[发明专利]物理系统及其不确定性的分级建模

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年4月6日提交的美国临时专利申请61/321358的权益，其标题为HIERARCHICAL MODELING OF PHYSICAL SYSTEMS AND THEIR UNCERTAINTIES，其全部内容包括在此以供参考。

技术领域

本发明涉及数值优化，其中确定数值模型的自由参数，以便最终预测最小化或最大化，本发明用于评估、计划和/或管理物理系统。

背景技术

本节介绍本技术领域的不同方面，其可与公开的技术和方法关联。本节的结尾处提供了窗口文件的列表，并在下面引用。该讨论包括参考文献被认为辅助提供促进更好理解本公开特定方面的框架。因此，本节应在该前提下阅读而不必当作对现有技术的承认。

在石油或天然气储层开发和管理中所做的决策对经济结果是重要的。开发计划包括关于产量设施和潜在的后续延伸和连接的尺寸、时序和位置的决策。分配给每个油田中要钻探和完工的油气井设施和时序的数目、位置、路径也是重要决策。储层管理决策包括运营策略，如注入方案、井间生成率的分配、井加工处理（working over）、以及钻探新井。为获取或配置精确评估资源的经济潜力有重要性。这些决策/评估由于不确定性变得极为复杂，不仅是储层特性的不确定性，而且包括井以及设施特性的不确定性，和/或经济条件。帮助改进储层开发和管理的决策系统应解决不确定性。

精确的储层开发和管理决策依赖于精确的储层、井、设施和响应这些决策的经济特性（系统）的预测。除了最简单的情形，这些决策依赖于评估影响相关特性的特性，且确定特性和特性之间的关系要求数值建模。改善的计算机性能最佳可包括在模型中的细节的量，且该增加的细节可导致更精确的储层和流体特性的预测，导致表示关键特征的复杂的、精密标度（米或更低量级）的模型。另一方面，不确定性的表示驱动对表示全范围参数空间的模型系综的需求。同时，给定计算技术的状态，产量情形的优化可要求使用代表性的、但更快运行的模型，这必然是较低详细的。因此同时需要详细的（“高保真度”）模型和高速模型。如果高速模型可校准并与高保真模型关联，则可满足对精度和速度的需求。然而，生成和校准模型可产生问题。该问题被不确定性的存在放大，因为在该情形中，不确定性表示也必须在以许多模型的高速表示和新模型的高保真表示之间校准，且在这些水平之间传播。因此，需要建模系统，该建模系统是精确的快速的，因此可使开发计划和储层管理决策可靠和快速。精确性最终是根据相关预期的（所有可能的不确定结果的加权平均值）作为应用于其上的条件和控制函数的储层流动响应确定的。

现有方法中，模型输入倾向于以点对点方式处理。地震数据用于定义地下区域的结构，地理信息用于构建地层及其特性、等等。正常情形下，基于直觉和经验，模型适于当前需求。当不同的个体工作于不同物理方面时，建立不同模型，然后其需要组合到单个模型中。虽然有某些软件应用程序允许集成建模储层和设施（Beckner等人），该领域中许多工作都聚焦于将物理模型集合到一起。需要更系统的建模方法，其包括相关物理学和不确定性。

在某些复杂情形中，难于将以下面的方式提出的问题公式化，即，甚至单个、确定性模型可以合理时间量运行。然而，具有充分经验和判断的工程师通常可以充分的努力发现建立好模型或建立能够调节/校正从而确定充分精确结果的方式。为了探索不确定性空间，要求建立大量（数百、数千、或更多）模型，但这些可“出租”给大量中央处理单元（CPU）并分开解决。

另一方面，优化技术太差具有非常差的优化问题尺寸的性能（如，要确定的决策数目）特征，通常成几何甚至幂指数增加。优化技术通常要求在大量情形（数百、数千、或更多）中生成模型结果。因此，当为单个确定性情形应用优化技术时，表示系统要优化从而运行更快的模型是有用的，如少于一CPU秒。在优化或不确定性评估中，精确但快速的模型有助于获得正确的答案。当试图评估优化和不确定性时，快速模型几乎只在最琐碎情形中有帮助。图1示出模型细节（沿水平轴12测量的）和不确定性细节（沿垂直轴14测量的）之间平衡的图形表示。有角度的线16表示计算能力限制。有角度线的位置取决于使用的计算系统。图1示出增加某些细节（沿水平轴1）限制可建模（沿垂直轴14）的不确定性范围，且增加不确定性细节限制可明确建模的物理细节。