具有用于非对角占优的不定系数矩阵的压力求解器的储层模拟制造技术

在通过计算机处理进行储层模拟期间确定储层模型的网格单元之间的压力分布期间，改进了计算机的性能。当条件导致处理中涉及的系数矩阵变得不定时，可以证明难以获得收敛。不定系数矩阵的出现可能是由于与汽液平衡有关的储层中的物理条件导致的，或者是由于不适当的导数而在数值上产生的非物理条件导致的。当在储层模拟期间收敛变得困难时，避免了传统的先前采取的时间步长切割的校正动作。对于具有涉及数百万、数十亿或更多数量的未知参数值的模型的非常大的储层，在计算机使用和时间方面，时间步长切割已经被证明是非常昂贵的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于非对角占优的不定系数矩阵的压力求解器的储层模拟
本专利技术涉及储层模拟，并且尤其涉及在流体生产期间考虑储层中的流体流动和压力分布的模拟方法。
技术介绍
在油气工业中，为了勘探和生产的目的，需要处理大量的数据进行计算机化的模拟、建模和分析。例如，地下烃储层的开发通常包括储层的计算机模拟模型的开发和分析。储层的实际模拟模型及其流体的存在有助于预测来自烃储层的最佳未来油气采收。油气公司已经开始依赖于模拟模型，作为增强开发石油储备的能力的重要工具。地下烃储层通常是含有石油流体混合物和水的复杂岩层。储层流体含量通常存在于两个或更多个流体相中。储层流体中的石油混合物通过钻入这些岩层并在其中完井的井来生产。有时，诸如水或气体或两者的流体也被注入这些岩层中以提高石油流体的采收。储层模拟属于多孔介质模拟中流动(flow)的一般领域。然而，储层模拟通常涉及处于高压和高温下的地下地质构造中的多种烃组分和多个流体相。这些烃流体和所包含的地下水的化学相行为必须在这些模拟器中考虑。模拟模型包含描述岩层和井的特定几何形状的体积数据，以及诸如流体和岩石性质的储层性质数据，以及与所讨论的油田或气田的特定储层有关的生产和注入历史。模拟模型由模拟器(称为储层模拟器)形成，该模拟器是在数据处理系统S上运行的一套计算机程序。运行这些模型的储层模拟器是计算机实现的数值方法，或编码算法和基础数学模型的数据结构。表示这些烃储层中流体运动的物理性质的数学模型是非线性偏微分方程组，其描述了由流体的生产注入引起的这些储层中的瞬时多相、多成分流体流动和物质平衡行为，以及储层流体的压力体积温度(PVT)关系。通过将体积细分为连续单元(也称为网格块)，储层模拟器模拟地下储层和所包括的周围多孔岩层中的多相多成分流体流动和物质平衡。在模拟模型中，储层因此被组织成多个单独的单元。单元或网格块是应用基础数学模型的基本有限体积。单元的数量根据模拟所需的分辨率和所讨论的储层的尺寸而变化。对于大的储层，例如在工业中已知为巨型储层的类型，其可以具有数十亿桶的原始石油地质储量(OOIP)，网格单元的数量可以是数亿到十亿以上。需要这一数量的单元以便具有足够的分辨率来表示流动动力学、地层岩石孔隙率和渗透率异质性以及储层内的许多其它地质和沉积复杂性。这种尺寸的储层的模拟可以被称为千兆单元储层模拟。图1在100处示出了用于储层模拟的地下储层的示例结构化储层网格模型。烃储层模拟中的挑战要求使用最新技术以成本有效的方式使采收最大化。诸如以商标GigaPOWERS提供的储层模拟已经在文献中被描述。例如，参见以下文章：Dogru,A.H等人的“ANext-GenerationParallelReservoirSimulatorforGiantReservoirs,”SPE119272,proceedingsofthe2009SPEReservoirSimulationSymposium,TheWoodlands,Texas,USA,Feb2-4,2009；以及Dogru,A.H；Fung,L.S；Middya,U.；Al-Shaalan,T.M.；Byer,T.；Hoy,H.Hahn,W.A.；Al-Zamel,N.；Pita,J.；Hemanthkumar,K.；Mezghani,M.；Al-Mana,A.；Tan,J.；Dreiman,T.；Fugl,A.；Al-Baiz,A.的“NewFrontiersinLargeScaleReservoirSimulation,”SPE142297,Proceedingsofthe2011SPEReservoirSimulationSymposium,TheWoodlands,Texas,USA,Feb21-23,2011。GigaPOWERS储层模拟能够进行超过十亿单元障碍的精细尺度网格模拟以进行后处理，同时每种情况利用数百千兆字节(GB)覆盖区(footprint)。