專利名稱：濁流的重疊多層深度平均流動模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及計算和模擬濁流，更具體地涉及有效地計算和模擬這樣的濁流，其具有包含顯著量細(xì)粒物質(zhì)的雙峰或者多峰分布的沉積混合物。
背景技術(shù)：
這部分旨在介紹可能與本發(fā)明的實施方式相關(guān)的此領(lǐng)域的各個方面。參考文獻的列表提供在這部分的末尾并且可能在下文中參考。該討論，包括參考文獻，被認(rèn)為有助于提供概念性框架以幫助更好地理解本發(fā)明的具體方面。因此，這部分應(yīng)當(dāng)這樣進行閱讀，并且不一定作為對現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。在油氣工業(yè)中，將關(guān)于地下儲層的數(shù)據(jù)和信息輸入基于物理學(xué)和過程的模型，該模型然后用于建立地質(zhì)學(xué)模型，輔助儲層解釋和表征，并且進行多預(yù)案(multi-scenario) 產(chǎn)生和不定性量化。當(dāng)所關(guān)注儲層形成于限制的環(huán)境中或者封閉的類似盆地的情況中時， 該技術(shù)在油氣工業(yè)中變得尤其重要。流體流動的一個特征被稱為濁流(turbidity current)，其可以被定義為由具有較高密度的流體——因為其包含懸浮的沉積物——產(chǎn)生的底部流動流。濁流(在本文也被稱為濁流(turbidity flows))典型地是間歇性的，但是其擁有相當(dāng)大的侵蝕力并且運輸可觀體積的沉積物。濁流本質(zhì)上是三維的。在天然濁流中，具有大的顆粒尺寸的沉積物如沙， 通常在該流的底層運輸，而具有較小顆粒尺寸的沉積物如粘土和頁巖，更加均勻地貫穿整個流層運輸。這在

圖1中示出，圖1是固體表面諸如河床11上方的濁流10的側(cè)面正視圖。 在12示出混濁水和清澈水之間的邊界，在流體流動中較高的位置。濁流的下部區(qū)域13可以被稱為含沙部分，因為由此運輸?shù)拇蠖鄶?shù)沉積物具有大的顆粒尺寸。濁流的上部區(qū)域14 可以被稱為多泥部分，因為由此運輸?shù)拇蠖鄶?shù)沉積物具有較小的顆粒尺寸。由疊加的沉積物濃度曲線(profiles) 15、16圖解濁流的下部和上部區(qū)域運輸?shù)某练e物的量，曲線15和16 分別代表泥和沙的相對濃度，其作為流深度的函數(shù)。沉積物濃度曲線15、16被用于限定濁流的上部區(qū)域14和下部區(qū)域13之間的邊界17并且作為其間的分界線。從圖1可以容易看出該分界線或者沉積物運輸類型的成層現(xiàn)象。成層現(xiàn)象對流動特征、流和下面地形之間的相互作用、以及流動形成的沉積物的形狀和空間分布具有顯著影響。當(dāng)濁流發(fā)生在限制的環(huán)境中時，該影響尤其強烈。圖2描繪深水道21中的分層濁流20的截面圖。主要流動方向垂直于該圖并且從該圖流出。當(dāng)來自清澈/混濁的水邊界22上方的清澈的水被夾帶或者摻入邊界22下方的濁流時，總的流動厚度通常大于深水道21的深度Z。因此，濁流20 溢出該通道，如箭頭23所示。因為濁流的多泥部分M和含沙部分25的成層現(xiàn)象(如由各自的沉積物濃度曲線26和27再一次表明的)，僅與濁流的多泥部分M相關(guān)的細(xì)粒度物質(zhì)被運輸至通道外，而與含沙部分25相關(guān)的相對較粗糙的物質(zhì)被全部保留在通道中。該方法被稱為流動剝離(flow stripping)。如果沒有成層現(xiàn)象，或者如果流動模型不會或者不能解釋成層現(xiàn)象，那么可預(yù)測從通道溢出的濁流包含來自濁流的含沙部分25和多泥部分M 二者的沉積物。盡管在限制的環(huán)境中——其中流和周圍邊界之間的相互作用最強，成層現(xiàn)象對濁流中沉積物的運輸和沉積的影響是最顯著的，但是影響不限于僅流動被限制的那些情況。 如果在濁流下面的地形存在顯著變化，那么成層現(xiàn)象也可引起流的含沙部分和總的流之間流動方向分岔。如在圖1和2中所示，濁流的含沙部分通常比濁流的總深度薄得多。因此， 與整體濁流相比，含沙部分的流動方向更可能被在其上濁流流動的河床或者海床的輪廓或者地形影響。圖3是具有曲線31代表的流動型式的濁流30的俯視圖。濁流的含沙部分具有曲線32表現(xiàn)的流動型式?？梢?，含沙部分32沿底部地形而行，如一系列等高線34所示， 其比總濁流30更加接近底部地形。濁流的含沙部分與總流(overall current)的分岔意味著該流中粗糙的、含沙的物質(zhì)和細(xì)的、多泥的物質(zhì)可以在相同的濁流中以不同的方向運輸， 并且也可在不同的地方沉積或者逸出(detrained)。因此，，由這種分岔濁流形成或者影響的儲層可能在分區(qū)和/或連通性方面受到顯著影響。