так что уравнения модели могут быть решены численно.

Во время моделирования результирующее осадкообразование в каждой ячейке регистрируют на каждом временном шаге, как это задано для этапа 507 из фиг. 5. На фиг. 8 показан разрез осадконакопления, зарегистрированный после завершения моделирования. Линии 81 равного времени показаны черным цветом, а средние размеры зерен показаны в оттенках 83 серого. По усмотрению моделирование может быть повторено после изменения свойств входного потока и/или исходной поверхности дна до тех пор, пока конечное, полученное моделированием отложение не будет походить на действительное отложение, представляющее интерес.

Таблица 1

Параметр	Позиция на чертежах	Формулировка параметра
		Постоянная, обычно 1,Зх10~7.
А		Эмпирический поправочный множлтель, обычно 30.
В	8	Полуширина впускного канала.
С<1		Коэффициент сопротивления дна потоку, обычно 0,004.
С		Суммарная объемная доля осадков в слое потока, насыщенном наносами. Она равна сумме С1 по всем подмассивам подобранных по размеру зерен.
с,		Объемная доля осадков ί-го подмассива подобранных по размеру зерен в слое потока, насыщенном наносами.
С10		Объемная доля осадков ϊ-го подмассива подобранных по размеру зерен в слое

- 16 010085

		потока, насыщенном наносами, во впускном канале.
Сто		Суммарная объемная доля осадков в слое потока, насыщенном наносами, во впускном канале. Она равна сумме С2а по всем 1-ым подмассивам подобранных по размеру зерен.
Дслопьев		Размер зерен, ниже которого эффект флокуляции становится значительным.
о		Размер зерен.
О2		Эффективный диаметр зерен 7-го подмассива подобранных по размеру зерен.
^{П		Геометрическое среднее размеров зерен, взвешенных в потоке.
&ρι		Скорость осаждения для ϊ-го подмассива подобранных по размеру зерен.
Βίο		Диаметр 10-го процентиля зерен.
Обо		Диаметр 50-го процентиля зерен.
Г*		Эффективный размер зерен.
		Максимальное значение безразмерной скорости эрозии.
Е,		Скорость эрозии для 7-го подмассива подобранных по размеру зерен.
Е?		Число Фруда.
д		Гравитационная постоянная, 9,8 м/с^.
£ι		Объемная доля осадков ί-го подмассива подобранных по размеру зерен в поверхностном слое отложения. Сумма й, по всем ί равна 1.
л	27	Высота слоя потока, насыщенного наносами.
йо	26	Высота слоя потока, насыщенного наносами, во впускном канале, постоянная на ширине впускного канала.

- 17 010085

к		Кинетическая энергия турбулентности.
г0		Коэффициент, который связывает усредненную по глубине концентрацию осадка с концентрацией на дне.
К		Отношение разности плотностей осадка и БОДЫ К ПЛОТНОСТИ ВОДЫ-
Й!		Число Ричардсона.
£ρι		Число Рейнольдса для частиц.
Их		Составляющая х скорости слоя потока, насыщенного наносами,
иу		Составляющая у скорости слоя потока, насыщенного наносами.
Ά		Скорость слоя потока, насыщенного наносами, во впускном канале. Скорость предполагается постоянной в поперечном направлении на ширине впускного канала и по вертикали на протяжении высоты потока. |
ν3		Скорость оседания.
		Скорость оседания зерен диаметром в стоячей воде.
υ*		Скорость скольжения.
^замедления		Функция замедления.
X		Эффективный размер зерен по фи-шкале.
а		Коэффициент пересчета.
а*		Еще один модельный паэаметр турбулентности.
«я		Коэффициент стратификации.
А		Модельный параметр турбулентности.
г		Постоянная, обычно полагается равной 2.
А		Скорость выноса воды на единицу площади.
6^		Скорость уноса воды на единицу площади.
<		Безразмерная высота над наносным слоем.
<0		Модельный параметр, используемый для

