專利名稱：用于離散裂隙建模的網(wǎng)格生成系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及生成可以用于構(gòu)建地下儲層的模擬模型(simulation model)的網(wǎng)格的系統(tǒng)和方法，更具體地說，涉及生成可以用于構(gòu)建高度復(fù)雜的地下儲層(例如有裂縫地下儲層)的模擬模型的網(wǎng)格的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
烴生產(chǎn)領(lǐng)域旨在取得陷在地下儲層中的烴。通常，這些儲層由各自通過不同的沉積學(xué)和流體性質(zhì)表征的巖石和流體物質(zhì)的平行層組成。烴積聚在非多孔或低滲透率巖石層下面或之間，形成儲層。這些烴可以通過將井鉆到儲層中來開采。于是，烴能夠從儲層流到井中并向上流到地面。烴流到井中的生產(chǎn)率對于石油工業(yè)來說是至關(guān)重要的，因此，人們把大量心血花在開發(fā)技術(shù)上，以便更好地預(yù)測地下儲層的流體流動和地質(zhì)力學(xué)特性。這些技術(shù)之一涉及本文后面將更詳細(xì)討論的儲層的網(wǎng)格化。高度復(fù)雜的地質(zhì)地下儲層(例如具有裂縫網(wǎng)絡(luò)的儲層)對儲層模擬提出了獨特和專業(yè)挑戰(zhàn)。具有裂縫網(wǎng)絡(luò)的地下儲層通常具有低滲透率巖石基體(rock matrix)，使烴難以通過地層。裂縫可以被描述成地層內(nèi)的裂口和空洞，可以是自然產(chǎn)生的或從井筒中人工生成的。因此，裂縫的存在可能在使流體流過地層到達(dá)井方面起重要作用。例如，取決于油井是否遇到大裂縫，井的烴生產(chǎn)率往往差別很大。有時，將諸如水、化學(xué)物品、氣體或它們的組合物的流體注入儲層中，以幫助烴流入生產(chǎn)井。在裂縫允許生產(chǎn)井與流體注入井之間的直接連通的情況下，注入流體可能流過裂縫，繞過注入流體本來要幫助生產(chǎn)的地層內(nèi)的大部分烴。因此，期望表征烴儲層中裂縫的范圍和取向，以便適當(dāng)預(yù)測通過地下地層的地質(zhì)力學(xué)和流體流動特性。為了計算這些特性，必須首先應(yīng)用網(wǎng)格化技術(shù)。儲層網(wǎng)格化技術(shù)可以描述成將3D儲層體(3D reservoir volume)分解成通常是凸3D體的多個更小和更簡單的3D體的過程。于是，這些技術(shù)將連續(xù)模擬域分解成隨后可以用于通過離散化描述流體流動、熱傳遞、地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)或它們的組合的控制方程來構(gòu)建模擬模型的離散對應(yīng)物。在儲層模擬領(lǐng)域內(nèi)，取決于正在使用的離散化和模擬技術(shù)，離散體通常被稱為單元(cell)、有限體(finite volume)、控制體(control volume)、或有限元。對于有裂縫地下儲層，由于裂縫網(wǎng)絡(luò)的幾何復(fù)雜性和隨機(jī)性質(zhì)，網(wǎng)格化提出了獨特的挑戰(zhàn)。例如，傳統(tǒng)儲層模擬的網(wǎng)格化策略通常未設(shè)計用來管理像裂縫那樣的大量內(nèi)部幾何特征。許多網(wǎng)格化策略只適用于通常稱為“不漏水”幾何結(jié)構(gòu)的、連通良好但不包括裂紋或重疊的幾何結(jié)構(gòu)。例如，這些網(wǎng)格化策略通常預(yù)先計算所有幾何特征的相交部分。其它網(wǎng)格化策略在捕捉諸如稍微穿過另一個裂縫的平面的一個裂縫、相互接近但沒有相交的兩個裂縫、或以小夾角相交的兩個裂縫的特定幾何復(fù)雜體的時候不能取得良好網(wǎng)格質(zhì)量。一般說來，包括內(nèi)部特征的網(wǎng)格必須平衡精確地近似(approximate)特征和保持良好質(zhì)量的相反目標(biāo)。如果儲層網(wǎng)格化技術(shù)不能在保持良好網(wǎng)格質(zhì)量的同時適應(yīng)這些細(xì)節(jié)，模型的模擬就可以導(dǎo)致精度下降、運行時間延長、收斂問題、或兼而有之?，F(xiàn)有技術(shù)試圖通過預(yù)處理裂縫組以消除最有問題的構(gòu)造來提高網(wǎng)格質(zhì)量。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，由于消除一個問題往往引起另一個問題，所以這不是直截了當(dāng)?shù)氖侄巍Ａ硗?，由于在計算裂縫相交部分時需要考慮浮點運算，所以這些過去的嘗試的實現(xiàn)是不容易的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，公開了一種生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的方法。該方法包括提供有裂縫地下儲層(fractured subsurface reservoir) 和被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的裂縫的表示。構(gòu)建具有在多面體單元的邊界上定義單元間界面(cell-to-cell interface)的多個多面體單元的網(wǎng)格。選擇與裂縫相鄰的界面，以形成近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑。將連續(xù)界面路徑與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。