一种断层的地层建模方法与流程

不应用。

关于联邦资助的研究或开发的申明

不应用。

背景

技术领域

本发明一般涉及油气地质勘探领域。更具体地，本发明涉及断层的地层建模方法。

背景技术：

在存在同沉积结构运动的环境中开发真实正演地层模型的显著技术障碍之一为模型表示结构块的横向运动的能力。一个典型的示例是生长断层，其中断层之上先前沉积的沉积物(上盘)不仅向下运动，而且还从沉积物的源沿断层移开。未捕获沉积物的这些横向位移将可能导致不真实的堆叠模式、错误的岩石性质分布，并且随后显著减少地层模型的适用性及其预测能力。

地层建模的起始点是网格化。网格化可以被描述为将3D地质体积分解成多个更小的且更简单的3D体积的过程，所述更小的且更简单的3D体积取决于所利用的离散和模拟技术而通常被称为单元、有限体积、控制体积或有限元。因此，地层网格化技术将连续域分成离散的对应部分，所述离散的对应部分随后可以用于通过离散描述流体流动、地质力学、或它们的组合的等式来构造地层模型。换言之，网格(结构化或非结构化)被施加在储层或地球模型中的感兴趣的区域上以定义多个单元(例如，非重叠的多面体单元)，每个具有与其相关联的一个或多个未知性质，所述多个单元对储层的形状和几何结构进行近似。所述未知性质用来表征储层，并且可以包括，但不限于，诸如压力、温度或水饱和度的流体性质和诸如岩石岩性、渗透率或孔隙度的岩石性质。

在表示地层模型中的结构块的横向运动中的主要挑战是需要可以同时高效地执行两个基本任务的当前现有的网格化算法：(1)允许正演模型在计算域中的任意位置且在模拟期间的任意时间高效地访问计算网格中先前沉积的沉积物，以对沉积物侵蚀和沉积过程进行建模；和(2)允许网格的任意部分的横向和垂直运动真实地表示结构运动。尽管3D非结构化网格可以被重新网状化以更真实地表示结构运动，但是该算法是计算昂贵的并且效率不高。更重要的是，3D全非结构化网对于正演地层模型可能不是最佳的，因为这种网通常需要大量的计算来供地层模型访问存储在网中的沉积信息。另一方面，结构化网格常用于正演地层模型，因为它提供了一种供地层模型从表面访问存储在任意位置的沉积信息的高效方法。然而，该网格不提供在不必依靠完全重新网格化的情况下执行网格的任意部分的横向平移的任何可能性，如果必须频繁地执行该操作这将是计算上昂贵的。

因此，需要改进的方法和系统，以使得正演地层模型能够具有断层作用。

技术实现要素：

公开了一种用于考虑到同沉积和/或沉积后断层作用的正演地层模型的新的网格化方法。该方法的实施例可以提供对用于地层建模的网格中的个体单元的方便搜索和访问，并且也可以提供分割和移动网格，包括针对断层建模相对于彼此横向地移动网格的各部分的能力。新的网格化算法可以表示块结构的两个横向运动，并提供比得上用于访问存储在网格中的先前沉积的沉积物的正演地层模型的结构化网格的效率。所公开的方法的实施例通过对网格执行一组简单的操作来考虑结构化运动。该操作通常是简单的，并且可以不改变网格的整体拓扑结构。因此，该操作可以容易地重复并且网格的整体拓扑结构对于由正演地层模型的简单访问基本上保持不变。

在实施例中，计算机实现的断层的地层建模方法包括(a)生成表示多个地下岩层的地层网格体积，所述地层网格体积包括断层。该方法还包括(b)将所述地层网格体积分成多个网格子体积，其中每个子体积由下基准面和上基准面限定，其中每个网格子体积包括多个单元，其中每个单元仅相对于所述子体积的上基准面和下基准面在空间上限定。该方法包括(c)将每个网格子体积的上基准面和下基准面中的每个分离成下盘面部分表面和上盘面部分表面。此外，该方法包括(d)从每个网格子体积延伸每个基准面以跟踪断层。方法额外包括(e)将来自下盘部分的基准面分组在一起，以形成下盘面集合，并且将来自上盘部分的基准面分组在一起，以形成上盘面集合。此外，该方法包括(f)沿断层移位所述下盘面集合和所述上盘面集合以对沿着断层的运动进行建模，并且其中在计算机上执行(a)至(f)中的至少一个。