- 18 010085

		корректировки степени стратификации.
7		Поднятие наносного слоя.
К		Постоянная Кармана.
λ		Коэффициент, относящийся к функции эрозии, определенной в уравнении [27].
&		Функция, относящаяся к замедленному оседанию, определенному в уравнении [21] .
μ		Среднее значение размеров зерен, измеренное по фи-шкале.
V		Кинематическая вязкость воды. Может быть положена равной 10“6 мг/с.
Ус		Коэффициент турбулентной диффузии.
ξα		Вертикальный профиль концентрации осадка.
ры		Плотность воды.
Рз		Плотность осадка.
σ		Стандартное отклонение размеров, измеренное по фи-шкале.
		Дивергенция концентрации вследствие турбулентной диффузии для осадков 2-го подмассива подобранных по размеру зерен.
Тк		Дивергенция водной массы как части мутного потока, обусловленная турбулентной диффузией.
		Дивергенция энергии турбулентности вследствие турбулентной диффузии.
		Эффективное сдвиговое напряжение в направлении х, обусловленное турбулентной диффузией.
τν		Эффективное сдвиговое напряжение в направлении у, обусловленное турбулентной диффузией.
Ф		Пористость отложения, обычно 0,5.

Список литературы

АЛуата, I., аиб РикшЫта, Υ., ЕиГгаштеиГ оГ иоисоНе81уе Ьеб 8еб1теиГ ίηΐο 8и8реи81ои, ЕхГета1 Мето. Νο. 175, 8ΐ. АиЛоиу Ра118 Нубгаикс ЬаЬогаГогу, Ишуегайу оГ Мтпе8о1а. Мшиеаро118, И8А, 1985.

Вадио1б, В. А., ЕхрептеиГ8 ои а дгауйу Ггее б18рег81ои оГ 1агде 8о11б 8рНеге8 ш а №Мошаи Г1шб иибег 81еаг, Ргос. оГ Воуа1 8ос. Ьоийои, А225, 49-63,1954.

Вадио1б, В. А., Аи арргоаск Ю Ле 8еб1теиГ Ггатарой ргоЬ1ет Ггот деиега1 р1у81с8, и. 8. Сео1. 8шуеу РгоГ Рарег, 422-1, 37 раде8, 1966.

ВеаиЬоеиГ, В. Т., аиб Рпебтаи, 8. I., НЦк ге8о1Люи 8е18тк/8едиеисе 8ГгаГдгарЫс Ггате^огк Гог Ле еуоЛйои оГ Р1е18Лсеие шГга 81оре Ьа8Л§, \уе81егп Си1Г оГ Мехко: беро8Йоиа1 тобе18 аиб ге8егуо1г аиа1од8: Си1Г Соа81 8есйои, 8ос1е1у оГ Есоиотк Ра1еоиГо1од18Г8 аиб Мтега1од18Г8, 20'¹' Лппиа1 Ве8еагск СоиГегеисе, Оеер-\Уа1ег Ве8егуо1Г8 оГ Ле ^ог1б, Оес. 3-6, р. 40-60, 2000.

ВгабГогб, 8. Р., №.ппепса1 тобекид оГ ЛтЫбйу сштеиГ кубгобуиатк8 аиб 8еб1теиГайои, РЮ Ле818, Иту. оГ МкЫдаи, Аии АгЬог, М1ск., 1996.

- 19 010085

ВгабГогб, 8. Р., апб Ка!оробек, N. Ό., НубгобупаиЕск оГ ТигЫб БпбегПотек. I: Еогти1аРоп апб Νυтепса1 Апа1ук1к, I. Нубг. Епд., 125(10), 1006-1015, 1999.

ВгабГогб, 8. Р., апб Ка!оробек, Ν. Ό., Нубгобупаткк оГ ТигЫб ИпбегДотек. II: АддгабаЕоп, АуиЫоп, апб СЕаппеЕ/аЕоп, 1. НубгаиЕс Епд. 125, 1016-1028, 1999.

