一種斷層的地層建模方法與流程

不應用。

關于聯邦資助的研究或開發的申明

不應用。

背景

技術領域

本發明一般涉及油氣地質勘探領域。更具體地，本發明涉及斷層的地層建模方法。

背景技術：

在存在同沉積結構運動的環境中開發真實正演地層模型的顯著技術障礙之一為模型表示結構塊的橫向運動的能力。一個典型的示例是生長斷層，其中斷層之上先前沉積的沉積物(上盤)不僅向下運動，而且還從沉積物的源沿斷層移開。未捕獲沉積物的這些橫向位移將可能導致不真實的堆疊模式、錯誤的巖石性質分布，并且隨后顯著減少地層模型的適用性及其預測能力。

地層建模的起始點是網格化。網格化可以被描述為將3D地質體積分解成多個更小的且更簡單的3D體積的過程，所述更小的且更簡單的3D體積取決于所利用的離散和模擬技術而通常被稱為單元、有限體積、控制體積或有限元。因此，地層網格化技術將連續域分成離散的對應部分，所述離散的對應部分隨后可以用于通過離散描述流體流動、地質力學、或它們的組合的等式來構造地層模型。換言之，網格(結構化或非結構化)被施加在儲層或地球模型中的感興趣的區域上以定義多個單元(例如，非重疊的多面體單元)，每個具有與其相關聯的一個或多個未知性質，所述多個單元對儲層的形狀和幾何結構進行近似。所述未知性質用來表征儲層，并且可以包括，但不限于，諸如壓力、溫度或水飽和度的流體性質和諸如巖石巖性、滲透率或孔隙度的巖石性質。

在表示地層模型中的結構塊的橫向運動中的主要挑戰是需要可以同時高效地執行兩個基本任務的當前現有的網格化算法：(1)允許正演模型在計算域中的任意位置且在模擬期間的任意時間高效地訪問計算網格中先前沉積的沉積物，以對沉積物侵蝕和沉積過程進行建模；和(2)允許網格的任意部分的橫向和垂直運動真實地表示結構運動。盡管3D非結構化網格可以被重新網狀化以更真實地表示結構運動，但是該算法是計算昂貴的并且效率不高。更重要的是，3D全非結構化網對于正演地層模型可能不是最佳的，因為這種網通常需要大量的計算來供地層模型訪問存儲在網中的沉積信息。另一方面，結構化網格常用于正演地層模型，因為它提供了一種供地層模型從表面訪問存儲在任意位置的沉積信息的高效方法。然而，該網格不提供在不必依靠完全重新網格化的情況下執行網格的任意部分的橫向平移的任何可能性，如果必須頻繁地執行該操作這將是計算上昂貴的。

因此，需要改進的方法和系統，以使得正演地層模型能夠具有斷層作用。

技術實現要素：

公開了一種用于考慮到同沉積和/或沉積后斷層作用的正演地層模型的新的網格化方法。該方法的實施例可以提供對用于地層建模的網格中的個體單元的方便搜索和訪問，并且也可以提供分割和移動網格，包括針對斷層建模相對于彼此橫向地移動網格的各部分的能力。新的網格化算法可以表示塊結構的兩個橫向運動，并提供比得上用于訪問存儲在網格中的先前沉積的沉積物的正演地層模型的結構化網格的效率。所公開的方法的實施例通過對網格執行一組簡單的操作來考慮結構化運動。該操作通常是簡單的，并且可以不改變網格的整體拓撲結構。因此，該操作可以容易地重復并且網格的整體拓撲結構對于由正演地層模型的簡單訪問基本上保持不變。

在實施例中，計算機實現的斷層的地層建模方法包括(a)生成表示多個地下巖層的地層網格體積，所述地層網格體積包括斷層。該方法還包括(b)將所述地層網格體積分成多個網格子體積，其中每個子體積由下基準面和上基準面限定，其中每個網格子體積包括多個單元，其中每個單元僅相對于所述子體積的上基準面和下基準面在空間上限定。該方法包括(c)將每個網格子體積的上基準面和下基準面中的每個分離成下盤面部分表面和上盤面部分表面。此外，該方法包括(d)從每個網格子體積延伸每個基準面以跟蹤斷層。方法額外包括(e)將來自下盤部分的基準面分組在一起，以形成下盤面集合，并且將來自上盤部分的基準面分組在一起，以形成上盤面集合。此外，該方法包括(f)沿斷層移位所述下盤面集合和所述上盤面集合以對沿著斷層的運動進行建模，并且其中在計算機上執行(a)至(f)中的至少一個。

