用于地质力学和岩石物理弹性静力学建模的系统和方法与流程
一般来说，本发明涉及用于地球建模的方法和系统，确切地说，用于地质力学和岩石物理弹性静力学建模的系统和方法。
背景技术：
地质力学建模致力于在给定了一定的弹性边界条件和体力分布时准确地计算所关注地球体积内的位移、应力和应变。同样，更近期的密切相关的数字岩石物理学科致力于准确地计算岩石样本的3d网格化表达的弹性刚度。在两种应用中都需要计算不均匀的弹性模型中定义明确的弹性静力学边界值问题的解，计算量相当大。
当前的求解方法主要依赖于有限元方法(fem)来求解这个方程以获得所关注的输出。fem是准确的求解方法，但是它有两个缺点：它需要人们通过费力的工作流程建立精巧的fem网格，并且所得的大型刚度矩阵需要非平凡的矩阵求解算法，二者都阻碍了工作流程。
需要地球建模方法能够在存在极端不均匀时准确地估计应力、应变和刚度。这样的地球模型能够用于引导在采集、处理、成像、反演和油气藏性质推断中的决策，以及估计潜在的地质力学钻井危险因素的位置，并且最终影响地质力学上降低风险和地质上最优化布井的决策，从而改进油气采收率。
技术实现要素：
本文描述的是所关注地质体的地球建模的计算机实施的方法的多种方式的实施方案。
公开的所关注地质体的地球建模的计算机实施的方法包括接收岩石模型；指定边界条件；在所述岩石模型的至少一部分中初始化应力场；使用有限差分方法对结果位移建模；根据所述结果位移计算结果应变、应力、弹性能量和弹性刚度中至少其一；以及使用结果应变、应力、弹性能量和弹性刚度中至少其一预测所述岩石模型中的物理变化。
在另一个实施例中，公开的计算机系统包括数据源或存储设备、至少一个计算机处理器、以及用户界面，用于实施所关注地质体的地球建模的方法。
在又一个实施例中，公开的制成品包括非暂时性计算机可读介质，其上具有计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为实施所关注地质体的地球建模的方法。
提供以上发明内容部分是为了引入在以下具体实施方式段落中进一步描述的简化形式中若干概念的选择。发明内容并非意在标识权利要求主题的关键特征或本质特征，它也并非意在用于限制权利要求主题的范围。不仅如此，权利要求主题不限于解决本公开内容的任何部分中指出的任何或全部缺点的实施方案。
附图说明
关于以下描述、权利要求书和附图，本发明的这些和其他特征将变得更好理解，其中：
图1是本发明的实施例的流程图；
图2a和2b演示了本发明能够起作用的不同尺度；
图3是施加垂直负载引起的应变能量的示例；
图4a-4c展示了油气藏中石油消耗引起的静态和时延垂直应变；以及
图5示意地展示了执行根据本发明实施例的方法的系统。
具体实施方式
本发明可以在系统以及要由计算机执行的计算机方法的一般上下文中描述和实施。这样的计算机可执行指令可以包括程序、例程、对象、组件、数据结构和计算机软件技术，它们能够用于执行特定任务以及处理抽象数据类型。本发明的软件实施方案可以以不同的语言编码，用于各种各样的计算平台、环境和架构中的应用。应当认识到，本发明的范围和基本原理不限于任何特定的计算机软件技术。
不仅如此，本领域的技术人员将认识到，实践本发明时可以使用硬件和软件配置的任何一种或结合，包括但是不限于具有单和/或多处理器计算机的系统、手持设备、平板设备、可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机等等。实践本发明时也可以在分布式计算环境中，其中若干任务由服务器或其他处理设备执行，它们通过一个或多个数据通信网络链接。在分布式计算环境中，程序模块既可以位于本地计算机存储介质中，也可以位于远程计算机存储介质中，包括内存存储设备。
同样，与计算机处理器一起使用的制成品，比如cd、预记录盘或其他等效设备，可以包括有形的计算机程序存储介质以及其上记录的程序装置，用于指引计算机处理器促进本发明的实施和实践。这样的设备和制成品也落入本发明的实质和范围之内。
现在将参考附图介绍本发明的若干实施例。本发明能够以众多方式实施，包括例如作为系统(包括计算机处理系统)、方法(包括计算机实施的方法)、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内存中的数据结构。下面讨论本发明的几个实施例。附图仅仅展示了本发明的典型实施例，所以不应当被视为限制其范围和外延。
本发明涉及地球建模，尤其是地质力学和岩石物理弹性静力学建模。地质力学与岩石物理弹性静力学建模之间的主要差异是尺度。典型情况下，岩石物理建模是小尺度的，在几厘米的量级。地质力学建模可以对地下油气藏或甚至地质盆地进行，在几十千米的量级。在图2a和2b中展示了这一点。图2a是岩心栓的实例，典型情况下长度在2到5厘米之间并且宽度可能为2厘米。图2b显示的油气藏模型可以为几十千米宽和深。本发明能够用于任何尺度。
