专利名称：空隙度分析的系统和方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及空间数据的特征描述，更确切地说，涉及在地质数据的特征描述中使用空隙度分析。
背景技术：
空间模式的量化在包括地质学的自然科学中是有用的工具。虽然分形数学可能有助于描述自然发生的结构，但是这样的数学方法的复杂性可能导致更复杂而不是更简单的描述。在这点上，已经发现空隙度的概念可用于描述数据集的空间分布，包括具有聚集、随机、分形和多分形分布的数据集。空隙度允许对二元的和/或连续的数据集进行统计研究并且可以应用到任何维度的数据。在具体应用中，在估算新近确定的储集层的潜在价值或现有已开发储集层内的投资计划的潜在价值时，它可以用于量化受关注区域的不均勻性。确切地说，这样的量化可以用于估算和解释地层学的模式，包括地层属性的旋回性和沉积体的连通性。此外，不均勻性的量化可以用于分类相似体数据集、进行数据/模型对比、做出流体评估以及以低于可观察标度的标度做出预测。
发明内容
本发明实施例的方面包括计算机实施的方法，用于分析表示地表下区域的地表下属性的数据。所述方法包括按照选择的准则将表示所述地表下区域的地表下属性的数据变换为变换后的数据。至少部分地根据预期特征尺寸呈现、数据采样密度和所述地表下区域的尺寸，选择要应用到所述变换后的数据的三维窗口几何体。通过将所选择的三维窗口几何体应用到所述地表下区域的随机选择的区域，来计算用于三维空隙度统计的多个值，并且使所计算的值与所述地表下区域的地表下属性相关。
连同附图阅读以下详细说明时，本文介绍的其他特征对于本领域的技术人员将更容易显现，其中图1是流程图，展示了根据本发明实施例的方法和工作流程；图2a_2d展示了四个可能的移动窗口，它们可以用于根据本发明的实施例估算数据集中的空隙度；图3是根据本发明的实施例，使用空隙度来特征描述可以估算的三维储集层不均勻性结构的实例；图4是使用均质窗口、使用沿倾斜方向更长的窗口和沿走向方向更长的窗口，对于储集层不均勻性结构的空隙度统计的重对数坐标图；图5是用于储集层不均勻性结构的空隙度统计的重对数坐标图，采样次数的改变表明了随样本数量的增加，解的准确度的提高；
图6是受关注区域的概念性展示，显示了中间区域和中间区域内的移动窗口 ；图7是展示空隙度统计分类系统的重对数坐标图；图8是根据本发明的实施例，执行若干方法的系统实施例的示意展示。
具体实施例方式图1示意地展示了估算受关注地质区域空隙度的工作流程。该工作流程接受表示受关注区域物理特征的数据作为输入。在这点上，受关注的地表下属性可以包括例如地球物理的、地质的、地层的、岩性的和储集层的属性。具体的数据类型可以包括井数据102、地震数据104和相似体数据106及其组合。正如将被认识到，使用类似的技术可以分析与地表下属性有关的其他数据类型。为了突出受关注的构造，受观察数据经过了变换108。在一种方法中，这可能意味着应用了某阈值以便将量化数据变换为二元数据。这样的二元转换可以包括例如静态阈值，也可以允许模糊的或空间或时间变化的阈值。同样，以突出特定空间特征或特定标度上特征的空间和/或时间滤波器可以将该数据变换为离散或连续的分布。举例来说，在预期测井或地震数据中地质特征标度随着深度增加而增大时，通过允许随深度增加而增大阈值数值，可以选择阈值说明这种情况。在另一种方法中，可以将属性变换为连续分布比如参数的或非参数的参考分布， 或者为了突出特定的数据值范围、管理外露层或其他选定结果而选定的离散分布。在又一种方法中，可以完全省略变换步骤而直接分析数据。作为可选步骤，可以产生变换后的数据的可视化110，例如在计算机系统的显示器上，用于操作员复查。这种可视化提供了对数据的交叉检查，以确保该变换没有使数据改变得使分析将不提供准确的或有用的结果。