在另一個實施例中，計算機系統包括用于接收一個或多個用戶輸入的接口。該系統還包括存儲器資源。該系統還包括用于向人類用戶呈現通信信號和從人類用戶接收通信信號的輸入和輸出功能。此外，該系統包括用于執行程序指令的一個或多個中央處理單元，以及耦合到中央處理單元的程序存儲器，用于存儲包括程序指令的計算機程序，所述程序指令當被所述一個或多個中央處理單元執行時使所述計算機系統執行用于對一個或多個斷層進行地層建模的多個操作，所述多個操作包括：(a)生成表示多個地下巖層的地層網格體積，所述地層網格體積包括斷層。該操作還包括(b)將所述地層網格體積分成多個網格子體積，其中每個子體積由下基準面和上基準面限定，其中每個網格子體積包括多個單元，其中每個單元僅相對于所述子體積的上基準面和下基準面在空間上限定。該操作還包括(c)將每個網格子體積的上基準面和下基準面中的每個分離成下盤面部分表面和上盤面部分表面。此外，該操作包括(d)從每個網格子體積延伸每個基準面以跟蹤斷層。該操作額外包括(e)將來自下盤部分的基準面分組在一起，以形成下盤面集合，并且將來自上盤部分的基準面分組在一起，以形成上盤面集合。此外，該操作包括(f)沿所述斷層移位所述下盤面集合和所述上盤面集合以對沿著所述斷層的運動進行建模，并且其中在計算機上執行(a)至(f)中的至少一個。

在另一個實施例中，該方法被存儲在存儲有處理器可讀指令的非臨時性電子存儲介質上，其中所述指令被配置成使一個或多個處理器來執行斷層的地層建模方法，該方法包括(a)生成表示多個地下巖層的地層網格體積，所述地層網格體積包括斷層。該方法還包括(b)將所述地層網格體積分成多個網格子體積，其中每個子體積由下基準面和上基準面限定，其中每個網格子體積包括多個單元，其中每個單元僅相對于所述子體積的上基準面和下基準面在空間上限定。該方法還包括(c)將每個網格子體積的上基準面和下基準面中的每個分離成下盤面部分表面和上盤面部分表面。此外，該方法包括(d)從每個網格子體積延伸每個基準面以跟蹤斷層。該方法額外包括(e)將來自下盤部分的基準面分組在一起，以形成下盤面集合，并且將來自上盤部分的基準面分組在一起，以形成上盤面集合。此外，該方法包括(f)沿所述斷層移位所述下盤面集合和所述上盤面集合以對沿著所述斷層的運動進行建模。

前述內容已相當廣泛地概述了本發明的特征和技術優點，以便本發明隨后的具體實施方式可以被更好地理解。本發明的附加特征和優點將在下文中描述，其形成本發明的權利要求的主題。本領域技術人員應當理解，所公開的概念和具體實施例可以容易地用作修改或設計其它結構以執行本發明的相同目的的基礎。本領域技術人員還應當意識到，這種等效構造并不背離如隨附權利要求中所闡述的本發明的精神和范圍。

