物理系統(tǒng)及其不確定性的分級(jí)建模技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種分級(jí)建模工具或方法，其表現(xiàn)碳?xì)浠衔锵到y(tǒng)特性的全部范圍，精確地包括影響該系統(tǒng)的不確定性和潛在事件。潛在事件可包括采取的行動(dòng)和掌握的信息。分級(jí)建模工具可嵌入決策支持系統(tǒng)或以獨(dú)立方式使用。本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)的方面可將精確（高細(xì)節(jié)）物理模型鏈接到精確不確定性表示，且然后簡(jiǎn)化該精確不確定性表示為物理模型和可用于優(yōu)化器的不確定性的高速表示。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及數(shù)值優(yōu)化，其中確定數(shù)值模型的自由參數(shù)，以便最終預(yù)測(cè)最小化或最大化，本專利技術(shù)用于評(píng)估、計(jì)劃和/或管理物理系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
本節(jié)介紹本
的不同方面，其可與公開(kāi)的技術(shù)和方法關(guān)聯(lián)。本節(jié)的結(jié)尾處提供了窗口文件的列表，并在下面引用。該討論包括參考文獻(xiàn)被認(rèn)為輔助提供促進(jìn)更好理 解本公開(kāi)特定方面的框架。因此，本節(jié)應(yīng)在該前提下閱讀而不必當(dāng)作對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。在石油或天然氣儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)和管理中所做的決策對(duì)經(jīng)濟(jì)結(jié)果是重要的。開(kāi)發(fā)計(jì)劃包括關(guān)于產(chǎn)量設(shè)施和潛在的后續(xù)延伸和連接的尺寸、時(shí)序和位置的決策。分配給每個(gè)油田中要鉆探和完工的油氣井設(shè)施和時(shí)序的數(shù)目、位置、路徑也是重要決策。儲(chǔ)層管理決策包括運(yùn)營(yíng)策略，如注入方案、井間生成率的分配、井加工處理(working over)、以及鉆探新井。為獲取或配置精確評(píng)估資源的經(jīng)濟(jì)潛力有重要性。這些決策/評(píng)估由于不確定性變得極為復(fù)雜，不僅是儲(chǔ)層特性的不確定性，而且包括井以及設(shè)施特性的不確定性，和/或經(jīng)濟(jì)條件。幫助改進(jìn)儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)和管理的決策系統(tǒng)應(yīng)解決不確定性。精確的儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)和管理決策依賴于精確的儲(chǔ)層、井、設(shè)施和響應(yīng)這些決策的經(jīng)濟(jì)特性(系統(tǒng))的預(yù)測(cè)。除了最簡(jiǎn)單的情形，這些決策依賴于評(píng)估影響相關(guān)特性的特性，且確定特性和特性之間的關(guān)系要求數(shù)值建模。改善的計(jì)算機(jī)性能最佳可包括在模型中的細(xì)節(jié)的量，且該增加的細(xì)節(jié)可導(dǎo)致更精確的儲(chǔ)層和流體特性的預(yù)測(cè)，導(dǎo)致表示關(guān)鍵特征的復(fù)雜的、精密標(biāo)度(米或更低量級(jí))的模型。另一方面，不確定性的表示驅(qū)動(dòng)對(duì)表示全范圍參數(shù)空間的模型系綜的需求。同時(shí)，給定計(jì)算技術(shù)的狀態(tài)，產(chǎn)量情形的優(yōu)化可要求使用代表性的、但更快運(yùn)行的模型，這必然是較低詳細(xì)的。因此同時(shí)需要詳細(xì)的(“高保真度”)模型和高速模型。如果高速模型可校準(zhǔn)并與高保真模型關(guān)聯(lián)，則可滿足對(duì)精度和速度的需求。然而，生成和校準(zhǔn)模型可產(chǎn)生問(wèn)題。該問(wèn)題被不確定性的存在放大，因?yàn)樵谠撉樾沃校淮_定性表示也必須在以許多模型的高速表示和新模型的高保真表示之間校準(zhǔn)，且在這些水平之間傳播。因此，需要建模系統(tǒng)，該建模系統(tǒng)是精確的快速的，因此可使開(kāi)發(fā)計(jì)劃和儲(chǔ)層管理決策可靠和快速。精確性最終是根據(jù)相關(guān)預(yù)期的(所有可能的不確定結(jié)果的加權(quán)平均值)作為應(yīng)用于其上的條件和控制函數(shù)的儲(chǔ)層流動(dòng)響應(yīng)確定的。現(xiàn)有方法中，模型輸入傾向于以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式處理。