近年来，用于估计自然资源储备和生产的计算和模拟过程已显著改善。在许多情况下，首先产生针对目标区域的地球模型。例如，地球模型可以表示油田的储层表征。然后可将地质单元模型应用于针对目标区域的地球模型以便估计流体可如何移动通过地球模型。可利用地质单元模型来做出针对估计储备、生产能力以及改善生产方案的生产预测。
需要大量的数据来执行不同类型的建模。此外，存在影响可创建的地球模型和流模拟的许多性质、参数和不确定性。为了适当地表征可能影响自然资源生产的每个参数和不确定性的影响力，通常模拟最大可能数量的场景。因此，流模拟可能需要大量的数据、用户和计算时间、以及计算资源以得出准确的结果。
附图说明
以下参考附图详细描述了本发明的系统和方法的说明性实施方案，附图以引用方式并入本文并且在附图中：
图1是根据说明性实施方案的流模拟环境；
图2示出根据说明性实施方案的由井筒穿透的多个地球地层层位；
图3示出根据说明性实施方案的用于流模拟的多个地球地层层位；
图4是根据说明性实施方案的用于实施基于CART代理流模拟的计算系统的框图；并且
图5是根据说明性实施方案的用于对岩石性质的地质统计实现进行排序的基于CART代理流模拟的方法的流程图。
具体实施方式
说明性实施方案提供一种系统、方法、以及非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括用于对地球地层的地质统计实现进行排序的基于分类与回归树(CART)代理流模拟的计算机可执行指令。如本文所定义，实现是影响受检环境(如储层)内的自然资源流的静态性质和动态性质的不同型式。实现可类似于岩石和地球组成性质的模拟。
说明性实施方案可利用用于统计预测的预测分析作为粗糙模型来代替有限的流计算。预测分析涵盖分析当前和历史事实以做出关于未来或未知事件(如储层的流特征)的预测、模型、或模拟的来自统计、建模和数据挖掘的多种技术和过程。CART也可以被称为递归分区。CART中所利用的决策树是由基于变量的规则集合形成，选择所述变量以便基于建模数据集中的因变量来最佳地区分观察结果。
说明性实施方案可允许以少量的次数或步骤(例如，在模拟30年的几个月后停止、或在模拟中停止等)执行流模拟，并且然后利用CART过程对结果进行处理以便在统计上确定全流模拟可显示的结果。代替利用有限方程和密集计算来执行流模拟，利用流模拟的初始或中间结果作为流模拟运行时将确定得出的结果的代理。因此，可以更迅速并且利用更少的计算资源来获得流模拟信息。可以数字、图形的方式或利用任何数量的其他输出格式向用户显示基于CART的结果。还可存储或进一步处理基于CART的结果。
随后可利用全流模拟来验证基于CART的流模拟的结果，以便证实所述结果并且确定更快速计算的准确性。较短的基于CART处理可允许用户、系统等迅速确定哪些区域值得全面分析或额外审查。此外，用户可能够在时间敏感的情况下做出重要决策并且更迅速地采取行动。
图1是根据说明性实施方案的流模拟环境100。流模拟环境100包括可用来执行本文所描述的系统和方法的许多装置、位置、系统以及设备。流模拟环境100还可包括储层101。储层101是可包括自然资源如原油、天然气或其他烃类的指定区域、位置或三维空间。说明性实施方案可包括可由任何数量的装置执行或可在任何数量的位置执行的计算和统计分析。例如，可利用固定的计算装置或利用无线装置在现场、场外、可移动的位置、总部执行计算。
在一个实施方案中，所述过程可利用逻辑如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路、计算机指令、代码、程序、或应用或软件、硬件和固件的任何组合来执行。
在一个实施方案中，流模拟环境100可包括网络102、无线网络104、设施106、个人计算机108、管理系统110、服务器112和114、数据库116、平板计算机118、无线装置120、膝上型计算机122以及移动计算系统124。