如上所述，不均匀弹性模型中弹性静力学边界值问题的常规求解方法主要依赖于有限元方法(fem)来求解这个方程以获得所关注的输出。fem是准确的求解方法，但是它有两个缺点：它需要人们通过费力的工作流程建立精巧的fem网格，并且所得的大型刚度矩阵需要非平凡的矩阵求解算法，二者都阻碍了工作流程。
这个工作流程发明通过把时间域有限差分方法(fdm)改变用途为解决弹性静力学问题，完全避免了有限元(fe)方法的网格化和矩阵求解阻碍。某些先前的成果已经提出了对于岩石物理和地质力学使用fdm，不过这些成果尚未解决时间无关的弹性静力学问题。有限差分方法明确地时间相关，一般来说这使它们不适于时间无关的应用。本发明克服了这个限制。
首先，fdm使用标准的矩形网格。在一个实施例中，对于盆地宽度的地质力学建模，可以使用为了类似目的比如通过千米尺度地球模型的波场传播已经建立的相同网格。这避免了需要复杂的网格化和专家服务。其次，时间域fdm像典型情况下使用的那样通过算子卷积在时间上显式地发展出弹性解，避免了矩阵求解并且在标准的高性能计算架构上自然地运行。
本方法的症结在于，显式的时间相关的fdm必须求解固有地时间无关的弹性静力学问题。做到这一点是通过使动能经由数值衰减机制缓慢地泄漏出系统，而系统的势能以锁步降低。系统的动能与势能之间的这种紧密耦合由维里定理保证，对于弹性问题它陈述为平均相对动能和势能保持相等。随着按照简单的进度表迫使动能降低，势能接近其自身的最小值任意近，按照定义这就是所关注的边界值问题的弹性静力学解。所有相关联的应变、应力、弹性能量和弹性刚度都能够从位移的所得解得出。
组合动量守恒与胡克定律并且对于各向同性或各向异性介质都有效的运动的弹性方程的标准连续形式为：
调用衰减机制是通过使用简单而明确理解的阻尼技巧，也就是把以上的离散方程重写为标称更新与当前时间步的加权和，也就是：
对缓慢衰减以到达弹性静力学解的直觉需要由维里定理提供，对于由胡克定律支配的有界的物理系统(即地质材料)，它由<t>＝<v>简单地给出，意味着与边界条件和体力一致的平均动能t和势能v必须相等，所以如果动能缓慢地下降，势能将向其自身的最小值，即弹性静力学解，发展。
无论何处使用有限元方法(fem)并且要求相同的参数输入，就能够使用此工作流程。对于从小到大的尺度(图2)都行。确切地说，本文介绍的fdm能够用于小尺度(几厘米)以数值方式估计岩石样本的弹性刚度的图像，也称为“数字岩石物理”(图3)。另一方面，fdm能够用于大尺度(几十千米)以对由于油气藏的消耗(生产)或膨胀(注入)在地球体积中形成的应力和应变(图4a-4c)建模。图4a是基线油气藏模型，图4b显示了油气藏中的时延变化，包括在区域42中指明的扩张区域，而图4c显示了消耗后的油气藏模型，带有注释的消耗区域。对于预测地表沉降、钻井危险和声速变化，这种建模具有价值。另外，这种方法能够用于估计水力压裂作为内部流体压力和周围地层不均匀性的函数所采取的轨迹。
工作流程本身在图1中展示为方法100。接收10初始岩石模型，例如油气藏模型或岩心栓模型。设定11边界条件。若干边界条件可以允许在模型的一侧或多侧的位移、不允许在一侧或多侧的位移或者允许来自对侧的“卷绕”位移。然后初始化12应力场，它可以包括在模型的一侧或多侧的定向位移或者内部的应力或应变。然后对结果位移建模13，正如以上讲解，使用了应用维里定理的fdm。这些位移用于计算14相关联的应变、应力、弹性能量和弹性刚度。这些结果位移和结果应力变化能够用于预测15岩石模型中的物理变化。
图5中示意地展示了执行图1的方法100的系统500。此系统包括数据源/存储设备50，它可以包括数据存储设备或计算机内存等等。数据源/存储设备50可以包含岩石模型。可以使数据源/存储设备50中的数据对处理器52，比如可编程的通用计算机，可用。处理器52被配置为执行计算机模块，它们实施方法100。这些计算机模块可以包括初始化模块54，用于设置边界条件和初始化应力场；以及建模模块56，用于执行利用维里定理应用的fdm。这些模块可以包括其他功能。此外，可以包括其他模块比如解释模块，用于预测岩石模型中的物理变化。此系统可以包括界面组件比如用户界面59。用户界面59既可以用于显示数据和处理后的数据产物，也可以允许用户在实施本方法的若干方面的选项中选择。例如而非限制，输入地震数据和处理器52上算出的弹性静力学解可以在用户界面59上显示，在数据存储设备或内存50上存储，或者既显示又存储。
虽然在以上说明书中已经关于本发明的一定的优选实施例描述了它，并且为了展示已经阐述了许多细节，但是对本领域的技术人员将显而易见，本发明易于变更并且本文描述的一定的其他细节能够在相当程度上变化而不脱离本发明的基本原理。此外，应当认识到，在本文任何一个实施例中显示或描述的结构特征或方法步骤也能够用在其他实施例中。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！