輸出具有與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的連續(xù)界面路徑的網(wǎng)格，以便構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型。在一個或多個實施例中，提供一個井，并選擇與該井相鄰的單元間界面，以形成近似該井的幾何形狀的界面井區(qū)域。將該界面井區(qū)域與預(yù)定井性質(zhì)相關(guān)聯(lián)，使得輸出網(wǎng)格包括與預(yù)定井性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的界面井區(qū)域。在一個或多個實施例中，在選擇與裂縫相鄰的多個單元間界面，以形成近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑之前，細(xì)化至少一個多面體單元。在一個或多個實施例中，使用自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化技術(shù)來細(xì)化至少一個多面體單元。在一個或多個實施例中，使用迫近函數(shù)細(xì)化至少一個多面體單元。在一個或多個實施例中，該迫近函數(shù)確定每個多面體單元與諸如裂縫、注入井、和生產(chǎn)井的與每個多面體單元相鄰的特征之間的距離。在一個或多個實施例中，多面體單元是具有最長邊和與最長邊相對的邊的四面體。至少一個多面體單元通過用在最長邊的中點和與最長邊相對的邊之間延伸的切面(planar cut)來分割四面體來細(xì)化。在一個或多個實施例中，在輸出網(wǎng)格之前合并兩個或更多個多面體單元。在一個或多個實施例中，優(yōu)化節(jié)點的位置。在一個或多個實施例中，通過在輸出網(wǎng)格上執(zhí)行控制方程的離散化構(gòu)建模擬模型，并且利用儲層模擬器模擬該模擬模型，以便直觀顯示有裂縫地下儲層內(nèi)的流體流動。在一個或多個實施例中，預(yù)定裂縫性質(zhì)定義網(wǎng)格內(nèi)的裂縫-裂縫、裂縫-基體、和基體-基體連接。本發(fā)明的另一個方面包括生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用戶控制接口、數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)處理器、和軟件程序。該用戶控制接口用于向系統(tǒng)輸入例如有裂縫地下儲層的表示的信息。該數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)存儲例如通過用戶控制接口輸入的有裂縫地下儲層的表示的信息。該處理器為系統(tǒng)執(zhí)行操作。該軟件程序包括多個模塊，包括分解模塊和界面選擇模塊。該分解模塊將有裂縫地下儲層的表示分解成在多面體單元之間的邊界上定義單元間界面的多面體單元。該界面選擇模塊選擇與裂縫相鄰的界面，以形成近似被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的裂縫的連續(xù)界面路徑。將連續(xù)界面路徑與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。輸出具有與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的連續(xù)界面路徑的網(wǎng)格，以便構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型。在一個或多個實施例中，該軟件程序包括使用迫近函數(shù)自適應(yīng)地細(xì)化至少一個多面體單元的細(xì)化模塊。在一個或多個實施例中，該軟件程序包括合并兩個或更多個多面體單元的合并模塊。在一個或多個實施例中，該軟件程序包括優(yōu)化網(wǎng)格內(nèi)節(jié)點的位置的網(wǎng)格調(diào)整模塊。在一個或多個實施例中，該界面選擇模塊選擇與井相鄰的界面，以形成近似井的幾何形狀的界面井區(qū)域。 本發(fā)明的另一個方面包括存儲在處理器可讀媒體中，用于生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的軟件程序。該軟件程序被配置成構(gòu)建具有在多面體單元的邊界上定義單元間界面的多個多面體單元的網(wǎng)格，和選擇與裂縫相鄰的界面，以形成近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑。將連續(xù)界面路徑與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。輸出具有與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的連續(xù)界面路徑的網(wǎng)格，以便構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型。