网络102可以是任何类型的计算或通信网络，包括以下网络中的一个或多个：广域网、局域网、一个或多个专用网络、互联网或公共网络、电话网络(例如，公共交换电话网络)、一个或多个蜂窝网络、云网络、虚拟网络、以及其他无线和数据网络。无线网络104是用于区域或局部通信的无线网络(例如，WiFi、4G、LTE、PCS、蓝牙、Zigbee、WiMAX、GPRS等)的一个实例。网络102和无线网络104可包括任何数量的网络节点、装置、系统、设备以及部件(未示出)，如路由器、服务器、网络接入点/网关、卡、线路、电线、交换机、DNS服务器、代理服务器、网络服务器、以及如本文所描述的用于协助数据/通信的路由和计算的其他网络节点和装置。
在一个实施方案中，移动计算系统124的集成部件或外部部件可被配置来通过井筒穿透地球地层以刺激、激励并测量地层的参数。可将一个或多个传感器或测井工具(例如，探针、钻柱测量装置、核磁共振成像器等)与移动计算系统124整合在一起或连接到所述移动计算系统124以执行日志记录、数据检索、数据存储、处理以及信息显示。例如，移动计算系统124可确定任何数量的静态性质和动态性质。静态性质和动态性质可包括压力、深度、温度、组成(例如，烃组成等级、测量值和统计值)、流体流速、流体组成、密度、孔隙率、位置和位移、深度等的测量值或变化。
个人计算机108、平板计算机118、无线装置120、膝上型计算机122以及移动计算系统124可执行局部程序或app以执行本文所描述的过程。在另一个实施方案中，可通过管理系统110、服务器112和114、或其他网络装置来执行基于CART的代理计算。例如，用户可利用无线装置120来提交信息和参数以在服务器112上执行计算，结果存储在数据库116中以供后续访问。数据库116可存储静态性质、动态性质、流模拟结果(例如，初始值、部分输出以及完整输出)、参数、配置、设置等。数据库116可由在流模拟环境中的任何数量的用户和装置访问以检索并更新数据。
在一个实施方案中，服务器112和114可通过网络102和无线网络104执行可用于流模拟环境100的任何装置的应用。例如，应用可显示用于接收参数、性质以及用于执行基于CART的分析的任何信息的用户接口。在一个实施方案中，服务器114是托管用于基于CART处理的应用的网络服务器，个人计算机108、平板计算机118、无线装置120、膝上型计算机122和移动计算系统124中的任一个可利用一个或多个浏览器来访问所述应用。
图2示出根据说明性实施方案的由井筒202穿透的多个地球地层层位200。地球地层层位200可表示任何数量的地面条件、环境、结构或组成。在一个实施方案中，地球地层层位200表示正在经历分析的储层。井筒202钻进地球地层层位200中以从地层提取井筒流体或气体。井筒202的尺寸、形状、方向和深度可基于条件和估计的可用自然资源而改变。井筒202可包括任何数量的支撑结构或材料、分岔路径、地面设备等。在一个实施方案中，可利用基于CART的流模拟来估计通过地球地层层位的流量。
图3示出根据说明性实施方案的用于流模拟的多个地球地层层位。在一个实施方案中，地层302可包括传递地层302的纵向范围的任何数量的层位。层位可以是地球地层层面的顶部表面，地球地层层面包括例如砂、页岩、石灰石等。可利用所描述的实施方案来确定地层302内的流体性质。
在一个实施方案中，地层可贯穿多个成熟模拟持续设定用于提取统计模式的时间。可利用统计模式作为基于CART代理分析的输入以做出多个预测。预测可基于预测变量，如孔隙率、渗透率、岩性信息、断裂信息、历史流信息和模拟等。可利用基于CART代理分析来回答关于孔隙率、储层组成含油饱和度、含气饱和度、含水饱和度等的问题。
图4是根据说明性实施方案的用于实施基于CART代理流模拟的计算系统400的框图。计算系统400可表示如图1所示的任何数量的计算或通信装置、系统或设备。在一个实施方案中，计算系统400可包括处理器402、总线404、存储器406、流模拟数据408、逻辑410、流模拟器412以及输出数据414。
处理器402是允许控制一组指令的执行的电路或逻辑。处理器402可以是微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元、或适于控制电子装置(包括一个或多个硬件和软件元件)、执行软件、指令、程序和应用、转换并处理信号和信息、以及执行其他相关任务的其他装置。处理器402可以是单个芯片或是与其他计算或通信元件集成的。
