[发明专利]模拟系统和方法

说明书

本申请要求了于2005年11月22日提出的美国临时申请 60/738,860的权益。

背景技术

技术领域

本技术涉及可以用来适应性地修改解法以提高模拟运行时间性 能的模拟系统。本发明的实施方式通常涉及烃模拟系统和计算流体力 学中的其他相似问题。

相关技术描述

油藏模拟(reservoir simulation)是模型化在油气层、井和地面 设施中流动的流体、能量和/或气体的方法。具体而言，油藏模拟是包 括构建模拟数据以准确描述油藏的油藏建模(reservoir modeling)的一 部分。因此，油藏模拟被用来了解流动模式，以优化从一些井组生产 烃的一些策略和进入油气层的地面设施。

因为油气层、井和地面设施中流动的流体、能量和/或气体的建 模是复杂的，所以利用计算机或建模系统(或模拟系统，modeling system)进行油藏模拟。在建模系统中，利用不同的应用软件或程序来 执行模拟与油藏相关的行为的计算，所述不同的应用软件或程序可以 被称为用户工具和/或模拟程序(或模拟器，simulator)。执行模拟的 计算通常是耗时的迭代过程，该过程在优化生产策略的同时减少了关 于特定油藏模型描述的不确定因素。在迭代过程中，建模系统的模拟 程序可以提供不同模拟时段的解，该解可以包括图形输出或报告。

为提供解，在经由多孔介质的多相流动的模拟中使用了线性矩 阵求解程序。物理模型由一组偏微分方程组成，当这些方程在网格上 被离散时，形成被同时求解的方程组。例如参见Don Peaceman于1991 年所著的Fundamentals of Numerical Reservoir Simulation(例如，第33 页)。方程形成线性系统，对该线性系统求解，得到模拟的解。物理模 型(例如储集岩、井筒)、数值公式(例如耦合隐式求解法/CI；隐式压力、 显式饱和度求解法/IMPES)和网格连通性(grid connectivity)方面的差 异改变矩阵的基本结构和性质。

解这些线性系统是应用数学及计算科学中复杂且具有挑战性的 领域。一般而言，线性系统由方程式Mx＝b表示，其中M是矩阵，b 是右侧，x是寻求其值的未知数的向量。解方程的过程可以包括“预处 理”矩阵M以使其更易于求解；变换该预处理的矩阵；以及如果解基 于一些阈值不是足够准确的话，则执行迭代方法。结果是，求解过程 变成其自身的模拟缩影，求解程序的总计算成本(花费的时间，cost) 是该过程中预处理程序、变换和迭代步骤的累积成本。

在这些步骤中，基于在解线性系统中所进行的步骤，可以利用 不同类型的算法。例如，预处理程序算法可以包括不完全乔莱斯基 (incomplete Cholesky(IC))因子分解和不完全下-上因子分解 (incomplete lower-upper factorization)变形，其具有和不具有非零元 素填入(fill-in)ILUO、ILUK、FILU、FILUT等；嵌套因子分解(nested factorization)；和螺旋状对角线(wormed diagonal)算法。变换算法 可包括定比变换(scaling)例如两侧的、对角线的等，以及再排序如 Reverse Cuthill McKee (RCM)、Red-Black等。最后，迭代算法可包括 共轭梯度及其变形CG、CGS、BiCG、BiCGStab等；最小残差及其变 形GMRES、FGRMES、QMR等；逐次超松弛SOR及其变形LSOR， WSOR等；和/或Jacobi法及变形的Jacobi，Block-Jacobi、Point-Jacobi 等。例如，参见Yousef Saad，″Iterative Methods for Sparse Linear Systems，″2000，P 95-104。这些算法中的每一个可包括可调参数，这些 可调参数影响计算的效率并因此影响算法的计算速度。例如，FILU预 处理算法有两个参数∈₁和∈₂，它们影响用了多少非零元素填入(infill)。 较多的填入扩大预处理矩阵的大小并且使预处理步骤在计算上更昂贵 (费时，expensive)，但是可能降低获得解所用的迭代次数。因此， 对参数和算法的调整可以提高求解程序的总计算速度。