在另一个实施例中，计算机系统包括用于接收一个或多个用户输入的接口。该系统还包括存储器资源。该系统还包括用于向人类用户呈现通信信号和从人类用户接收通信信号的输入和输出功能。此外，该系统包括用于执行程序指令的一个或多个中央处理单元，以及耦合到中央处理单元的程序存储器，用于存储包括程序指令的计算机程序，所述程序指令当被所述一个或多个中央处理单元执行时使所述计算机系统执行用于对一个或多个断层进行地层建模的多个操作，所述多个操作包括：(a)生成表示多个地下岩层的地层网格体积，所述地层网格体积包括断层。该操作还包括(b)将所述地层网格体积分成多个网格子体积，其中每个子体积由下基准面和上基准面限定，其中每个网格子体积包括多个单元，其中每个单元仅相对于所述子体积的上基准面和下基准面在空间上限定。该操作还包括(c)将每个网格子体积的上基准面和下基准面中的每个分离成下盘面部分表面和上盘面部分表面。此外，该操作包括(d)从每个网格子体积延伸每个基准面以跟踪断层。该操作额外包括(e)将来自下盘部分的基准面分组在一起，以形成下盘面集合，并且将来自上盘部分的基准面分组在一起，以形成上盘面集合。此外，该操作包括(f)沿所述断层移位所述下盘面集合和所述上盘面集合以对沿着所述断层的运动进行建模，并且其中在计算机上执行(a)至(f)中的至少一个。

在另一个实施例中，该方法被存储在存储有处理器可读指令的非临时性电子存储介质上，其中所述指令被配置成使一个或多个处理器来执行断层的地层建模方法，该方法包括(a)生成表示多个地下岩层的地层网格体积，所述地层网格体积包括断层。该方法还包括(b)将所述地层网格体积分成多个网格子体积，其中每个子体积由下基准面和上基准面限定，其中每个网格子体积包括多个单元，其中每个单元仅相对于所述子体积的上基准面和下基准面在空间上限定。该方法还包括(c)将每个网格子体积的上基准面和下基准面中的每个分离成下盘面部分表面和上盘面部分表面。此外，该方法包括(d)从每个网格子体积延伸每个基准面以跟踪断层。该方法额外包括(e)将来自下盘部分的基准面分组在一起，以形成下盘面集合，并且将来自上盘部分的基准面分组在一起，以形成上盘面集合。此外，该方法包括(f)沿所述断层移位所述下盘面集合和所述上盘面集合以对沿着所述断层的运动进行建模。

前述内容已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便本发明随后的具体实施方式可以被更好地理解。本发明的附加特征和优点将在下文中描述，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计其它结构以执行本发明的相同目的的基础。本领域技术人员还应当意识到，这种等效构造并不背离如随附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

对于本发明的优选实施例的具体实施方式，现在将参考附图，其中：

图1A示出了可以与所公开方法的实施例一起使用的示例性地层网格体积；

图1B示出了以可以与所公开方法的实施例一起使用的网格子体积示出的示例性地层网格体积。

图1C示出了在所公开方法的实施例中的基准面的划分；

图1D示出了在所公开方法的实施例中的基准面的延伸；

图1E示出了在所公开方法的实施例中的基准面的分组；

图1F示出了在所公开方法的实施例中的基准面的分组；

图1G示出了在所公开方法的实施例中的上盘面集合的建模运动；

图1H示出了在所公开方法的实施例中添加另一网格子体积来对沉积进行建模；

图1I示出了在所公开方法的实施例中，基准面从添加的网格子体积的延伸；

图2示出了概述所公开方法的实施例的流程图；

图3示出了可以用所公开方法的实施例进行建模的不同断层；以及

图4示出了可以结合所公开方法的实施例使用的系统的示意图。

符号和命名

某些术语贯穿以下的说明书和权利要求使用来指代特定的系统组件。本文不意图在名称不同但功能相同的组件之间进行区分。

在下面的讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”是以开放式的方式使用，并且由此应当被解释为意指“包括，但不限于......”。此外，术语“耦合”或“耦接”意图表示要么间接连接要么直接连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以是通过直接连接，或者通过经由其它设备和连接的间接连接。