存储器406是被配置来存储数据以用于在稍后时间的后续检索或访问的硬件元件、装置或记录介质。存储器406可以是静态存储器或动态存储器。存储器406可包括硬盘、随机存取存储器、高速缓存、可移动介质驱动器、大容量存储器、或适合作为用于数据、指令和信息的存储体的配置。在一个实施方案中，存储器406和处理器402可以是集成的。存储器可使用任何类型的易失性或非易失性存储技术和介质。
总线404是在包括硬件和软件的计算系统400的各部件之间传递数据库的通信系统。例如，总线可以是一根或多根电线、迹线、光纤等。
流模拟器412表示执行完整的有限差分流模拟的逻辑或程序。流模拟数据408表示由流模拟器412产生的完全或部分流模拟数据。
逻辑410可表示用于执行分类和回归或其他形式的计算建模的ASIC、程序或指令。在一个实施方案中，逻辑410可利用包括回归树和分类树的预测树。还可利用其他形式的回归逻辑(例如，线性、多项式等)。利用多个输入，逻辑410被配置来确定或预测响应或种类。在每个内部节点处，逻辑可对输入中的一个进行测试并且可基于结果来选择用于进行分析的分支。在某些节点处，做出预测。可利用基于CART的逻辑来简单地模拟整个空间，如地球地层。可将输入数据细分成用于简化基于CART代理计算的集群或单元。单元的区域可一起表示邻域。在一个实施方案中，逻辑410可利用具有27个单元的3x3x3邻域。在另一个实施方案中，逻辑410可利用具有125个单元的5x5x5邻域或任何数量其他尺寸的邻域(例如，后退两个时间步骤而不是一个)。
流模拟器412可执行模拟持续设定用于提取统计模式(例如，孔隙率、渗透率、断裂信息、穿过流等)的时间，所述统计模式用作逻辑410的输入。
输出数据414表示由逻辑410产生的数据。输出数据414可表示由逻辑410确定的预测，所述预测是基于包括在流模拟数据408内的预测变量/输入来确定的。在一个实施方案中，由逻辑得出的基于CART的确定可以回答任何数量的问题，如地球地层或地球地层的指定部分的孔隙率是否高于8％、含水饱和度是否高于50％、是否存在页岩障碍。
图5是根据说明性实施方案的用于对静态岩石性质的地质统计实现进行排序的基于CART代理流模拟的过程的流程图。图5的过程可由计算装置或通信装置来实现。还可利用包括硬件、软件、固件或它们的组合的逻辑来实现所述过程。
所述过程可以建立储层的静态性质的第一实现(步骤502)开始。实现可以是执行多次(n)的第一组实现。在一个实施方案中，静态性质是孔隙率(Φ)和渗透率(k)。渗透率被扩展到静态性质中的相对渗透率曲线。在一个实施方案中，每个实现是具有针对每个块的孔隙率和渗透率值的块模型。例如，Φ(r,c,l)是针对第t时间步骤处的第r行、第c列和第l级的孔隙率。
然后，系统为第一实现分配动态特性的初始值(步骤504)。在一个实施方案中，动态性质是压力(P)、含水饱和度(Sw)、含油饱和度(So)以及含气饱和度(Sg)。实现可以是具有用于每个块和每个步骤的压力和饱和值的块模型。例如，So(r,c,l,t)是针对第t时间步骤处的第r行、第c列和第l级的含油饱和度。
然后，系统使用第一实现来执行全流模拟并且存储在每个时间步骤处计算的动态性质(步骤506)。例如，块(r,c,l)中的压力可随着流模拟的进行而改变。值P(r,c,l,to)、P(r,c,lt1)、...P(r,c,lt最终)与含水饱和度、含油饱和度和含气饱和度的随时间变化值一起存储。流模拟可以是全面的有限差分流模拟。在一个实施方案中，流模拟可以由油和气储层模拟器来执行，所述模拟器如由LandmarkGraphics公司开发、销售并维护的NEXUS。然而，可利用任何数量的流模拟软件或硬件。
然后，系统利用针对每个时间步骤的动态性质中的每一个来计算那个时间步骤的值与下一个时间步骤的值之间发生的变化(步骤508)。例如，在时间步骤20处块(r,c,l)中的压力即将发生的变化可计算如下：ΔP(r,c,l,t20)＝P(r,c,l,t21)–P(r,c,l,t20)。
