2.75D网格划分算法发明背景
1.发明领域
本发明一般来说涉及用于产生可用以建构地下储层的模拟模型
的网格的系统和方法，且更具体来说，涉及被配置用于模型化地质裂
缝的系统和方法。
2.现有技术的论述
在石油和天然气行业中，储层模型化涉及建构石油储层的计算机
模型以用于改进对储量的估计和做出关于该领域的发展的决定的目
的。举例来说，可创建地质模型以在生产之前提供对储层的静态描述。
相比之下，可创建储层模拟模型来模拟储层生产寿命内的储层内的流
体的流动。
关于储层模拟模型的一项挑战是模型化储层内的裂缝，这需要对
基质流动特性、裂缝网络连接性和裂缝-基质交互的透彻理解。可将
裂缝描述为地层内的张开的裂纹或空隙，且裂缝可自然地发生或从井
筒人为地产生。裂缝的正确的模型化是重要的，这是因为裂缝的性质
(诸如空间分布、孔径、长度、高度、传导率和连接性)显著影响储层
流体到井筒的流动。
因此，公开的实施方案提供出于储层模拟的目的而在复杂且离散
的裂缝周围产生混合计算网格的系统、方法和计算机程序产品。
附图说明
下文参考附图详细描述了本发明的说明性实施方案，附图通过引
用的方式并入本文中，且其中：
图1说明根据公开的实施方案模型化的三维裂缝的图像；
图2是说明用于根据公开的实施方案模型化三维裂缝的方法的
流程图；
图3说明根据公开的实施方案的非交叉2D切片表面的集合与离
散化二维裂缝/流形的集合交叉的实例；
图3A说明根据公开的实施方案的非交叉2D切片表面的集合与
单个垂直的2D裂缝/流形交叉的实例；
图3B说明根据公开的实施方案的非交叉2D切片表面的集合与
单个成角度的2D裂缝/流形交叉的实例；
图4说明用于根据公开的实施方案在裂缝线段周围产生计算网
格的实例；以及
图5说明用于根据公开的实施方案在交叉的裂缝线段周围产生
计算网格的实例；
图6说明根据公开的实施方案的裂缝线段的复杂阵列周围的计
算网格的实例；
图7是说明用于实现公开的实施方案的系统的一个实施方案的
框图；以及
图8说明根据公开的实施方案的在包括多个交叉的裂缝线段的
复杂的几何结构周围产生的非结构化网格的另一实例。
具体实施方式
公开的实施方案包括用于模型化三维(3D)对象(诸如，但不限于
地质裂缝)的系统和方法。通过参看附图的图1至图8来最好地理解
公开的实施方案和其优点，相似数字用于各图的相似和对应部件。在
研究以下图式和详细描述后，公开的实施方案的其它特征和优点对于
本领域技术人员来说将是或将变成显而易见的。希望所有此类额外特
征和优点将包括在公开的实施方案的范围内。另外，说明的图式仅仅
是示例性的，且无意宣称或暗示关于可实现不同实施方案的环境、架
构、设计或过程的任何限制。
图1说明根据公开的实施方案模型化的三维裂缝的图像。如图像
100中可见，地层包括地层内的裂缝。如上所述，可将这些裂缝描述
为地层内的张开的裂纹或空隙，且裂缝可自然地发生或从井筒人为地
产生。理解并模型化这些裂缝的恰当特性是重要的，这是因为裂缝实
现并影响储层流体到井筒的流动。可使用成像测井获得或产生图像
(诸如图像100)。成像测井使用旋转换能器来测量整个井眼壁上的声
阻抗，以识别岩石裂缝的存在和方向，以及理解地层的倾斜方向。
图2是说明用于根据公开的实施方案模型化三维裂缝的方法/过
程200的流程图。在所描绘的实施方案中，方法通过接收3D裂缝表
面的集合开始，3D裂缝表面具有在2D流形中已通过一系列多边形
而离散化的几何结构(步骤201)。在替代实施方案中，过程200可通
过执行3D裂缝的集合的离散化以产生一系列2D流形/裂缝表面而开
始。
方法限定或包括非交叉2D切片表面的限定的集合/系列，其用以
将2D裂缝表面的集合切片(步骤202)。在某些实施方案中，用于将
