專利名稱：用于模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文件涉及用于模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)和方法。
3.
背景技術(shù)：
存在幾種預(yù)測這些地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)中的水力裂縫幾何形狀的不同裂縫仿真器，既包括有限元(Papanastasiou，P. C，1997，Int. J. Rock Mech & Min. ki，34 :3_4， 論文 No. 240 ;Lam 等人，SPE 15266, SPE Unconventional Gas Technology Symposium, Louisville，KY，Mayl8-21，1986 ;Lujun 等人，2007，SPE 110845，SPE annual Technical Conference and Exhibition, Anaheim, CA, November 11-14,2007), iii 1 If 7Π (Clifton 等人，1979, SPE 7943, SPE/D0E Low Permeability Gas Reservoirs Symposium, Denver, Colorado, May20_22，1979 ；Rungamornrat 等人,2005，SPE 96968，SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, TX October 9-12, 2005 ;Yew等人，1993, SPE 22875，SPE Production & Facilities,8 :171-177)。但是，在模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)方面需要改進(jìn)。
4.

發(fā)明內(nèi)容
如本文所公開，提供了模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)和方法。例如， 一種系統(tǒng)和方法可以配置成接收指示與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)，并通過求解模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的偏微分方程組生成壓裂預(yù)測。作為另一個(gè)例子，一種系統(tǒng)和方法可以進(jìn)一步包括包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫模型的偏微分方程組；其中所述偏微分方程組通過全展開雅可比行列式(Jacobian)耦合；所述偏微分方程組的求解包括在單個(gè)時(shí)間步長中根據(jù)接收的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)同時(shí)求解全展開雅可比行列式。所述方法可以包含向用戶、用戶接口設(shè)備、 計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、監(jiān)視器、本地計(jì)算機(jī)、或作為網(wǎng)絡(luò)一部分的計(jì)算機(jī)輸出或顯示生成的壓裂預(yù)測。作為另一個(gè)例子，一種系統(tǒng)和方法可以配置成用于模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)中的裂縫，包含接收指示與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)；定義包含多個(gè)三維單元(cell)的三維網(wǎng)格，其中每個(gè)三維單元包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)；定義包含多個(gè)二維單元的二維網(wǎng)格，其中每個(gè)二維單元包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)二維單元與一個(gè)三維單元共享至少四個(gè)節(jié)點(diǎn)；通過求解模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的偏微分方程組生成壓裂預(yù)測；其中所述偏微分方程組包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫模型；其中所述偏微分方程組通過全展開雅可比行列式耦合；其中所述偏微分方程組的求解包括在單個(gè)時(shí)間步長中根據(jù)接收的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)同時(shí)求解全展開雅可比行列式；其中在三維網(wǎng)格上計(jì)算所述儲層流模型和地質(zhì)力學(xué)模型；以及其中在二維網(wǎng)格上計(jì)算所述裂縫模型。所述方法可以包含向用戶、用戶接口設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、監(jiān)視器、本地計(jì)算機(jī)、或作為網(wǎng)絡(luò)一部分的計(jì)算機(jī)輸出或顯示生成的壓裂預(yù)測。 關(guān)于耦合，可以用于將儲層中的流體流與地質(zhì)力學(xué)模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與地質(zhì)力學(xué)模型相關(guān)聯(lián)的有效應(yīng)力、孔隙率、和一個(gè)或多個(gè)位移 (displacement) 0將地質(zhì)力學(xué)模型與流體流耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是 與儲層流模型相關(guān)聯(lián)的孔隙率、流體壓力、和滲透率；其中將地質(zhì)力學(xué)模型與裂縫模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的裂縫寬度；以及其中將儲層中的流體流與裂縫模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的泄漏率。所述偏微分方程組還可以進(jìn)一步包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的熱模型。將熱模型與地質(zhì)力學(xué)模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與熱模型相關(guān)聯(lián)的傳導(dǎo)和對流； 以及將熱模型與儲層流模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與熱模型相關(guān)聯(lián)的流體粘度和熱應(yīng)力。
5.