具有多个烃储层和可观储量的公司的模拟运行的总数每年超过数万，并且需要一个或多个千万亿字节(petabyte)的高性能存储器来容纳这些数据。多相多成分系统的瞬态解涉及从储层的初始条件开始的一系列时间步长中的质量和能量守恒的演变。对于每个时间步长，使用所谓的广义牛顿法来线性化每个有限体积的非线性离散方程组。在工业中，这被称为牛顿迭代或非线性迭代。在每个牛顿迭代中，构建线性方程组，其中使用被称为雅可比矩阵的矩阵和被称为残差的右端向量来求解方程组的主要变量的变化。关于储层的其它因素进一步增加了千兆级储层模拟的复杂性。地层中的地下岩石在渗透率或孔隙率方面不是同质的。对于高度异质的储层，迭代方法在计算储层压力分布时可能不收敛。这就给模拟处理引入了额外的复杂性。用于求解线性方程组的当前工业实践通过预调节迭代法。在例如Saad的“IterativeMethodsforSparseLinearSystems,”January,2000,Ch.10,Pp.265–319中描述了预调节的示例。在计算上昂贵的预调节器方法增加了计算成本。此外，预调节法不保证收敛到精确的解。预调节器通常可以提供对储层内未知压力和饱和度分布的良好估计。然后通过迭代将该初始估计改进为针对该时间步长的正确压力和饱和度分布。一种用作预调节器的方法被称为高斯塞德尔方法(GaussSeidelmethod)，由于其简单性和每次迭代的较低的比较计算成本，使用该方法。高斯塞德尔预调节可以采用被称为点高斯塞德尔或线性高斯塞德尔预调节器的形式。确定用于下一个模拟器时间步长的储层矩阵的网格单元压力的直接解，并且评估残差。这个处理继续，直到所计算的网格的残差小于指定的公差。在Olsen-Kettle的“NumericalSolutionofPartialDifferentialEquations”,March,2011,Chapter4.2,Pp.28–33,TheUniversityofQueensland中描述了示例高斯塞德尔方法。然而，已经发现，在获得网格单元压力时，高斯塞德尔预调节经常显示出非常慢的收敛，其中在指定的公差内有残差，尤其是对于具有高度异质地层岩石特性的储层。压力方程在储层模拟中起重要作用。在储层模拟期间确定的压力条件表示在储层的模型中的储层网格单元的所关注的指定时间步的压力条件。在储层模拟处理期间，由于物理或数值处理原因，系数矩阵在模拟期间可能变得非对角占优或不定。这导致迭代方法发散。就目前所知，当前的实践是减小时间步长大小，并重建系数矩阵，并以大小减小的时间步长重复处理。在这些情况下，模拟处理在针对大量未知量的计算机操作时间和成本方面可能非常昂贵，这是对于任何可调大小的储层的情况，并且特别是对于巨大的储层的情况。
技术实现思路
简言之，本专利技术提供一种对生产储层中的流体流动进行储层模拟的计算机实现方法，所述计算机实现方法具有确定所述储层内的压力分布的改进的收敛，以针对从所述储层预计生产的时间步长序列，确定所述储层中的模拟流体流动，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对生产储层中的流体流动进行储层模拟的计算机实现方法，所述计算机实现方法具有确定所述储层内的压力分布的改进的收敛，以针对从所述储层预计生产的时间步长序列，确定所述储层中的模拟流体流动，所述储层被组织成储层单元的三维网格，针对所述时间步长序列，基于实际流体压力和来自所述储层中的井的流体生产来执行所述储层模拟，所述计算机实现方法确定从储层单元的所述三维网格到所述井的模拟流体流动和所述井的模拟井生产速率，所述计算机实现方法包括以下计算机处理步骤：/n(a)对于所述时间步长序列中的时间步长，构成已知储层属性的初始计算机矩阵和实际储层流体生产测量的初始计算机向量；/n(b)确定已知储层属性的所述初始计算机矩阵是否对角占优；/n(c)如果是对角占优的，则基于所述储层的所述网格单元中的各个网格单元中的压力分布的所构成的初始测量，针对所述储层模拟的所述时间步长，确定所述储层的所述网格单元中的所述各个网格单元中的压力分布；/n(d)基于所述储层的所述网格单元中的所确定的估计压力分布，针对所述储层模拟的所述时间步长，确定所述储层的所述网格单元中的估计流体流速；/n(e)确定所述储层的所述网格单元中的所确定的流体流速是否已收敛；以及/n(f)如果已收敛，则结束针对所述时间步长的所述储层中的流体流动的所述储层模拟；以及/n(g)如果已知储层属性的所述初始计算机矩阵不是对角占优的，则生成近似分析预调节器；/n(h)将所生成的近似分析预调节器应用到已知储层属性的所述初始计算机矩阵，以构成所述储层的所述网格单元中的压力分布的测量；/n(i)根据所述储层的所述网格单元中的压力分布构成的测量生成Krylov向量；/n(j)基于根据压力分布构成的测量所生成的Krylov向量，确定储层压力分布的系数向量；/n(k)基于所确定的储层压力分布的系数向量，针对所述储层模拟的所述时间步长，确定所述储层的所述网格单元中的估计流体流速；/n(l)确定基于所确定的储层压力分布的系数向量的所述储层的所述网格单元中的所述估计流体流速是否已收敛；以及/n(m)如果已收敛，则结束针对所述时间步长的所述储层中的流体流动的所述储层模拟。