2D流形的集合切片的系列中的切片表面的数目可以是用户可修改
的。另外，在一些实施方案中，切片表面的尺寸可以是用户可修改的。
方法使用2D切片表面与限定裂缝表面的2D流形的交叉点来在
每一切片表面上产生2D裂缝集合(步骤203)。作为说明性实例，图3
描绘说明用以将2D裂缝/流形310的集合切片的非交叉2D切片表面
320的集合的实例的图，图3A提供说明根据公开的实施方案的非交
叉2D切片表面的集合与单个垂直的2D流形交叉的实例的更详细的
视图，且图3B说明根据公开的实施方案的非交叉2D切片表面的集
合与成角度的2D流形交叉的实例。
如上所述，在每一切片表面上在切片表面与2D流形集合的交叉
点处产生2D裂缝集合。每一2D裂缝由一个或多个裂缝线段组成。
根据公开的实施方案，针对切片表面中的每一裂缝(步骤204)，方法
在与裂缝相关联的每一裂缝线段周围的指定半径处产生视距集合(步
骤206)。所述方法接着针对每一裂缝在与裂缝相关联的所有线段周围
产生闭合环路(步骤208)。在某些实施方案中，在与裂缝相关联的线
段周围产生闭合环路的过程可包括针对裂缝的每一线段针对每一指
定半径计算所有视距边的交叉点(步骤208A)，以及丢弃与裂缝相关联
的每一线段的完全为与裂缝相关联的其它线段的视距所含有的含有
段(步骤208B)。
在步骤208之后，方法在与裂缝相关联的闭合环路内产生形状元
素(步骤210)。举例来说，在一个实施方案中，过程沿着每一直线段
的长度和半径产生参数段(步骤210A)。所述过程接着在结构化区域内
可能的话形成四边形元素(步骤210B)且在闭合环路的剩余区域内形
成多边形(步骤210C)。
一旦产生形状元素，过程就在裂缝集合的闭合环路周围产生约束
网格以填充二维表面的剩余部分(步骤212)。在一个实施方案中，
Delaunay三角剖分算法用以在裂缝线段集合的闭合环路周围产生约
束网格。因此，二维表面中的每一者现在完全由裂缝集合或约束网格
中含有的二维单元元素组成。
从此处，过程可将储层性质(诸如但不限于多孔性和渗透性)指派
给二维单元中的每一者以用于模型化储层的流体流动(步骤214)。这
些性质值可由用户手动键入或可从钻井日志或从含有相关地质信息
的数据库自动提取。
另外，根据公开的实施方案，裂缝内的二维单元被指派厚度属性
值(即，拓扑二维裂缝可被指派体积)，其允许裂缝内的三维连通进行
连通。因此，公开的实施方案不需要切片表面上的二维单元挤压至第
三维以用于创建三维单元，而是替代地将那个属性指派给二维单元以
实现与三维单元类似的计算/模拟。
在步骤216处，过程将对应于同一裂缝的裂缝单元从每一切片表
面逻辑地连接至其上方/下方相邻切片表面。在一个实施方案中，裂
缝内的流的物理性质和其与彼此之间的交互在三维中通过使用被指
派给裂缝内的每一二维单元的体积/厚度属性和计算其交互而被完全
捕获，然而在与层面垂直的渗透性极其低的假设下，基质内的流的物
理性质受限制。这有效地使那个方向的速度与和层面是切向的速度相
比是可忽略的，即kz＝0、Vz＝0、kh>0、Vh<>0。换句话说，在这些
条件下，模型可模拟裂缝外的无垂直流的情况。
最后，过程可将三维蜂窝式模型输入至模拟程序(诸如但不限于
储层模拟软件)中以用于执行数值模拟和用于评估流体流动
(步骤218)，之后过程200终止。
图4提供根据公开的实施方案在单个裂缝线段周围产生计算网
格的说明图。以图表402开始，在线段400周围产生视距集合。如图
表402可见，视距集合中的每一视距由通过两个圆弧连接的两条直线
边组成以完全围封直线段。从每一边到直线段的距离是恒定半径。在
某些实施方案中，半径距离可以是用户可修改的可变值。
