[发明专利]用以产生非结构化网格且进行并行储集层模拟的机器、计算机程序产品和方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气储集层模拟，且更明确地说，涉及用以针对多种模拟模型大小实现油气储集层的可缩放并行处理的机器、计算机程序产品和方法。

背景技术

地下地质体或地层含有多阶段、多成分流体，且因此，原油储集层可含有石油、天然气、水和若干组成化合物，可对其进行建模以预测来自储集层的流体流，这也被称为储集层模拟。可在钻井之前或之后运行储集层模拟模型，以确定各种方法的生产速率等。

当前储集层建模技术创建由多个网格单元组成的储集层的数值网格，并处理每一网格单元的有限体积中的数据。因为储集层可能非常大且复杂，且网格单元可能数以百万计到超过十亿，因此模拟模型运行起来可能花费若干小时到数天。合乎需要的运行时间是以分钟计到最多几小时，因为历史匹配通常需要数百次运行。因此，沙特阿美石油公司(Saudi Aramco)的POWERS^TM程序被创建以使用并行计算来加速数据处理。如由POWERS^TM程序执行的并行计算将数值网格划分为多个域，其中每个域由多个网格单元组成。所述数值网格为结构化网格，这意味着可将每一网格单元描述为相同的，即每一内顶点是随固定数目个单元而来，且每一单元由固定数目个面和边界定。结构化网格可使用笛卡尔坐标(I，J，K)或某一其它类似映射方法来定位用于数据处理的网格单元。为了运行所述模拟，将使用地质模型(多孔性、渗透性等)描述的岩石性质以及岩层的几何形状和与井身有关的数据读取到每一计算机中。因为将域细分为若干有限体积或网格单元，所以接着为每一网格单元构造质量、动量和能量的守恒等式。这些平衡等式表示存储在网格块中的这些量因块间通量而产生的变化的离散时间速率，以及所述量因正被建模的物理和化学过程而产生的源汇，且因此这些平衡等式为涉及复杂函数的一组离散非线性偏微分等式。最后，通过将映射方法用于所述网格，每一计算机可安排与其它计算机的串扰以模拟经过所述域的流。图1展示其中安置有多边井的储集层的现有技术二维结构化网格。如可看到，每一网格单元是均匀的，与网格单元的地质特征或网格单元与井的接近性无关。

遗憾的是，储集层具有沉积成因，且具有多个层，所述层各处具有厚度和深度变化，其并不整齐地遵循结构化网格的图案。举例来说，一层可能因缺乏沉积或后续侵蚀而局部消失，这被称为尖灭。并且，随地质时间的过去的抬升(地壳的上升)和下陷(地壳的下降)可导致所述层的断层和压裂。除储集层的复杂性之外，可能将复杂的井钻入储集层中以从中提取流体，或将流体注入其中以维持压力或增强采油操作，即这些井可为多分支的。简单地说，结构化网格在这些情况下并不产生准确的流模型。为了准确性，需要经建立以表示地质层和井的更好的非结构化网格，其将表示断层、压裂、尖灭和井几何形状。

为了创建非结构化网格，将油气储集层细分为非均匀的基本有限体积，即网格单元或网格块。这些网格单元可具有可变数目的面和边，所述面和边经定位以尊重地质结构的物理边界以及嵌入储集层内的井几何形状。因此，这些地图可能非常复杂。非结构化网格化方法的实例包含维诺(Voronoi)图，即其中每一单元具有相比于任何其它维诺位点或点较靠近一个维诺位点或点的面和边的网格。图2是二维维诺网格的实例。虽然非结构化网格较准确地反映地质体的地质特征，但为了使用并行处理技术来执行非结构化网格模拟，必须用可由处理每一域的计算机存取的全局散列表代替全局坐标系(例如，(I，J，K)笛卡尔编索引)，以安排单元和域串扰。遗憾的是，用于具有例如数千万到超过十亿个单元的模型的全局散列表可压倒并行计算机中的每一者的存储器。

除现有技术储集层网格的问题之外，模拟具有多边井的储集层需要较多的数据输入并使用较复杂的算法，且用于这些类型的生产方法的模拟模型可能非常繁琐，即使使用POWERS^TM系统也是如此。这些等式的计算复杂性因通常为数千万到数亿个网格单元的地质模型大小而进一步复杂化。由于寻找对具有多阶段不连续性的数百万到几十亿个非线性偏微分等式的解是计算复杂度很高的，因此通常经由被称为尺度提升的过程(即，用于多个网格单元的岩石性质的平均化)以比地质模型粗略的尺度建立储集层模拟模型。虽然计算上较高效，但尺度提升使模拟模型变得不准确。非常希望开发可直接使用原始地质模型而无需尺度提升且同时可尊重复杂的井几何形状和地质学的模拟系统。

因此，本发明中的机器、方法和程序产品构成通过将非结构化网格用于复杂的储集层和多边井且在无尺度提升的情况下在地震尺度地质模型下使用结构化网格来进行所要模型大小(从小模型到超过十亿个单元的模型)的可缩放并行储集层模拟的促成技术。