浊流的重叠多层深度平均流动模型的制作方法

专利名称：浊流的重叠多层深度平均流动模型的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及计算和模拟浊流，更具体地涉及有效地计算和模拟这样的浊流，其具有包含显著量细粒物质的双峰或者多峰分布的沉积混合物。
背景技术：
这部分旨在介绍可能与本发明的实施方式相关的此领域的各个方面。参考文献的列表提供在这部分的末尾并且可能在下文中参考。该讨论，包括参考文献，被认为有助于提供概念性框架以帮助更好地理解本发明的具体方面。因此，这部分应当这样进行阅读，并且不一定作为对现有技术的承认。在油气工业中，将关于地下储层的数据和信息输入基于物理学和过程的模型，该模型然后用于建立地质学模型，辅助储层解释和表征，并且进行多预案(multi-scenario) 产生和不定性量化。当所关注储层形成于限制的环境中或者封闭的类似盆地的情况中时， 该技术在油气工业中变得尤其重要。流体流动的一个特征被称为浊流(turbidity current)，其可以被定义为由具有较高密度的流体——因为其包含悬浮的沉积物——产生的底部流动流。浊流(在本文也被称为浊流(turbidity flows))典型地是间歇性的，但是其拥有相当大的侵蚀力并且运输可观体积的沉积物。浊流本质上是三维的。在天然浊流中，具有大的颗粒尺寸的沉积物如沙， 通常在该流的底层运输，而具有较小颗粒尺寸的沉积物如粘土和页岩，更加均勻地贯穿整个流层运输。这在

图1中示出，图1是固体表面诸如河床11上方的浊流10的侧面正视图。 在12示出混浊水和清澈水之间的边界，在流体流动中较高的位置。浊流的下部区域13可以被称为含沙部分，因为由此运输的大多数沉积物具有大的颗粒尺寸。浊流的上部区域14 可以被称为多泥部分，因为由此运输的大多数沉积物具有较小的颗粒尺寸。由叠加的沉积物浓度曲线(profiles) 15、16图解浊流的下部和上部区域运输的沉积物的量，曲线15和16 分别代表泥和沙的相对浓度，其作为流深度的函数。沉积物浓度曲线15、16被用于限定浊流的上部区域14和下部区域13之间的边界17并且作为其间的分界线。从图1可以容易看出该分界线或者沉积物运输类型的成层现象。成层现象对流动特征、流和下面地形之间的相互作用、以及流动形成的沉积物的形状和空间分布具有显著影响。当浊流发生在限制的环境中时，该影响尤其强烈。图2描绘深水道21中的分层浊流20的截面图。主要流动方向垂直于该图并且从该图流出。当来自清澈/混浊的水边界22上方的清澈的水被夹带或者掺入边界22下方的浊流时，总的流动厚度通常大于深水道21的深度Z。因此，浊流20 溢出该通道，如箭头23所示。因为浊流的多泥部分M和含沙部分25的成层现象(如由各自的沉积物浓度曲线26和27再一次表明的)，仅与浊流的多泥部分M相关的细粒度物质被运输至通道外，而与含沙部分25相关的相对较粗糙的物质被全部保留在通道中。该方法被称为流动剥离(flow stripping)。如果没有成层现象，或者如果流动模型不会或者不能解释成层现象，那么可预测从通道溢出的浊流包含来自浊流的含沙部分25和多泥部分M 二者的沉积物。尽管在限制的环境中——其中流和周围边界之间的相互作用最强，成层现象对浊流中沉积物的运输和沉积的影响是最显著的，但是影响不限于仅流动被限制的那些情况。 如果在浊流下面的地形存在显著变化，那么成层现象也可引起流的含沙部分和总的流之间流动方向分岔。如在图1和2中所示，浊流的含沙部分通常比浊流的总深度薄得多。因此， 与整体浊流相比，含沙部分的流动方向更可能被在其上浊流流动的河床或者海床的轮廓或者地形影响。图3是具有曲线31代表的流动型式的浊流30的俯视图。浊流的含沙部分具有曲线32表现的流动型式。可见，含沙部分32沿底部地形而行，如一系列等高线34所示， 其比总浊流30更加接近底部地形。浊流的含沙部分与总流(overall current)的分岔意味着该流中粗糙的、含沙的物质和细的、多泥的物质可以在相同的浊流中以不同的方向运输， 并且也可在不同的地方沉积或者逸出(detrained)。因此，，由这种分岔浊流形成或者影响的储层可能在分区和/或连通性方面受到显著影响。