基于非结构网格的三种CSEM有限元三维正演系统分析

高精度、高效率的CSEM三维正演算法一直是电磁场正演研究的核心和热点问题之一。当前,求解CSEM的三维正演公式包含电场公式和两种结构的A-Φ耦合势公式,文中采用有限元技术对这三类求解公式的应用效果进行分析。首先,从CSEM满足的边值问题出发,推导了有限元系统下的电场方程及双旋度结构和拉普拉斯结构的A-Φ耦合势方程;然后,为了消除场源奇异问题,采用非结构化四面体网格对求解区域进行离散,并结合场源局部细化技术,实现了统一形式的场源积分精确求解;最后,采用Krylov子空间迭代算法和PARDISO直接求解器实现了这三种方程的CSEM三维快速求解。利用均匀半空间地电模型,分别用这三种方程计算磁偶源和电偶源的电磁响应,验证了文中算法的正确性。最后,对低阻异常体地电模型对比了这三种方程的收敛性、内存消耗和求解精度。测试结果表明,在计算规模较小的情况下,基于矢量有限元的电场方程具有较高的求解精度和效率;在计算规模较大的情形下,基于拉普拉斯结构的A-Φ耦合势方程比另外两种方程更适合开展后期的CSEM三维反演研究。     

双孔低渗油藏压力响应特征

基于双孔低渗油藏的数学模型,以低渗油藏调查半径公式计算动边界,开展了拉普拉斯变换耦合有限差分法在双孔低渗试井中的研究.采用拉普拉斯变换得到拉普拉斯空间数学模型后,对模型进行有限差分法离散求解井底压力,绘出了双孔低渗油藏试井图版,研究了不同启动压力梯度、窜流系数、储能比对双孔低渗试井曲线的影响.结果表明,在无法求取解析解问题中(如低渗问题),使用本算法可得到理想结果;采用拉普拉斯变换消除时间网格,计算的井底压力比有限差分法准确.     

储层流固耦合的数学模型及其有限元方程

利用有限元方法,建立了一个描述可变形饱和储层中流体流动的数值模型。该模型由一组完全耦合的控制方程组成,包括岩石骨架的平衡方程和流体在多孔介质中流动的连续性方程,模型中采用了基于Mohr-Coulomb屈服面的弹塑性本构关系。利用有限元方法得到了控制方程中未知的位移和流体压力在几何域上的耦合解。用全隐式数值格式对上述方程在时间域上进行求解,得到了完全耦合的有限元离散方程,并研究了该数值模型的稳定条件。该模型在石油工程中有广泛的应用,为可变形饱和油藏流固耦合渗流的数值模拟奠定了理论基础。     

裂缝-孔隙型碳酸盐岩气藏流固耦合新模型对比

针对以前流固耦合模型中存在的不足，考虑以往在双重介质流固耦合研究中采用Terzaghi有效应力所带来的不适应性，通过引入双重有效应力理论来研究裂缝性气藏中的流固耦合问题，得到了考虑介质变形的双重孔隙介质流固耦合新模型。该模型考虑了渗流参数随有效应力变化的非线性双重孔隙介质流固耦合渗流。在此基础上,推导了双重孔隙介质非线性流固耦合渗流有限元计算公式，编制了计算程序，并就新模型与原有耦合模型和非耦合模型计算结果进行了对比，结果证明流固耦合研究中适宜采用双重有效应力。     

异常高压气藏流固耦合的数值模拟

异常高压气藏具有比常规气藏更强的流固耦合效应,因而研究异常高压气藏流固耦合效应对于模拟气藏开采,指导气田生产具有十分重要的现实意义。为此,在气藏储层岩石应力、应变分析的基础上,结合修正的Terzaghi有效应力原理和岩石骨架本构关系,建立了异常高压气藏储层岩石骨架变形的数学模型;将固相平衡方程和流体流动方程组合,建立了异常高压气藏流固耦合模型。采用空间8节点等参元对圆柱形封闭地层进行了网格划分,基于Galerkin有限元法对流固耦合变形场、渗流场方程进行了空间域离散,并利用全隐式数值格式对半离散微分方程进行了时间域上的离散,建立了以位移和流体压力为未知变量的流固耦合有限元数值模型,并采用两场交替迭代的方法得到了控制方程在几何域上的耦合解。实例分析的结果表明,所建立的流固耦合模型比传统非耦合模型更能精确地描述异常高压气藏流体渗流与岩石变形的特征,与工程实际相符合,计算程序的精度高、可靠性强。     