在图表404中，根据过程200的步骤210A沿着每一直线段的长
度和半径产生参数段。四边形元素接着在结构化区域内可能的地方形
成，如过程200的步骤210B中所提到。图表408说明在线段400的
闭合环路周围产生的约束网格。
图5提供根据公开的实施方案在交叉的裂缝线段周围产生计算
网格的另一说明图。举例来说，图表502说明在三个交叉的裂缝线段
周围产生的视距集合。图表502的结果要求过程针对交叉的裂缝线段
中的每一者针对每一指定半径计算所有视距边的交叉点，如步骤
208A中所提到，且丢弃每一裂缝线段的完全为其它裂缝线段的视距
所含有的含有段，如步骤208B中所提到。
图表504说明如步骤210中所提到在裂缝线段的闭合环路内产生
形状元素的结果。如可见，根据步骤210A沿着每一裂缝线段的长度
和半径产生参数段。在图表506中，四边形元素形成在结构化区域内
可能的地方，如步骤210B中所提到。另外，多边形形成在裂缝线段
的闭合环路的剩余区域内，如步骤210C所述。图表508说明在交叉
的裂缝线段的闭合环路周围产生的约束网格，如过程200的步骤212
中所提到。
作为另一实例，图6说明根据公开的实施方案在裂缝线段的复杂
阵列周围产生非结构化网格。图表602指示裂缝集合，其具有在二维
表面中已通过一系列线段离散化的几何结构。图表604说明在裂缝线
段中的每一者周围产生的视距集合的结果。图表606说明因为执行图
2中描述的剩余过程而导致的裂缝线段的分解图。
如从图6可见，公开的算法可在复杂的几何结构周围使用结构化
元素而迅速产生非结构化网格。如先前所述，裂缝的二维单元可被指
派体积属性值以用于用逻辑方式使邻近的二维表面上的裂缝的二维
单元能够连通。
图7是说明用于实现公开的实施方案的特征和功能的系统700的
一个实施方案的框图。系统700除了其它组件之外包括处理器700、
主存储器702、第二存储单元704、输入/输出接口模块706，和通信
接口模块708。处理器700可以是能够执行用于执行公开的实施方案
的特征和功能的指令的任何类型或任何数目的单核或多核处理器。
输入/输出接口模块706使系统700能够(例如，从键盘和鼠标)
接收用户输入且将信息输出至一个或多个装置，诸如但不限于打印
机、外部数据存储装置和音频扬声器。系统700可任选地包括单独的
显示模块710以使得信息能够显示在集成的或外部显示装置上。举例
来说，显示模块710可包括用于提供与一个或多个显示装置相关联的
增强的图形、触摸屏和/或多点触摸功能性的指令或硬件(例如，图形
卡或芯片)。
主存储器702是易失性存储器，其存储当前执行的指令/数据，
或被预取以用于执行的指令/数据。第二存储单元704是用于存储持
久数据的非易失性存储器。第二存储单元704可以是或可包括任何类
型的数据存储组件，诸如硬盘驱动器、闪存驱动器，或存储卡。在一
个实施方案中，第二存储单元704存储计算机可执行代码/指令和其
它相关数据以用于使用户能够执行公开的实施方案的特征和功能。
举例来说，根据公开的实施方案，第二存储单元704可永久地存
储上述视距网格划分算法720的可执行代码/指令以用于模型化三维
(3D)对象，诸如但不限于地质裂缝。接着在通过如图7中说明的处理
器700进行的执行期间将与视距网格划分算法720相关联的指令从第
二存储单元704加载至主存储器702。
通信接口模块708使系统700能够与通信网络730进行通信。举
例来说，网络接口模块708可包括网络接口卡和/或无线收发器以用
于使系统700能够通过通信网络730发送和接收数据和/或直接与其
它装置通信。
通信网络730可以是任何类型的网络，包括以下网络中的一个或
多个的组合：广域网、局域网、一个或多个专用网络、因特网、电话