ВгабГогб, 8. Р., Ка!оробек, Ν. Ό., апб Рагкег, 6., СЕагаЫепкЕс апа1укй оГ 1игЫб ипбегДотек, 1. НубгаиЕс Епд. 123,420-431, 1997.

Вотетап, 8. А., апб Уа11, Р. В, 1п1егрге6пд 1Ее кДаДдгарЕу оГ 1Ее ВаЫтоге сапуоп кесДоп, оГГкЕоге №те 1егкеу теЕЕ РЕП, а к1гаЕдгарЫс к1ти1а1ог, т №.ппепса1 ЕхрептегИк т кДаДдгарЕу: Весеп! абуапсек т к1гаЕдгарЫс апб кеппепЮ1од1с сотрЫег к1ти1аЕопк, НагЬаидЕ, 1. У., Уа!пеу, У. Ь., Вапбеу, Е. С 8Епдег1апб, В., Со1бк1е1п, В. Н. апб Ргапкееп Е. К., 8ЕРМ 8рес1а1 РиЬЕсаЕоп, 62, 117-138, 1999.

Вотееп, А. 1., Шгтагк, У. В., апб Р1рег, Ό. 1. У., МобеЕпд оГ 1игЫбйу сиггеШк оп Νηνν 8иЬтаппе Рап СаЕБогша, СопЕпеп1а1 Вогбег1апб, 8еб1теп1о1оду, ν31, 169-185, 1984.

П1е1псЕ, У. Е., 8ейЕпд Уе1осЕу оГ №11ига1 РагЕс1ек, I. 6еорЕук. Век., 18(6), 1615-1626, 1982.

РикикЫта, Υ., Рагкег, 6., апб Рапбп, Н. М., РгебюРоп оГ ^д^пй^νе ЫгЫбйу сиггеШк ш 8спррк 8иЬтаппе Сапуоп, Маг. 6ео1., 67, 55-81, 1985.

6агаа, М., апб Рагкег, 6., ЕпДшптеЫ оГ Веб 8ебппеп1 пПо 8икрепкюп, 1. Нубг. Епд., 117(4), 414435, 1991.

бгащеоп, Ό., апб 1окерЕ, Р., СопсерБ апб аррЕсаЕопк оГ а 3-Ό тиШр1е 1йЕо1оду, бЕГиктее тобе1 ш кДайдгарЫс тобеЕпд, т №.ппепса1 ЕхрептегИк т к!гаДдгарЕу: Весеп! абνапсек ш к1гаДдгарЫс апб кеппеп1о1ощс сотрЫег к1ти1аЕопк, НагЬаидЕ, 1. У., Уа!пеу, У. Ь., Вапбеу, Е. С. 8Епдег1апб, В., Со1бк1е1п, В. Н. апб Ргапкееп Е. К., 8ЕРМ 8рес1а1 РиЬЕсаЕоп, 62, 197-210, 1999.

Наг1оте, Р. Н., ТЕе рагйс1е-т-се11 сотрЫег те!Еоб Гог Дшб бупаткк, т А1бег, еб., Сотри1аЕопа1 РЕуккк, νо1. 3, Асабетк Ргекк, №те Υо^к, 319-343, 1964.

Найеп, А., Бах, Р., апб νап Беег, А., Оп иркДеат бШегепстд апб 6обипоν-ΐуре ксЕете Гог ЕурегЬоЕс сопкегеаЕоп 1атек, 8ос. 1пбик. Арр1. Ма!Е. Веν., 25(1), 35-61, 1987.

Носкпеу, В. У., апб Еайтеооб, 1. У., СотрЫег к1ти1аЕоп иктд рагЕс1ек, Мс6гате-НШ, №те Υо^к, 523 радек, 1981.