圖1是用于模擬包括儲層模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫流模型的地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的示例性手段的方塊圖；圖2是用于模擬包括儲層模型、地質(zhì)力學(xué)模型、裂縫流模型、和熱模型的地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的示例性手段的方塊圖；圖3是用于模擬包括儲層模型和地質(zhì)力學(xué)模型的地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的示例性手段的方塊圖；圖4是用于模擬包括儲層模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和熱模型的地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的示例性手段的方塊圖；圖5是用于模擬包括儲層模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫流模型的地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的示例性手段的方塊圖，其中裂縫延伸(fracture propagation)生長模型預(yù)測裂縫輪廓；圖6例示了用于計(jì)算裂縫流模型的二維網(wǎng)格的例子和用于計(jì)算其它模型的三維網(wǎng)格的例子；圖7例示了用在計(jì)算中的儲層和裂縫網(wǎng)格，其中距離以英尺為單位；圖8例示了井相對于顯示在圖7中的儲層和裂縫網(wǎng)格的位置；圖9例示了已經(jīng)插入儲層網(wǎng)格中的兩條裂縫；圖10例示了相對于裂縫末端的臨界裂縫張開裂縫延伸判據(jù)；圖11示出了與裂縫平面(fracture plane)垂直的應(yīng)力、臨界間隔(critical separation)、和能量釋放率之間的關(guān)系的曲線圖；圖12例示了內(nèi)聚單元(cohesive element)的加載/卸載路徑；圖13例示了相對于裂縫末端的內(nèi)聚單元裂縫延伸判據(jù)；圖14示出了部分飽和網(wǎng)格單元的示意圖，其中流體從左往右傳播并且裂縫寬度從左往右變窄；圖15例示了實(shí)現(xiàn)本文公開的模擬方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的例子；圖16示出了低粘度流體的注入壓力與裂縫長度之間的關(guān)系的曲線圖；圖17示出了應(yīng)力強(qiáng)度因子的預(yù)測結(jié)果、和具有不同拉伸應(yīng)力值的內(nèi)聚模型；圖18示出了三種不同網(wǎng)格尺寸的預(yù)測裂縫長度；圖19示出了裂縫末端附近區(qū)域中的流體壓力和裂縫半寬度；圖20示出了仿真期間的裂縫半寬度；圖21示出了仿真結(jié)束時(shí)的裂縫半寬度；以及圖22示出了預(yù)測裂縫長度與分析裂縫長度的比較，其中虛線對應(yīng)于分析結(jié)果。 6.
具體實(shí)施例方式6. 1地質(zhì)力學(xué)儲層模擬方法的例子圖1描繪了用于模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的例子。該模擬系統(tǒng)包括描述地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的各個(gè)物理方面的多個(gè)模型，諸如儲層流體流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫流模型。儲層流體流模型描述例如滲流(porous flow)、生產(chǎn)和注入。地質(zhì)力學(xué)儲層模型描述，例如，當(dāng)將流體注入儲層中或從儲層中生產(chǎn)流體時(shí)以及當(dāng)將應(yīng)力施加于儲層的邊界時(shí)引起的應(yīng)力、應(yīng)變、和位移。裂縫流模型描述，例如，裂縫中的流和從裂縫到儲層的泄漏。非線性偏微分方程組將這些模型的各個(gè)方面相互關(guān)聯(lián)。在接收到代表與要分析的地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)之后，解算器通過求解偏微分方程組生成預(yù)測(例如，壓裂預(yù)測)。在圖1的解算器中，偏微分方程組通過全展開雅可比行列式耦合。偏微分方程組的求解包括在單個(gè)時(shí)間步長中根據(jù)接收的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)同時(shí)求解全展開雅可比行列式。可以將生成的壓裂預(yù)測輸出給各種部件，譬如， 輸出給用戶接口設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、監(jiān)視器、用戶可訪問本地計(jì)算機(jī)、或作為網(wǎng)絡(luò)一部分的用戶可訪問計(jì)算機(jī)。