用于在沉积情况中辅助储层解释或者建立储层的地质模型的基于过程的模型应能够获得浊流的特征，诸如本文描述的流动剥离和流动分岔。不幸地，虽然全3-维流动模型能够精确地计算流的全3-维结构，但是其是计算上困难的和昂贵的，并且在基于过程的模型中的应用是不实际的，所述基于过程的模型被设计以模拟储层的形成，所述储层具有范围从几百米至几百千米的空间尺度范围，和具有范围从数百至数百万年的时间尺度范围。在另一方面，目前在已知的基于过程的模型中使用的浑浊(浊流)的2-维深度平均流动模型不能够模拟流动剥离和底部流层与总深度平均流的分岔。因此，相信没有现有的方法能够获得流动剥离和底层流动方向与总流动方向的分岔的影响，并且仍是计算上足够有效的以在设计用于大型和长期模拟的基于过程的模型中使用。本领域中需求的上述讨论旨在是代表性的而非穷举性的。解决一个或更多个这种需求或者本领域中的一些其他相关缺点的技术，将对钻井和储层开发规划大有裨益，例如， 提供更加有效和更加有益地开发储层的决策或者规划。其他相关的材料可以在下列文献中找到PCT申请W02006/036389 ；Garcia和 Parker, Entrainment of bed sediment into suspension, J.Hyd. Eng. ,117(4),414-435, 1991 ；禾口 Parker, G. , Fukushima, Y.,禾口 Pantin, H. Μ. , "Self-Accelerating Turbiditu Currents", J. Fluid Mech.，171，145-181，1986。

发明内容
本发明提供产生流体中浊流的模型的方法。限定浊流中的第一流层。该方法连续限定浊流中的至少一个更多的流层。每一个连续的流层包括先前限定的流层。限定每一个流层的深度平均的流变量组。开发描述浊流的模型。该模型使用流体流动方程和每一个流层的所述深度平均的流变量组以预测在每一个流层中的流体流动。然后输出模型。本发明也提供产生流体中浊流的模型的方法。限定浊流中的第一和第二流层。第一和第二流层是不重叠的，并且基于其中夹带的不同大小的沉积物的浓度限定。基于第一CN 102257377 A
说明书
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流层的特征限定第一组深度平均的流变量。基于结合的第一和第二流层的特征限定第二组深度平均的流变量。开发描述浊流的模型。该模型使用流体流动方程和所述第一和第二组深度平均的流变量以预测在每一个流层中的流体流动。然后输出模型。本发明还提供预测从油气层采收烃的方法。定位油气层中的流体流动。限定流体流动中的浊流。限定浊流中的第一流层。该方法连续限定浊流中的至少一个更多的流层。 每一个连续的流层包括先前的流层。对每一个流层限定深度平均的流变量组。使用流体流动方程和两个或者更多组的深度平均的流变量建立浊流的模型以预测每一个流层中的流体流动。使用浊流的模型建立油气层的模型。基于油气层的模型预测烃采收。附图简述通过研究实施方式的非限制性实例的下列详细描述和附图，本发明的前述和其他优势可以变得明显，其中图1是浊流中浓度曲线的侧面正视图；图2是深水道中分层的浊流的截面图；图3是示意图，其示出该流的含沙层的底部部分的流动方向与总流的方向分岔；图4是图解根据本发明的两层流动模型的浊流的侧面正视图；图5是图解根据本发明的三层流动模型的侧面正视图；图6是示出根据本发明的方法的流程图；图7是示出根据本发明的另一方法的流程图；和图8是示出根据本发明的计算环境的方框图。就其优选的实施方式描述本发明。但是，就下列详细描述的程度是针对本发明具体的实施方式或者具体的用途而言，这旨在仅是例证性的，并非解释为限制本发明的范围。 相反地，其旨在覆盖如所附权利要求限定的可以包括在本发明的精神和范围中的所有可选方案、改进和等同物。优选实施方式详述在下列详细描述部分中，就优选的实施方式描述本发明的具体实施方式
。但是，就下列详细描述是针对本发明具体的实施方式或者具体的用途而言，这旨在仅是为实例目的并且仅仅提供本文提供的实施方式的描述作为本发明的代表性实例。因此，本发明不限于下列描述的具体实施方式
，而是，本发明包括落入所附权利要求的精神和范围中的所有可选方案、改进和等同物。而且，本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用在此并入，其程度如同每一个单独的出版物、专利或者专利申请被各自具体地并且单独地表示为通过引用并入。就过程、步骤、逻辑块、处理和对计算机存储器内数据位的操作的其他符号表示， 存在随后的一些部分的详细描述。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员使用的向其他本领域技术人员最有效地传达其工作实质的手段。在该详细描述中，设想过程、步骤、逻辑块、处理等是导致期望结果的自相一致顺序(self-consistent sequence)的步骤或指示。步骤是要求物理量的物理操作的那些步骤。通常地——尽管不必要，这些量采用能够在计算机系统中储存、转移、组合、比较和以其他方式操作的电信号或磁信号的形式。除非另外明确陈述，如根据下面的讨论明显的，术语如“限定”、“包括”、“开发”、 “使用”、“输出”、“预测”、“表征”、“定位”、“模拟(建立……模型)”等可指计算机系统、或类似电子计算设备的动作和过程，其操作代表计算机系统的寄存器和存储器内物理量的数据，并将该数据变换为类似地代表计算机系统存储器或寄存器或其他这种信息储存、传送或显示设备内物理量的其他数据。这些和类似的术语与适当的物理量相关，并且仅为应用于这些量的方便标志。本发明的实施方式也涉及用于进行本文操作的装置。该装置可出于需要的目的特别地构建，或其可包含通用的计算机，其可由计算机中储存的计算机程序选择性地起动或重新配置。这种计算机程序可储存在计算机可读介质中。计算机可读介质包括储存或传送机器例如计算机(在本文，“机器”和“计算机”同义使用)可读形式的信息的机构。作为非限制性的实例，计算机可读介质可包括计算机可读储存介质(例如，只读存储器(“ROM”)、 随机存取存储器(“RAM”)、磁盘储存介质、光学存储介质、闪存设备等)，和计算机可读传送介质(例如，电学的、光学的、声学的或其他形式的传播信号(例如，载波(carrier wave), 红外信号、数字信号等))。此外，如对相关领域技术人员显然的，本发明的模块、特征、属性、方法和其他方面可作为软件、硬件、固件或它们的任意组合执行。无论在什么地方本发明的组件作为软件执行，那么该组件可作为独立的程序、作为较大程序的一部分、作为多个独立程序、作为静态或动态链接的库、作为内核可载入模块(kernel loadable module)、作为设备驱动程序、和 /或以计算机编程领域技术人员现在或未来知晓的每个和任何其他方式执行。此外，本发明不限于在任何具体操作系统或环境中执行。本发明是表现和计算具有多个重叠层的浊流的方法。该方法获得在浊流中发现的必要的垂直流动结构，其对于精确地表现和模拟沉积物运输和沉积以及随后沉积体和储层构造的形成和进化是重要的。本发明是计算上有效的并且可以在涉及浊流的计算和模拟的应用中使用。这些应用的实例包括海岸工程、环境研究和管理、海军工程、潜艇战 (submarine warfare)设计和规划、海下长途通信电缆的建造和维护、以及油气工业。根据本发明，通过相应于流中的多个分层的层的多组深度平均的流变量描述浊流。所有的这些层是重叠的，在某种意义上，第(n+1)层通常包括第η层。例如，图4使用底层42和顶层44描述浊流(turbidity current or flow)40的模型。两层模型假设可以由两个分层的层描述考虑中的浊流。如图4所示，整体流的特征在于两组深度平均的流变量。第一组流变量代表该流的底层42，其中运输所有的沙。第一组流变量包括深度、(相对于选择的基准45测量)、深度平均流速的χ-分量Uxs、深度平均流速的y-分量Uys、沙浓度Ci, i = 1，2，. . .，ns，其中ns是根据运输中涉及的沙的不同粒度选择的面元(bin)的离散数目，总的沙浓度Cs表示为C'=Hc!m