1тгап, 1., Рагкег, 6., апб КаЮробек, Ν. Ό. А М.1тепса1 Мобе1 оГ СЕаппе1 1псер6оп оп 8иЬтаппе Рапк, I. беорЕук. Век., 103(С1), 1219-1238, 1998.

КаиГтап, Р., 6го1хтдег, 1. Р. апб МсСогткк, Ό. 8., Эер1Е берепбеп! бШикюп а1догйЕт Гог к1ти1а6оп оГ кеб1теп1а6оп ш кЕа11оте шаппе берок1Еопа1 кук!етк, ш 8еб1теп1агу тобеЕпд: сотри!ег ктш1аЕопк апб теЫобк Гог пиргсл'еб рагате1ег беДпйюп, Еб. Ргапкееп, Е. К., УаШеу У. Б., Кепба11, С. 6. 8. С., апб Вокк, У., Капкак 6ео1од1са1 8шуеу Ви11. 233, 489-508, 1991.

Котаг, Р. Ό., НубгаиЕс )итрк т 1игЫбйу сиггеШк, 6ео1. 8ос. Атег. Ви11. 82, 1477-1488, 1971.

Котаг, Р. Ό., СопДпийу оГ ЫгЫбйу сиггеЫ Доте апб кук1етаРс νа^^аί^опк т беер-кеа сЕаппе1 тогрЕо1оду, 6ео1. 8ос. Атег. Ви11. 84, 3329-3338, 1973.

Котаг, Р. Ό., СотрЫег к1ти1аДоп оГ ШгЫбйу сиггеЫ Доте апб 1Ее к1ибу оГ беер-кеа сЕаппе1к апб Гап кеб1теп1аДоп, т 6о1бЬегд, Е. Ό., МсСаνе, I. Ν., О'Впеп, 1. 1., апб 8!ее1е, I. Н., ебк, ТЕе 8еа, νо1. 6, Маппе МобеЕпд, №те Υо^к, УйеуПШегктепсе, 603-621, 1977.

Маскеу, 8. Ό. апб Впбде, 1. 8., ТЕгее б1тепкюпа1 тобе1 оГ а11и\й11 к1гаПдгарЕу: ТЕеогу апб аррЕсаЕоп, I. 8еб1. Век. В65, 7-31, 1995.

Ми1бег, Т., 8у'сйккЕ Р. М., апб 8кепе, К. I., МобеЕпд оГ егокюп апб берокШоп Ьу ЫгЫбйу сиггеШк депеШеб а! гЕег тои1Ек, I. оГ 8ебБ Век., 68, 124-137, 1998.

РапЕп, Н. М., ИПегасНоп Ье1теееп νе1осйу апб еГГссЫ'е бепкЕу ш ЫгЫбйу Доте: РЕаке-р1апе апа1ук1к, теЕЕ сгИепа Гог аЫокикрепкюп., Маг. 6ео1. 31, 59-99, 1979.

Рагкег, 6., РикикЫта, Υ., апб РапЕп, Н. М., 8е1Б-Ассе1егаДпд ТигЫбйу СиггеШк, 1. Р1шб МесЕ., 171, 145-181,1986.

Ра1геагбЕап, V. 8., апб Пеп С, 8еб1теп1аЕоп апб 1к.|шб Пи1б1хаПоп оГ коЕб рагДс1ек оГ б1ГГегеп1 к!/ек апб бепкШек, СЕет1са1 Епдтееппд 8с1епсе, 40, 1051-1060, 1985.

Р1рег, Ό. 1. У., апб 8аνоуе, В., Ргосеккек оГ 1а1е ОшПегпагу ЫгЫбйу сиггеп! Доте апб берокЫоп оп 1Ее νπΓ беер-кеа Гап, поДЕ теек1 Мебйеггапеап 8еа, 8еб1теп1о1оду, 40, 557-582,1993.