网络(诸如公共交换电话网络(PSTN)、一个或多个蜂窝式网络，和无
线数据网络。通信网络730可包括多个网络节点(未描绘)，诸如路
由器、网络接入点/网关、交换机、DNS服务器、代理服务器，和用
于辅助装置之间的数据的路由/通信的其它网络节点。
举例来说，在一个实施方案中，系统700可与一个或多个服务器
734或数据库732交互以用于执行本发明的特征。举例来说，系统700
可向数据库732询问地质信息以用于将储层性质指派给用于执行模
拟的单元。系统700可向数据库732询问钻井日志信息以用于确定裂
缝定向或密度以使得能够根据公开的实施方案模型化裂缝。另外，在
某些实施方案中，系统700可充当一个或多个客户端装置的服务器系
统或对等系统以用于进行对等通信或借助一个或多个装置进行并行
处理。
因此，如上所述，公开的实施方案的优点包括(但不限于)提供在
复杂几何结构周围借助结构化元素快速地产生非结构化网格。另外，
在用户方面只需要低专业知识便能够利用公开的实施方案来产生适
合用于许多数值模拟器的高质量的网格单元。举例来说，公开的实施
方案实现使非专家针对复杂的几何结构使用高级数值模型化技术的
工作流程，复杂的几何结构先前本将需要用户进行总近似和/或需要
来自数值模型化专家的按照使用的辅助。作为另一实例，图8说明根
据公开的实施方案的涉及多个交叉的裂缝线段的复杂几何结构的另
一实例，其中公开的实施方案可迅速地产生二维网格单元，二维网格
单元可挤压至三维元素中以用于执行数值模拟。
尽管已描述关于以上实施方案的特定细节，但以上硬件和软件描
述仅希望作为实例实施方案，且无意限制公开的实施方案的结构或实
现方式。举例来说，尽管系统700的许多其它内部组件未示出，但本
领域技术人员将了解，此类组件和其互连是众所周知的。
另外，如上所述的公开的实施方案的某些方面可在使用一个或多
个处理单元/组件执行的软件中体现。技术的程序方面可以被认为是
“产品”或“制造物品”，其通常呈携载在或体现在机器可读介质类型中
的可执行代码和/或相关联的数据的形式。有形的非暂时性“存储”型介
质包括计算机、处理器或类似物的存储器或其它存储装置，或其相关
联的模块中的任一者或全部，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、
磁盘驱动器、光盘或磁盘，和类似物，其可在任何时间提供软件编程
的存储。
本领域技术人员将认识到，本教导可具有多种修改和/或增强。
尽管上述内容已描述被视为最佳模式的内容和/或其它实例，但应理
解，可在其中进行各种修改，且本文中公开的标的可用各种形式和实
例实现，且教导可适用于许多应用，本文中仅描述了其中一些。此类
修改希望涵盖在本教导的真实范围内。
另外，图式中的流程图和框图说明根据本发明的各种实施方案的
系统、方法和计算机程序产品的架构、功能性和可能的实现方式的操
作。还应注意，在一些替代实现方式中，方框中指出的功能可不按照
图式中指出的顺序发生。举例来说，连续示出的两个方框实际上可基
本上同时执行，或方框有时可按相反顺序执行，这取决于所涉及的功
能性。还应注意，框图和/或流程图说明的每一方框以及框图和/或流
程图说明中的方框的组合可由执行指定功能或动作的基于专用硬件
的系统，或专用硬件和计算机指令的组合实现。
公开的实施方案包括出于储层模拟的目的而在复杂且离散的裂
缝周围产生混合计算网格的方法、设备和计算机程序产品。举例来说，
一个公开的实施方案是用于模型化三维(3D)地质裂缝的计算机实现
的方法。所述方法包括接收3D裂缝表面的集合的步骤，3D裂缝表
面具有在二维(2D)流形中已通过一系列多边形而离散化的几何结构。
