數(shù)值模擬與可視化

中南大學資源與安全工程學院

賈明濤數(shù)值模擬與可視化分析目錄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)

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)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)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。

力學分析和模擬技術(shù)力學分析和模擬技術(shù)模擬軟件四種模擬方法四種模擬方法四種模擬方法離散單元法一有限單元法有限差分法邊界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

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

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

有限差分法（FDM）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。

有限差分法軟件：FLAC3D、FLAC2D

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)研究油藏的基本方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物理模擬數(shù)學模擬直接觀察法優(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??；

成本高，周期長；

不能重復進行。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。數(shù)學緊模擬數(shù)學缸模型蜓求解竿方法解析壩法數(shù)值厚方法油藏交數(shù)值敞模擬油藏功數(shù)值劉模擬炕及其型重要盼性油藏數(shù)值模擬概念油藏墾數(shù)值甩模擬軋是應(yīng)掌用計塌算機烈研究炮油氣座藏中雅多相呀流體拿滲流食規(guī)律醬的數(shù)避值計瓶算方開法。重要脫性油藏末數(shù)值券模擬友基本周過程建立斥數(shù)學友模型建立祝數(shù)值指模型建立劍計算祝機模牽型建立腦一套陰描述透油藏束流體孝滲流絹的偏愈微分商方程畜組。完整斥的數(shù)厚學模驚型包委括定經(jīng)解條蝕件（宿初始送條件緣瑞和邊界賢條件或）。偏微超分方謊程組非線鍛性有跡限差描分方速程組線性管代數(shù)此方程奶組線性摘化離散捕化將各容種數(shù)兔學模娃型的歪計算餃方法胃編制象成計慢算機程序展，用爐計算草機計抖算各憂種結(jié)版果。油藏榴數(shù)值帶模擬眉主要幕步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(yù)測油藏夸數(shù)值敲模擬爆的主歇要步蕩驟經(jīng)費滿預(yù)算報告英的形霞成專題麥和機筒理問診題的敞研究評價卻潛力研究哈剩余快油飽安和度堆分布評價展提高均采收萌率的織方法對已冰開發(fā)喊油田鼻歷史梢模擬油田熟初期還開發(fā)汽方案油藏盡數(shù)值田模擬鳴應(yīng)用油藏昨數(shù)值撕模擬葬應(yīng)用油田礦初期忠開發(fā)思方案油田朽初期開電發(fā)方案實施拴方案搬的可行扇性評頃價油藏包和流霞體性質(zhì)的但敏感粱性研修究對比傲不同給的產(chǎn)量洗效果選擇籍井網(wǎng)升、開導發(fā)層佳系、亮井數(shù)紛和井睜位選擇巡壽注水首方式對已磨開發(fā)夢油田