具体实施方式

现在参照附图，将描述所公开方法的实施例。作为一个开端问题，该方法的实施例可以以多种方式来实现，如将在下面更详细地描述的，包括例如作为系统(包括计算机处理系统)、方法(包括计算机实现的方法)、装置、计算机可读介质、计算机程序产品、图形用户界面、门户网站或有形地固定在计算机可读存储器中的数据结构。所公开方法的多个实施例在下面讨论。附图仅示出了所公开方法的典型实施例，因此不应被视为对其范围和广度的限制。

在实施例中，该方法包括，不同于每个单元的绝对空间位置(x，y，z)被明确限定的常规网格，网格的全局结构可以使用参数化方案来表示。根据该参数化方案，网格体积的至少一部分的空间转换可以通过改变由网格体积100表征的几个参数来实现。由于需要改变的参数的数目可以比网格中表示的单元的总数小多个数量级，因此随后该算法在表示不同岩层或结构的横向和纵向运动方面可以是非常高效的。

现在参照图1A-1H和图2，在实施例中，计算机沉积模型生成可以包括一个或多个地下岩层或结构的地层模型网格体积100，所述一个或多个地下岩层或结构表示感兴趣的地下区域的建模的地下地形或物理特征。可以使用用于生成这种对本领域技术人员众所周知的模型的任何计算机沉积模型或技术。例如参见，Tetzlaff，D.M.和Harbaugh，J.W.，Simulating Clastic Sedimentation,Van Nostrand Reinhold,New York,NY 10003,137-153页,(1989)。网格100可以由一组网格子体积101A-101C组成。可以按逻辑顺序的方式布置网格子体积101a-101b。换句话说，如果在全局位置(x_g1，y_g1)处网格子体积101a在另一网格子体积101b之上，则在计算域内的任何其它全局位置(x_g2，y_g2)处网格子体积101a也将在网格体积101b之上。网格子体积的一个示例是如图1A中所示的表面102和表面104之间的体积101a。

这里，图1中所示的表面102、104和106可以被限定为用于说明目的的基准面。在图1B中以抽取形式表示的网格子体积101a可以由底部的基准面104和顶部的基准面102以及单元107的阵列105组成。在一个实施例中，单元的阵列可以在网格体积中的每个本地限定的网格上空间地布置。在实施例中，网格可以是规则的直线网格。也可以在所公开方法的其它实施例中考虑单元的其它布置。在基准面中的每个上，可以定义局部坐标系。局部坐标系的原点(0,0)的全局位置(x_g，y_g)可以是与所述基准面中的每个相关联的参数中的两个。基准面也可以在局部直线网格的每个点处包含全局z值，即z(i，j)，其中i、j可以是与每个网格体积相关联的本地规则网格的索引。每个单元阵列105可以由垂直堆叠或排列的任意数目的单元组成。阵列105中的每个个体单元107可以具有不同的厚度。单元的数目也可以在不同的单元阵列105中变化。此外，每个单元可以是不同的几何结构或多面体形状，诸如但不限于，立方形、金字塔形等。除了所有的沉积和沉积作用信息(诸如不同尺寸的沉积物的体积比例、沉积时间和其它非网格有关的信息)，厚度值也可以被存储在每个单元107中。