非線性偏微分方程組包含與要用在分析地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)中的模型相對應(yīng)的方程。例如，以及如上所述，圖1提供了非線性偏微分方程組包括與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫模型相對應(yīng)的方程的例子。作為另一種例示，圖2提供了非線性偏微分方程組包括與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、裂縫模型、和熱模型相對應(yīng)的方程的例子。在圖3中，非線性偏微分方程組包括與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型和地質(zhì)力學(xué)模型相對應(yīng)的方程。在圖4中，非線性偏微分方程組包括與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和熱模型相對應(yīng)的方程。在下文的6. 3節(jié)中將提供與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的不同模型的每一種相對應(yīng)的方程的例子。模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的方法還可以在單個(gè)應(yīng)用中組合水力裂縫生長、多相/多成分達(dá)西(Darcy)/非達(dá)西滲流、熱傳導(dǎo)和對流、固體沉積、和多孔彈性/多孔塑性形變。更進(jìn)一步，可以組合像裂縫寬度變化、裂縫中的層狀渠流(laminar channel flow)、儲層中的滲流、熱傳導(dǎo)和對流、和多孔彈性/多孔塑性形變那樣的不同機(jī)理的微分方程，來生成隱性全耦合公式。該模型可以包括導(dǎo)致弱固結(jié)地層中的裂縫生成的多孔塑性，并且能夠模擬在裂縫與儲層之間流動的復(fù)合多相流體注入。一種方法能夠模擬牽涉到包括EOR和熱處理的復(fù)相行為的多孔彈性/多孔塑性物質(zhì)中的正在生長的裂縫。
模型各個(gè)方面的耦合例如可以通過全展開雅可比行列式中的變量來實(shí)現(xiàn)。例如， 全展開雅可比行列式可以通過一個(gè)或多個(gè)如下變量將儲層中的流體流與地質(zhì)力學(xué)模型耦合與地質(zhì)力學(xué)模型相關(guān)聯(lián)的有效應(yīng)力、孔隙率、和一個(gè)或多個(gè)位移。將地質(zhì)力學(xué)模型與流體流耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與儲層流模型相關(guān)聯(lián)的孔隙率和滲透率。 將地質(zhì)力學(xué)模型與裂縫模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的裂縫寬度。將儲層中的流體流與裂縫模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的流體壓力和泄漏率。將熱模型與地質(zhì)力學(xué)模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與熱模型相關(guān)聯(lián)的熱應(yīng)力。將熱模型與儲層流模型耦合的全展開雅可比行列式中的變量可以是與熱模型相關(guān)聯(lián)的儲層中的流體粘度、傳導(dǎo)和對流。全展開雅可比行列式可以包括與耦合變量的變化率(即，偏時(shí)間導(dǎo)數(shù)或時(shí)間導(dǎo)數(shù))、空間導(dǎo)數(shù)、或偏空間導(dǎo)數(shù)有關(guān)的項(xiàng)，其中導(dǎo)數(shù)可以是任意階的，例如，一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)、三階導(dǎo)數(shù)等。耦合變量的一階、二階、三階和/或更高階導(dǎo)數(shù)(無論是時(shí)間導(dǎo)數(shù)還是空間導(dǎo)數(shù))可以包括在全展開方程組中。在下文的6. 4節(jié)中將提供可以耦合不同模型的變量的例子。一種系統(tǒng)和方法可以 通過將不同裂縫延伸模型(描述在下文的6. 5節(jié)中)應(yīng)用于地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)來預(yù)測裂縫生長。例如，可以通過輸入到裂縫模型的參數(shù)來預(yù)測裂縫的輪廓(6.5. 1節(jié))。在另一個(gè)例子中，根據(jù)不同裂縫延伸判據(jù)預(yù)測裂縫的演變輪廓。也就是說，可以根據(jù)臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子(6. 5.2節(jié))，或根據(jù)呈現(xiàn)應(yīng)變軟化行為的內(nèi)聚單元(6. 5.3 節(jié))來模擬裂縫生長計(jì)算?？梢择詈线@兩種裂縫延伸判據(jù)(6. 5. 4節(jié))。在6. 5. 6和6. 5. 7 節(jié)中將討論裂縫生長預(yù)測的其它特征。如6. 5. 