圖1是例示根據(jù)本發(fā)明生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的方法的步驟的流程圖。圖2是例示根據(jù)本發(fā)明生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的方法的步驟的流程圖。圖3A-C是例示根據(jù)本發(fā)明生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的如圖1和2所示的方法的步驟的區(qū)域的示意圖。圖4是例示根據(jù)本發(fā)明的四面體的一系列細(xì)化的示意圖。圖5是例示根據(jù)本發(fā)明生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的系統(tǒng)的示意圖。圖6A是根據(jù)本發(fā)明的有裂縫地下儲層的區(qū)域的示意圖。圖6B是根據(jù)本發(fā)明的近似例示在圖6A中的區(qū)域的裂縫的多面體單元的界面的示意圖。圖7A和7B是例示在圖6A中的區(qū)域的各種分辨率的網(wǎng)格的示意圖。圖8A是顯示在圖7A中的網(wǎng)格的映射圖。圖8B是顯示在圖6A中的網(wǎng)格的映射圖。圖8C是顯示在圖7B中的網(wǎng)格的映射圖。圖9A是根據(jù)本發(fā)明的多面體單元的界面近似離散裂縫的區(qū)域的示意圖。圖9B是根據(jù)本發(fā)明的例示在圖9A中的區(qū)域的網(wǎng)格的示意圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的包括生產(chǎn)和注入井的有裂縫地下儲層的區(qū)域的示意圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明的例示在圖10中的區(qū)域的網(wǎng)格的示意圖。
具體實施方式
全球石油資源的很大部分儲藏在有裂縫地下儲層中。為了最佳地提取這些烴資源，必須利用與儲層模擬有關(guān)的各種技術(shù)，例如儲層網(wǎng)格化。例如，在各種儲層模擬工作流中可以利用包括本發(fā)明的一些方面的儲層網(wǎng)格化系統(tǒng)和方法。圖1例示了根據(jù)本發(fā)明的一些方面的概述與儲層網(wǎng)格化有關(guān)的步驟的方法10。具體地，采用這些步驟生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格。該模擬模型可以表示整個有裂縫地下儲層或有裂縫地下儲層的特定部分。在步驟11中提供有裂縫地下儲層和被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫的表示。該表示可以表示整個有裂縫地下儲層或有裂縫地下儲層的特定部分。在步驟13中將有裂縫地下儲層的表示分解成多面體單元，以便創(chuàng)建多面體單元的網(wǎng)格。例如，可以將有裂縫地下儲層分解成均勻、結(jié)構(gòu)化四面體柵格。在多面體單元之間的邊界上定義單元間界面，并且在步驟15中，選擇近似被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫的多面體單元之間的界面。具體地，選擇與裂縫相鄰的單元間界面，以形成近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑。正如本文所使用的那樣， 相鄰意味著位于裂縫附近或非常接近裂縫，包括與裂縫毗鄰或相交的單元間界面，以及不與裂縫相交而作為裂縫穿過的多面體單元或鄰接多面體單元的邊界的那些單元間界面。因此，所生成的網(wǎng)格(包括裂縫近似)與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)，使得該網(wǎng)格定義網(wǎng)格單元之間的裂縫-裂縫、裂縫-基體、和基體-基體連接。所生成的網(wǎng)格(包括通過多面體單元界面定義的裂縫的近似)可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型。圖2例示了根據(jù)本發(fā)明的一些方面的概述與儲層網(wǎng)格化有關(guān)的步驟的方法20。具體地，圖2按照本發(fā)明的一些方面，描繪了可以用于生成網(wǎng)格的用虛線顯示的可選步驟。在步驟21中提供有裂縫地下儲層和被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫的表示。該表示可以表示整個有裂縫地下儲層或有裂縫地下儲層的特定部分。在步驟23中將有裂縫地下儲層的表示分解成定義四面體單元的均勻、結(jié)構(gòu)化四面體柵格。在步驟25中，可選地細(xì)化在顯性離散裂縫附近或與顯性離散裂縫相鄰的四面體單元。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，也可以細(xì)化圍繞諸如注入井和生產(chǎn)井的有裂縫地下儲層的其它內(nèi)部特征或與之相鄰的四面體單元，本文后面將對此作更詳細(xì)描述。在步驟27中，選擇近似被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫的四面體單元之間的界面，以便生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格。這兩種方法10，20都可以稱為裂縫的小尺度處理?？梢杂羞x擇地執(zhí)行許多步驟，以便提高網(wǎng)格的質(zhì)量，使網(wǎng)格更適用于數(shù)值計算，優(yōu)化顯性離散裂縫的近似，或其組合。例如，可以在步驟四中調(diào)整網(wǎng)格節(jié)點的位置，以便在保持網(wǎng)格質(zhì)量的同時改進(jìn)顯性離散裂縫的近似。在步驟31中，可以修改網(wǎng)格布局，以便在保持顯性離散裂縫的近似的同時提高網(wǎng)格質(zhì)量。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種技術(shù)，例如執(zhí)行邊緣翻轉(zhuǎn)，可以用在步驟31中。在步驟33中可以合并四面體單元，以便在保持網(wǎng)格分辨率的同時減少網(wǎng)格單元的數(shù)量。