M οLlJ用于表征流的第二组流变量表示包括所有分层的层的整体流，图4中描述的实例中分层的层包括底层42和顶层44。第二组流变量包括总流深度h，整体流的深度平均流速的χ-分量Ux，整体流的深度平均流速的y-分量uy，泥浓度Ci, i = ns+l, ns+2，. . .，n，其中 η是沙和泥物质二者的不同尺寸的面元的全部数量。将使用的惯例假设第一 ns面元是用于离散的沙颗粒尺寸，和剩余的n-ns面元是用于离散的泥颗粒尺寸。那么，总的泥浓度Cm是
权利要求
1.一种方法，包括限定浊流中的第一流层；连续限定所述浊流中的至少一个更多的流层，每一个连续的流层包括先前限定的流层；限定每一个流层的深度平均的流变量组；开发描述所述浊流的模型，其中所述模型使用流体流动方程和每一个流层的所述深度平均的流变量组以预测在每一个流层中的流体流动；和输出所述模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述浊流运输具有第一和第二非连续尺寸范围的沉积物，并且其中所述第一流层是包含基本上所有所述第一尺寸范围的所述沉积物的底层，并且进一步其中所述至少一个更多的流层是限定为整体浊流的第二层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述深度平均的流变量包括下列至少之一每一个流层的深度、每一个流层的深度平均流速的正交分量、在所述第一流层中按照所述第一尺寸范围的所述沉积物的尺寸的分布，和在所述第二流层中按照所述第二尺寸范围的所述沉积物的尺寸的分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体流动方程包括下列至少之一 所述第一流层中的流体流的质量守恒方程，所有流层中的流体流的质量守恒方程， 由所述第一流层运输的沉积物的质量守恒方程，和由所有流层运输的沉积物的质量守恒方程。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体流动方程包括下列至少之一 在所有流层中结合的流体流的第一方向分量的动量平衡方程，在所有流层中结合的流体流的第二方向分量的动量平衡方程，所述第二方向分量与所述第一方向分量基本上垂直，所述第一层中的流体流的所述第一方向分量的动量平衡方程，和所述第一层中的流体流的所述第二方向分量的动量平衡方程。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括 沿着所述浊流限定第一位置和第二位置；和开发所述模型，所述模型使用流体流动方程和每一个流层的所述深度平均的流变量描述在所述第一和第二位置的每一个处的所述浊流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述第一和第二位置之一处所述第一流层的深度是零，并且其中在所述第一和第二位置的另一个处所述第一流层的深度大于零。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型包括流层之间的每一个界面的层间夹带速度函数，所述层间夹带函数表征所述流层之一中的流体被夹带进入相邻流层的速度，所述模型还包括流层之间的每一个界面的层间逸出函数，其中所述层间逸出函数表征所述第一流层中的流体从所述流层之一逸出进入相邻流层的速度。
9.一种方法，包括限定浊流中的第一流层和第二流层，所述第一流层和第二流层是非重叠的并且基于其中夹带的不同尺寸的沉积物的浓度限定；基于所述第一流层的特征限定第一组深度平均的流变量； 基于结合的第一和第二流层的特征限定第二组深度平均的流变量； 开发描述所述浊流的模型，其中所述模型使用流体流动方程和所述第一和第二组深度平均的流变量以预测在每一个流层中的流体流动；和输出所述模型。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括基于不同尺寸的沉积物的浓度限定所述浊流中的第三流层，所述第三流层与所述第一和第二流层是非重叠的；基于结合的第一、第二和第三流层的特征限定第三组深度平均的流变量；和使用所述第一、第二和第三组深度平均的流变量表征所述浊流； 其中所述模型使用流体流动方程和所述第一、第二和第三组深度平均的流变量以预测在每一个流层中的流体流动。