地震數(shù)據(jù)用于定義地下區(qū)域的結(jié)構(gòu)，地理信息用于構(gòu)建地層及其特性、等等。正常情形下，基于直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，模型適于當(dāng)前需求。當(dāng)不同的個(gè)體工作于不同物理方面時(shí)，建立不同模型，然后其需要組合到單個(gè)模型中。雖然有某些軟件應(yīng)用程序允許集成建模儲(chǔ)層和設(shè)施(Beckner等人)，該領(lǐng)域中許多工作都聚焦于將物理模型集合到一起。需要更系統(tǒng)的建模方法，其包括相關(guān)物理學(xué)和不確定性。在某些復(fù)雜情形中，難于將以下面的方式提出的問(wèn)題公式化，S卩，甚至單個(gè)、確定性模型可以合理時(shí)間量運(yùn)行。然而，具有充分經(jīng)驗(yàn)和判斷的工程師通常可以充分的努力發(fā)現(xiàn)建立好模型或建立能夠調(diào)節(jié)/校正從而確定充分精確結(jié)果的方式。為了探索不確定性空間，要求建立大量(數(shù)百、數(shù)千、或更多)模型，但這些可“出租”給大量中央處理單元(CPU)并分開(kāi)解決。另一方面，優(yōu)化技術(shù)太差具有非常差的優(yōu)化問(wèn)題尺寸的性能(如，要確定的決策數(shù)目)特征，通常成幾何甚至冪指數(shù)增加。優(yōu)化技術(shù)通常要求在大量情形(數(shù)百、數(shù)千、或更多)中生成模型結(jié)果。因此，當(dāng)為單個(gè)確定性情形應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)時(shí)，表示系統(tǒng)要優(yōu)化從而運(yùn)行更快的模型是有用的，如少于一 CPU秒。在優(yōu)化或不確定性評(píng)估中，精確但快速的模型有助于獲得正確的答案。當(dāng)試圖評(píng)估優(yōu)化和不確定性時(shí)，快速模型幾乎只在最瑣碎情形中有幫助。圖I示出模型細(xì)節(jié)(沿水平軸12測(cè)量的)和不確定性細(xì)節(jié)(沿垂直軸14測(cè)量的)之間平衡 的圖形表示。有角度的線16表示計(jì)算能力限制。有角度線的位置取決于使用的計(jì)算系統(tǒng)。圖I示出增加某些細(xì)節(jié)(沿水平軸I)限制可建模(沿垂直軸14)的不確定性范圍，且增加不確定性細(xì)節(jié)限制可明確建模的物理細(xì)節(jié)。為了減小儲(chǔ)層流動(dòng)建模的計(jì)算要求，提升(upscaling)可用于鏈接粗(S卩，快速)模型和更精細(xì)尺度模型，且具體地，鏈接儲(chǔ)層-地質(zhì)模型(靜態(tài)巖石和流體模型)到儲(chǔ)層-流動(dòng)模型。提升由確定粗尺度特性組成，該粗尺度模型提供對(duì)精細(xì)尺度特性的一定程度的保真度。即使對(duì)于單相流動(dòng)(滲透性提升)，提升問(wèn)題也沒(méi)有完全解決。簡(jiǎn)單或復(fù)雜平均技術(shù)有瑕疵，這是由于實(shí)際巖石的幾何復(fù)雜性導(dǎo)致的。流動(dòng)基方法使用更好，且不會(huì)過(guò)度計(jì)算困難，只要可以使用具有相當(dāng)局部化的方法(參看Khan和Dawson (2000), Stern和Dawson(1999))。然而，對(duì)于多相流動(dòng)，提升方法是有問(wèn)題的。開(kāi)發(fā)來(lái)克服計(jì)算速度限制的經(jīng)典技術(shù)導(dǎo)致特性嚴(yán)重依賴于假定的流動(dòng)的模型。而且，基于兩個(gè)基礎(chǔ)，使用測(cè)量的巖石特性表示模型特性是有無(wú)效的。首先，要建模或表示的區(qū)域通常有多個(gè)巖石類型組成。第二，區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)在該區(qū)域內(nèi)幾乎不均勻。更近開(kāi)發(fā)的用于多相流動(dòng)的提升方法處理該情形(參看Jenny等人、Zhou等人(1997))。這些方法基本涉及在粗尺度上嵌入精細(xì)尺度解。精細(xì)尺度模型保持在其原始形式或另一種形式，并用于計(jì)算局部流動(dòng)特性。然而，根據(jù)計(jì)算時(shí)間這些方法是昂貴的，且不能適當(dāng)解決如何確定粗尺度特性。人們還沒(méi)有廣泛認(rèn)識(shí)到粗尺度的模型特性中系統(tǒng)誤差。Christie等人(2008)做了某些初步工作，但其比較箱式模型(tank model)和非常粗模型對(duì)許多應(yīng)用是不足的。確定所有尺度的系統(tǒng)性誤差需要適當(dāng)驗(yàn)證和校準(zhǔn)模型。上述方法暗示性或明確地假定精細(xì)模型是確定性的。對(duì)于通常在儲(chǔ)層模型中發(fā)現(xiàn)的不確定性的水平，包括要建模系統(tǒng)中的不確定性，可使實(shí)現(xiàn)精確模型的能力復(fù)雜化。