例如，可以將四面體單元合并以形成四棱錐、三棱柱和六面體。 在步驟35中，可以以適當(dāng)格式輸出生成的網(wǎng)格，以便對控制方程進(jìn)行離散化來構(gòu)建模擬模型。圖3A-C例示了區(qū)域40的映射圖，例示了根據(jù)本發(fā)明的一些方面生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的如圖1和2所示的方法的步驟。在圖3A中描繪了有裂縫地下儲層的區(qū)域40，它例示了有裂縫地下儲層39和顯性離散裂縫41的表示。具體地，在方法10的步驟11和方法20的步驟21中規(guī)定了這種有裂縫地下儲層39和顯性離散裂縫41的表示。如圖:3B所示，在方法10的步驟13和方法20的步驟23中用多面體單元分解有裂縫地下儲層的區(qū)域40。在圖;3B中，像在方法20的步驟25中規(guī)定的那樣，在顯性離散裂縫41附近細(xì)化多面體單元，以便提高顯性離散裂縫41附近的分辨率。網(wǎng)格節(jié)點43、 單元界面45、和多面體單元47各自在圖;3B中都用標(biāo)號指示。網(wǎng)格節(jié)點43是兩個或更多個多面體單元47共享的頂點，單元界面45是兩個或更多個多面體單元47共享的單元邊緣或表面。在方法10的步驟15和方法20的步驟27中，選擇近似被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫41的多面體單元47之間的界面，以便生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格。圖3C示出了近似被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫41的多面體單元界面49。在方法10的步驟11和方法20的步驟21中提供的表示定義包括有裂縫地下儲層 39和被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫41的表示的區(qū)域。例如，這些步驟通常包括代表巖石基體的區(qū)域，以及描述裂縫網(wǎng)絡(luò)的裂縫表示。可以將通常隨機(jī)生成的裂縫表示輸入地質(zhì)模型中，以構(gòu)建有裂縫地下儲層的更真實表征。地質(zhì)模型通常包括具有諸如滲透率和孔隙率分布的巖石性質(zhì)，以及諸如初始流體飽和度分布的流體性質(zhì)的儲層的結(jié)構(gòu)和地層框架。這些性質(zhì)或參數(shù)可以從包括地震圖像、巖芯、生產(chǎn)記錄、井下測量值、鉆探信息、和露頭的各種來源中獲得。存在許多可用于構(gòu)建地質(zhì)模型或表示的商用產(chǎn)品，例如，總部在荷蘭阿姆斯特丹的 Paradigm Geotechnology BV 發(fā)布的 Earth Decision Suite (G0CAD 支持)、和來自總部在得克薩斯休斯敦的^Alumberger Limited的Petrel 。還存在許多用于構(gòu)建裂縫表示的商用產(chǎn)品，例如，由總部在佐治亞州亞特蘭大的Golder Associates Inc.發(fā)布的 FracMan 。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以作出相同地質(zhì)情況的許多實現(xiàn)，導(dǎo)致各自通過準(zhǔn)隨機(jī)變化成形的相似但不相同的儲層模型。儲層模型的實現(xiàn)之間的這些差異是固有的，因為只能從地下儲層中提取一定數(shù)量的確定信息，并且通常依賴于與所獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合地應(yīng)用概率方法來獲取真實儲層模型。一旦提供了有裂縫地下儲層39和顯性離散裂縫41的表示，則在方法10的步驟13 和方法20的步驟23中將區(qū)域分解成多面體單元47，例如均勻、結(jié)構(gòu)化四面體柵格。連續(xù)儲層模型的分解生成定義隨后可以離散化的模型內(nèi)的特定控制體的網(wǎng)眼或網(wǎng)格。有裂縫地下儲層的區(qū)域可以以各種單元尺寸和形狀分解，并且通常以能充分捕捉構(gòu)建模擬模型所需的精細(xì)尺度細(xì)節(jié)的分辨率網(wǎng)格化。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，分解步驟以能夠在隨后步驟中容易地細(xì)化或合并多面體單元的方式執(zhí)行。另外，所得到的網(wǎng)格被實現(xiàn)為使得它可以通過當(dāng)前在現(xiàn)有技術(shù)中實施的方法(例如有限體離散化)來離散化。另外，取決于要研究的區(qū)域，生成的網(wǎng)格可以覆蓋有裂縫地下儲層的特定部分或整個有裂縫地下儲層。在方法10的步驟15和方法20的步驟27中，選擇近似被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫的多面體單元之間的界面，以便生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格。該界面通常是平面的或近平面的；但是，在一些情況下，該界面可以是非平面。 為了選擇最佳地近似裂縫的多面體單元的界面，使用目標(biāo)函數(shù)。例如，目標(biāo)函數(shù)可以確定最接近裂縫的多面體單元，以便可以通過那些多面體單元之間的界面近似裂縫幾何形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以將不同準(zhǔn)則用作目標(biāo)函數(shù)的輸入。例如，該輸入可以只允許來自多面體單元的一個邊緣被用來定義裂縫的幾何形狀，只允許被選擇來定義裂縫的幾何形狀的多面體單元的兩個相鄰邊緣之間的關(guān)聯(lián)角的預(yù)定范圍，根據(jù)與每個裂縫的端點最接近的節(jié)點之間的加權(quán)最短路徑選擇多面體單元的邊緣，或它們的組合。而且，接近度可以通過裂縫與界面之間的歐幾里得距離來確定，或者，也可以通過非米制或非歐幾里得測量值形式來確定。在一些情況下，可以預(yù)處理通過裂縫的所有水平片(slice)，以便找出包括最佳地近似裂縫幾何形狀的多面體單元之間的界面的示范性水平片。可以使示范性水平片中多面體單元之間的界面垂直延伸，以將裂縫定義為水平層內(nèi)的平坦長方形結(jié)構(gòu)。另外，有裂縫地下儲層的區(qū)域可以包括諸如注入井或生產(chǎn)井的一個或多個井，并且可以類似地通過多面體單元的界面來近似這些井?！橛辛芽p地下儲層生成網(wǎng)格，就可以將它離散化，并且可以使用儲層模擬器進(jìn)行儲層內(nèi)的流體流動的模擬。存在許多用于進(jìn)行儲層模擬的商用產(chǎn)品，例如，Chevron的專有CHEARS 模擬軟件包，或khlumberger的ECLIPSE 儲層模擬器。另外，Chevron和 khlumberger共同擁有的INTERSECT 是可以用于模擬儲層內(nèi)的流體流動的另一種專有儲層模擬軟件包。為有裂縫地下儲層生成網(wǎng)格最好基本上是自動的。另外，網(wǎng)格分辨率可以是空間自適應(yīng)的。例如，可以在裂縫和井附近使用細(xì)化單元，而在其它地方使用更大的多面體單元以便提高效率。如果單元是四面體狀的，使得它們具有最長邊和與最長邊相對的邊，那么可以通過用在最長邊的中點和與最長邊相對的邊之間延伸的切面分割四面體單元來進(jìn)行細(xì)化。圖4描繪了四面體的一系列細(xì)化，如圖所示，四面體可以描述成定義每個立方體六個四面體單元的疊加均勻網(wǎng)格的一個單元。如圖所示，通過用在最長邊59的中點57和與最長邊59相對的邊61之間延伸的切面分割四面體51，可以將四面體51細(xì)化成四面體 53和四面體55。類似地，通過使用這種“最長邊”細(xì)化技術(shù)可以將四面體53進(jìn)一步細(xì)化成四面體63和四面體65。四面體63可以被進(jìn)一步細(xì)化成四面體67和四面體69。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以一直細(xì)化到裂縫或井附近的多面體單元被細(xì)化成預(yù)定數(shù)量。而且，在構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型之前，可以合并兩個或更多個多面體單元形成更大的多面體單元，以減少網(wǎng)格單元的數(shù)量。在一些實施例中，可以使用單個輸入?yún)?shù)調(diào)整網(wǎng)格生成系統(tǒng)和方法，以便在網(wǎng)格單元質(zhì)量與裂縫表示的近似之間取得適當(dāng)折衷。 按照本發(fā)明一些方面的網(wǎng)格生成系統(tǒng)和方法也不需要預(yù)處理裂縫組或顯性計算裂縫相交部分。圖5例示了根據(jù)本發(fā)明的一些方面為有裂縫地下儲層生成網(wǎng)格的系統(tǒng)100。系統(tǒng) 100包括用戶接口 110，以便操作人員可以主動輸入信息和觀察系統(tǒng)100的運行。用戶接口 110可以是諸如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏顯示器、或包括個人數(shù)字助理(PDA)在內(nèi)的手持圖形用戶接口(⑶I)的使得人們能夠與系統(tǒng)100交互的任何手段。通過用戶接口 110進(jìn)入系統(tǒng) 100的輸入可以存儲在數(shù)據(jù)庫120中。另外，系統(tǒng)100生成的信息也可以存儲在數(shù)據(jù)庫120 中。例如，數(shù)據(jù)庫120可以存儲有裂縫地下儲層的表示121，以及例如網(wǎng)格123的系統(tǒng)生成信息。系統(tǒng)100包括執(zhí)行多種操作的網(wǎng)格化軟件130。正如本文更詳細(xì)討論的那樣，網(wǎng)格化軟件130包括分解模塊131、界面選擇模塊133、細(xì)化模塊135、合并模塊137、和網(wǎng)格調(diào)整模塊139。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，系統(tǒng)100的運行不需要所有這些模塊。例如，在一些情況下，網(wǎng)格化軟件130可以只利用分解模塊131和界面選擇模塊133來生成網(wǎng)格。處理器140為系統(tǒng)100解釋執(zhí)行操作的指令，以及響應(yīng)預(yù)定條件生成運行網(wǎng)格化軟件130的自動指令。來自用戶接口 110和網(wǎng)格化軟件130兩者的指令被處理器140處理，供系統(tǒng)100