用于在沉積情況中輔助儲層解釋或者建立儲層的地質(zhì)模型的基于過程的模型應(yīng)能夠獲得濁流的特征，諸如本文描述的流動剝離和流動分岔。不幸地，雖然全3-維流動模型能夠精確地計算流的全3-維結(jié)構(gòu)，但是其是計算上困難的和昂貴的，并且在基于過程的模型中的應(yīng)用是不實際的，所述基于過程的模型被設(shè)計以模擬儲層的形成，所述儲層具有范圍從幾百米至幾百千米的空間尺度范圍，和具有范圍從數(shù)百至數(shù)百萬年的時間尺度范圍。在另一方面，目前在已知的基于過程的模型中使用的渾濁(濁流)的2-維深度平均流動模型不能夠模擬流動剝離和底部流層與總深度平均流的分岔。因此，相信沒有現(xiàn)有的方法能夠獲得流動剝離和底層流動方向與總流動方向的分岔的影響，并且仍是計算上足夠有效的以在設(shè)計用于大型和長期模擬的基于過程的模型中使用。本領(lǐng)域中需求的上述討論旨在是代表性的而非窮舉性的。解決一個或更多個這種需求或者本領(lǐng)域中的一些其他相關(guān)缺點的技術(shù)，將對鉆井和儲層開發(fā)規(guī)劃大有裨益，例如， 提供更加有效和更加有益地開發(fā)儲層的決策或者規(guī)劃。其他相關(guān)的材料可以在下列文獻中找到PCT申請W02006/036389 ；Garcia和 Parker, Entrainment of bed sediment into suspension, J.Hyd. Eng. ,117(4),414-435, 1991 ；禾口 Parker, G. , Fukushima, Y.,禾口 Pantin, H. Μ. , "Self-Accelerating Turbiditu Currents", J. Fluid Mech.，171，145-181，1986。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供產(chǎn)生流體中濁流的模型的方法。限定濁流中的第一流層。該方法連續(xù)限定濁流中的至少一個更多的流層。每一個連續(xù)的流層包括先前限定的流層。限定每一個流層的深度平均的流變量組。開發(fā)描述濁流的模型。該模型使用流體流動方程和每一個流層的所述深度平均的流變量組以預(yù)測在每一個流層中的流體流動。然后輸出模型。本發(fā)明也提供產(chǎn)生流體中濁流的模型的方法。限定濁流中的第一和第二流層。第一和第二流層是不重疊的，并且基于其中夾帶的不同大小的沉積物的濃度限定?；诘谝籆N 102257377 A
說明書
3/13 頁
流層的特征限定第一組深度平均的流變量?；诮Y(jié)合的第一和第二流層的特征限定第二組深度平均的流變量。開發(fā)描述濁流的模型。該模型使用流體流動方程和所述第一和第二組深度平均的流變量以預(yù)測在每一個流層中的流體流動。然后輸出模型。本發(fā)明還提供預(yù)測從油氣層采收烴的方法。定位油氣層中的流體流動。限定流體流動中的濁流。限定濁流中的第一流層。該方法連續(xù)限定濁流中的至少一個更多的流層。 每一個連續(xù)的流層包括先前的流層。對每一個流層限定深度平均的流變量組。使用流體流動方程和兩個或者更多組的深度平均的流變量建立濁流的模型以預(yù)測每一個流層中的流體流動。使用濁流的模型建立油氣層的模型。基于油氣層的模型預(yù)測烴采收。附圖簡述通過研究實施方式的非限制性實例的下列詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的前述和其他優(yōu)勢可以變得明顯，其中圖1是濁流中濃度曲線的側(cè)面正視圖；圖2是深水道中分層的濁流的截面圖；圖3是示意圖，其示出該流的含沙層的底部部分的流動方向與總流的方向分岔；圖4是圖解根據(jù)本發(fā)明的兩層流動模型的濁流的側(cè)面正視圖；圖5是圖解根據(jù)本發(fā)明的三層流動模型的側(cè)面正視圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一方法的流程圖；和圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的計算環(huán)境的方框圖。就其優(yōu)選的實施方式描述本發(fā)明。但是，就下列詳細(xì)描述的程度是針對本發(fā)明具體的實施方式或者具體的用途而言，這旨在僅是例證性的，并非解釋為限制本發(fā)明的范圍。 相反地，其旨在覆蓋如所附權(quán)利要求限定的可以包括在本發(fā)明的精神和范圍中的所有可選方案、改進和等同物。優(yōu)選實施方式詳述在下列詳細(xì)描述部分中，就優(yōu)選的實施方式描述本發(fā)明的具體實施方式
。但是，就下列詳細(xì)描述是針對本發(fā)明具體的實施方式或者具體的用途而言，這旨在僅是為實例目的并且僅僅提供本文提供的實施方式的描述作為本發(fā)明的代表性實例。因此，本發(fā)明不限于下列描述的具體實施方式