ВйсЫе, В. Ό., Нагбу, 8., апб 6ате1Еогре, В. Б., ТЕгее б1тепкюпа1 питепса1 тобеЕпд оГ соагке-дгатеб с1акДс берокШоп ш кебпиегПагу Ьактк, 1. 6еорЕукта1 Век., 104, 17759-17780, 1999.

ВйсЫе, В. Ό., 6ате1Еогре, В. Б., апб Нагбу 8., ТЕгее б1тепкюпа1 питепса1 тобеЕпд оГ бе11а1с берокЕ Попа1 кес.|иепсек 1: ИчПиепсе оГ 1Ее га!е апб тадпйибе оГ кеа-1е\^ге1 сЕапде, 1. оГ 8ебБ Век., 74, 203-220, 2004а.

ВйсЫе, В. Ό., 6ате1Еогре, В. Б., апб Нагбу 8., ТЕгее б1тепкюпа1 питепса1 тобеЕпд оГ бе11а1с берокЕ Еопа1 кедиепсек 1: ШЧиепсе оГ 1оса1 сопДо1к, I. оГ 8ебБ Век., 74,221-238, 2004Ь.

Вое, Р. Б., Арргох1та1е В1етапп коЕ'егк, рагате!ег νесΐо^к, апб б|ГГегепсе ксЕетек, 1. СотрШаБ РЕук., 43,357-372, 1981.

8уν^ΐкк^, 1., Рга1коп, Б., апб О'6габу Ό., 81гаДдгарЕ1с ргебкДопк оГ сопЕпеп1а1 тагдтк Гог 1Ее и.8. Ш-уу,, ш М.1тепса1 ЕхрептегИк ш кДаДдгарЕу: Весеп! абνапсек ш кДаДдгарЫс апб кет1еп1о1одю сот

- 20 010085 ри!ег з1ти1аДопз, НагЬаидД, 1. ^., \Уа1псу. ^. Ь, КапДеу, Е. С. 81шдег1апД, К., 6о1Дз!ет, К. Н. апД Ргапзееп Е. К., 8ЕРМ 8реаа1 РиЫкаИоп, 62, 219-236, 1999.

Те(х1аГГ, Ό. М. апД НагЬаидД, 1. ^., 81ти1аДпд с1азДс зеД1теп!аДоп, Уап №з1гапД Ке1пДо1Д, №те Уогк, 202 радез, 1989.

Тошо1о, Н., ЭеЬпз Доте апД 1игЫДДу сиггеп! ДерозФоп т 1ке Деер зеа апД гезегуопз, РД. Ό. !Дез1з, ИшуегШу оГ М1ппезо!а, 233 радез, 2002.

Тигпег, 1. 8., Виоуапсу ЕГГес1з шР1шДз, СатЬпДде ишуегзку Ргезз, 1973.

Уап ^адопег, 1., Ноуа1, Ό. С. 1. Ό., ΑόπίΓ, N. Ь., 8ип, Т., ВеаиЬоиеГ, К. Т., ПеГГепЬаидД, М., Эипп, Р. Α., НиД, С., апД Ь1, Ό., Епегду Д1зз1раДоп апД 1ке ГипДатеп!а1 зДаре оГ зШсШазДс зеД1теп!агу ЬоД1ез, 8еагсД апД П1зсоуегу ΑγΙκ^ #40081, 2003.

^еЬЬ, Е. К., 81ти1аДпд !Де !Дгее-Д1тепз1опа1 Д1з!пЬиДоп оГ зеДппегИ ипДз т Ьга1ДеД-зДеат ДерозНз,

1. 8еД1. Кез., В64, 219-231, 1994.