運行用。在某些實施例中，系統(tǒng)100可以包括向操作人員或向其它系統(tǒng)(未示出)提供信息的報告單元150。例如，報告單元150可以是打印機(jī)、顯示屏、或數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。但是，應(yīng)該明白，系統(tǒng)100無需包括報告單元150，可替代地，用戶接口 110可以用于向操作人員報告系統(tǒng)100的信息。例如，可以使用監(jiān)視器或像包括個人數(shù)字助理(PDA)在內(nèi)的手持圖形用戶接口(GUI)那樣的用戶接口設(shè)備向用戶直觀顯示輸出。諸如用戶接口 110、數(shù)據(jù)庫120、網(wǎng)格化軟件130、處理器140和報告單元150的系統(tǒng)100的任何部件之間的通信最好在通信網(wǎng)絡(luò)160上傳送。通信網(wǎng)絡(luò)160可以是實現(xiàn)信息傳送的任何手段。這種通信網(wǎng)絡(luò)160的例子目前包括計算機(jī)內(nèi)的交換器、個人區(qū)域網(wǎng) (PAN)、局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、和全球范圍網(wǎng)絡(luò)(GAN)，但不局限于這些。通信網(wǎng)絡(luò)160 也可以包括諸如光纖或無線射頻的用于連接網(wǎng)絡(luò)中的各個設(shè)備的任何硬件技術(shù)。在系統(tǒng)100運行時，操作人員通過用戶接口 110輸入數(shù)據(jù)(例如描述有裂縫地下儲層的有裂縫地下儲層的表示121)，以便存儲在數(shù)據(jù)庫120中。然后，啟動網(wǎng)格化軟件130 為模擬模型生成網(wǎng)格123。網(wǎng)格化軟件130使用分解模塊131，利用多面體單元分解有裂縫地下儲層的表示121。網(wǎng)格化軟件130使用界面選擇模塊133選擇近似被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的顯性離散裂縫的多面體單元之間的界面，以便生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格。細(xì)化模塊135、合并模塊137、和網(wǎng)格調(diào)整模塊139可以用于在網(wǎng)格單元質(zhì)量與裂縫表示的近似之間取得更適當(dāng)折衷。細(xì)化模塊135能夠細(xì)化裂縫和井附近的多面體單元， 使得界面選擇模塊133可以更好地用多面體單元的界面來近似裂縫和井的幾何形狀。合并模塊137可以組合兩個或更多個多面體單元，以便通過減少模擬模型所需的數(shù)值計算量來提高網(wǎng)格的效率。網(wǎng)格調(diào)整模塊139能夠在平衡網(wǎng)格的質(zhì)量和效率的同時優(yōu)化裂縫或井的近似。例如，網(wǎng)格調(diào)整模塊139可以掃描網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點，并且移動它們以便更好地近似裂縫和井的幾何形狀。描述裂縫或井的節(jié)點的移動可以響應(yīng)懲罰函數(shù)，以保證移動節(jié)點不會很大地負(fù)面影響網(wǎng)格的質(zhì)量。例如，如果網(wǎng)格調(diào)整模塊139確定應(yīng)該移動節(jié)點來改進(jìn)裂縫的近似，則懲罰函數(shù)能夠根據(jù)對網(wǎng)格質(zhì)量的負(fù)面影響約束節(jié)點的移動。也可以移動其它附近節(jié)點，以便提高新調(diào)整的多面體單元周圍的網(wǎng)格的質(zhì)量，由此使形變擴(kuò)大到更大區(qū)域上。網(wǎng)格調(diào)整模塊139也可以修改網(wǎng)格布局，以便在保持顯性離散裂縫的近似的同時提高網(wǎng)格質(zhì)量。例如，網(wǎng)格調(diào)整模塊139可以進(jìn)行邊緣翻轉(zhuǎn)，以便變更最差關(guān)聯(lián)多面體單元。例子圖6A是例示描述具有兩個水平層(未示出)和裂縫表示201的有裂縫地下儲層的區(qū)域200的例子。區(qū)域200包括40個用2D多邊形表示的離散裂縫203。在本例中，裂縫表示201內(nèi)的裂縫被表示成在水平層內(nèi)延伸的平坦長方形。穿過區(qū)域200的兩個水平層的裂縫從區(qū)域200的底部延伸到區(qū)域200的頂部。裂縫205代表由頂部水平層界定的裂縫， 裂縫207代表由底部水平層界定的裂縫，裂縫209穿過兩個水平層，以便從區(qū)域200的底部延伸到區(qū)域200的頂部。區(qū)域200是可以在方法10的步驟11和方法20的步驟21中提供的區(qū)域的例子。圖6B示出了按照本發(fā)明的一些方面，被選擇來近似區(qū)域200的裂縫表示201的多面體單元211的界面。具體地，與在方法10的步驟13和方法20的步驟23中進(jìn)行的操作類似，利用四面體單元分解區(qū)域200。像在方法10的步驟15和方法20的步驟27中進(jìn)行的那樣，通過四面體單元之間的界面來近似離散裂縫。如方法20的步驟四和31所述，對網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格調(diào)整，以便提高對裂縫近似的質(zhì)量。四面體單元的界面或邊緣描繪了可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的一部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以生成各種分辨率的網(wǎng)格，以便在單元數(shù)量、網(wǎng)格單元質(zhì)量與裂縫表示的近似之間取得適當(dāng)折衷。例如，圖7示出了使用各種分辨率為區(qū)域200 構(gòu)建網(wǎng)格的比較。具體地，圖7A是使用約54，000個四面體單元生成的，而圖7B是使用約 209，000個四面體單元生成的。如方法20的步驟四和31所述，對顯示在圖7A和7B中的網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格調(diào)整，以便提高對裂縫近似的質(zhì)量。圖8通過描繪例示被選擇來近似裂縫的四面體單元的網(wǎng)格的映射圖比較了以圖 7A和7B的分辨率生成的網(wǎng)格。