，而是，本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求的精神和范圍中的所有可選方案、改進和等同物。而且，本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請通過引用在此并入，其程度如同每一個單獨的出版物、專利或者專利申請被各自具體地并且單獨地表示為通過引用并入。就過程、步驟、邏輯塊、處理和對計算機存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)位的操作的其他符號表示， 存在隨后的一些部分的詳細(xì)描述。這些描述和表示是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員使用的向其他本領(lǐng)域技術(shù)人員最有效地傳達其工作實質(zhì)的手段。在該詳細(xì)描述中，設(shè)想過程、步驟、邏輯塊、處理等是導(dǎo)致期望結(jié)果的自相一致順序(self-consistent sequence)的步驟或指示。步驟是要求物理量的物理操作的那些步驟。通常地——盡管不必要，這些量采用能夠在計算機系統(tǒng)中儲存、轉(zhuǎn)移、組合、比較和以其他方式操作的電信號或磁信號的形式。除非另外明確陳述，如根據(jù)下面的討論明顯的，術(shù)語如“限定”、“包括”、“開發(fā)”、 “使用”、“輸出”、“預(yù)測”、“表征”、“定位”、“模擬(建立……模型)”等可指計算機系統(tǒng)、或類似電子計算設(shè)備的動作和過程，其操作代表計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器內(nèi)物理量的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)變換為類似地代表計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其他這種信息儲存、傳送或顯示設(shè)備內(nèi)物理量的其他數(shù)據(jù)。這些和類似的術(shù)語與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)，并且僅為應(yīng)用于這些量的方便標(biāo)志。本發(fā)明的實施方式也涉及用于進行本文操作的裝置。該裝置可出于需要的目的特別地構(gòu)建，或其可包含通用的計算機，其可由計算機中儲存的計算機程序選擇性地起動或重新配置。這種計算機程序可儲存在計算機可讀介質(zhì)中。計算機可讀介質(zhì)包括儲存或傳送機器例如計算機(在本文，“機器”和“計算機”同義使用)可讀形式的信息的機構(gòu)。作為非限制性的實例，計算機可讀介質(zhì)可包括計算機可讀儲存介質(zhì)(例如，只讀存儲器(“ROM”)、 隨機存取存儲器(“RAM”)、磁盤儲存介質(zhì)、光學(xué)存儲介質(zhì)、閃存設(shè)備等)，和計算機可讀傳送介質(zhì)(例如，電學(xué)的、光學(xué)的、聲學(xué)的或其他形式的傳播信號(例如，載波(carrier wave), 紅外信號、數(shù)字信號等))。此外，如對相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的，本發(fā)明的模塊、特征、屬性、方法和其他方面可作為軟件、硬件、固件或它們的任意組合執(zhí)行。無論在什么地方本發(fā)明的組件作為軟件執(zhí)行，那么該組件可作為獨立的程序、作為較大程序的一部分、作為多個獨立程序、作為靜態(tài)或動態(tài)鏈接的庫、作為內(nèi)核可載入模塊(kernel loadable module)、作為設(shè)備驅(qū)動程序、和 /或以計算機編程領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在或未來知曉的每個和任何其他方式執(zhí)行。此外，本發(fā)明不限于在任何具體操作系統(tǒng)或環(huán)境中執(zhí)行。本發(fā)明是表現(xiàn)和計算具有多個重疊層的濁流的方法。該方法獲得在濁流中發(fā)現(xiàn)的必要的垂直流動結(jié)構(gòu)，其對于精確地表現(xiàn)和模擬沉積物運輸和沉積以及隨后沉積體和儲層構(gòu)造的形成和進化是重要的。本發(fā)明是計算上有效的并且可以在涉及濁流的計算和模擬的應(yīng)用中使用。這些應(yīng)用的實例包括海岸工程、環(huán)境研究和管理、海軍工程、潛艇戰(zhàn) (submarine warfare)設(shè)計和規(guī)劃、海下長途通信電纜的建造和維護、以及油氣工業(yè)。根據(jù)本發(fā)明，通過相應(yīng)于流中的多個分層的層的多組深度平均的流變量描述濁流。所有的這些層是重疊的，在某種意義上，第(n+1)層通常包括第η層。例如，圖4使用底層42和頂層44描述濁流(turbidity current or flow)40的模型。兩層模型假設(shè)可以由兩個分層的層描述考慮中的濁流。如圖4所示，整體流的特征在于兩組深度平均的流變量。第一組流變量代表該流的底層42，其中運輸所有的沙。第一組流變量包括深度、(相對于選擇的基準(zhǔn)45測量)、深度平均流速的χ-分量Uxs、深度平均流速的y-分量Uys、沙濃度Ci, i = 1，2，. . .，ns，其中ns是根據(jù)運輸中涉及的沙的不同粒度選擇的面元(bin)的離散數(shù)目，總的沙濃度Cs表示為C'=Hc!m