5節(jié)所討論，一種系統(tǒng)和方法可以配置成允許干旱帶作為求解過程的自然部分出現(xiàn)在裂縫末端處。尤其，該系統(tǒng)和方法能夠在裂縫末端處根據(jù)兩種不同裂縫延伸判據(jù)模擬裂縫生長，并且還允許干旱帶自然地出現(xiàn)在延伸裂縫的末端處。例如，當(dāng)沿裂縫存在大壓降時(shí)，在延伸裂縫的末端處出現(xiàn)干旱帶。全展開雅可比行列式的非線性方程組可以通過像在6. 6節(jié)中更詳細(xì)討論的手段那樣的數(shù)值手段來求解，其中非線性方程組例如使用所有解變量的完全牛頓-拉夫遜 (Newton-Raphson)展開式來求解，這提高了解的穩(wěn)定性，并且實(shí)現(xiàn)非線性疊代的二階收斂速率。在6. 7節(jié)中將討論本文所公開的不同方法的裝置和計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的例子。在另一個(gè)方面中，一種方法可以包括如下步驟接收指示與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)；定義包含多個(gè)三維單元的三維網(wǎng)格，其中每個(gè)三維單元包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)；定義包含多個(gè)二維單元的二維網(wǎng)格，其中每個(gè)二維單元包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)二維單元與一個(gè)三維單元共享至少四個(gè)節(jié)點(diǎn)；以及通過求解模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的偏微分方程組生成壓裂預(yù)測。該偏微分方程組可以包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫模型。該偏微分方程組通過全展開雅可比行列式耦合，其中例如使用計(jì)算機(jī)對該偏微分方程組的求解包括在單個(gè)時(shí)間步長中根據(jù)接收的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)同時(shí)求解全展開雅可比行列式。在三維網(wǎng)格上計(jì)算儲層流模型和地質(zhì)力學(xué)模型，而在二維網(wǎng)格上計(jì)算裂縫模型。將生成的壓裂預(yù)測輸出給用戶、用戶接口設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、監(jiān)視器、本地計(jì)算機(jī)、或作為網(wǎng)絡(luò)一部分的計(jì)算機(jī)。圖5例示了將裂縫延伸生長模型用于預(yù)測裂縫輪廓，并且還例示了干旱帶被模擬。在6. 2節(jié)中將描述用于本文的仿真方法的網(wǎng)格?？梢詫⒎至⒕W(wǎng)格用于模擬裂縫(以及例如儲層等)中的流。例如，使用解變量的完全牛頓-拉夫遜展開式隱性地求解非線性方程組可以提高數(shù)值穩(wěn)定性(例如，當(dāng)應(yīng)對裂縫生長、空腔生成、或牽涉到極小網(wǎng)格塊的任何仿真時(shí))。模擬與儲層流分開的裂縫流使得可以顧及裂縫末端處的干旱帶，而使用來自隱性耦合方程組的全展開雅可比行列式使求解過程更加穩(wěn)定。其它示例性手段顯示在所附的美國臨時(shí)申請第61/098，604號的附錄A中。6. 2仿真方法將分立的網(wǎng)格用于模擬裂縫中和其它系統(tǒng)中(例如儲層中)的流。圖6例示了用于計(jì)算裂縫流模型的二維OD)網(wǎng)格602和用于計(jì)算其它模型的三維(3D)網(wǎng)格600的例子。例如，可以在3D網(wǎng)格上計(jì)算多點(diǎn)通量(例如針對儲層和滲流)模型、地質(zhì)力學(xué)模型(例如用于計(jì)算應(yīng)力和位移)、和熱模型中的一個(gè)或多個(gè)。二維OD)網(wǎng)格用于計(jì)算沿裂縫的流 (即，水力裂縫仿真)。用于裂縫計(jì)算和其它模型的分立網(wǎng)格可以使用并行處理手段來耦合網(wǎng)格。3D網(wǎng)格可以是包含六面體單元的結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格。六面體網(wǎng)格單元具有八個(gè)角、十二個(gè)邊緣(或邊)、六個(gè)面。六面體網(wǎng)格單元每一個(gè)都可以包括至少八個(gè)節(jié)點(diǎn)(每個(gè)角上一個(gè))，或更多個(gè)并且最多達(dá)二十七(XT)個(gè)節(jié)點(diǎn)(即，每個(gè)面的中心上，每個(gè)邊的中心上，每個(gè)邊緣的中心上，和單元中心處的節(jié)點(diǎn))。不同六面體單元可以包括不同數(shù)量的節(jié)點(diǎn)。2D網(wǎng)格可以是包含四邊形單元的結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化四邊形網(wǎng)格。每個(gè)四邊形網(wǎng)格單元具有四個(gè)角和四個(gè)邊緣。四邊形網(wǎng)格單元每一個(gè)都包括至少四個(gè)節(jié)點(diǎn)(每個(gè)角上一個(gè))，并且最多達(dá)五個(gè)節(jié)點(diǎn)(即，中心處的節(jié)點(diǎn))。2D網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)可以配置成與3D網(wǎng)格的外邊界之一上的節(jié)點(diǎn)重合，并且在公共節(jié)點(diǎn)上耦合諸如裂縫寬度和3D位移的某些計(jì)算。此外，2D網(wǎng)格上的計(jì)算可以是軸對稱二維OD)計(jì)算。通過用2D網(wǎng)眼(mesh)表示單個(gè)2D裂縫表面，可以使用所公開的各種方法仿真裂縫，其中示使用3D坐標(biāo)指定表面的位置。2D裂縫網(wǎng)眼可以是一般2D表面，無需位于單個(gè)平面內(nèi)。2D裂縫網(wǎng)格的輸入數(shù)據(jù)格式可以非常類似于3D儲層網(wǎng)格的格式。通過指定網(wǎng)格單元的維度或坐標(biāo)，可以將一個(gè)網(wǎng)格標(biāo)識成裂縫網(wǎng)格。2D裂縫網(wǎng)格與3D儲層網(wǎng)格之間的連接性通過將定義裂縫單元的四個(gè)節(jié)點(diǎn)與定義每個(gè)儲層單元的每個(gè)表面的四個(gè)節(jié)點(diǎn)相比較來確定。圖7例示了用在計(jì)算中的儲層和裂縫網(wǎng)格的視圖，其中距離以英尺為單位。對于某些計(jì)算，將2D裂縫網(wǎng)格中的四邊形裂縫單元與3D地質(zhì)力學(xué)/滲流網(wǎng)格中的六面體單元的面對齊，以便使諸如流體流、位移、裂縫寬度、和牽引力的參數(shù)在分立的網(wǎng)格之間是一致的。作為考慮到裂縫網(wǎng)格與儲層網(wǎng)格之間的相互作用的程序(用于實(shí)現(xiàn)本文所公開的方法)中的算法的結(jié)構(gòu)的例子，這樣的結(jié)構(gòu)可以類似于在已經(jīng)開發(fā)出來運(yùn)行在具有分布式存儲器的并行處理系統(tǒng)上的應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)的算法的結(jié)構(gòu)?？梢允褂美鐜讉€(gè)2D網(wǎng)格在單次仿真中引入多個(gè)水力裂縫。2D裂縫網(wǎng)格可以被限制成沿著三維網(wǎng)格的邊、頂部或底部。6. 3 模型下面提供與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的每種不同模型相對應(yīng)的微分方程的例子。組合包括在計(jì)算中的模型的微分方程以生成隱性全耦合公式。將一組一致的單位用于包括在計(jì)算中的方程中的所有變量。
6. 3. 1儲層模型用于滲流的方程組包括質(zhì)量守恒
權(quán)利要求
1.一種用于模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包含通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收指示與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)； 通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)求解模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的偏微分方程組來生成壓裂預(yù)測； 其中，所述偏微分方程組包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫模型；其中，所述偏微分方程組通過全展開雅可比行列式耦合；其中，所述偏微分方程組的求解包含在單個(gè)時(shí)間步長中根據(jù)接收的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)同時(shí)求解全展開雅可比行列式；以及其中，所述壓裂預(yù)測對于所述時(shí)間步長模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)；以及通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出或顯示生成的壓裂預(yù)測。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，全展開雅可比行列式中的將儲層中的流體流與地質(zhì)力學(xué)模型耦合的耦合變量是與地質(zhì)力學(xué)模型相關(guān)聯(lián)的有效應(yīng)力、孔隙率、和一個(gè)或多個(gè)位移中的至少一個(gè)；全展開雅可比行列式中的將地質(zhì)力學(xué)模型與流體流耦合的耦合變量是與儲層流模型相關(guān)聯(lián)的孔隙率和滲透率中的至少一個(gè)；全展開雅可比行列式中的將地質(zhì)力學(xué)模型與裂縫模型耦合的耦合變量是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的裂縫寬度；以及全展開雅可比行列式中的將儲層中的流體流與裂縫模型耦合的耦合變量是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的流體壓力和泄漏率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述全展開雅可比行列式包含至少一個(gè)耦合變量的偏時(shí)間導(dǎo)數(shù)、時(shí)間導(dǎo)數(shù)、空間導(dǎo)數(shù)、或偏空間導(dǎo)數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述全展開雅可比行列式包含裂縫寬度的偏時(shí)間導(dǎo)數(shù)、時(shí)間導(dǎo)數(shù)、空間導(dǎo)數(shù)、或偏空間導(dǎo)數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述偏微分方程組進(jìn)一步包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的熱模型。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，全展開雅可比行列式中的將熱模型與地質(zhì)力學(xué)模型耦合的耦合變量是與熱模型相關(guān)聯(lián)的熱應(yīng)力；以及全展開雅可比行列式中的將熱模型與儲層流模型耦合的耦合變量是與熱模型相關(guān)聯(lián)的儲層中的流體粘度、傳導(dǎo)和對流中的至少一個(gè)。
7.一種用于模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)中的裂縫的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包含 通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收指示與地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)；通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定義包含多個(gè)三維單元的三維網(wǎng)格，其中每個(gè)三維單元包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定義包含多個(gè)二維單元的二維網(wǎng)格，其中每個(gè)二維單元包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)二維單元與一個(gè)三維單元共享至少四個(gè)節(jié)點(diǎn)；通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)求解模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的偏微分方程組來生成壓裂預(yù)測； 其中，所述偏微分方程組包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫模型；其中，所述偏微分方程組通過全展開雅可比行列式耦合；其中，所述偏微分方程組的求解包含在單個(gè)時(shí)間步長中根據(jù)接收的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)同時(shí)求解全展開雅可比行列式；其中，在三維網(wǎng)格上計(jì)算所述儲層流模型和地質(zhì)力學(xué)模型；其中，在二維網(wǎng)格上計(jì)算所述裂縫模型；以及其中，所述壓裂預(yù)測對于所述時(shí)間步長模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)；以及通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出或顯示生成的壓裂預(yù)測。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，全展開雅可比行列式中的將儲層中的流體流與地質(zhì)力學(xué)模型耦合的耦合變量是與地質(zhì)力學(xué)模型相關(guān)聯(lián)的有效應(yīng)力、孔隙率、和一個(gè)或多個(gè)位移中的至少一個(gè)；全展開雅可比行列式中的將地質(zhì)力學(xué)模型與流體流耦合的耦合變量是與儲層流模型相關(guān)聯(lián)的孔隙率和滲透率中的至少一個(gè)；全展開雅可比行列式中的將地質(zhì)力學(xué)模型與裂縫模型耦合的耦合變量是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的裂縫寬度；以及全展開雅可比行列式中的將儲層中的流體流與裂縫模型耦合的耦合變量是與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的流體壓力和泄漏率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述全展開雅可比行列式包含至少一個(gè)耦合變量的偏時(shí)間導(dǎo)數(shù)、時(shí)間導(dǎo)數(shù)、空間導(dǎo)數(shù)、或偏空間導(dǎo)數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述全展開雅可比行列式包含裂縫寬度的偏時(shí)間導(dǎo)數(shù)、時(shí)間導(dǎo)數(shù)、空間導(dǎo)數(shù)、或偏空間導(dǎo)數(shù)。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述偏微分方程組進(jìn)一步包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的熱模型。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，全展開雅可比行列式中的將熱模型與地質(zhì)力學(xué)模型耦合的耦合變量是與熱模型相關(guān)聯(lián)的熱應(yīng)力；以及全展開雅可比行列式中的將熱模型與儲層流模型耦合的耦合變量是與熱模型相關(guān)聯(lián)的儲層中的流體粘度、傳導(dǎo)和對流中的至少一個(gè)。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，每個(gè)三維單元與另一個(gè)三維單元共享一個(gè)界面， 并且每個(gè)二維單元與一個(gè)三維單元的一個(gè)界面對齊。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述偏微分方程組的求解包含應(yīng)用牛頓-拉夫遜技術(shù)。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，從地質(zhì)力學(xué)模型中的一個(gè)或多個(gè)位移中確定與裂縫模型相關(guān)聯(lián)的裂縫寬度，所述方法進(jìn)一步包含在通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出或顯示生成的壓裂預(yù)測之前，將裂縫延伸判據(jù)應(yīng)用于生成的裂縫預(yù)測的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包含，如果所述裂縫延伸判據(jù)未得到滿足 修正對裂縫邊界上的二維網(wǎng)格的一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)約束；以及重復(fù)通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成壓裂預(yù)測的步驟。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述裂縫延伸判據(jù)基于應(yīng)力強(qiáng)度因子或內(nèi)聚單兀。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，應(yīng)用所述裂縫延伸判據(jù)包含評估裂縫附近的流體壓力、應(yīng)力、和位移，以確定裂縫是否延伸。
19.一種用于模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含駐留在存儲器中的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲代表二維網(wǎng)格和三維網(wǎng)格的數(shù)據(jù)；以及在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理器上執(zhí)行的軟件指令，用于通過求解模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的偏微分方程組來生成壓裂預(yù)測；其中所述偏微分方程組包含地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的儲層流模型、地質(zhì)力學(xué)模型、和裂縫模型；所述偏微分方程組通過全展開雅可比行列式耦合；所述偏微分方程組的求解包含在單個(gè)時(shí)間步長中根據(jù)接收的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)同時(shí)求解全展開雅可比行列式；在三維網(wǎng)格上計(jì)算所述儲層流模型和地質(zhì)力學(xué)模型； 在二維網(wǎng)格上 計(jì)算所述裂縫模型；以及所述壓裂預(yù)測對于所述時(shí)間步長模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)以便提供壓裂預(yù)測的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)和方法。該壓裂預(yù)測是通過求解模擬地質(zhì)力學(xué)儲層系統(tǒng)的偏微分方程組生成的。
文檔編號G01V11/00GK102203638SQ200980144172
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者J·H·施密特, R·H·迪安 申請人:雪佛龍美國公司