具體地，圖8A描繪了使用約54，000個四面體單元生成網(wǎng)格的顯示在圖7A中的網(wǎng)格的映射圖，而圖8C描繪了使用約209，000個四面體單元生成網(wǎng)格的顯示在圖7B中的網(wǎng)格的映射圖。作為強(qiáng)調(diào)與如何在不同分辨率上通過每個網(wǎng)格中的四面體單元來近似裂縫有關(guān)的差異的參考，在圖8B中的映射圖中示出了描繪在圖6A中的裂縫表征的表示。區(qū)域213，215和217強(qiáng)調(diào)了圖8C的較精細(xì)分辨率如何能夠更好地捕捉特定的幾何復(fù)雜體，諸如相互接近但沒有相交的兩個裂縫013)、以小夾角相交的兩個裂縫 (215)、或幾乎穿過另一個裂縫的平面的一個裂縫(217)。圖9描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些方面的有裂縫地下儲層的大模擬模型，其中生成網(wǎng)格。具體地，該模擬模型包括在物理尺度上約為17mi X 1. 4mi X 1. Imi并包括1021個離散裂縫的區(qū)域。模擬模型的內(nèi)部體積被分解成四面體單元，最精細(xì)的四面體單元具有60米分辨率。四面體單元是使用自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化技術(shù)細(xì)化的。具體地，四面體單元是通過用在其最長邊的中點和與最長邊相對的邊之間延伸的切面來分割單元而細(xì)化的。通過四面體單元近似裂縫，以便通過四面體單元的三角形界面表示它們。具體地，通過顯示在圖9A中的70，000 個三角形界面或邊緣近似裂縫。單元的界面描繪了有裂縫地下儲層的網(wǎng)格的一部分。在圖 9A中還示出了網(wǎng)格外部的一部分。在圖9B中示出了網(wǎng)格的其余外部部分。整個網(wǎng)格被分解成約一百萬個四面體單元。圖10描繪了按照本發(fā)明的一些方面的顯示在圖9中的大模擬模型的另一種表示， 其中生成另一種網(wǎng)格。模擬模型300包括用標(biāo)號310表示的1230個離散裂縫、和47個當(dāng)前或未來計劃井(8個流體注入井320和39個生產(chǎn)井330)。參照圖11，采用顯示在圖1和2中的網(wǎng)格化技術(shù)來創(chuàng)建具有與離散裂縫310和井 320，330相符的自適應(yīng)空間分辨率的高質(zhì)量網(wǎng)格。為了在保持網(wǎng)格分辨率的同時減少網(wǎng)格單元的數(shù)量，如方法20的步驟33所述，合并多面體單元。網(wǎng)格340將模型300分解成 197，802個節(jié)點和344，805個精細(xì)尺度多面體單元350，以便捕捉裂縫網(wǎng)絡(luò)和井周圍的細(xì)節(jié)。具體地，305，751個基體和39，054個裂縫控制體定義了可以用于在儲層模擬器中模擬模型的893，987個流動連接。雖然圖9-11執(zhí)行公開在圖1和2中的網(wǎng)格化技術(shù)來構(gòu)建大模擬模型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些技術(shù)可以應(yīng)用于包括這些較大地下儲層的一個分區(qū)的各種尺度的地下儲層。 雖然在前面的說明中，結(jié)合本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例對本發(fā)明作了描述，并且為了例示的目的給出了許多細(xì)節(jié)，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯而易見，可以容易地對本發(fā)明加以更改，并且可以不偏離本發(fā)明的基本原理地對本文所述的一些其它細(xì)節(jié)作較大改變。
權(quán)利要求
1.一種生成用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的計算機(jī)實現(xiàn)的方法，該方法包括(a)提供有裂縫地下儲層和被表示在該有裂縫地下儲層內(nèi)的裂縫的表示；(b)構(gòu)建包括多個多面體單元的網(wǎng)格，所述多面體單元定義多面體單元之間的邊界上的單元間界面；(c)選擇與裂縫相鄰的多個單元間界面，以形成近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑；(d)將近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)；以及(e)輸出包括與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的連續(xù)界面路徑的網(wǎng)格，以便用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 提供一個井；選擇與該井相鄰的多個單元間界面，以形成近似該井的幾何形狀的界面井區(qū)域；以及將該界面井區(qū)域與預(yù)定井性質(zhì)相關(guān)聯(lián)，使得在步驟(e)中輸出的網(wǎng)格包括與預(yù)定井性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的界面井區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在步驟(c)的選擇與裂縫相鄰的多個單元間界面，以形成近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑之前，細(xì)化至少一個多面體單元。