M οLlJ用于表征流的第二組流變量表示包括所有分層的層的整體流，圖4中描述的實例中分層的層包括底層42和頂層44。第二組流變量包括總流深度h，整體流的深度平均流速的χ-分量Ux，整體流的深度平均流速的y-分量uy，泥濃度Ci, i = ns+l, ns+2，. . .，n，其中 η是沙和泥物質(zhì)二者的不同尺寸的面元的全部數(shù)量。將使用的慣例假設(shè)第一 ns面元是用于離散的沙顆粒尺寸，和剩余的n-ns面元是用于離散的泥顆粒尺寸。那么，總的泥濃度Cm是
權(quán)利要求
1.一種方法，包括限定濁流中的第一流層；連續(xù)限定所述濁流中的至少一個更多的流層，每一個連續(xù)的流層包括先前限定的流層；限定每一個流層的深度平均的流變量組；開發(fā)描述所述濁流的模型，其中所述模型使用流體流動方程和每一個流層的所述深度平均的流變量組以預(yù)測在每一個流層中的流體流動；和輸出所述模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述濁流運輸具有第一和第二非連續(xù)尺寸范圍的沉積物，并且其中所述第一流層是包含基本上所有所述第一尺寸范圍的所述沉積物的底層，并且進一步其中所述至少一個更多的流層是限定為整體濁流的第二層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述深度平均的流變量包括下列至少之一每一個流層的深度、每一個流層的深度平均流速的正交分量、在所述第一流層中按照所述第一尺寸范圍的所述沉積物的尺寸的分布，和在所述第二流層中按照所述第二尺寸范圍的所述沉積物的尺寸的分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體流動方程包括下列至少之一 所述第一流層中的流體流的質(zhì)量守恒方程，所有流層中的流體流的質(zhì)量守恒方程， 由所述第一流層運輸?shù)某练e物的質(zhì)量守恒方程，和由所有流層運輸?shù)某练e物的質(zhì)量守恒方程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體流動方程包括下列至少之一 在所有流層中結(jié)合的流體流的第一方向分量的動量平衡方程，在所有流層中結(jié)合的流體流的第二方向分量的動量平衡方程，所述第二方向分量與所述第一方向分量基本上垂直，所述第一層中的流體流的所述第一方向分量的動量平衡方程，和所述第一層中的流體流的所述第二方向分量的動量平衡方程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 沿著所述濁流限定第一位置和第二位置；和開發(fā)所述模型，所述模型使用流體流動方程和每一個流層的所述深度平均的流變量描述在所述第一和第二位置的每一個處的所述濁流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在所述第一和第二位置之一處所述第一流層的深度是零，并且其中在所述第一和第二位置的另一個處所述第一流層的深度大于零。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述模型包括流層之間的每一個界面的層間夾帶速度函數(shù)，所述層間夾帶函數(shù)表征所述流層之一中的流體被夾帶進入相鄰流層的速度，所述模型還包括流層之間的每一個界面的層間逸出函數(shù)，其中所述層間逸出函數(shù)表征所述第一流層中的流體從所述流層之一逸出進入相鄰流層的速度。