所述方法限定用于将3D裂缝表面的集合切片的一系列非交叉的2D
切片表面。所述方法接着使用2D切片表面与限定裂缝表面的2D流
形的交叉点来在每一切片表面上产生2D裂缝集合。所述方法使用视
距集合在每一切片表面上在与每一裂缝相关联的所有线段周围产生
闭合环路，且在闭合环路内进一步产生形状元素。在裂缝的集合的闭
合环路周围产生约束网格以填入每一切片表面上的剩余空间中。所述
方法接着将对应于每一裂缝的裂缝单元从每一切片表面逻辑地连接
至其相邻切片表面。接着可将储层性质或属性指派给3D单元中的每
一者以用于执行储层模拟。
计算机实现的方法可进一步包括在邻近的2D离散化切片表面上
的裂缝的2D单元之间建立连通包括将体积属性值指派给裂缝的每一
2D单元以模拟三维地质。在裂缝线段的所有直线段周围产生闭合环
路可进一步包括：针对每一裂缝线段中的每一直线段，针对每一指定
半径计算所有视距边的交叉点，识别每一裂缝线段中的每一直线段的
完全为裂缝线段中的其它线段的视距所含有的含有段，且丢弃裂缝线
段中的每一线段的含有段，从而导致裂缝线段中的线段周围的闭合环
路。在直线段的闭合环路内产生各种形状单元可进一步包括：在直线
段的闭合环路内沿着直线段的长度和半径产生参数段，在直线段的闭
合环路内可能的地方产生四边形元素，以及在直线段的闭合环路内的
剩余区域中产生多边形。可使用Delaunay三角剖分算法来实现在裂
缝线段集合的闭合环路周围产生约束单元网格以填入2D切片表面的
剩余空间中。在一些实施方案中，视距集合中的每一视距由通过两个
圆弧连接的两条直线边组成以完全围封直线段，且从每一边到直线段
的距离是恒定半径。在其它实施方案中，计算机实现的方法可包括将
离散化切片表面输入至数值模拟程序中，或基于体积属性值计算裂缝
的2D单元的交叉点以用于在邻近的2D离散化切片表面上的裂缝的
2D单元之间建立连通。
在又一实施方案中，一种非暂时性计算机可读介质包括用于模型
化三维(3D)结构的计算机可执行指令。计算机可执行指令在被执行时
使一个或多个机器执行操作，所述操作包括接收3D域，3D域包括
表示3D地质裂缝的离散化二维(2D)裂缝表面。使3D域与非交叉的
2D切片表面的集合交叉以在每一2D切片表面上在相应2D切片表面
与2D裂缝表面的交叉点处产生2D裂缝线段的集合。针对每一2D切
片表面，且针对裂缝线段的集合的每一裂缝线段中的每一直线段，在
离直线段的指定半径处产生视距集合，在裂缝线段的所有直线段周围
产生闭合环路，且在直线段的闭合环路内产生各种形状单元。针对每
一2D切片表面，在裂缝线段的集合的闭合环路周围产生约束单元网
格以填入2D切片表面的剩余空间中以产生离散化切片表面，将储层
性质和体积属性指派给离散化切片表面内的每一单元，且在邻近的
2D离散化切片表面上的裂缝的单元之间建立连通。在另一实施方案
中，计算机可读介质进一步包括在被执行时使一个或多个机器使用一
个或多个直线段取代裂缝线段的一个或多个段来近似裂缝线段的曲
率的计算机可执行指令。用于在裂缝线段的所有直线段周围产生闭合
环路的计算机可执行指令可包括：针对每一裂缝线段中的每一直线
段，针对每一指定半径计算所有视距边的交叉点，识别每一裂缝线段
中的每一直线段的完全为裂缝线段中的其它线段的视距所含有的含
有段，且丢弃裂缝线段中的每一线段的含有段，从而导致裂缝线段中
的线段周围的闭合环路。在另一实施方案中，用于在直线段的闭合环
路内产生各种形状单元的计算机可执行指令可包括：在直线段的闭合
环路内沿着直线段的长度和半径产生参数段，在直线段的闭合环路内
可能的地方产生四边形元素，以及在直线段的闭合环路内的剩余区域
中产生多边形。在又一实施方案中，在裂缝线段集合的闭合环路周围