附圖說明

對于本發明的優選實施例的具體實施方式，現在將參考附圖，其中：

圖1A示出了可以與所公開方法的實施例一起使用的示例性地層網格體積；

圖1B示出了以可以與所公開方法的實施例一起使用的網格子體積示出的示例性地層網格體積。

圖1C示出了在所公開方法的實施例中的基準面的劃分；

圖1D示出了在所公開方法的實施例中的基準面的延伸；

圖1E示出了在所公開方法的實施例中的基準面的分組；

圖1F示出了在所公開方法的實施例中的基準面的分組；

圖1G示出了在所公開方法的實施例中的上盤面集合的建模運動；

圖1H示出了在所公開方法的實施例中添加另一網格子體積來對沉積進行建模；

圖1I示出了在所公開方法的實施例中，基準面從添加的網格子體積的延伸；

圖2示出了概述所公開方法的實施例的流程圖；

圖3示出了可以用所公開方法的實施例進行建模的不同斷層；以及

圖4示出了可以結合所公開方法的實施例使用的系統的示意圖。

符號和命名

某些術語貫穿以下的說明書和權利要求使用來指代特定的系統組件。本文不意圖在名稱不同但功能相同的組件之間進行區分。

在下面的討論和權利要求中，術語“包括”和“包含”是以開放式的方式使用，并且由此應當被解釋為意指“包括，但不限于......”。此外，術語“耦合”或“耦接”意圖表示要么間接連接要么直接連接。因此，如果第一設備耦合到第二設備，則該連接可以是通過直接連接，或者通過經由其它設備和連接的間接連接。

具體實施方式

現在參照附圖，將描述所公開方法的實施例。作為一個開端問題，該方法的實施例可以以多種方式來實現，如將在下面更詳細地描述的，包括例如作為系統(包括計算機處理系統)、方法(包括計算機實現的方法)、裝置、計算機可讀介質、計算機程序產品、圖形用戶界面、門戶網站或有形地固定在計算機可讀存儲器中的數據結構。所公開方法的多個實施例在下面討論。附圖僅示出了所公開方法的典型實施例，因此不應被視為對其范圍和廣度的限制。

在實施例中，該方法包括，不同于每個單元的絕對空間位置(x，y，z)被明確限定的常規網格，網格的全局結構可以使用參數化方案來表示。根據該參數化方案，網格體積的至少一部分的空間轉換可以通過改變由網格體積100表征的幾個參數來實現。由于需要改變的參數的數目可以比網格中表示的單元的總數小多個數量級，因此隨后該算法在表示不同巖層或結構的橫向和縱向運動方面可以是非常高效的。

現在參照圖1A-1H和圖2，在實施例中，計算機沉積模型生成可以包括一個或多個地下巖層或結構的地層模型網格體積100，所述一個或多個地下巖層或結構表示感興趣的地下區域的建模的地下地形或物理特征。可以使用用于生成這種對本領域技術人員眾所周知的模型的任何計算機沉積模型或技術。例如參見，Tetzlaff，D.M.和Harbaugh，J.W.，Simulating Clastic Sedimentation,Van Nostrand Reinhold,New York,NY 10003,137-153頁,(1989)。網格100可以由一組網格子體積101A-101C組成。可以按邏輯順序的方式布置網格子體積101a-101b。換句話說，如果在全局位置(x_g1，y_g1)處網格子體積101a在另一網格子體積101b之上，則在計算域內的任何其它全局位置(x_g2，y_g2)處網格子體積101a也將在網格體積101b之上。網格子體積的一個示例是如圖1A中所示的表面102和表面104之間的體積101a。

這里，圖1中所示的表面102、104和106可以被限定為用于說明目的的基準面。在圖1B中以抽取形式表示的網格子體積101a可以由底部的基準面104和頂部的基準面102以及單元107的陣列105組成。在一個實施例中，單元的陣列可以在網格體積中的每個本地限定的網格上空間地布置。在實施例中，網格可以是規則的直線網格。也可以在所公開方法的其它實施例中考慮單元的其它布置。在基準面中的每個上，可以定義局部坐標系。局部坐標系的原點(0,0)的全局位置(x_g，y_g)可以是與所述基準面中的每個相關聯的參數中的兩個。基準面也可以在局部直線網格的每個點處包含全局z值，即z(i，j)，其中i、j可以是與每個網格體積相關聯的本地規則網格的索引。每個單元陣列105可以由垂直堆疊或排列的任意數目的單元組成。陣列105中的每個個體單元107可以具有不同的厚度。單元的數目也可以在不同的單元陣列105中變化。此外，每個單元可以是不同的幾何結構或多面體形狀，諸如但不限于，立方形、金字塔形等。除了所有的沉積和沉積作用信息(諸如不同尺寸的沉積物的體積比例、沉積時間和其它非網格有關的信息)，厚度值也可以被存儲在每個單元107中。