Claims (31)

1. Способ моделирования пласта осадочного отложения, содержащий этапы, при выполнении которых:

(a) определяют свойства потока, который образует осадочное отложение, путем решения системы двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения для потока воды, насыщенной наносами, при этом система двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения связывает свойства потока, включающие в себя, по меньшей мере, момент потока, высоту потока, концентрацию взвешенного осадка и унос вышележащей чистой воды;

(b) вычисляют результирующее осадочное отложение для по меньшей мере одного места, используя свойства потока из этапа (а);

(c) регистрируют результирующее осадочное отложение из этапа (Ь) как функцию времени для по меньшей мере одного места.

2. Способ по п.1, в котором систему двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения получают в предположении, что вертикальные профили концентрации осадка имеют одинаковую форму во всех местах, и дополнительно предполагая, что вертикальные профили скорости потока имеют одинаковую форму во всех местах.

3. Способ по п.2, в котором вертикальные профили полагают имеющими центр масс ниже половины высоты потока.

4. Способ по п.1, в котором результирующее осадочное отложение вычисляют как разность между скоростью осаждения в стоячей воде и зависящей от скорости потока скоростью эрозии.

5. Способ по п.4, в котором скорость осаждения в стоячей воде определяют на основании скорости оседания частиц в стоячей воде и полной концентрации осадка.

6. Способ по п.1, в котором регистрацию результирующего осадочного отложения из этапа (с) осуществляют во взаимосвязи с исходной топографией дна, при этом исходная топография дна представляет собой интерпретированную поверхность, определяемую на основании данных, выбираемых из сейсмических данных, скважинных каротажных данных, данных кернового анализа и любого их сочетания.

7. Способ по п.1, в котором концентрацию взвешенного осадка и результирующее осадочное отложение моделируют для по меньшей мере двух диапазонов диаметров зерен.

8. Способ по п.1, в котором результирующее осадочное отложение вычисляют, используя информацию от моделирования образования и переноса кинетической энергии турбулентности.

9. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно свойство потока определяют, используя информацию от моделирования турбулентной диффузии.

10. Способ по п.1, в котором при регистрации результирующего осадочного отложения регистрируют свойства, выбираемые из результирующей скорости осаждения для каждого подмассива подобранных по размеру зерен, объема отложенного осадка для каждого подмассива подобранных по размеру зерен, распределения зерен по размеру, поверхностей напластования, типа осадка и любого их сочетания.

11. Способ моделирования пласта осадочных отложений, содержащий этапы, при выполнении которых:

(a) определяют исходную топографию дна;

(b) определяют местоположение впускного канала, питающего осаждающий поток, выше исходной топографии дна;

(c) образуют сетку, разделяющую, по меньшей мере, участок осадочного бассейна на ячейки;

(Д) оценивают свойства потока во впускном канале;

(е) определяют свойства потока, образующего осадочное отложение, в по меньшей мере одной ячейке сетки путем решения системы двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения на текущем временном шаге, при этом система двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения связывает свойства потока, включающие в себя, по меньшей мере, момент потока, высоту потока, концентрацию взвешенного осадка и унос вышележащей чистой воды;

- 21 010085 (Г) вычисляют результирующее осадочное отложение в пределах каждой ячейки на текущем временном шаге, используя свойства потока из этапа (е);

(д) регистрируют результирующее осадочное отложение в пределах каждой ячейки на текущем временном шаге и (11) повторяют этапы (е)-(д) до тех пор, пока не будет достигнут заранее заданный критерий остановки.

12. Способ по п.11, в котором свойства потока во впускном канале на этапе (ά) определяют с помощью итерационного процесса, при этом свойства потока во впускном канале корректируют, а этапы (е)(1) повторяют до тех пор, пока результирующее осадочное отложение не будет, по существу, подобным оцененному отложению.

13. Способ по п.12, в котором на этапе (ά) дополнительно итерационно корректируют топографию дна.

