用以產生非結構化網格且進行并行儲集層模擬的機器、計算機程序產品和方法技術

本文描述一種用以針對多種模擬模型大小實現可擴展并行儲集層模擬的機器、計算機程序產品和方法。所揭示的發明專利技術的一些實施例包含一種機器、方法和所實施的軟件，其用于使用用于所述儲集層模擬的多個子域來執行界定儲集層或油/氣田的網格的并行處理、使用多個單元中的每一者的特性和在至少一個子域內的位置對所述單元的局部單元索引重新排序的并行過程以及模擬所述儲集層的至少一個生產特性的并行過程。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及油氣儲集層模擬，且更明確地說，涉及用以針對多種模擬模型大小實現油氣儲集層的可縮放并行處理的機器、計算機程序產品和方法。
技術介紹
地下地質體或地層含有多階段、多成分流體，且因此，原油儲集層可含有石油、天然氣、水和若干組成化合物，可對其進行建模以預測來自儲集層的流體流，這也被稱為儲集層模擬。可在鉆井之前或之后運行儲集層模擬模型，以確定各種方法的生產速率等。當前儲集層建模技術創建由多個網格單元組成的儲集層的數值網格，并處理每一網格單元的有限體積中的數據。因為儲集層可能非常大且復雜，且網格單元可能數以百萬計到超過十億，因此模擬模型運行起來可能花費若干小時到數天。合乎需要的運行時間是以分鐘計到最多幾小時，因為歷史匹配通常需要數百次運行。因此，沙特阿美石油公司(Saudi Aramco)的POWERS 程序被創建以使用并行計算來加速數據處理。如由POWERS 程序執行的并行計算將數值網格劃分為多個域，其中每個域由多個網格單元組成。所述數值網格為結構化網格，這意味著可將每一網格單元描述為相同的，即每一內頂點是隨固定數目個單元而來，且每一單元由固定數目個面和邊界定。結構化網格可使用笛卡爾坐標(I，J，K)或某一其它類似映射方法來定位用于數據處理的網格單元。為了運行所述模擬，將使用地質模型(多孔性、滲透性等)描述的巖石性質以及巖層的幾何形狀和與井身有關的數據讀取到每一計算機中。因為將域細分為若干有限體積或網格單元，所以接著為每一網格單元構造質量、動量和能量的守恒等式。這些平衡等式表示存儲在網格塊中的這些量因塊間通量而產生的變化的離散時間速率，以及所述量因正被建模的物理和化學過程而產生的源匯，且因此這些平衡等式為涉及復雜函數的一組離散非線性偏微分等式。最后，通過將映射方法用于所述網格，每一計算機可安排與其它計算機的串擾以模擬經過所述域的流。圖1展示其中安置有多邊井的儲集層的現有技術二維結構化網格。如可看到，每一網格單元是均勻的，與網格單元的地質特征或網格單元與井的接近性無關。遺憾的是，儲集層具有沉積成因，且具有多個層，所述層各處具有厚度和深度變化，其并不整齊地遵循結構化網格的圖案。舉例來說，一層可能因缺乏沉積或后續侵蝕而局部消失，這被稱為尖滅。并且，隨地質時間的過去的抬升(地殼的上升)和下陷(地殼的下降)可導致所述層的斷層和壓裂。除儲集層的復雜性之外，可能將復雜的井鉆入儲集層中以從中提取流體，或將流體注入其中以維持壓力或增強采油操作，即這些井可為多分支的。簡單地說，結構化網格在這些情況下并不產生準確的流模型。為了準確性，需要經建立以表示地質層和井的更好的非結構化網格，其將表示斷層、壓裂、尖滅和井幾何形狀。為了創建非結構化網格，將油氣儲集層細分為非均勻的基本有限體積，即網格單元或網格塊。這些網格單元可具有可變數目的面和邊，所述面和邊經定位以尊重地質結構的物理邊界以及嵌入儲集層內的井幾何形狀。因此，這些地圖可能非常復雜。非結構化網格化方法的實例包含維諾(Voronoi)圖，即其中每一單元具有相比于任何其它維諾位點或點較靠近一個維諾位點或點的面和邊的網格。圖2是二維維諾網格的實例。雖然非結構化網格較準確地反映地質體的地質特征，但為了使用并行處理技術來執行非結構化網格模擬，必須用可由處理每一域的計算機存取的全局散列表代替全局坐標系(例如，(I，J，K)笛卡爾編索引)，以安排單元和域串擾。遺憾的是，用于具有例如數千萬到超過十億個單元的模型的全局散列表可壓倒并行計算機中的每一者的存儲器。除現有技術儲集層網格的問題之外，模擬具有多邊井的儲集層需要較多的數據輸入并使用較復雜的算法，且用于這些類型的生產方法的模擬模型可能非常繁瑣，即使使用POWERS 系統也是如此。這些等式的計算復雜性因通常為數千萬到數億個網格單元的地質模型大小而進一步復雜化。由于尋找對具有多階段不連續性的數百萬到幾十億個非線性偏微分等式的解是計算復雜度很高的，因此通常經由被稱為尺度提升的過程(即，用于多個網格單元的巖石性質的平均化)以比地質模型粗略的尺度建立儲集層模擬模型。雖然計算上較高效，但尺度提升使模擬模型變得不準確。非常希望開發可直接使用原始地質模型而無需尺度提升且同時可尊重復雜的井幾何形狀和地質學的模擬系統。因此，本專利技術中的機器、方法和程序產品構成通過將非結構化網格用于復雜的儲集層和多邊井且在無尺度提升的情況下在地震尺度地質模型下使用結構化網格來進行所要模型大小(從小模型到超過十億個單元的模型)的可縮放并行儲集層模擬的促成技術。
技術實現思路
鑒于前述內容，本專利技術的各種實施例有利地提供一種用于促進多個網格類型和模擬類型的并行儲集層模擬的機器、程序產品和方法，且其不需要使用全局散列表來定位網格單元以用于在超級計算機的計算節點之間傳送，本文將計算節點描述為應用服務器。更具體地說，本文描述界定具有在模擬由儲集層的網格界定的多個油氣井的至少一個生產特性的每一應用服務器上運行的多個可執行代碼的多個應用服務器的機器的實施例，所述網格由多個具有邊界的單元組成，所述邊界由地質特性、復雜的井幾何形狀以及所述儲集層的用戶指定的單元大小界定。所述應用服務器具有處理器和存儲器，所述存儲器上存儲有計算機可讀指令，所述計算機可讀指令可在所述處理器上操作。在每一應用服務器上執行的軟件代碼共同致使所述應用服務器執行:將網格(其單元已先前被編索引，且連續地存儲在計算機磁盤上)分為多個子域的過程，每一子域最佳含有幾乎相等數目的單元，以基于待使用的用戶指定數目的應用服務器進行處理；以及為每一應用服務器指派所述多個子域之中的子域的所有權的過程。計算機可讀指令可包括:從地表下土壤的地質特性和井幾何形狀創建多個單元，所述多個單元具有與對應于所述地質特性和井幾何形狀的多個點中的每一者等距形成的面，減除不活動的任何網格單元；以及將剩余單元分為多個子域，且為所述單元中的每一者指派原始索引；且至少一個單獨應用服務器具有處理器和上面存儲有計算機可讀指令的存儲器。至少一個應用服務器可被指派至少一個子域且包含計算機程序產品，所述計算機程序產品可在存儲器上操作，用于執行使用單元的特性和在至少一個子域內的位置對所述多個單元中的每一者的局部單元識別參考重新排序的過程，以及模擬儲集層的至少一個生產特性的過程。此些計算機可讀指令可包括:為子域中的多個單元中的每一者創建初始局部單元識別參考，每一局部單元識別參考映射到所述多個單元中的每一者的原始索引；使用網格數據、井數據和滲透性數據產生子域中的多個單元中的每一者之間的可透性特性，使用初始局部單元識別參考將所述網格數據、井數據和滲透性數據讀取到單獨應用服務器的存儲器中；確定鄰近于所述子域的至少一個其它子域，以及所述多個網格單元中的哪些網格單元與至少一個其它子域的網格單元共享至少一個面；根據網格單元是否與至少一個其它子域的網格單元共享至少一個面來對多個網格單元中的每一者重新編索引；根據多個網格單元中的每一者的可透性對多個網格單元中的每一者重新編索引；以及在用于與鄰近于具有所述一個其它子域的子域的至少一個其它子域共享至少一個面的網格單元的應用服務器之間傳輸模擬數據。 