為了訪問存儲在單元中的任何沉積和其它信息，全局坐標(x_g，y_g)首先映射到網格子體積的局部坐標(i，j)。即，個體單元107坐標可以相對于網格子體積(例如，101a)的基準面來限定。局部坐標系可以用矢量R定義在上基準面(例如102)上，該矢量R定義了從局部坐標系向全局坐標系的坐標轉換。局部2D(在上基準面的地圖視圖中)網格也可以定義在上基準面(例如102)上。該2D網格可以是結構化的或非結構化的。在兩個基準面(例如102和104)之間，添加單元107來表示地下巖層中的沉積物。每個單元107可以具有在上基準面(例如，102)上限定的2D網格單元的形狀。

可以從單元堆的頂部訪問單元107直到達到恰當的深度。由于在正演地層建模中，單元的訪問可以是順序的，即在需要底部單元中的信息之前可能首先侵蝕頂部單元，該算法是非常高效的。此外，由于單元不包含任何全局空間信息，而僅包含相對于基準面限定的空間信息，因此可以僅僅通過改變基準面上的(x_g，y_g)的值和Z(i，j)的值來完成任何特定單元的平移或移動，而不需要修改存儲在單元中的任何空間值。

在實施例中，為了對斷層或斷層運動進行建模或模擬，表面102a-1可以沿待用于將當前的網格劃分成分離的部分或構成部分的斷層109和/或滑脫面(detachment plain)延伸。如在圖1A-1J中所示，斷層109被描繪為直的對角平面。然而，可以對任意幾何結構的斷層進行建模。例如如圖3所示，該斷層可以是以任意方向成角度的彎曲的309B，可以具有起伏的表面，可以具有不止一個段309A等。用戶可以輸入斷層參數，諸如斷層幾何結構、表面的數目、斷層運動矢量等。在其它實施例中，斷層109的幾何結構可以基于參數、地質輸入或地質原理來建模。

一個表面可以在斷層面下方(例如，正斷層的下盤側110a)延伸，且其它表面在斷層面上方(例如，正斷層的上盤側110b)延伸，如圖1D所示。為了邏輯地完全分離網格，斷層面延伸超出每個網格子體積101a。在實施例中，斷層面可以被延伸，以便在地層網格體積100的邊界處終止。

在實施例中，如上所述構造的斷層面可以被用于將與該斷層面相交的基準面中的每個劃分成分離的構成部分或部分，如圖1C所示。在斷層面下方的表面形成一個基準面集合，其可以被稱為下盤面集合。在圖1C所示的示例中，它們被標記為102a、104a和106a。在斷層面之上的構成部分形成另一基準面集合，其可以被稱為上盤面集合，其被標記為102b、104b和106b，如圖1C所示的示例中所示。

在實施例中，該方法包括延伸沿著斷層109的底部或下盤側110a在斷層面下方的基準面集合以及該斷層的另一側上的最低基準面，如圖1D所示。在這個示例中，表面延伸至下或左斷層面下方并且延伸穿過表面106b。這個新的延伸表面102a-1(圖1E中描述為額外的粗線)可以用作對沿著斷層109的運動進行建模的新的基準面。此延伸針對斷層109下方的所有其它表面(例如，圖1E中的104a-1和106a-1)進行重復。

類似地，在斷層109之上或右方的基準面可以沿斷層面110a的頂部或右側延伸，并進一步在最高基準面102a的頂部上延伸，如圖4所示。網格現在被配置為各個網格子體積109沿斷層109運動。

如由用戶輸入參數(例如位移矢量、位移速率、位移方向等)所確定的，每個網格子體積沿斷層109的運動可以被縱向和橫向地建模，如圖1G所示。根據用戶輸入，左或下盤側基準面(102a、104a和106a)可以“向上”或“向下”移位，而右或上盤面(102b、104b和106b)可以“向上”或“向下”移位。移位的距離(即位移)和移位的方向可以通過用戶輸入來確定，或者替代地，可以被建模或模擬。在實施例中，延伸斷層面可以被視為剛性表面。用戶可以指定網格子體積的上盤側和網格子體積的下盤側兩者的橫向位移。在模擬的運動之后，上盤側中的最低基準面(例如106b)可以通過使用z(x_g,y_g)＝z(x_g,y_g)-dz(x_g,y_g)改變該基準面上的z坐標來懸掛在延伸斷層面的頂部上，其中dz(x_g,y_g)為最低基準面和所述延伸斷層面之間的間隙。相同的操作可以應用于上盤側中的所有基準面。在下盤側中，在模擬或建模的運動之后，下盤側中的最高基準面(例如102a)可以通過使用z(x_g,y_g)＝z(x_g,y_g)+dz(x_g,y_g)改變該基準面上的z坐標來在延伸斷層面之下向右上懸掛，其中dz(x_g,y_g)為所述延伸斷層面和下盤側上的最高基準面之間的間隙。僅用于說明目的，在圖1G中，上盤側表面已經沿斷層109的上盤側表面110B“向下”移位。