操作员响应可视化，可以选择对原始数据使用不同的变换，再进行空隙度分析。还可以由最优化引擎用最优化准则以自动方式协助或独立地实施这个步骤，该最优化准则参考变换后的数据的统计，它们可以表明不均勻性构造的区别，不限于整体累积密度函数、协方差函数和转移概率。一旦该数据被适当变换并准备进行分析，便选择在空隙度分析中使用的窗口几何体，其中几何体包括方向范围、尺寸范围和窗口形状。选择几何体时可以根据一个或多个因素，包括受关注区域中预期特征尺寸、可用数据的分辨率以及受关注区域中构造的已知的或预测的各向异性。在一个实施例中选择窗口形状时可以根据预期的特征形状。图加展示了立方体各向同性窗口，根据现有技术可用于确定空隙度。另一方面， 图2b-2d展示了各种各样的带有可变方向的各向异性移动窗口的实例，可用于本发明的实施例中对空间数据估算空隙度。使用这样的可变方向的各向异性窗口可以允许对它们本身就具有各向异性的空间现象进行特征描述。同样，通过改变方向可以进行各种方向性的空隙度测量。一旦已经确定了这样的空隙度，就可以对这些空隙度进行插值以便在所有方向和距离标度上描述空隙度的特征(见图2)。使用灵活的尺寸、方向和几何体可以允许使用变化的移动窗口参数迭代地估算空隙度的能力，使该统计的信息内容(正如由试验结果的平滑度和唯一性测出)最大化。一旦确定了移动窗口的几何体，便使用移动窗口或“滑动框”算法计算三维空隙度 114。举例来说，对于转换为二元数据的数据集，长度为Γι、高度为r2而宽度为r3的框被放置在该数据集的原点。确定窗口内占据位置的数量(窗口质量，s)，然后沿着该数据集移动窗口并再次测量窗口质量。在该数据集上重复这个过程，产生了窗口质量n(s，ri，r2，r3)的频率分布。然后在许多窗口大小上迭代这个过程。例如，移动窗口可以类似于图2b显示的窗口，并且在每次迭代中改变框的尺寸，但是T1与r2之间的比例保持不变。图2c和图2d 展示了替代窗口几何体，确切地说分别为椭球体各向同性窗口和椭球体各向异性窗口。算出的空隙度结果得以解释116并且对全部或某些距离和/或方向创建分析模型。在这点上，这样的模型可以包括例如将数据外推或内插到不可观察标度的预测模型 118、识别相似体的分类模型120、用于地质统计模型的空间统计122以及/或者用于数据-模型和模型-模型对比的空间统计124。利用以上介绍的模型，算出的值可以与地下参数或属性相关，包括但是不限于空隙度的净总比、单变量和空间分布、渗透率、页岩阻挡层、储集层要素和相关联的地层学几何体和岩性。在实施例中，可以包括另外的步骤以检查空隙度中的局部变化130。在这种方法中，已识别的局部变化可以用于标识和/或分类132受关注区域中的不均勻性局部变化。作为补充步骤，可以调整变换和窗口参数，不是根据预定的方案，就是响应操作员基于模型分析的输入，并且使用调整的参数迭代该过程134。在实例中，根据前述方法分析了图3展示的储集层连通性数据。图4是重对数坐标图，展示了三种不同方法进行空隙度分析的结果。首先，使用各向同性窗口，产生了最高线。 其次，使用沿倾斜方向具有长度与宽度比为5 2的长方体各向异性窗口(如图2b展示)， 产生了中间线。第三，使用沿走向方向具有长度与宽度比为5 2的长方体各向异性窗口， 产生了最低线。可见，沿走向方向窗口的空隙度统计显示出比其他两条线相对更聚集。一般来说，移动窗口统计依赖于对空间不均勻性的详尽采样，方式为访问所有可能的移动窗口位置。在大型模型中，这导致了计算次数非常高，尤其在使用大量的窗口方向、几何体和尺寸时。本发明人已经确定，通过随机地采样可能的移动窗口位置的小子集， 就可以计算对空隙度的合理近似。对于每个采样位置，通过应用具有尺寸和方向范围的选定三维窗口几何体，计算空隙度统计。