然后，系统使用分类和回归树(CART)、利用在相同位置和时间以及附近位置和时间处的可能预测变量来预测动态性质(ΔP、ΔSw、ΔSg等)(步骤510)。在一个实施方案中，附近位置可包括需要进行预测的块。例如，可以同时对26个相邻块进行分析，并且可以对具有27个单元的同一组进行分析。例如，对于邻域中的54个块中的每一个，相关联的静态性质和动态性质连同它们的动态性质的变化可用作可能的预测变量。基于CART的决策可预测所提出的许多“是”和“否”问题的答案。决策树可包括数以百计的问题，并且即使具有所有这些问题，CART的计算分析仍然是较简单的量值。
然后，系统初始化动态性质(在t＝0处)并且使用分类和回归树来预测针对每一个实现从一个时间步骤到下一个时间步骤的动态性质的变化(步骤512)。从第一实现发展而来的CART预测用作全流模拟的快速代理，其可用于对其他n-1个实现进行排序。一旦经过排序，就可选择一小组代表性实现并且可通过全流模拟来确认它们的流性能。可利用一个或多个算法来处理快速代理输出以便以统计、图形或可视方式显示信息。例如，可利用随时间变化的建模系统(例如，图形、视频、图片等)来使动态性质的变化可视化以向用户展示流。
然后，可利用快速代理结果来确定那个位置处的势流，做出钻孔或生产决策或进行进一步分析。
概括地说，所公开的实施方案包括一种用于针对储层执行分类和回归树流模拟的方法、计算机程序产品以及系统。在一个实施方案中，一种计算机实现的方法针对储层执行CART流模拟。执行部分流模拟。针对每个时间步骤存储与部分流模拟相关联的动态性质。利用CART根据通过部分流模拟确定的所存储的动态性质来预测动态性质的变化。在一个实施方案中，确定与储层相关联的多个静态性质。建立与储层相关联的静态性质的多个实现。在一个实施方案中，多个实现中的每一个是块模型。在一些实施方案中，静态性质至少包括孔隙率和渗透率。各种实施方案包括在执行流模拟之前为与储层相关联的动态性质分配初始值。在一个实施方案中，所存储的动态性质包括在时间步骤之间确定的变化。在另一个实施方案中，对多个实现中的每一个进行排序。在替代实施方案中，选择多个实现中的两个或更多个。通过全流模拟来确认利用CART所确定的预测的动态性质变化。
在另一个实施方案中，一种非暂时性计算机可读介质包括计算机可执行指令，所述指令用于执行部分流模拟，针对每个时间步骤存储与部分流模拟相关联的动态性质，并且利用CART根据通过部分流模拟确定的所存储的动态性质来预测动态性质的变化。在一些实施方案中，一个或多个机器利用与储层相关联的静态性质来确定多个实现，并且为动态性质分配初始值。在一个实施方案中，静态性质至少包括孔隙率和渗透率，并且其中动态性质至少包括压力、含水饱和度、含油饱和度以及含气饱和度。在另一个实施方案中，一个或多个机器选择多个实现中的两个或更多个，并且通过全流模拟来确认利用CART确定的预测的动态性质变化。在又一个实施方案中，一个或多个机器对多个实现中的每一个进行排序。
另一个实施方案提供一种用于针对储层执行CART流模拟的系统。所述系统包括被配置来接收来自用户的输入的一个或多个计算设备、通过一个或多个网络与一个或多个计算装置通信的服务器、以及通过一个或多个网络与一个或多个服务器通信的数据库。服务器执行部分流模拟。服务器针对每个时间步骤将与部分流模拟相关联的动态性质存储在数据库中。服务器进一步利用CART根据通过部分流模拟确定的所存储的动态性质来预测动态性质的变化。在一个实施方案中，服务器利用与储层相关联的静态性质来确定多个实现。在一些实施方案中，静态性质至少包括孔隙率和渗透率，并且其中动态性质至少包括压力、含水饱和度、含油饱和度以及含气饱和度。在另一个实施方案中，服务器为动态性质分配初始值以便执行流模拟。在一些实施方案中，一个或多个计算装置表示个人计算装置和无线装置中的一个或多个。