14. Способ по п.12, в котором при определении подобия между моделированным и оцененным отложениями идентифицируют по меньшей мере одну поверхность в оцененном отложении выше исходной топографии дна;

идентифицируют по меньшей мере одну поверхность в моделированном отложении, соответствующую по меньшей мере одной поверхности в оцененном отложении; и сравнивают оцененное и смоделированное отложения, используя критерий, выбираемый из формы, размера, расстояния между соответствующими поверхностями оцененного и моделированного отложения и любого их сочетания.

15. Способ по п.14, в котором поверхности оцененного отложения определяют по данным, выбираемым из скважинных каротажных данных, данных кернового анализа, данных исследования выхода пласта на поверхность, сейсмических данных и любого их сочетания.

16. Способ по п.11, в котором дополнительно используют результирующее осадочное отложение для формирования геостатистических параметров свойств породы и дополнительно используют геостатистические параметры в геостатистических способах геологического моделирования.

17. Способ по п.11, в котором результирующее осадочное отложение используют для определения форм и размеров геологических объектов с целью использования при объектно-ориентированном геологическом моделировании.

18. Способ по п.11, в котором результирующее осадочное отложение используют для интерпретации процессов, при которых образуется геологический объект, представляющий интерес, при этом при интерпретации геологического объекта, представляющего интерес:

идентифицируют объект в моделированном отложении, который является подобным геологическому объекту, представляющему интерес;

исследуют свойства потока, относящегося к пласту подобного объекта, в моделированном отложении.

19. Способ по п.11, в котором для вычисления свойств потока используют программу решения Хартена-Лакса-ван Леера (НЬЬ).

20. Способ по п.11, в котором свойства потока дополнительно включают в себя скорость эрозии, при этом скорость эрозии применяют в каждой из ячеек и определяют способом, выбираемым из выбора пользователем до моделирования, автоматического выбора, основанного на локальных свойствах потока в ячейке и любого их сочетания.

21. Способ по п.11, в котором систему двумерных, зависящих от времени уравнений картографического изображения получают в предположении, что вертикальные профили концентрации осадка имеют одинаковую форму во всех местах, и также в предположении, что вертикальные профили скорости потока имеют одинаковую форму во всех местах.

22. Способ по п.11, в котором каждый из вертикальных профилей полагают имеющим центр масс ниже половины высоты потока.

23. Способ по п.11, в котором результирующее осадочное отложение вычисляют на основании разности между скоростью осаждения в стоячей воде и зависящей от скорости потока скоростью эрозии.

24. Способ по п.23, в котором скорость осаждения в стоячей воде определяют на основании скорости оседания частиц в стоячей воде и полной концентрации осадка.

25. Способ по п.11, в котором исходная топография дна представляет собой интерпретированную поверхность, определяемую на основании использования чего-либо одного из сейсмических данных, скважинных каротажных данных, данных кернового анализа и их сочетания.

26. Способ по п.11, в котором концентрацию взвешенного осадка и результирующее осадочное отложение моделируют для по меньшей мере двух диапазонов диаметров зерен.

27. Способ по п.11, в котором результирующее осадочное отложение вычисляют, используя информацию от моделирования образования и переноса кинетической энергии турбулентности.

28. Способ по п.11, в котором по меньшей мере одно из свойств потока определяют, используя информацию от моделирования турбулентной диффузии.

- 22 010085

29. Способ по п.11, в котором заранее заданный критерий остановки выбирают из суммарного времени, толщины отложения, градиента потока, объема пространства для накопления осадка и любого их сочетания.

30. Способ по п.11, в котором регистрируют свойства результирующего осадочного отложения, при этом регистрируемые свойства результирующего осадочного отложения выбирают из результирующей скорости осаждения в каждом подмассиве подобранных по размеру зерен, объема отложенного осадка в каждом подмассиве подобранных по размеру зерен, распределения зерен по размеру, поверхностей напластования, типа осадка и любого их сочетания.

31. Способ по п.11, в котором свойства потока включают в себя скорость выноса, которая характеризует уменьшение высоты потока вследствие оседания осадка из осаждающего потока.