对于每个窗口配置，来自有限数量随机采样位置的结果都应用为计算上更昂贵的详尽滑动框采样模式的近似。这就产生了单窗口尺寸和方向的空隙度测量。结合所有窗口尺寸和方向的空隙度测量结果产生了全3D空隙度模型。在整个模型上的这些多个值的合并表示全局的全3D空隙度特征，同时局部搜索邻域的合并(见图6的中间窗口)表示非平稳的全3D空隙度特征。作为潜在的节省计算量的实例，具有100X100X100维度单元的1，000，000单元的模型对于IOX IOX 10的窗口尺寸会具有753，571个可能的窗口位置。正如图5展示，使用随机采样，空隙度统计似乎显示了 5000个样本的稳定性。虽然没有展示，但是本发明人已经发现少至1000个随机窗口就能够提供稳定的统计，引起计算效率提高到超过最差情况(假设低效的滑动框方法)的750倍。为了确保快速收敛，可以应用分层采样的方法。也就是，可以定义一组子区域，并且从每个子区域中取得某数量的随机样本。这种方法可以防止在受关注区域的特定的非代表部分内随机地选择大批样本，正如作为真正随机选择的结果有可能发生这种情况。随机采样方法可能引起的一个问题是，一般来说，获得合理近似所需要的样本数量取决于空间不均勻性，尤其是统计不变性的等级和窗口尺寸。结果，或许不可能事先知道产生良好的统计需要多少样本。对这个问题的解决方法是对逐渐增大数量的随机样本测量空隙度并监视结果变化的速率。一旦变化速率降至某选定容差以下，就可以停止迭代采样。在某实施例中，局部的空隙度统计可以用于描述受关注的勘探或储集层区域上不均勻性的趋势和变化特征140，如图6展示。在这点上，通过在尺寸小于整个模型而大于移动窗口 146的中间窗口 142上计算空隙度，可以产生局部空隙度测量。一旦算出局部空隙度，它就被分配给中间窗口的形心。中间窗口尺寸应当选择得足够大，使得有合理数量的可能移动窗口位置进行局部空隙度的统计学推理，又不大到平滑掉局部特征。这种方法可以直接应用于检测、分割和/或描述特征，以及/或者指派任何数据集(如测井或地震信息) 中的储集层潜力。在另一个实施例中，这种局部空隙度测量可以应用为以上讨论的突出特定不均勻性特征的变换。一旦由计算确定了空隙度测量，它们就可以被参数化或汇总以帮助分类和预测。图7是重对数坐标图，展示了三种典型形式的实验空隙度及其各自解释。在卵形顶部凹面向下的曲线150表示对聚集数据集的空隙度统计。底部凹面向上的曲线152 表示具有分形特征的数据集。中间直线1 表示随机数据集的空隙度。根据这种构造，可以定义空隙度指数，基于实验结果对每种形式的近似，它以跨越了从分形到随机到聚集形式的单值汇总了实验确定的空隙度统计。这个指数在图7中由线 156表示，它与表示随机统计的线154正交地延伸。这种方法提供的简单统计用于汇总结果、可视化局部空隙度和用于模型对比。不仅如此，对于更大区域中的局部空隙度统计，指数值可以分配到每个局部区域的形心，从而允许简单地指示大区域内的变化而不需要对每个区域的空隙度曲线分开图形描绘。如果在不同的距离标度和方向上观察到截然不同的形式，那么就可以将其分开并分配各自的空隙度指数。此外，通过在受关注区域上的向量场可以汇总特定空间形式的主方向。这些汇总的所有变量都可以考虑，包括统计汇总以及第一、第二和更高阶的导数。在某实施例中，可以产生空隙度的全三维模型，它允许在所有方向和距离上的空隙度特征描述。这样的模型可以基于在连通性的主方向上(水平长轴、短轴和垂直)的实验空隙度计算，然后基于所算出的值，对所有其他可能的方向的内插和外推。在这种方法中，数值相似体模型用于定义在所有可能的方向和距离上的现实空隙度形式。然后这些形式用于约束空隙度测量的内插和外推，以便确保似乎真实的或几何体上一致的结果并且定义相关联的不确定性。