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述模型包括层间夹带速度函数，该函数表征所述第一流层上方的流体被夹带进入所述第一流层的速度，所述模型还包括层间逸出函数， 该函数表征所述第一流层中的流体从所述第一流层逸出的速度。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一流层被限定为运输尺寸大于所述浊流中其他沉积物的基本上所有沉积物的浊流的一部分。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述深度平均的流变量包括下列至少之一每一个流层的深度、每一个流层的深度平均流速的正交分量、在所述第一流层中按照第一尺寸范围的所述沉积物的尺寸的分布，和在所述第二流层中按照第二尺寸范围的所述沉积物的尺寸的分布。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体流动方程包括下列至少之一 所述第一流层中的流体流的质量守恒方程，与所述第二流层结合的所述第一流层中的流体流的质量守恒方程，由所述第一流层运输的沉积物的质量守恒方程，和由与所述第二流层结合的所述流层运输的沉积物的质量守恒方程。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体流动方程包括下列至少之一 与所述第二流层结合的所述第一流层中的流体流的第一方向分量的动量平衡方程，与所述第二流层结合的所述第一流层中的流体流的第二方向分量的动量平衡方程，所述第二方向分量与所述第一方向分量基本上垂直，所述第一流层中的流体流的所述第一方向分量的动量平衡方程，和所述第一流层中的流体流的所述第二方向分量的动量平衡方程。
16.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体流动方程包括下列至少之一 所述第一流层的湍流动能守恒，和结合的第一和第二流层的湍流动能守恒。
17.根据权利要求9所述的方法，还包括 沿着所述浊流限定第一位置和第二位置；和开发所述模型，所述模型使用流体流动方程和每一个流层的所述深度平均的流变量描述在所述第一和第二位置的每一个处的所述浊流。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在所述第一和第二位置之一处所述第一流层的深度是零，并且其中在所述第一和第二位置的另一个处所述第一流层的深度大于零。
19.一种方法，包括限定油气层内的流体流动中的浊流； 限定所述浊流中的第一流层；连续限定所述浊流中的至少一个更多的流层，每一个连续的流层包括先前的流层； 限定每一个流层的深度平均的流变量组；使用流体流动方程和两组或更多组深度平均的流变量建立所述浊流的模型以预测在每一个流层中的流体流动；使用所述浊流的所述模型建立所述油气层的模型；和基于所述油气层的模型预测烃采收。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括基于烃采收的所述预测从所述油气层提取烃。
21.计算机程序产品，其具有记录在有形计算机可读介质上的计算机可执行逻辑，所述计算机程序产品包括限定浊流中的第一流层的代码；连续限定所述浊流中的至少一个更多的流层的代码，每一个连续的流层包括先前限定的流层；限定每一个流层的深度平均的流变量组的代码；和开发描述所述浊流的模型的代码，其中所述模型使用流体流动方程和每一个流层的所述深度平均的流变量组以预测在每一个流层中的流体流动。
全文摘要
公开的是产生流体中浊流的模型的方法。限定浊流中的第一流层。该方法连续限定浊流中的至少一个更多的流层。每一个连续的流层包括先前限定的流层。限定每一个流层的深度平均的流变量组。开发描述浊流的模型。模型使用流体流动方程和每一个流层的深度平均的流变量组以预测在每一个流层中的流体流动。然后输出模型。
文档编号G01N21/00GK102257377SQ200980151125
公开日2011年11月23日 申请日期2009年11月16日 优先权日2008年12月18日
发明者D·李, J·V·瓦戈纳, T·孙, X-H·吴 申请人:埃克森美孚上游研究公司