双重介质系统液固耦合模型及其应用

在油气藏开发过程中,油气藏中孔隙—裂缝介质受渗流场和应力场的双重作用,这不是简单的线性叠加,而是彼此作用、相互影响,称为耦合作用。对双重介质而言,耦合作用可能导致油藏物性参数的变化,影响油气藏压力和流体的分布,因此有必要建立并利用液固耦合模型来模拟双重介质系统中流体的渗流特征。利用有效应力概念,可以建立双重介质渗流系统液固耦合的数学模型,并采用有限元方法,通过有限差分,获得数值解。通过实例模拟计算,获得了耦合效应对油气藏动态的影响:压力系数越高、储层物性越差,液固耦合效应越明显。但随着生产时间的延长,液固耦合效应对井底压力的综合影响会逐渐消失,并非所有的双重介质系统渗流都需要考虑液固耦合效应。      

离散数据拉普拉斯变换在试井分析中的应用研究

众所周知，对于低产低压井的试井分析，借助拉普拉斯数值变换可以消除井筒储存效应的影响，使被掩盖了的近井地带的真实特征得以明确显示，从而获得准确可靠的分析结果。但是，由于试井所获得的数据是某一时间范围内受测试噪音影响的离散数据点，为了将这样的数据变换到拉普拉斯空间，不能再采用以前人们常用的拉普拉斯数值变换方法，因为这些方法都是建立在连续函数基础之上的。针对这一问题推导建立了离散数据拉普拉斯数值变换方法，应用该方法可以方便快捷地实现试井数据的拉普拉斯数值变换，有利于低产低压井早期数据的解释，获得稳定可靠的计算结果。     

凝析气液复杂渗流数学模型

为真实反映凝析气藏相变过程中流体的流动情况，需要考虑气、液相变作用及流-固热耦合对凝析气藏渗流规律的影响。引入相变产生的毛管力、界面阻力及非达西因子，建立表征凝析气藏多相高速流动相变特征的渗流方程，同时考虑气化潜热及流-固热耦合，推导出流-固热耦合能量方程，结合凝析气藏相变特征的传输方程，对速度场、温度场进行量化计算，从而合理描述流体渗流的特性和过程。利用该模型进行凝析气井复杂渗流规律研究，结果认为：凝析气相变对凝析气渗流的影响显著；流体与岩石颗粒温度在相变区都是先升后降，最终低于气藏原始温度，但岩石颗粒温度变化有滞后趋势；模型考虑界面张力、毛管力时预测的凝析气产能低，凝析油产能高。     

基于等效交错网格的流固耦合介质地震波模拟

为提高流固耦合介质中地震波模拟的精度和稳定性，本文借助等效交错网格思想并充分考虑密度参数空间变化对地震波传播的影响，在流相介质和固相介质中分别采用非均质情况二阶标量声波方程、二阶纯位移弹性波方程，在流固耦合界面处采用一阶位移—应力弹性波动方程作为流相和固相之间的转换过渡层，并详细说明了过渡层与上、下介质进行时间和空间差分的耦合方法。与传统的交错网格差分方法相比，本文方法尽可能减少了方程的参数变量和内存需求，提高了计算效率。简单的双层模型和复杂Marmousi 2模型的模拟结果证明了本文方法的准确性和稳定性。     

基于位移相关法的重复压裂裂缝尖端应力场研究

重复压裂技术是低渗透油田、非常规油气藏增产增效的重要措施,利用再加压打开储层的油气通道,可获取更高的开采量。新裂缝的起裂及延伸规律对重复压裂效果评价至关重要。从力学角度分析,裂缝的起裂及延伸与裂缝尖端应力强度息息相关。在饱和多孔介质固体骨架的平衡方程、流体力学和地质力学控制方程的基础上,考虑初始流体密度和孔隙度、地应力、初始孔隙压力等因素的影响,建立了适用于目标油井的储层流固耦合数学模型。以单元节点位移和单元节点孔隙压力为未知量,对该模型进行时间域有限元离散,导出了储层流固耦合的非线性有限元增量方程。根据求解的位移值、应力和应变,基于有限元软件平台利用位移相关法求解裂缝尖端应力强度因子,进行实例分析,验证了所建模型的有效性。     

裂缝控制油藏非牛顿流试井分析

采用组合系统方法提出裂缝控制油藏非牛顿幂律流体不稳定流动数学模型,并求出Laplace空间分析解,对于组合参数不同值给出该类油藏模型典型曲线,分析了早后期井底压力动态特征.从而可用于分析稠油或聚合物驱油藏流体流动参数及井周裂缝参数.     