为了访问存储在单元中的任何沉积和其它信息，全局坐标(x_g，y_g)首先映射到网格子体积的局部坐标(i，j)。即，个体单元107坐标可以相对于网格子体积(例如，101a)的基准面来限定。局部坐标系可以用矢量R定义在上基准面(例如102)上，该矢量R定义了从局部坐标系向全局坐标系的坐标转换。局部2D(在上基准面的地图视图中)网格也可以定义在上基准面(例如102)上。该2D网格可以是结构化的或非结构化的。在两个基准面(例如102和104)之间，添加单元107来表示地下岩层中的沉积物。每个单元107可以具有在上基准面(例如，102)上限定的2D网格单元的形状。

可以从单元堆的顶部访问单元107直到达到恰当的深度。由于在正演地层建模中，单元的访问可以是顺序的，即在需要底部单元中的信息之前可能首先侵蚀顶部单元，该算法是非常高效的。此外，由于单元不包含任何全局空间信息，而仅包含相对于基准面限定的空间信息，因此可以仅仅通过改变基准面上的(x_g，y_g)的值和Z(i，j)的值来完成任何特定单元的平移或移动，而不需要修改存储在单元中的任何空间值。

在实施例中，为了对断层或断层运动进行建模或模拟，表面102a-1可以沿待用于将当前的网格划分成分离的部分或构成部分的断层109和/或滑脱面(detachment plain)延伸。如在图1A-1J中所示，断层109被描绘为直的对角平面。然而，可以对任意几何结构的断层进行建模。例如如图3所示，该断层可以是以任意方向成角度的弯曲的309B，可以具有起伏的表面，可以具有不止一个段309A等。用户可以输入断层参数，诸如断层几何结构、表面的数目、断层运动矢量等。在其它实施例中，断层109的几何结构可以基于参数、地质输入或地质原理来建模。

一个表面可以在断层面下方(例如，正断层的下盘侧110a)延伸，且其它表面在断层面上方(例如，正断层的上盘侧110b)延伸，如图1D所示。为了逻辑地完全分离网格，断层面延伸超出每个网格子体积101a。在实施例中，断层面可以被延伸，以便在地层网格体积100的边界处终止。

在实施例中，如上所述构造的断层面可以被用于将与该断层面相交的基准面中的每个划分成分离的构成部分或部分，如图1C所示。在断层面下方的表面形成一个基准面集合，其可以被称为下盘面集合。在图1C所示的示例中，它们被标记为102a、104a和106a。在断层面之上的构成部分形成另一基准面集合，其可以被称为上盘面集合，其被标记为102b、104b和106b，如图1C所示的示例中所示。

在实施例中，该方法包括延伸沿着断层109的底部或下盘侧110a在断层面下方的基准面集合以及该断层的另一侧上的最低基准面，如图1D所示。在这个示例中，表面延伸至下或左断层面下方并且延伸穿过表面106b。这个新的延伸表面102a-1(图1E中描述为额外的粗线)可以用作对沿着断层109的运动进行建模的新的基准面。此延伸针对断层109下方的所有其它表面(例如，图1E中的104a-1和106a-1)进行重复。

类似地，在断层109之上或右方的基准面可以沿断层面110a的顶部或右侧延伸，并进一步在最高基准面102a的顶部上延伸，如图4所示。网格现在被配置为各个网格子体积109沿断层109运动。

如由用户输入参数(例如位移矢量、位移速率、位移方向等)所确定的，每个网格子体积沿断层109的运动可以被纵向和横向地建模，如图1G所示。根据用户输入，左或下盘侧基准面(102a、104a和106a)可以“向上”或“向下”移位，而右或上盘面(102b、104b和106b)可以“向上”或“向下”移位。移位的距离(即位移)和移位的方向可以通过用户输入来确定，或者替代地，可以被建模或模拟。在实施例中，延伸断层面可以被视为刚性表面。用户可以指定网格子体积的上盘侧和网格子体积的下盘侧两者的横向位移。在模拟的运动之后，上盘侧中的最低基准面(例如106b)可以通过使用z(x_g,y_g)＝z(x_g,y_g)-dz(x_g,y_g)改变该基准面上的z坐标来悬挂在延伸断层面的顶部上，其中dz(x_g,y_g)为最低基准面和所述延伸断层面之间的间隙。相同的操作可以应用于上盘侧中的所有基准面。在下盘侧中，在模拟或建模的运动之后，下盘侧中的最高基准面(例如102a)可以通过使用z(x_g,y_g)＝z(x_g,y_g)+dz(x_g,y_g)改变该基准面上的z坐标来在延伸断层面之下向右上悬挂，其中dz(x_g,y_g)为所述延伸断层面和下盘侧上的最高基准面之间的间隙。仅用于说明目的，在图1G中，上盘侧表面已经沿断层109的上盘侧表面110B“向下”移位。