除非上下文明确地指出，否则本文所用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”意欲同样包括复数形式。应进一步了解，本说明书和/或权利要求书中所用的术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”用于说明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。以上权利要求书中的所有手段或步骤加上功能要素的相应结构、材料、操作以及同等物意图包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的要素执行所述功能的任何结构、材料或操作。本发明的系统和方法的描述已经出于说明和描述的目的来提供，但是并非意图为详尽的或者使本发明限于所公开的形式。在不背离所描述系统和方法的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是明显的。选择并且描述实施方案以便解释系统和方法的原理和实际应用，并且使得其他本领域普通技术人员了解适合于所设想的具体用途的具有各种修改方案的各种实施方案。权利要求书的范围旨在广泛地覆盖所公开的实施方案以及任何此类修改。
先前的详细说明是针对用于实现系统和方法的少量实施方案进行的并且不旨在限制范围。以下权利要求书提出所公开的系统和方法的具有更大特殊性的多个实施方案。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于针对储层执行分类和回归树(CART)流模拟的计算机实现的方法，所述方法包括：
建立与所述储层相关联的静态性质的多个实现；
向所述实现中的第一个分配所述储层的动态性质的初始值；
使用所述第一实现来执行部分流模拟持续多个时间步骤以便确定所述储层的动态性质的中间值；
存储在所述部分流模拟的每个时间步骤处确定的所述储层的动态性质的所述中间值；以及
基于CART和根据利用所述第一实现执行的所述部分流模拟确定的所述储层的动态性质的所存储的中间值，针对利用所述多个实现中的每一个将要执行的全流模拟来预测所述储层的所述动态性质的变化。
2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中与所述储层相关联的所述静态性质用作预测变量，所述预测变量与所述CART一起用于预测所述动态性质的所述变化。
3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中预测包括：
利用所述CART和所存储的中间结果来做出关于在使用所述第一实现将要执行的全流模拟期间所预期的所述储层的动态性质的变化的预测；以及
利用针对所述第一实现做出的所述预测以针对每个剩余的实现将要执行的全流模拟来预测所述动态性质的变化。
4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述多个实现中的每一个是块模型。
5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述静态性质至少包括孔隙率和渗透率。
6.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其还包括：
在针对将要执行的所述全流模拟预测所述储层的动态性质的所述变化之前，针对所述多个实现中的每一个初始化与所述储层相关联的所述动态性质。
7.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述动态性质至少包括压力、含水饱和度、含油饱和度以及含气饱和度。
8.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述储层的动态性质的所述所存储的中间值包括在所述部分流模拟的时间步骤之间确定的所述动态性质的值中的一个或多个的变化。
9.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其还包括：
基于所述储层的动态性质的所预测的所述变化来对所述多个实现中的每一个进行排序。
10.根据权利要求9所述的计算机实现的方法，其还包括：
基于所述排序，针对将要执行的所述全流模拟来选择所述多个实现中的至少两个；
利用所选择的实现来执行所述全流模拟以便确定所述动态性质的最终值；以及
基于被确定为利用所选择的实现执行的所述全流模拟的结果的所述最终值，确认所预测的所述储层的动态性质的变化。