9.一種方法，包括限定濁流中的第一流層和第二流層，所述第一流層和第二流層是非重疊的并且基于其中夾帶的不同尺寸的沉積物的濃度限定；基于所述第一流層的特征限定第一組深度平均的流變量； 基于結(jié)合的第一和第二流層的特征限定第二組深度平均的流變量； 開發(fā)描述所述濁流的模型，其中所述模型使用流體流動方程和所述第一和第二組深度平均的流變量以預(yù)測在每一個流層中的流體流動；和輸出所述模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括基于不同尺寸的沉積物的濃度限定所述濁流中的第三流層，所述第三流層與所述第一和第二流層是非重疊的；基于結(jié)合的第一、第二和第三流層的特征限定第三組深度平均的流變量；和使用所述第一、第二和第三組深度平均的流變量表征所述濁流； 其中所述模型使用流體流動方程和所述第一、第二和第三組深度平均的流變量以預(yù)測在每一個流層中的流體流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述模型包括層間夾帶速度函數(shù)，該函數(shù)表征所述第一流層上方的流體被夾帶進入所述第一流層的速度，所述模型還包括層間逸出函數(shù)， 該函數(shù)表征所述第一流層中的流體從所述第一流層逸出的速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一流層被限定為運輸尺寸大于所述濁流中其他沉積物的基本上所有沉積物的濁流的一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述深度平均的流變量包括下列至少之一每一個流層的深度、每一個流層的深度平均流速的正交分量、在所述第一流層中按照第一尺寸范圍的所述沉積物的尺寸的分布，和在所述第二流層中按照第二尺寸范圍的所述沉積物的尺寸的分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述流體流動方程包括下列至少之一 所述第一流層中的流體流的質(zhì)量守恒方程，與所述第二流層結(jié)合的所述第一流層中的流體流的質(zhì)量守恒方程，由所述第一流層運輸?shù)某练e物的質(zhì)量守恒方程，和由與所述第二流層結(jié)合的所述流層運輸?shù)某练e物的質(zhì)量守恒方程。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述流體流動方程包括下列至少之一 與所述第二流層結(jié)合的所述第一流層中的流體流的第一方向分量的動量平衡方程，與所述第二流層結(jié)合的所述第一流層中的流體流的第二方向分量的動量平衡方程，所述第二方向分量與所述第一方向分量基本上垂直，所述第一流層中的流體流的所述第一方向分量的動量平衡方程，和所述第一流層中的流體流的所述第二方向分量的動量平衡方程。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述流體流動方程包括下列至少之一 所述第一流層的湍流動能守恒，和結(jié)合的第一和第二流層的湍流動能守恒。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 沿著所述濁流限定第一位置和第二位置；和開發(fā)所述模型，所述模型使用流體流動方程和每一個流層的所述深度平均的流變量描述在所述第一和第二位置的每一個處的所述濁流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述第一和第二位置之一處所述第一流層的深度是零，并且其中在所述第一和第二位置的另一個處所述第一流層的深度大于零。
19.一種方法，包括限定油氣層內(nèi)的流體流動中的濁流； 限定所述濁流中的第一流層；連續(xù)限定所述濁流中的至少一個更多的流層，每一個連續(xù)的流層包括先前的流層； 限定每一個流層的深度平均的流變量組；使用流體流動方程和兩組或更多組深度平均的流變量建立所述濁流的模型以預(yù)測在每一個流層中的流體流動；使用所述濁流的所述模型建立所述油氣層的模型；和基于所述油氣層的模型預(yù)測烴采收。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括基于烴采收的所述預(yù)測從所述油氣層提取烴。
21.計算機程序產(chǎn)品，其具有記錄在有形計算機可讀介質(zhì)上的計算機可執(zhí)行邏輯，所述計算機程序產(chǎn)品包括限定濁流中的第一流層的代碼；連續(xù)限定所述濁流中的至少一個更多的流層的代碼，每一個連續(xù)的流層包括先前限定的流層；限定每一個流層的深度平均的流變量組的代碼；和開發(fā)描述所述濁流的模型的代碼，其中所述模型使用流體流動方程和每一個流層的所述深度平均的流變量組以預(yù)測在每一個流層中的流體流動。
全文摘要
公開的是產(chǎn)生流體中濁流的模型的方法。限定濁流中的第一流層。該方法連續(xù)限定濁流中的至少一個更多的流層。每一個連續(xù)的流層包括先前限定的流層。限定每一個流層的深度平均的流變量組。開發(fā)描述濁流的模型。模型使用流體流動方程和每一個流層的深度平均的流變量組以預(yù)測在每一個流層中的流體流動。然后輸出模型。
文檔編號G01N21/00GK102257377SQ200980151125
公開日2011年11月23日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者D·李, J·V·瓦戈納, T·孫, X-H·吳 申請人:埃克森美孚上游研究公司