在实施例中，在对由于断层109导致的移位进行建模之后，可以向网格100添加附加的网格子体积111a以对附加的沉积进行建模。为了将新的网格子体积添加到现有的网格100，新的网格体积111a可以被放置在现有的网格体积101a的顶部上，如图1H所示。新添加的网格子体积的基准面112可以与现有的断层109相比较。基准面低于断层面的部分与基准面高于断层面的其余部分分离以形成基准面112a-1，如图1I所示。与断层面下方的基准面相关联的网格子体积可以被添加到左侧的基准面集合，并且与断层面之上的基准面相关联的网格子体积可以被添加到右侧的基准面集合。新沉积的基准面(例如112a-1)然后可以与其它现有的基准面(例如102a-1、104a-1等)一起沿断层运动或移位。可以通过根据需要添加附加的网格子体积并重复图2中的205至213来对附加的沉积(即附加的子体积)进行建模。

当断层109不再活动(即，其中网格子体积不再按照用户输入、其它参数或模型沿断层面运动)。在实施例中，一些相邻的网格子体积可以组合并且与这些组合的网格子体积相关联的基准面可以被移除，以减少基准面的总数，其可进一步提高代码的效率。

图4示出，根据实施例计算机系统20的示例，其可以执行在本说明书中描述的操作来执行在本说明书中所公开的操作。在本示例中，系统20是通过包括通过网络的方式连接到服务器30的工作站21的计算机系统来实现的。当然，与本发明结合使用的计算机系统的特定架构和构造可以有很大的不同。例如，系统20可以由单个物理计算机(诸如常规工作站或个人计算机)来实现，或者可替换地通过在多个物理计算机之间以分布式方式实现的计算机系统来实现。因此，图4所示的广义架构仅仅是通过示例的方式提供的。

如图4所示并且如上面提到的，系统20可以包括工作站21和服务器30。工作站21包括耦合到系统总线的中央处理单元25。也耦合到系统总线的是输入/输出接口22，其是指那些接口资源，通过该接口资源外围功能P(例如，键盘、鼠标、显示器等)与工作站21的其它组成接口。中央处理单元25指的是工作站21的数据处理能力，并因此可以通过一个或多个CPU内核、协处理电路等等来实现。中央处理单元25的特定构造和能力是按照工作站21的应用需求来选择的，这种需要最低限度包括执行本说明书中描述的功能，并且还包括如可以由计算机系统执行的这种其它的功能。在根据该示例的分配系统20的架构中，系统存储器24耦合到系统总线，并提供可用作用于存储输入数据和由中央处理单元25执行的处理结果的数据存储器，以及可用作用于存储待由中央处理单元25在执行这些功能中执行的计算机指令的程序存储器的期望类型的存储器资源。当然，这种存储器布置仅作为示例，应理解，系统存储器24可以在分离的物理存储器资源或全部或部分分布在工作站21外部的物理存储器资源中实现这种数据存储器和程序存储器。此外，如图5所示，参数输入28可以经由输入/输出功能22输入，并存储在本地地或经由网络接口26对工作站21可访问的存储器资源中。