釋歷史陸模擬指出訪問題毫、潛力至所在垮區(qū)域一二三四確定螺產(chǎn)液浙量和生焰產(chǎn)周胃期確定替油藏和流宗體特站征證明皺地質(zhì)搞儲量附，確定梯基本泳的驅(qū)替機梯理四個助方面一次轎采油注水箏、注牢氣注聚壟合物鞏、注惕膠束位、注夾表面崗活性占劑注C0恒2和其內(nèi)它混致相驅(qū)注蒸撲汽、畢火燒De拿sc葬ri胸pt夏io營n謎of杏t挎he北c咱on鍬te弄nt剩s評價味提高曠采收藍率的茫方法研究寄剩余斜油飽甜和度呆分布徑范圍號和類刮型一二三四回答疾油田偵開發(fā)毅中所注遇到淺的問啞題及制解決懶問題房誠的方籮法單井呢進行伯調(diào)整掘，改畝變液姻流方松向、雁改變差注采而井別研、改侄變注徒水層憶位擴大祥水驅(qū)租油流悼率和覺波及爆系數(shù)研究睡剩余躁油飽居和度騎分布二三一確定產(chǎn)量、開采方式確定地面和井的設(shè)備評價趙潛力確定放井位潤、加內(nèi)密井民的位暴置專題怨和機遼理問蓄題的禽研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)管理優(yōu)化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51048167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293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)目錄4力學漠分析阿和?；\擬技雖術(shù)1235油氣壯藏的誓模擬螺分析鞭技術(shù)礦床核模擬婦分析依技術(shù)其它隔問題煮的模販擬分屑析可視洞化技段術(shù)礦床只模擬伸分析浸技術(shù)線框測模型拼技術(shù);塊段始模型際技術(shù);地質(zhì)拿儲量伏估值虎方法舟與技宏術(shù)。本節(jié)展主要蠶介紹賠的技薦術(shù)有掉:一、混線框蠻模型事技術(shù)線框誰模型揀的構(gòu)小建主練要是原采用峰了TI范N技術(shù)盆（不倦規(guī)則吉三角更網(wǎng)模融型）刪中的Vo卻ro舟no健i圖與De辦la嗽un慰ay三角按形算宰法。TI剪N是一現(xiàn)種表條示數(shù)稅字高染程模園型的早方法凝，它堵既減星少規(guī)惹則格先網(wǎng)方忽法帶佛來的工數(shù)據(jù)美冗余丑，同祖時在鄭計算場效率貫（如愧坡度忌）方疊面又甚優(yōu)于突純粹尚基于陪等高壞線的游方法竊。礦床爽模擬級分析儉技術(shù)De略la獵un急ay三角聚網(wǎng)具港有以嗚下特劉征：（1）De磨la螺un滑ay三角崖網(wǎng)是侄唯一姻的；（2）三糾角網(wǎng)墊的外元邊界板構(gòu)成嫂了點睡集P的凸被多邊遍形“閱外殼霜”；（3）沒左有任時何點捉在三宰角形劣的外窯接圓該內(nèi)部散，反產(chǎn)之，萌如果楚一個怖三角換網(wǎng)滿足此突條件久，那針么它粗就是De招l(wèi)a效un技ay三角餅網(wǎng)；（4）如塌果將寄三角惰網(wǎng)中耐的每安個三碎角形籌的最喝小角升進行犁升序花排列荒，則De火la害un材ay三角脖網(wǎng)的利排列百得到峽的數(shù)筐值最養(yǎng)大，坡從這劣個意誘義上耗講，De番la層un幅ay三角須網(wǎng)是嬌“最賄接近幕于規(guī)煌則化甘的“宰的三變角網(wǎng)武。圖實毒線為De常la砌un輕ay三角登形，乖虛線榮為Vo付ro鑼no頓i圖礦床田模擬盒分析痕技術(shù)De株la捏un撓ay三角鼓形網(wǎng)差的主蛛要算魚法逐點曬插入龜算法Wa零ts反on的算演法La趟ws每on的算培法或熄對角或線交患換算喊法限制兆性的De秧la息un莊ay三角蛙化(C皮DT昂)掃描太線算約法（Sw愚ee疑pl籠in擇e典al蛾go辟ri課th渴m）在所彩有的繩優(yōu)化既算法衰中，矛逐點盼插入尋算法巖是一崖種通柴用的裝算法認，而Wa掘ts災(zāi)on的算股法是De覺la僻un僚ay三角花化最兆簡單賢和最秩廣泛赴應(yīng)用壞的算也法元。礦床汁模擬業(yè)分析恒技術(shù)二、鮮塊段倘模型遙技術(shù)規(guī)則鋸塊段竭模型六十福年代訂初為剪描述蘭浸染茶狀礦吵床而殊發(fā)展隨起來垮的一轟種建尿模方綿法，奴實質(zhì)肺是采災(zāi)用一村系列項的相宵同尺債寸的窮立方救塊去市表達妥礦體茫。優(yōu)點完：①在一管個資凍源有所限的媽計算雖環(huán)境刪中，委編制溪程序淋時可價以采柳用隱庸含的西定位御技術(shù)狡，即夏采用禿一系對列的部三維勾數(shù)組循來存積放各細個塊刊段的慢信息宮，從蘭而可貢以節(jié)裕省存匯儲空柿間與液計算強時間粒；②由于救采用事相同中尺寸州的塊白段，于在進杯行地休質(zhì)統(tǒng)頭計學夠品位歐估值委時，粥克里躺格方濤程組萌的系假數(shù)矩嘆陣[K設(shè)]只需磚計算夏一次灶，可衣以大貧大減爽少計漆算量獸，同金時也笑方便做進行允儲量四的統(tǒng)仆計和擴計算近。不足犁：①使節(jié)用起迅來很軌不靈追活；②這基種方鍋法不此能精違確描捧述礦略體的黑邊界粉。礦床端模擬貴分析伐技術(shù)變塊茄模型變塊淹模型極又叫粉做不始規(guī)則傭塊段薄模型勢。這重種建罷模方識法與舌規(guī)則糕塊段肆模型私一樣傅，也陷是在密整個暮建模暖范圍篩內(nèi)用稈立方施塊來幅模擬齒礦體嗽，不宗同的株是，類這些督立方斃體尺督寸不演在是小固定源的，閱當對釘最初掠的由始尺寸卵相同回的方轟塊組撓成的銳模型欣施加浴了地責質(zhì)解度釋之勢后，芒就沿架著邊邪界或勢地質(zhì)歉界面寒建立渾“子志塊段參”，識以保須證更謙加逼脅近詳喇細的射地質(zhì)個要求孤。采用謎變塊摧模型御雖然裂能夠太比較罵精確戀的描年述礦獅體邊員界，業(yè)減少杜了存剃儲空默間聞。三、請地質(zhì)劑儲量藝估值旋方法典與技犬術(shù)主要礦方法：趨勢痰面法膏、距而離冪者次反像比法每、陡各種穿克里蔥格估冤值方錢法路。礦床海模擬釣分析斧技術(shù)在實判際礦言床估跌值中計，主槐要采畜用的狠方法園有：秤距離賭冪次必反比宰法仇和普超通克線里格偽估值耍方法端，告簡單藝介紹戒下這獲兩種豎方法還：距離駱冪次哥反比錢法礦床臣模擬飯分析鑼技術(shù)普通獲克里間格法普通賓克里腿格必夜須先淺算出鼻變異畝函數(shù)腥，然黃后用雨公式熟：將榨其轉(zhuǎn)遍變?yōu)槌韰f(xié)方宏差函美數(shù)求礎(chǔ)普通芽克里菌格方邊程。星另外繪，普仙通克窯里格魄發(fā)有肌一個機無偏脖約束上條件救，對巨數(shù)據(jù)乏分布獎要求蠶較松冒，應(yīng)鵝用范誘圍更增廣。而實逝際上萬，需來要先泡計算哪出實箱驗變騙異函相數(shù)，飛實驗到變異喚函數(shù)娘計算嗓公式戴為：式中哪，h稱為富滯后艱距，朗對結(jié)座構(gòu)性納的結(jié)匪果有攜一定芳的影昂響?？峋唧w腐應(yīng)用間中，勾應(yīng)計轟算不庸同方不向、雷距離浮的變尾異函碗數(shù)，彼如層猾狀礦便體一文般應(yīng)閘計算斷走向筋、傾獸向、春對角母線方珍向的挎變異說函數(shù)濤，非閘層狀畢礦體重則應(yīng)練計算嗓走向兄、傾梯向、部對角走線、艷厚度曾等方剖向的滲變異領(lǐng)函數(shù)堆。礦床糟模擬邊分析資技術(shù)實驗郵變異厚函數(shù)鍵計算速后，愁必須疼按照編一定錦的方編法確羞定其綱理論薄變異拳函數(shù)見參數(shù)嗓。理呆論變嗎異函留數(shù)由糕眾多約類型看，但銀對礦族藏而懇言，剃目前道采用配較多牧的是