在實施例中，在對由于斷層109導致的移位進行建模之后，可以向網格100添加附加的網格子體積111a以對附加的沉積進行建模。為了將新的網格子體積添加到現有的網格100，新的網格體積111a可以被放置在現有的網格體積101a的頂部上，如圖1H所示。新添加的網格子體積的基準面112可以與現有的斷層109相比較。基準面低于斷層面的部分與基準面高于斷層面的其余部分分離以形成基準面112a-1，如圖1I所示。與斷層面下方的基準面相關聯的網格子體積可以被添加到左側的基準面集合，并且與斷層面之上的基準面相關聯的網格子體積可以被添加到右側的基準面集合。新沉積的基準面(例如112a-1)然后可以與其它現有的基準面(例如102a-1、104a-1等)一起沿斷層運動或移位。可以通過根據需要添加附加的網格子體積并重復圖2中的205至213來對附加的沉積(即附加的子體積)進行建模。

當斷層109不再活動(即，其中網格子體積不再按照用戶輸入、其它參數或模型沿斷層面運動)。在實施例中，一些相鄰的網格子體積可以組合并且與這些組合的網格子體積相關聯的基準面可以被移除，以減少基準面的總數，其可進一步提高代碼的效率。

圖4示出，根據實施例計算機系統20的示例，其可以執行在本說明書中描述的操作來執行在本說明書中所公開的操作。在本示例中，系統20是通過包括通過網絡的方式連接到服務器30的工作站21的計算機系統來實現的。當然，與本發明結合使用的計算機系統的特定架構和構造可以有很大的不同。例如，系統20可以由單個物理計算機(諸如常規工作站或個人計算機)來實現，或者可替換地通過在多個物理計算機之間以分布式方式實現的計算機系統來實現。因此，圖4所示的廣義架構僅僅是通過示例的方式提供的。

如圖4所示并且如上面提到的，系統20可以包括工作站21和服務器30。工作站21包括耦合到系統總線的中央處理單元25。也耦合到系統總線的是輸入/輸出接口22，其是指那些接口資源，通過該接口資源外圍功能P(例如，鍵盤、鼠標、顯示器等)與工作站21的其它組成接口。中央處理單元25指的是工作站21的數據處理能力，并因此可以通過一個或多個CPU內核、協處理電路等等來實現。中央處理單元25的特定構造和能力是按照工作站21的應用需求來選擇的，這種需要最低限度包括執行本說明書中描述的功能，并且還包括如可以由計算機系統執行的這種其它的功能。在根據該示例的分配系統20的架構中，系統存儲器24耦合到系統總線，并提供可用作用于存儲輸入數據和由中央處理單元25執行的處理結果的數據存儲器，以及可用作用于存儲待由中央處理單元25在執行這些功能中執行的計算機指令的程序存儲器的期望類型的存儲器資源。當然，這種存儲器布置僅作為示例，應理解，系統存儲器24可以在分離的物理存儲器資源或全部或部分分布在工作站21外部的物理存儲器資源中實現這種數據存儲器和程序存儲器。此外，如圖5所示，參數輸入28可以經由輸入/輸出功能22輸入，并存儲在本地地或經由網絡接口26對工作站21可訪問的存儲器資源中。