最常用的方法是建立小數(shù)目(通常僅一個(gè)或兩個(gè))的額外模型，其被當(dāng)作表示系統(tǒng)中的不確定性，且對(duì)所有這些情形的儲(chǔ)層工程或開(kāi)發(fā)計(jì)劃問(wèn)題工作。近來(lái)的努力在表示不確定性方面做得更透徹，例如通過(guò)開(kāi)發(fā)一系列單特性分布圖或雙特性互相關(guān)圖。然而，現(xiàn)實(shí)中發(fā)現(xiàn)的實(shí)際地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、和地球化學(xué)必須更復(fù)雜。除非數(shù)據(jù)丟失，不確定性隨時(shí)間求解。因此，真實(shí)不確定性應(yīng)單調(diào)減少。然而，觀察到的不確定性可隨著學(xué)習(xí)到關(guān)于儲(chǔ)層的意外信息而經(jīng)歷增加。前面指“總”(場(chǎng)寬(field-wide))不確定性。對(duì)于儲(chǔ)層以后進(jìn)入生命期的旁通區(qū)域，局部不確定性(空間的特定區(qū)域)可保持大。如果形成鄰近區(qū)域，且因此這些區(qū)域的特性已知，鄰近旁通區(qū)域的不確定性是結(jié)構(gòu)質(zhì)量(通常通過(guò)地震數(shù)據(jù)評(píng)估的)和鄰近區(qū)域可關(guān)聯(lián)到旁通區(qū)域的程度的強(qiáng)函數(shù)。以前建模復(fù)雜開(kāi)發(fā)計(jì)劃或儲(chǔ)層管理系統(tǒng)的試圖聚焦于鏈接(但不完全集成)儲(chǔ)層和設(shè)施模型。當(dāng)使用基本集成的方法時(shí)，這樣的努力基本是無(wú)需的，如Beckner等人(2001)的描述。使用鏈接的(未集成)建模方法使得分級(jí)建模困難，但非不能應(yīng)用。下面是相關(guān)的參考文獻(xiàn)。授予Hamman等人的美國(guó)專利No. 7373252 B2。 授予Khan等人的美國(guó)專利No. 6826520。授予Orangi等人的美國(guó)專利申請(qǐng)No. US2008/0133550 Al。授予Guyaguler 等人的美國(guó)專利申請(qǐng) No. US2007/0299643 Al。授予Couet等人的美國(guó)專利申請(qǐng)No. US2007/0265815 Al本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2010.04.06 US 61/321,3581.ー種建立碳?xì)浠衔锕芾硐到y(tǒng)分級(jí)模型的方法，包括識(shí)別建模維度，其中表示與所述碳?xì)浠衔锕芾硐到y(tǒng)相關(guān)的已知參數(shù)和不確定性；通過(guò)為每個(gè)建模維度評(píng)估細(xì)節(jié)的地面實(shí)況水平生成地面實(shí)況模型；通過(guò)為每個(gè)建模維度評(píng)估細(xì)節(jié)的充分精細(xì)水平生成充分精細(xì)模型；評(píng)估表達(dá)所述充分精細(xì)模型中模型實(shí)例結(jié)果的參數(shù)空間；使用計(jì)算機(jī)，運(yùn)行地面實(shí)況模型實(shí)例從而生成地面實(shí)況模型的結(jié)果，選擇所述地面實(shí)況模型實(shí)例以表示所述參數(shù)空間的所需區(qū)域；通過(guò)為通常在所述細(xì)節(jié)的地面實(shí)況水平和細(xì)節(jié)的充分精細(xì)水平之間的每個(gè)建模維度識(shí)別細(xì)節(jié)的第一中間水平生成第一中間模型；使用計(jì)算機(jī)，運(yùn)行第一中間模型實(shí)例從而生成所述第一中間模型的結(jié)果，所述第一中 間模型實(shí)例被選擇以表示所述參數(shù)空間的所需區(qū)域；通過(guò)比較所述第一中間模型的結(jié)果和所述地面實(shí)況模型的結(jié)果，確定是否所述第一中間模型相對(duì)所述地面實(shí)況模型被充分校準(zhǔn)；當(dāng)所述第一中間模型沒(méi)有相對(duì)所述地面實(shí)況模型被充分校準(zhǔn)吋，通過(guò)識(shí)別通常在每個(gè)建模維度的所述細(xì)節(jié)的地面實(shí)況水平和每個(gè)建模維度的所述細(xì)節(jié)的第一中間水平之間細(xì)節(jié)的第二中間水平，生成第二中間模型，運(yùn)行第二中間模型實(shí)例生成所述第二中間模型的結(jié)果，通過(guò)比較所述第二中間模型的結(jié)果和所述地面實(shí)況模型的結(jié)果，確定是否所述第二中間模型相對(duì)所述地面實(shí)況模型被充分校準(zhǔn)；當(dāng)所述第一和第二中間模型之一相對(duì)所述地面實(shí)況模型被充分校準(zhǔn)時(shí)，連接所述第一和第二中間模型之一到所述充分精細(xì)的模型；以及輸出所述充分精細(xì)模型、所述第一中間模型實(shí)例以及所述第二中間模型實(shí)例中的ー個(gè)或更多模型實(shí)例。