产生约束单元网格以填入2D切片表面的剩余空间中可使用Delaunay
三角剖分算法实现。视距集合中的每一视距可包括通过两个圆弧连接
的两条直线边以完全围封直线段，且从每一边到直线段的距离是恒定
半径。在另一实施方案中，计算机可读介质可进一步包括在被执行时
使一个或多个机器将离散化切片表面输入至数值模拟程序中的计算
机可执行指令。
在另一实施方案中，一种系统包括至少一个处理器和至少一个存
储器，存储器耦合至至少一个处理器且存储计算机可执行指令。计算
机可执行指令在由至少一个处理器执行时执行操作，所述操作包括接
收3D域，3D域包括表示3D地质裂缝的离散化二维(2D)裂缝表面。
使3D域与非交叉的2D切片表面的集合交叉以在每一2D切片表面上
在相应2D切片表面与2D裂缝表面的交叉点处产生2D裂缝线段的集
合。针对每一2D切片表面，且针对裂缝线段的集合的每一裂缝线段
中的每一直线段，在离直线段的指定半径处产生视距集合，在裂缝线
段的所有直线段周围产生闭合环路，且在直线段的闭合环路内产生各
种形状单元。针对每一2D切片表面，在裂缝线段的集合的闭合环路
周围产生约束单元网格以填入2D切片表面的剩余空间中以产生离散
化切片表面，且将储层性质和体积属性指派给离散化切片表面内的每
一单元。在邻近的2D离散化切片表面上的裂缝的单元之间建立连通。
在其它实施方案中，提供用于使用一个或多个直线段取代裂缝线
段的一个或多个段来近似裂缝线段的曲率的计算机可执行指令。用于
在裂缝线段的所有直线段周围产生闭合环路的计算机可执行指令可
包括：针对每一裂缝线段中的每一直线段，针对每一指定半径计算所
有视距边的交叉点，识别每一裂缝线段中的每一直线段的完全为裂缝
线段中的其它线段的视距所含有的含有段，且丢弃裂缝线段中的每一
线段的含有段，从而导致裂缝线段中的线段周围的闭合环路。在另一
实施方案中，用于在直线段的闭合环路内产生各种形状单元的计算机
可执行指令可包括：在直线段的闭合环路内沿着直线段的长度和半径
产生参数段，在直线段的闭合环路内可能的地方产生四边形元素，以
及在直线段的闭合环路内的剩余区域中产生多边形。在又一实施方案
中，可提供计算机可执行指令以用于将离散化切片表面输入至数值模
拟程序中。
公开的实施方案的一个优点是实施方案使得能够在复杂几何结
构周围借助结构化元素快速地产生非结构化网格。
本文中使用的术语仅为了描述特定实施方案，且无意限制本发
明。如本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”
和“所述”希望同样包括复数形式。应进一步理解，术语“包括”在本说
明书和/或权利要求书中使用时规定存在所述特征、整数、步骤、操
作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整
数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。所附权利要求书中的所
有构件或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等效物希望包括
用于结合如具体地要求的其它要求的元件来执行功能的任何结构、材
料或动作。本发明的描述已被呈现用于说明和描述的目的，但无意为
详尽的或按公开的形式限于本发明。在不脱离本发明的范围和精神的
情况下，许多修改和变化对于本领域技术人员来说将为显而易见的。
选择和描述实施方案以解释本发明的原理和实际应用，且使得本领域
其它技术人员能够理解本发明以用于具有各种修改的各种实施方
案，所述修改适合于预期的特定用途。权利要求书的范围希望广泛地
涵盖公开的实施方案和任何此类修改。