工作站21的網絡接口26是通過其工作站21訪問網絡上的網絡資源的常規接口或適配器。如圖7所示，工作站21已經經由網絡接口26訪問的網絡資源包括服務器30，其駐存在局域網、或諸如內聯網的廣域網、虛擬專用網上，或在因特網上，并且其通過這些網絡布置之一和對應的有線或無線(或兩者)通信設施對工作站21可訪問。在本發明的實施例中，服務器30是在一般意義上類似于工作站21的計算機系統的常規架構的計算機系統，并因此包括一個或多個中央處理單元、系統總線和存儲器資源、網絡接口功能等等。根據本發明的這種實施例，服務器30被耦合到程序存儲器34，其是存儲可執行計算機程序指令的計算機可讀介質，在本說明書中描述的操作由分配系統30根據該可執行計算機程序指令來執行。在本發明的實施例中，這些計算機程序指令根據從工作站21傳送的輸入數據來由服務器30執行，例如以“基于web的”應用的形式執行，以創建傳送到工作站21以供外部設備P以對工作站的人類用戶有用的形式顯示或輸出的輸出數據和結果。此外，庫32也對服務器30(并且或許是工作站21通過局域或廣域網)可用，并存儲如可能在分配系統20中有用的檔案或參考信息。庫32可以駐存在另一局域網上，或者可選地經由因特網或一些其它廣域網可訪問。預期的是，庫32也可以是對整個網絡中的其它關聯的計算機可訪問的。

測量、庫32和程序存儲器34物理地駐存的特定存儲器資源或位置可以在對分配系統20可訪問的各個位置處實現。例如，這些數據和程序指令可被存儲在服務器30內、工作站21內的本地存儲器資源中，或在這些功能網絡可訪問的存儲器資源中。此外，這些數據和程序存儲器資源中的每個本身可以在多個位置之間分布。預期的是，本領域技術人員將能夠容易地以針對每個特定應用的適當方式實現對與本發明的實施例相連有用的可適用測量、模型和其它信息的存儲和檢索。

例如，根據本實施例，以舉例的方式，系統存儲器24和程序存儲器34分別存儲由中央處理單元25和服務器30計算機可執行的計算機指令，以執行在本說明書中描述的所公開的操作，通過該操作基準面可以沿著斷層移位或運動。這些計算機指令可以為一個或多個可執行程序的形式，或從其導出、組合、解釋或編譯一個或多個可執行程序的源代碼或更高級別的代碼的形式。取決于所期望的操作待執行的方式，可以使用多個計算機語言或協議中的任何一個。例如，這些計算機指令可以用常規的高級語言編寫，要么作為常規的線性計算機程序要么布置為以面向對象的方式執行。這些指令還可以被嵌入更高級別的應用內。這種計算機可執行指令可以包括程序、例程、對象、組件、數據結構、以及可以用于執行特定任務和處理抽象數據類型的計算機軟件技術。將理解的是，所公開的方法的范圍和基本原理并不局限于任何特定的計算機軟件技術。例如，可執行的基于Web的應用可以駐存在對服務器30和諸如工作站21的客戶端計算機系統可訪問的程序存儲器34處，以電子表格的形式從客戶端系統接收輸入，在web服務器處執行算法模塊，并以一些方便的顯示或打印的形式向客戶端系統提供輸出。預期的是，參考本說明書的本領域技術人員將能夠容易地以對期望的安裝合適的方式實現本發明的實施例，而無需過度的實驗。可替代地，這些計算機可執行軟件指令可以駐存在局域網或廣域網上的別處，或經由一些網絡接口或輸入/輸出設備通過電磁載波信號上的編碼信息的方式從更高級別的服務器或位置可下載。計算機可執行軟件指令可能最初被存儲在可移除或其它非易失性計算機可讀存儲介質(例如，DVD盤、閃存等)上，或以軟件包的形式作為電磁載波信號上的編碼信息可下載，分配系統20根據軟件包以對軟件安裝方便的方式安裝該計算機可執行軟件指令。

雖然本發明的實施例已被示出和描述，但其修改可以通過本領域技術人員在不脫離本發明的精神和教導的情況下作出。本文所描述的實施例和提供的示例僅是示例性的，并且不旨在進行限制。本文所公開的本發明的許多變化和修改是可能的并且在本發明的范圍之內。因此，保護范圍不受上述說明書的限制，而是僅由下面的權利要求限制，其范圍包括權利要求的主題的所有等效物。

對參考文獻的討論并不是承認其是本發明的現有技術，特別是可能具有在本申請的優先權日之后的公開日期的任何參考文獻。所有專利、專利申請的公開內容以及本文所引用的出版物在此通過引用全部并入本文，在某種程度上，它們為本文所闡述的那些提供示例性的、程序上的或其它補充性的詳情。