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180924 US 16/139,3261.一种对生产储层中的流体流动进行储层模拟的计算机实现方法，所述计算机实现方法具有确定所述储层内的压力分布的改进的收敛，以针对从所述储层预计生产的时间步长序列，确定所述储层中的模拟流体流动，所述储层被组织成储层单元的三维网格，针对所述时间步长序列，基于实际流体压力和来自所述储层中的井的流体生产来执行所述储层模拟，所述计算机实现方法确定从储层单元的所述三维网格到所述井的模拟流体流动和所述井的模拟井生产速率，所述计算机实现方法包括以下计算机处理步骤：
(a)对于所述时间步长序列中的时间步长，构成已知储层属性的初始计算机矩阵和实际储层流体生产测量的初始计算机向量；
(b)确定已知储层属性的所述初始计算机矩阵是否对角占优；
(c)如果是对角占优的，则基于所述储层的所述网格单元中的各个网格单元中的压力分布的所构成的初始测量，针对所述储层模拟的所述时间步长，确定所述储层的所述网格单元中的所述各个网格单元中的压力分布；
(d)基于所述储层的所述网格单元中的所确定的估计压力分布，针对所述储层模拟的所述时间步长，确定所述储层的所述网格单元中的估计流体流速；
(e)确定所述储层的所述网格单元中的所确定的流体流速是否已收敛；以及
(f)如果已收敛，则结束针对所述时间步长的所述储层中的流体流动的所述储层模拟；以及
(g)如果已知储层属性的所述初始计算机矩阵不是对角占优的，则生成近似分析预调节器；
(h)将所生成的近似分析预调节器应用到已知储层属性的所述初始计算机矩阵，以构成所述储层的所述网格单元中的压力分布的测量；
(i)根据所述储层的所述网格单元中的压力分布构成的测量生成Krylov向量；
(j)基于根据压力分布构成的测量所生成的Krylov向量，确定储层压力分布的系数向量；
(k)基于所确定的储层压力分布的系数向量，针对所述储层模拟的所述时间步长，确定所述储层的所述网格单元中的估计流体流速；
(l)确定基于所确定的储层压力分布的系数向量的所述储层的所述网格单元中的所述估计流体流速是否已收敛；以及
(m)如果已收敛，则结束针对所述时间步长的所述储层中的流体流动的所述储层模拟。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述储层模拟来调整所述井中的至少一个的生产的步骤。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述储层模拟来调整所述井中的至少一个的性能的步骤。


4.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述确定的流体流速已经收敛时，递增到结束所述储层模拟的随后的时间步长的计算机处理步骤。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括对所述随后的时间步长重复计算机处理步骤(a)到(m)的步骤。


6.根据权利要求1所述的方法，还包括将所生成的Krylov向量转换为正交Krylov向量的计算机处理步骤。


7.根据权利要求6所述的方法，还包括对所述正交Krylov向量执行标准正交化的计算机处理步骤。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定储层压力分布的系数向量的计算机处理步骤包括：在对所述正交Krylov向量执行标准正交化的步骤之后，确定储层压力分布的系数向量的计算机处理步骤。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，确定储层压力分布的系数向量的计算机处理步骤包括：通过执行系数向量的线性方程组的高斯...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里·海达尔·多鲁，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA