數(shù)值模擬與可視化分析PPT課件

1、 目錄目錄4力學分析和模擬技術(shù)1235油氣藏的模擬分析技術(shù)礦床模擬分析技術(shù)其它問題的模擬分析可視化技術(shù)第1頁/共40頁 目錄目錄4力學分析和模擬技術(shù)1235油氣藏的模擬分析技術(shù)礦床模擬分析技術(shù)其它問題的模擬分析可視化技術(shù)第2頁/共40頁 大多數(shù)的工程問題，物體的幾何形狀較復雜或者其某些特征是非線性的，很少可直接獲得問題的解析解。 目前解決途徑:簡化假設(shè)，（只在有限的情況可行，過多的簡化將可能導致不正確的甚至錯誤的解）借助計算機來獲得滿足工程要求的數(shù)值解，這就是數(shù)值模擬技術(shù)第3頁/共40頁 目前在工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法有：有限單元法：ANSYS、NASTRAN、ABAQUS、MARC邊

2、界單元法：Examine2D、Examine3D離散單元法：UDEC、3DEC、PFC有限差分法：FLAC3D、 FLAC2D 但就其實用性和應(yīng)用的廣泛性而言，有限單元法更為突出。 第4頁/共40頁力學分析和模擬技力學分析和模擬技術(shù)術(shù)力學分析和力學分析和模擬技術(shù)模擬技術(shù)模擬軟件模擬軟件 四種模擬方法四種模擬方法第5頁/共40頁四種模擬方法四種模擬方法四種模四種模擬方法擬方法離散單元法離散單元法一有限單元法有限單元法有限差分法有限差分法邊界單元法邊界單元法第6頁/共40頁有限單元法有限單元法基本原理：將一個連續(xù)的求解域分割成有限個單元，用未知參數(shù)方程表征單元的特性，然后將各個單元的特征方程組合成

3、大型代數(shù)方程組，通過求解方程組得到結(jié)點上的未知參數(shù)，獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)力等需要考察的輸出結(jié)果。載荷約束節(jié)點單元第7頁/共40頁 由于單元可以被分割不同的形狀和大小，所以它能很好的適應(yīng)復雜的幾何形狀、復雜的材料特性和復雜的邊界條件。 加之成熟的大型軟件系統(tǒng)支持，有限元法成為一種應(yīng)用廣泛的數(shù)值計算方法。有限單元法的應(yīng)用已廣泛涉及各個工程領(lǐng)域。軟件：ANSYS、NASTRAN、ABAQUS、MARC有限單元法有限單元法第8頁/共40頁 邊界單元法（BEM） 邊界單元法是20世紀70年代興起的一種數(shù)值方法。 其通過結(jié)點之間插值，把邊界積分方程轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性代數(shù)方程組，由此解出各邊界單元的結(jié)點處待定的邊界值，再利用

4、把邊界值與域內(nèi)函數(shù)值聯(lián)系起來的解析公式，求得計算區(qū)域內(nèi)任一點的函數(shù)值。 且計算精度、計算效率高，更適用于均質(zhì)材料和線性性態(tài)情況。 軟件：Examine2D、Examine3D邊界單元法邊界單元法第9頁/共40頁 離散單元法（DEM） 巖體往往為眾多的節(jié)理或結(jié)構(gòu)面所切割，在某些情況下，巖體不能視為連續(xù)介質(zhì)，具有明顯的不連續(xù)性，很難用連續(xù)介質(zhì)力學方法如有限單元法來處理。 離散單元法是處理非連續(xù)介質(zhì)力學的數(shù)值方法，特別適用于節(jié)理巖體的應(yīng)力分析，在土木工程方面應(yīng)用廣泛，尤其在邊坡穩(wěn)定分析方面。軟件：UDEC、3DEC、PFC2D、PFC3D離散單元法離散單元法第10頁/共40頁 有限差分法（FDM）

5、有限差分法的基本原理與有限單元法類似，只是它們各自的求解方法有所差別。 有限單元法通過剛度矩陣的形式求解每一單元的應(yīng)力與應(yīng)變，而在有限差分中，空間離散點處的控制方程組中每一個導數(shù)直接由含場變量的代數(shù)表達式替換，通過“顯式”的方式逐步求解每一單元的應(yīng)力與應(yīng)變。 有限差分法有限差分法軟件：FLAC3D、 FLAC2D第11頁/共40頁 目錄目錄4力學分析和模擬技術(shù)1235油氣藏的模擬分析技術(shù)礦床模擬分析技術(shù)其它問題的模擬分析可視化技術(shù)第12頁/共40頁直接觀察法直接觀察法 鉆觀察井 井下測試 井下電視 巖心實驗 開辟生產(chǎn)實驗區(qū) 研究油藏的基本方法模擬法模擬法物理模擬數(shù)學模擬第13頁/共40頁u直接

6、觀察法優(yōu)點：直觀（看得見，摸得著）； 準確（客觀存在，避免人為誤差）。缺點：有一定的局限性，范圍小； 成本高，周期長； 不能重復進行。u模擬法優(yōu)點：能重復開發(fā)，進行所謂的“多次開發(fā)”； 可以在短期內(nèi)進行“開發(fā)”，成本相對較低； 可模擬各種非均質(zhì)條件和開發(fā)要求； 結(jié)果可直接用于油田開發(fā)。缺點：簡介模擬基礎(chǔ)在于油藏描述和生產(chǎn)動態(tài)，若參數(shù) 和數(shù)據(jù)不準確，將導致模擬誤差； 模型本身有一定假設(shè)條件，與實際有一定誤差。第14頁/共40頁數(shù)學模擬數(shù)學模擬 數(shù)學模型求解方法解析法數(shù)值方法油藏數(shù)值模擬油藏數(shù)值模擬第15頁/共40頁油藏數(shù)值模擬及其重要油藏數(shù)值模擬及其重要性性油藏數(shù)值模擬概念油藏數(shù)值模擬概念油藏數(shù)

7、值模擬是應(yīng)用計算機研究油氣藏中多相流體油藏數(shù)值模擬是應(yīng)用計算機研究油氣藏中多相流體滲流規(guī)律的數(shù)值計算方法。滲流規(guī)律的數(shù)值計算方法。重要性重要性第16頁/共40頁油藏數(shù)值模擬基本過程油藏數(shù)值模擬基本過程建立數(shù)學模型建立數(shù)值模型建立計算機模型建立一套描述油藏流體滲流的偏微分方程組。完整的數(shù)學模型包括定解條件（初始條件和邊界條件）。線性化離散化將各種數(shù)學模型的計算方法編制成計算機程序，用計算機計算各種結(jié)果。第17頁/共40頁油藏數(shù)值模擬主要步油藏數(shù)值模擬主要步驟驟明確油藏工程問題選擇模型模擬策略方法資料輸入與數(shù)據(jù)的檢查歷史擬合靈敏度試驗動態(tài)預測油藏數(shù)值模擬的主要步驟經(jīng)費預算報告的形成第18頁/共40

8、頁專題和機理問題的研究評價潛力研究剩余油飽和度分布評價提高采收率的方法對已開發(fā)油田歷史模擬油田初期開發(fā)方案油藏數(shù)值模擬應(yīng)用油藏數(shù)值模擬應(yīng)用第19頁/共40頁油田初期開發(fā)方案油田初期開發(fā)方案油田初期開發(fā)方案實施方案的可行性評價油藏和流體性質(zhì)的敏感性研究對比不同的產(chǎn)量效果選擇井網(wǎng)、開發(fā)層系、井數(shù)和井位選擇注水方式第20頁/共40頁對已開發(fā)油田歷史模擬對已開發(fā)油田歷史模擬指出問題、潛力所在區(qū)域一一二二三三四四確定產(chǎn)液量和生產(chǎn)周期確定油藏和流體特征證明地質(zhì)儲量，確定基本的驅(qū)替機理第21頁/共40頁一次采油注水、注氣注聚合物、注膠束、注表面活性劑注C02和其它混相驅(qū)注蒸汽、火燒Description o

9、f the contents評價提高采收率的方法評價提高采收率的方法第22頁/共40頁研究剩余油飽和度分布范圍和類型一一二二三三四四回答油田開發(fā)中所遇到的問題及解決問題的方法單井進行調(diào)整，改變液流方向、改變注采井別、改變注水層位擴大水驅(qū)油流率和波及系數(shù)研究剩余油飽和度分布研究剩余油飽和度分布第23頁/共40頁二三一確定產(chǎn)量、開采方式確定地面和井的設(shè)備評價潛力評價潛力確定井位、加密井的位置第24頁/共40頁專題和機理問題的研專題和機理問題的研究究研究各種注水方式效果研究不同開發(fā)層系油藏動態(tài)研究井距、井網(wǎng)對油藏動態(tài)的影響驗證油藏面積和地址儲量研究注水速度對產(chǎn)油量和采收率影響礦山生產(chǎn)礦山生產(chǎn)管理優(yōu)化

10、管理優(yōu)化十個方面十個方面研究油藏平面性質(zhì)和層間非均質(zhì)性對油藏動態(tài)影響5 5101048 81 16 67 7對比注水注氣和天熱枯竭開采動態(tài)研究單井產(chǎn)量對采收率影響2 29 93 3研究不同開發(fā)方案的指標為談判和開發(fā)提供必要數(shù)據(jù)第25頁/共40頁 目錄目錄4力學分析和模擬技術(shù)1235油氣藏的模擬分析技術(shù)礦床模擬分析技術(shù)其它問題的模擬分析可視化技術(shù)第26頁/共40頁 線框模型技術(shù)線框模型技術(shù); 塊段模型技術(shù)塊段模型技術(shù); 地質(zhì)儲量估值方法與技術(shù)。地質(zhì)儲量估值方法與技術(shù)。本節(jié)主要介紹的技術(shù)有本節(jié)主要介紹的技術(shù)有: :一、線框模型技術(shù)一、線框模型技術(shù) 線框模型的構(gòu)建主要是采用了線框模型的構(gòu)建主要是采用

11、了TINTIN技術(shù)（不規(guī)則三角網(wǎng)模型）技術(shù)（不規(guī)則三角網(wǎng)模型）中的中的VoronoiVoronoi圖與圖與DelaunayDelaunay三角形算法。三角形算法。TINTIN是一種表示數(shù)字高程是一種表示數(shù)字高程模型的方法，它既減少規(guī)則格網(wǎng)方法帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時在計模型的方法，它既減少規(guī)則格網(wǎng)方法帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時在計算效率（如坡度）方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。算效率（如坡度）方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。第27頁/共40頁DelaunayDelaunay三角網(wǎng)具有以下特征：三角網(wǎng)具有以下特征：（1 1）DelaunayDelaunay三角網(wǎng)是唯一的；三角網(wǎng)是唯一的；（2 2）三角網(wǎng)的

12、外邊界構(gòu)成了點集）三角網(wǎng)的外邊界構(gòu)成了點集P P的凸多邊形的凸多邊形“外殼外殼”；（3 3）沒有任何點在三角形的外接圓內(nèi)部，反之，如果一個三角網(wǎng)滿）沒有任何點在三角形的外接圓內(nèi)部，反之，如果一個三角網(wǎng)滿 足此條件，那么它就是足此條件，那么它就是DelaunayDelaunay三角網(wǎng)；三角網(wǎng)；（4 4）如果將三角網(wǎng)中的每個三角形的最小角進行升序排列，則）如果將三角網(wǎng)中的每個三角形的最小角進行升序排列，則 Delaunay Delaunay三角網(wǎng)的排列得到的數(shù)值最大，從這個意義上講，三角網(wǎng)的排列得到的數(shù)值最大，從這個意義上講， Delaunay Delaunay三角網(wǎng)是三角網(wǎng)是“最接近于規(guī)則化的最

13、接近于規(guī)則化的“的三角網(wǎng)。的三角網(wǎng)。圖實線為圖實線為Delaunay三角形，虛線為三角形，虛線為Voronoi圖圖第28頁/共40頁Delaunay三角形網(wǎng)的主要算法三角形網(wǎng)的主要算法逐點插入算法逐點插入算法 Watson的算法的算法Lawson的算法或?qū)蔷€交換算法的算法或?qū)蔷€交換算法 限制性的限制性的Delaunay三角化三角化 (CDT) 掃描線算法（掃描線算法（Sweepline algorithm） 在所有的優(yōu)化算法中，逐點插入算法是一種通用的算法，而在所有的優(yōu)化算法中，逐點插入算法是一種通用的算法，而Watson的算法是的算法是Delaunay三角化最簡單和最廣泛應(yīng)用的算法三角化

14、最簡單和最廣泛應(yīng)用的算法 。第29頁/共40頁二、塊段模型技術(shù)二、塊段模型技術(shù)規(guī)則塊段模型規(guī)則塊段模型 六十年代初為描述浸染狀礦床而發(fā)展起來的一種建模方法，實六十年代初為描述浸染狀礦床而發(fā)展起來的一種建模方法，實質(zhì)是采用一系列的相同尺寸的立方塊去表達礦體。質(zhì)是采用一系列的相同尺寸的立方塊去表達礦體。優(yōu)點：優(yōu)點： 在一個資源有限的計算環(huán)境中，編制程序時可以采用隱含的在一個資源有限的計算環(huán)境中，編制程序時可以采用隱含的定位技術(shù)，即采用一系列的三維數(shù)組來存放各個塊段的信息，從而定位技術(shù)，即采用一系列的三維數(shù)組來存放各個塊段的信息，從而可以節(jié)省存儲空間與計算時間；可以節(jié)省存儲空間與計算時間； 由于采用

15、相同尺寸的塊段，在進行地質(zhì)統(tǒng)計學品位估值時，由于采用相同尺寸的塊段，在進行地質(zhì)統(tǒng)計學品位估值時，克里格方程組的系數(shù)矩陣克里格方程組的系數(shù)矩陣K只需計算一次，可以大大減少計算量，只需計算一次，可以大大減少計算量，同時也方便進行儲量的統(tǒng)計和計算。同時也方便進行儲量的統(tǒng)計和計算。不足：不足： 使用起來很不靈活；使用起來很不靈活； 這種方法不能精確描述礦體的邊界這種方法不能精確描述礦體的邊界 。第30頁/共40頁變塊模型變塊模型 變塊模型又叫做不規(guī)則塊段模型。這種建模方法與規(guī)則塊段變塊模型又叫做不規(guī)則塊段模型。這種建模方法與規(guī)則塊段模型一樣，也是在整個建模范圍內(nèi)用立方塊來模擬礦體，不同的模型一樣，也是

16、在整個建模范圍內(nèi)用立方塊來模擬礦體，不同的是，這些立方體尺寸不在是固定的，當對最初的由尺寸相同的方是，這些立方體尺寸不在是固定的，當對最初的由尺寸相同的方塊組成的模型施加了地質(zhì)解釋之后，就沿著邊界或地質(zhì)界面建立塊組成的模型施加了地質(zhì)解釋之后，就沿著邊界或地質(zhì)界面建立“子塊段子塊段”，以保證更加逼近詳細的地質(zhì)要求。，以保證更加逼近詳細的地質(zhì)要求。 采用變塊模型雖然能夠比較精確的描述礦體邊界，減少了存采用變塊模型雖然能夠比較精確的描述礦體邊界，減少了存儲空間儲空間 。 三、地質(zhì)儲量估值方法與技術(shù)三、地質(zhì)儲量估值方法與技術(shù)主要方法主要方法：趨勢面法、距離冪次反比法趨勢面法、距離冪次反比法 、各種克里

17、格估值方、各種克里格估值方法法 。第31頁/共40頁在實際礦床估值中，主要采用的方法有：距離冪次反比法在實際礦床估值中，主要采用的方法有：距離冪次反比法 和普和普通克里格估值方法通克里格估值方法 ，簡單介紹下這兩種方法：，簡單介紹下這兩種方法：距離冪次反比法距離冪次反比法第32頁/共40頁普通克里格法普通克里格法 普通克里格必須先算出變異函數(shù)，然后用公式：將其轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)普通克里格必須先算出變異函數(shù)，然后用公式：將其轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)方差函數(shù)求普通克里格方程。另外，普通克里格發(fā)有一個無偏約方差函數(shù)求普通克里格方程。另外，普通克里格發(fā)有一個無偏約束條件，對數(shù)據(jù)分布要求較松，應(yīng)用范圍更廣。束條件，對數(shù)據(jù)分布要求

18、較松，應(yīng)用范圍更廣。 而實際上，需要先計算出實驗變異函數(shù)，實驗變異函數(shù)計算而實際上，需要先計算出實驗變異函數(shù)，實驗變異函數(shù)計算公式為：公式為： vdxxzhxzvxzhxZEh2221 式中，式中，h h稱為滯后距，對結(jié)構(gòu)性的結(jié)果有一定的影響。具體稱為滯后距，對結(jié)構(gòu)性的結(jié)果有一定的影響。具體應(yīng)用中，應(yīng)計算不同方向、距離的變異函數(shù)，如層狀礦體一般應(yīng)用中，應(yīng)計算不同方向、距離的變異函數(shù)，如層狀礦體一般應(yīng)計算走向、傾向、對角線方向的變異函數(shù)，非層狀礦體則應(yīng)應(yīng)計算走向、傾向、對角線方向的變異函數(shù)，非層狀礦體則應(yīng)計算走向、傾向、對角線、厚度等方向的變異函數(shù)。計算走向、傾向、對角線、厚度等方向的變異函數(shù)。第33頁/共40頁 實驗變異函數(shù)計算后，必須按照一定的方法確定其理論變異函實驗變異函數(shù)計算后，必須按照一定的方法確定其理論變異函數(shù)參數(shù)。理論變異函數(shù)由眾多類型，但對礦藏而言，目前采用較多數(shù)參數(shù)。理論變異函數(shù)由眾多類型，但對礦藏而言，目前采用較多的是球狀模型。球狀模型的計算公式為：的是球狀模型。球狀模型的計算公式為： ahCChahahahCCh0230223 式中，式中，CoCo為塊金常數(shù)（代表隨機變化部分），為塊金常數(shù)（代表隨機變化部分），C C指基臺，指基臺，C+Co C+Co 為先驗方差，為先