在一个实施例中，空隙度的全3D模型可以应用于产生基于空隙度的不均勻性的随机实现，或者约束/后处理传统的地质统计方法用于改进储集层构造预测和建模。执行本方法的系统200示意地展示在图8中。系统包括数据存储设备即存储器 202。可以使存储的数据对处理器204可用，比如可编程的通用计算机。处理器204可以包括接口组件比如显示器206和图形用户界面208。图形用户界面既可以用于显示数据和处理后数据产品，也允许用户在实施本方法若干方面的选项当中选择。或者直接从数据采集设备，或者从中间存储器或处理设施(未显示)，可以将数据经由总线210传送到系统200。本领域技术人员将认识到，本文介绍的公开实施例仅仅是举例，将存在众多变种。 本发明仅仅受限于权利要求书，它包含了本文介绍的若干实施例以及对本领域技术人员显而易见的若干变种。
权利要求
1.一种用于分析表示地表下区域的地表下属性的数据的计算机实施的方法，包括 按照选择的准则将表示所述地表下区域的地表下属性的数据变换为变换后的数据； 至少部分地根据预期特征尺寸呈现、数据采样密度和所述地表下区域的尺寸，选择要应用到所述变换后的数据的三维窗口几何体；通过将所选择的三维窗口几何体应用到所述地表下区域的随机选择的区域，来计算用于三维空隙度统计的多个值；以及使所计算的值与所述地表下区域的地表下属性相关。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述三维窗口几何体包括各向异性几何体。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述各向异性几何体包括椭球体或长方体。
4.根据权利要求1的方法，其中，所述选择进一步基于关于所述地表下区域的数据的几何范围。
5.根据权利要求1的方法，其中，所述相关包括对比所计算的值和已知其地表下属性或存在数值相似体模型的更深地表下区域的计算的值；以及根据所述对比确定受关注的地表下区域的分类。
6.根据权利要求1的方法，其中，所述随机选择的区域受到约束，使得多个选定子区域的每一个至少被采样选定的最少次数。
7.根据权利要求1的方法，进一步包括，在所述变换之后和所述选择之前，产生所述变换后的数据的可视化。
8.根据权利要求7的方法，其中，所述变换进一步包括数据的再变换以产生二元数据， 所述再变换基于用户响应所述可视化的输入。
9.根据权利要求1的方法，其中，所述计算用于三维空隙度统计的多个值进一步包括 定义表示所述地表下区域各个体积的多个中间窗口，每个中间窗口具有的体积都大于所选择的三维窗口几何体；对每个所述中间窗口计算空隙度统计；以及汇集每个中间窗口内所有空隙度计算的结果以表示局部空隙度统计。
10.根据权利要求1的方法，进一步包括对所述地表下区域，定义基于所述多个值的标绘的形状的空隙度指数。
11.根据权利要求10的方法，其中，所述空隙度指数描述了所述多个值与表示理论空间分布的特征形式的匹配程度。
12.根据权利要求1的方法，其中，所述变换后的数据包括二元或分类数据。
全文摘要
一种系统和计算机实施的方法，用于分析表示地表下区域的地表下属性的数据。所述方法包括按照选择的准则将表示所述地表下区域的地表下属性的数据变换为变换后的数据。至少部分地根据预期特征尺寸呈现、数据采样密度和所述地表下区域的尺寸，选择要应用到所述变换后的数据的三维窗口几何体。通过将所选择的三维窗口几何体应用到所述地表下区域的随机选择的区域，来计算用于三维空隙度统计的多个值，并且使所计算的值与所述地表下区域的地表下属性相关。
文档编号G06F17/30GK102576370SQ201080048000
公开日2012年7月11日 申请日期2010年11月9日 优先权日2009年12月8日
发明者M·A·珀尔马特, M·J·皮尔茨 申请人:雪佛龙美国公司