工作站21的网络接口26是通过其工作站21访问网络上的网络资源的常规接口或适配器。如图7所示，工作站21已经经由网络接口26访问的网络资源包括服务器30，其驻存在局域网、或诸如内联网的广域网、虚拟专用网上，或在因特网上，并且其通过这些网络布置之一和对应的有线或无线(或两者)通信设施对工作站21可访问。在本发明的实施例中，服务器30是在一般意义上类似于工作站21的计算机系统的常规架构的计算机系统，并因此包括一个或多个中央处理单元、系统总线和存储器资源、网络接口功能等等。根据本发明的这种实施例，服务器30被耦合到程序存储器34，其是存储可执行计算机程序指令的计算机可读介质，在本说明书中描述的操作由分配系统30根据该可执行计算机程序指令来执行。在本发明的实施例中，这些计算机程序指令根据从工作站21传送的输入数据来由服务器30执行，例如以“基于web的”应用的形式执行，以创建传送到工作站21以供外部设备P以对工作站的人类用户有用的形式显示或输出的输出数据和结果。此外，库32也对服务器30(并且或许是工作站21通过局域或广域网)可用，并存储如可能在分配系统20中有用的档案或参考信息。库32可以驻存在另一局域网上，或者可选地经由因特网或一些其它广域网可访问。预期的是，库32也可以是对整个网络中的其它关联的计算机可访问的。

测量、库32和程序存储器34物理地驻存的特定存储器资源或位置可以在对分配系统20可访问的各个位置处实现。例如，这些数据和程序指令可被存储在服务器30内、工作站21内的本地存储器资源中，或在这些功能网络可访问的存储器资源中。此外，这些数据和程序存储器资源中的每个本身可以在多个位置之间分布。预期的是，本领域技术人员将能够容易地以针对每个特定应用的适当方式实现对与本发明的实施例相连有用的可适用测量、模型和其它信息的存储和检索。

例如，根据本实施例，以举例的方式，系统存储器24和程序存储器34分别存储由中央处理单元25和服务器30计算机可执行的计算机指令，以执行在本说明书中描述的所公开的操作，通过该操作基准面可以沿着断层移位或运动。这些计算机指令可以为一个或多个可执行程序的形式，或从其导出、组合、解释或编译一个或多个可执行程序的源代码或更高级别的代码的形式。取决于所期望的操作待执行的方式，可以使用多个计算机语言或协议中的任何一个。例如，这些计算机指令可以用常规的高级语言编写，要么作为常规的线性计算机程序要么布置为以面向对象的方式执行。这些指令还可以被嵌入更高级别的应用内。这种计算机可执行指令可以包括程序、例程、对象、组件、数据结构、以及可以用于执行特定任务和处理抽象数据类型的计算机软件技术。将理解的是，所公开的方法的范围和基本原理并不局限于任何特定的计算机软件技术。例如，可执行的基于Web的应用可以驻存在对服务器30和诸如工作站21的客户端计算机系统可访问的程序存储器34处，以电子表格的形式从客户端系统接收输入，在web服务器处执行算法模块，并以一些方便的显示或打印的形式向客户端系统提供输出。预期的是，参考本说明书的本领域技术人员将能够容易地以对期望的安装合适的方式实现本发明的实施例，而无需过度的实验。可替代地，这些计算机可执行软件指令可以驻存在局域网或广域网上的别处，或经由一些网络接口或输入/输出设备通过电磁载波信号上的编码信息的方式从更高级别的服务器或位置可下载。计算机可执行软件指令可能最初被存储在可移除或其它非易失性计算机可读存储介质(例如，DVD盘、闪存等)上，或以软件包的形式作为电磁载波信号上的编码信息可下载，分配系统20根据软件包以对软件安装方便的方式安装该计算机可执行软件指令。

虽然本发明的实施例已被示出和描述，但其修改可以通过本领域技术人员在不脱离本发明的精神和教导的情况下作出。本文所描述的实施例和提供的示例仅是示例性的，并且不旨在进行限制。本文所公开的本发明的许多变化和修改是可能的并且在本发明的范围之内。因此，保护范围不受上述说明书的限制，而是仅由下面的权利要求限制，其范围包括权利要求的主题的所有等效物。

对参考文献的讨论并不是承认其是本发明的现有技术，特别是可能具有在本申请的优先权日之后的公开日期的任何参考文献。所有专利、专利申请的公开内容以及本文所引用的出版物在此通过引用全部并入本文，在某种程度上，它们为本文所阐述的那些提供示例性的、程序上的或其它补充性的详情。