11.一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于针对储层执行分类和回归树(CART)流模拟的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由计算机执行时致使所述计算机执行操作，所述操作包括以下的操作：
建立与所述储层相关联的静态性质的多个实现；
向所述实现中的第一个分配所述储层的动态性质的初始值；
使用所述第一实现来执行部分流模拟持续多个时间步骤以便确定所述储层的动态性质的中间值；
存储在所述部分流模拟的每个时间步骤处确定的所述储层的动态性质的所述中间值；以及
基于CART和根据利用所述第一实现执行的所述部分流模拟确定的所述储层的动态性质的所存储的中间值，针对利用所述多个实现中的每一个将要执行的全流模拟来预测所述储层的所述动态性质的变化。
12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中由所述计算机执行的所述操作还包括用于以下的操作：在针对将要执行的所述全流模拟预测所述储层的动态性质的所述变化之前，针对所述多个实现中的每一个初始化所述动态性质。
13.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述静态性质至少包括孔隙率和渗透率，并且其中所述动态性质至少包括压力、含水饱和度、含油饱和度以及含气饱和度。
14.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中由所述计算机执行的所述操作还包括用于以下的操作：
针对将要执行的所述全流模拟选择所述多个实现中的至少两个；
利用所选择的实现来执行所述全流模拟以便确定所述动态性质的最终值；以及
基于被确定为利用所选择的实现执行的所述全流模拟的结果的所述最终值，确认所预测的所述储层的动态性质的变化。
15.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述用于选择所述多个实现中的至少两个的操作包括用于以下的操作：
基于所述储层的动态性质的所预测的所述变化来对所述多个实现中每一个进行排序；以及
基于所述排序来选择所述多个实现中的至少两个。
16.一种用于针对储层执行分类和回归树(CART)流模拟的系统，所述系统包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器耦接到所述处理器、在其中存储有指令，所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器执行操作，所述操作包括用于以下的操作：
建立与所述储层相关联的静态性质的多个实现；
向所述实现中的第一个分配所述储层的动态性质的初始值；
使用所述第一实现来执行部分流模拟持续多个时间步骤以便确定所述储层的动态性质的中间值；
存储在所述部分流模拟的每个时间步骤处确定的所述储层的动态性质的所述中间值；以及
基于CART和根据利用所述第一实现执行的所述部分流模拟确定的所存储的动态性质，针对利用所述多个实现中的每一个将要执行的全流模拟来预测所述动态性质的变化。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述多个实现中的每一个是表示与所述储层相关联的所述静态性质的块模型。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述静态性质至少包括孔隙率和渗透率，并且其中所述动态性质至少包括压力、含水饱和度、含油饱和度以及含气饱和度。
19.根据权利要求16所述的系统，其中由所述处理器执行的所述操作还包括用于以下的操作：在针对执行所述全流模拟预测所述储层的动态性质的所述变化之前，针对所述多个实现中的每一个初始化所述动态性质。
20.根据权利要求16所述的系统，其中存储在所述存储器中的所述指令与流模拟器应用相关联，所述流模拟器应用可由所述处理器执行并且可由一个或多个计算装置通过无线通信网络访问，并且基于通过所述无线通信网络从所述一个或多个计算装置接收的用户收入来初始化由所述处理器执行的用于执行所述流模拟器应用的所述操作。