缝洞型油藏的离散缝洞网络流动数学模型

针对现有油藏渗流理论在描述缝洞型油藏流动机理上存在的困难,基于缝洞型油藏储层的特点,提出了离散缝洞网络流动数学模型。该模型将缝洞型油藏划分为岩块系统、裂缝系统和溶洞系统;其中裂缝和溶洞嵌套于岩块中,并相互连接成网络;岩块和裂缝系统视为渗流区域,溶洞系统视为自由流动区域。阐述了模型的基本原理,推导了相应的有限元数值计算格式,通过算例验证了其正确性。算例分析结果表明,离散缝洞网络流动数学模型能够正确地描述出缝洞型油藏的流动特征。     

螺杆钻具定子电解加工阴极计算机辅助设计

以等壁厚螺杆钻具定子为研究对象,在分析螺杆钻具定子曲线的基础上,介绍了有限元数值解法在求解电解加工间隙电势分布的拉普拉斯(Laplace)方程几何反问题上的应用,并用ANSYS有限元软件分析了加工间隙电场强度分布,完成了螺杆钻具定子电解加工的阴极设计。     

海底悬跨管道地震作用下水动力模型的数值分析

提出地震作用下海底悬跨管道周围流场变化的计算方法,并基于海底悬跨管道水下振动台模型试验条件,建立有限元离散模型,开展试验工况的数值仿真计算,验证了海底悬跨管道地震作用下流体动力分析模型的可行性。并借鉴波流作用下海底管道水动力计算的Morison方程,开展了地震作用下水动力系数影响因素和规律的数值仿真研究。     

DST球形或半球形段塞流压力分析方法

建立了DST球形或半球形段塞流的数学模型,导出了无量纲井底压力的拉氏空间解及短时间和长时间近似解,绘制了用于实测压力分析的新型典型曲线,并提供了检验拟合结果的方法.由海洋石油总公司科技办公室主办的国家“八五”攻关项目“85-102-10”四级课题评审验收会于1994年8月18日～22日在海洋石油勘探开发研究中心召开.本次评审验收会是海洋石油总公司承担国家“八五”攻关项目以来的首次成果评审验收.国家“八五”攻关项目办公室、石油天然气总公司、海洋石油总公司、中国科学院、国家地震局、石油大学、中国地质大学等单位的32名著名专家和教授(其中,中国科学院院士4名)应邀出席会议,海洋石油总公司有关领导及各课题负责人参加会议,与会代表共49人.     

有限元素法的一种频率域计算方法及其应用

有限元素法已经广泛地应用于工程技术各个领域中。用这种方法解决随时间变化的物理场的动态问题还处在不十分成熟的阶段。解决弹性波传播问题已有一些成功的方法。属于有限元素法解决这类问题的有配置法、引用Gurtin变分原理等的变分方法、以及解从各种力学原理导出的有限元方程的方法。本文用富里叶变换的方法把时间域动态有限元方程转换到频率域,并且避开了特征值的问题,同时从理论上进行了探讨。通过具体计算,验证了这种方法的可靠性,进行了一些应用上的研究,并提出在地震勘探工程中用有限元素法进行反演检测的一种设计。     

波浪对圆柱作用的三维耦合计算模型

采用非线性波浪时域耦合数值模型计算圆柱物体上的非线性波浪压力和流场波面升高,并进行了圆柱波浪压力的物理模型实验以验证计算结果。计算模型将计算域分为内域和外域:内域为包围圆柱的矩形区域,采用三维Laplace方程,用有限元方法求解;外域为内域外面到四周边界的水域,采用水平二维Boussinesq方程,用有限差分法求解。两域在交界面处相耦合。数值计算结果与实验结果的比较表明,该耦合计算模型具有满意的精度。     

Heat Distribution within the Wellbore While Drilling

Abstract

Analysis of the drilling fluid temperature in a circulating well is the main objective of this study. Initially, different analytical temperature distribution models were studied. Variables that have significant effect on temperature profile are observed. Since the verification of the analytical model is not probable for many cases, a computer program that uses a finite element method is employed to simulate different well conditions. Three different wells are modeled by using rectangular elements with four nodes. Maximum drilling fluid temperature data corresponding to significant variables are collected from these models. These data are then used to develop an empirical correlation in order to determine maximum drilling fluid temperature. The proposed empirical correlation can estimate the temperature distribution within the wellbore with an average error of less than 16%, and maximum drilling fluid temperature with an average error of less than 7%.     

整拖钻机底座结构分析

本文用有限元法分析了钻机整体拖运时的钻机底座-地基系统,应用弹性地基梁及土力学基本原理,建立了钻机底座在匀速前进状态下的空间刚架计算模型,并讨论了在不同工况和载荷下的处理方法。应用上述方法,按照大庆地区的土壤条件进行实例计算,得出该条件下整拖时的摩擦系数和摩阻系数。本文还对整拖钻机底座的设计与使用提出了一些建议。