本專利技術還描述根據本專利技術的示范性實施例的計算機程序產品。所述示范性計算機程序產品可在機器群集上操作，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.07 US 12/876,727;2010.11.29 US 12/955,5041.一種用于模擬由儲集層的網格界定的多個油氣井的生產特性的機器，所述機器包括: 第一應用服務器，其具有處理器和非暫時存儲器，所述存儲器上存儲有計算機可讀指令，且所述計算機可讀指令可在所述處理器上操作，所述第一應用服務器執行將所述網格分為多個子域的過程以及為所述多個子域中的單元中的每一者指派索引的過程；所述計算機可讀指令包括: 從地表下土壤的地質特性創建多個單元，所述多個單元具有與對應于所述地質特性的多個點中的每一者等距形成的面， 減除不活動的任何網格單元，并將剩余單元分為多個子域，以及 為所述單元中的每一者指派原始索引； 至少一個單獨應用服務器，其具有處理器以及上面存儲有計算機可讀指令的存儲器，所述至少一個應用服務器被指派至少一個子域且包含計算機程序產品，所述計算機程序產品可在所述存儲器上操作，以用于執行使用所述單元的特性以及在所述至少一個子域內的位置對所述多個單元中的每一者的局部單元識別參考進行重新排序的過程以及模擬所述儲集層的至少一個生產特性的過程；所述計算機可讀指令包括: 為所述子域中的所述多個單元中的每一者創建初始局部單元識別參考，每一局部單元識別參考被映射到所述多個單元中的每一者的原始索引， 使用網格數據、井數據和滲透性數據來產生所述子域中的所述多個單元中的每一者之間的可透性特性，其中所述網格數據、井數據和滲透性數據是使用所述初始局部單元識別參考讀取到所述單獨應用服務器的所述存儲器中的， 確定鄰近于所述子 域的至少一個其它子域，以及所述多個網格單元中的哪些網格單元與所述至少一個其它子域的網格單元共享至少一個面， 根據所述網格單元是否與所述至少一個其它子域的網格單元共享至少一個面來對所述多個網格單元中的每一者重新編索引，以及 根據所述多個網格單元中的每一者的所述可透性來對所述多個網格單元中的每一者重新編索引，且在與鄰近于具有所述一個其它子域的所述子域的所述至少一個其它子域共享至少一個面的所述網格單元之間傳輸模擬數據。2.根據權利要求1所述的機器，其中所述地質特性包含深度、多孔性、可透性、巖石區、巖石性質和滲透性中的至少一者。3.根據權利要求1或2所述的機器，其中所述第一應用服務器和所述單獨應用服務器在安全網絡上連接在一起，且形成計算機群集。4.根據權利要求1或2所述的機器，其中所述第一應用服務器和所述單獨應用服務器在廣域網上連接在一起，使得所述第一應用服務器和所述單獨應用服務器彼此遠距離定位。5.根據權利要求2、3或4所述的機器，其中文件服務器將地質特性存儲在用于所述多個特性中的每一者的單獨字段中，且所述應用服務器使用所述計算機程序產品存取所述字段中的每一者以運行模擬計算。6.根據權利要求1、2、3或4所述的機器，其進一步包括文件服務器，所述文件服務器將網格數據、井數據和滲透性數據以及地質特性存儲在其上的非暫時存儲器中，所述文件服務器上存儲有數據庫計算機程序產品，允許所述第一應用服務器和所述單獨應用服務器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：拉里·SK·馮，穆赫勒·M·梅茲格阿尼，
申請(專利權)人：沙特阿拉伯石油公司，
類型：
國別省市：