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中全部已知的所述參數(shù)和不確定性在建模維度中表示。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中與所述模型目的相關(guān)的所述不確定性在單個(gè)建模維度中表示。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中與所述模型目的相關(guān)的所述不確定性在多于ー個(gè)建模維度中表示。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括用所述輸出的模型實(shí)例生成模型替代品，所述模型替代品接近所述碳?xì)浠衔锕芾硐到y(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述模型替代品包括接近所述碳?xì)浠衔锕芾硐到y(tǒng)的ー個(gè)或更多等式或公式。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)ー步包括輸入所述生成的模型替代品到優(yōu)化子程序中；以及輸出所述優(yōu)化器的結(jié)果。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括重復(fù)完成下面步驟，直到所生成的中間模型中的ー個(gè)相對(duì)所述地面實(shí)況模型被充分校準(zhǔn)通過(guò)識(shí)別每個(gè)建模維度的兩個(gè)前面生成的細(xì)節(jié)水平之間細(xì)節(jié)的額外中間水平，生成額外的中間模型；通過(guò)比較所述額外中間模型的結(jié)果和所述地面實(shí)況模型的結(jié)果，確定是否所述額外中間模型相對(duì)所述地面實(shí)況模型被充分校準(zhǔn)。9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中與所述建模維度中的一個(gè)關(guān)聯(lián)的所述細(xì)節(jié)的地面實(shí)況水平與和所述建模維度中的另ー個(gè)關(guān)聯(lián)的所述細(xì)節(jié)的地面實(shí)況水平不同。10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述細(xì)節(jié)的地面實(shí)況水平是可完全建模所述碳?xì)浠衔锕芾硐到y(tǒng)的細(xì)節(jié)的最粗糙水平，以至該細(xì)節(jié)的最粗糙水平的進(jìn)ー步的精細(xì)基本不影響所述碳?xì)浠衔锕芾硐到y(tǒng)的預(yù)定特性。11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中由建模維度表示的所述已知參數(shù)包括地質(zhì)細(xì)節(jié)、流體表示、產(chǎn)量表示、經(jīng)濟(jì)建模、以及政治考慮中的ー個(gè)或多個(gè)。12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一中間模型的結(jié)果和所述地面實(shí)況模型的結(jié)果包括分隔化、連通性、通道化、井排水體積、井產(chǎn)量率指標(biāo)、井臨界產(chǎn)率、儲(chǔ)層間產(chǎn)率指標(biāo)、含水層指標(biāo)以及氣驅(qū)和水驅(qū)穩(wěn)定數(shù)中至少ー個(gè)。13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中連接所述第一和第二中間模型之一到所述充分精細(xì)模型包括(a)識(shí)別具有所述細(xì)節(jié)的最粗糙水平的所述中間模型，且所述中間模型相對(duì)所述地面實(shí)況模型直接或間接被充分校準(zhǔn)；(b)如果剩余生成的模型中沒(méi)有可相對(duì)所述相對(duì)地面實(shí)況模型充分校準(zhǔn)的中間模型而被充分校準(zhǔn)的，則生成第一額外中間模型，其具有通常比所述相對(duì)地面實(shí)況模型充分校準(zhǔn)的中間模型更粗糙的細(xì)節(jié)水平；(c)當(dāng)所述第一額外中間模型不能相對(duì)所述相對(duì)地面實(shí)況模型充分校準(zhǔn)的所述中間模型而被充分校準(zhǔn)，則生成第二中間模型，其具有比所述第一額外中間模型更精細(xì)的細(xì)節(jié)水平，且其相對(duì)所述第一額外中間模型被充分校準(zhǔn)；Cd)當(dāng)所述額外中間模型可相對(duì)所述相對(duì)地面實(shí)況模型充分校準(zhǔn)的所述中間模型而被充分...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：R·J·米福林，M·B·雷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：埃克森美孚上游研究公司，
類型：
國(guó)別省市：