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述多面體單元是四面體，每個四面體具有最長邊和與最長邊相對的邊；以及所述細(xì)化至少一個多面體單元包括用在最長邊的中點和與最長邊相對的邊之間延伸的切面來分割四面體。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述細(xì)化至少一個多面體單元包括使用自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化技術(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述細(xì)化至少一個多面體單元響應(yīng)于迫近函數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述迫近函數(shù)確定每個多面體單元與從由裂縫、注入井和生產(chǎn)井構(gòu)成的組中選擇的與每個多面體單元相鄰的特征之一之間的距離。
8 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在步驟(e)輸出網(wǎng)格之前合并兩個或更多個多面體單元。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括識別節(jié)點的位置，所述節(jié)點通過兩個或更多個多面體單元共享的頂點來表征；以及優(yōu)化節(jié)點的位置。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述多面體單元是四面體。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在步驟(e)中輸出的網(wǎng)格上執(zhí)行控制方程的離散化來構(gòu)建模擬模型；以及利用儲層模擬器模擬所述模擬模型，以便直觀顯示有裂縫地下儲層內(nèi)的流體流動。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)定裂縫性質(zhì)定義網(wǎng)格內(nèi)的裂縫-裂縫、裂縫-基體、和基體-基體連接。
13.—種生成用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用戶接口，用于向系統(tǒng)輸入信息，該信息包括有裂縫地下儲層和被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的裂縫的表示；數(shù)據(jù)庫，配置成存儲包括來自用戶接口的輸入信息的數(shù)據(jù)；計算機(jī)處理器，配置成接收來自數(shù)據(jù)庫的存儲數(shù)據(jù)和響應(yīng)于所述存儲數(shù)據(jù)執(zhí)行軟件程序；以及可在所述計算機(jī)處理器上執(zhí)行的所述軟件程序，所述軟件程序包括(a)分解模塊，用于構(gòu)建包括多個多面體單元的網(wǎng)格，所述多面體單元定義多面體單元之間的邊界上的單元間界面；以及(b)界面選擇模塊，用于選擇與裂縫相鄰的多個單元間界面，以形成近似裂縫的幾何形狀的連續(xù)界面路徑，所述連續(xù)界面路徑與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)；其中，包括與預(yù)定裂縫性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的連續(xù)界面路徑的網(wǎng)格被輸出，以便構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述軟件程序進(jìn)一步包括從由如下構(gòu)成的組中選擇的模塊之一(c)細(xì)化模塊，用于根據(jù)確定每個多面體單元和與每個多面體單元相鄰的特征之間的距離的迫近函數(shù)，自適應(yīng)地細(xì)化多面體單元，所述特征是從由裂縫、注入井和生產(chǎn)井構(gòu)成的組中選擇的；(d)合并模塊，用于合并兩個或更多個多面體單元；以及(e)網(wǎng)格調(diào)整模塊，用于優(yōu)化網(wǎng)格內(nèi)節(jié)點的位置。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述界面選擇模塊進(jìn)一步選擇多個單元間界面，以形成近似井的幾何形狀的界面井區(qū)域，所述界面井區(qū)域與預(yù)定井性質(zhì)相關(guān)聯(lián)，使得輸出網(wǎng)格包括與預(yù)定井性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的界面井區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供了生成精確網(wǎng)格的計算機(jī)實現(xiàn)系統(tǒng)和方法，該精確網(wǎng)格可以用于模擬像有裂縫地下儲層那樣的高度復(fù)雜的地下儲層。提供有裂縫地下儲層和被表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的裂縫的表示。有裂縫地下儲層的表示被分解成多面體單元。選擇多面體單元之間的界面來近似被顯性表示在有裂縫地下儲層內(nèi)的離散裂縫。所選界面用于生成可以用于構(gòu)建有裂縫地下儲層的模擬模型的網(wǎng)格。
文檔編號G06T17/05GK102239507SQ200980148461
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者B·T·馬里森, 惠文洪 申請人:雪佛龍美國公司