油藏流固耦合分析的一种有限元-有限体积混合方法

在实际油藏开采过程中,地下流体的渗流大多只在储层区域内发生,而岩土力学计算往往需要在从地表延伸至储层以下的整个空间域内进行。为此,提出了一种可以替代有限元方法求解流固耦合问题的有限元-有限体积混合方法,其力学平衡方程采用有限元法离散,渗流连续方程采用有限体积法离散,这样更易于编程实现且能够提高计算效率,对有限元法与有限体积法采用不同密度的计算网格,从而在精确地模拟储层区域内渗流过程的同时避免不必要的计算。通过数个数值算例的计算,验证了所提出方法的有效性。     

模拟自由面渗流的适体坐标变换方法

用传统的有限元方法求解复杂边界的自由面渗流是很困难的,为此提出了基于适体坐标变换的有限差分法。该方法通过求解Poisson方程自动生成计算区域的曲线网格,并将其变换至规则统一的直角网格系统下进行有限差分离散和数值求解。这种数值网格生成技术可以精确而有效率地模拟复杂几何边界,算法成熟,通用性强,可以避免有限元法的网格在迭代过程中变化的问题,对不同的几何边界可以实现统一的数值求解算法,自动化程度高。计算实例表明,基于适体坐标变换的有限差分法计算结果的精度和有限元法相当,但计算效率上较有限元方法有很大的提高,并具有简单、灵活的优点。     

复杂结构井数值模拟分段耦合模型

针对复杂结构井的油藏渗流特征和井筒流动特点,分别建立油藏质量守恒方程、井筒质量守恒方程和井筒动量方程,采用井筒分段的方法对复杂结构井进行分段、编号,并与油藏网格相匹配,结合数值模拟矩阵"镶边"处理方法实现复杂结构井油藏和井筒的耦合,利用全隐式方法进行求解。以鱼骨状分支井为例进行计算分析。结果表明,复杂结构井分段耦合模型能够充分体现油藏渗流和井筒变质量流的相互影响,改进后的数值模拟软件可以满足复杂结构井生产动态模拟的需求。     

求解正压原始方程的一个算法

本文给出了有限元法离散正压原始方程的推导过程,并采用选点迭代法求解有限元离散后的线性方程组,以提高运算速度。数值天气预报是一种客观定量的天气预报的方法。在数值天气预报中使用最多的是有限差分法。有限元法较有限差分法来说在剖分形式上更加灵活,能够更好地刻划边界条件,在相同的情况下,精度也更高。但有限元法的计算量要比有限差分法大一些,并且对计算机的要求也比有限差分法高一些。目前,有限元法已得到了数值天气预报工作者的广泛重视,并对许多具体的局部问题展开了讨论。本文给出了一种近似求解正在原始方程组的有限元算法,主要是针对减少计算量和求介稳定性所作的工作。     

基于N-S方程的储层渗流与孔眼管流耦合分析

为了实现储层渗流与孔眼管流全耦合模拟分析,应用多孔介质渗流力学、流固耦合理论,建立了应力作用下油藏流固耦合数学模型,依据流体动力学管流理论用Navier-Stokes方程控制井筒和孔眼中流体流动;采用多重物理量耦合分析软件COMSOL Multiphysic对所建的模型进行数值模拟分析,实现了对四个偏微分方程组的全耦合求解,对模拟结果的研究表明孔眼末端压降和应变最大,该处岩石容易失稳,模拟结果证明所建模型和求解方法是有效的。     

基于N-S方程的储层渗流与孔眼管流耦合分析

为了实现储层渗流与孔眼管流全耦合模拟分析,应用多孔介质渗流力学、流固耦合理论,建立了应力作用下油藏流固耦合数学模型.依据流体动力学管流理论用Navier-Stokes方程控制井筒和孔眼中流体流动;采用多重物理量耦合分析软件COMSOL Multiphysic对所建的模型进行数值模拟分析,实现了对四个偏微分方程组的全耦合求解,对模拟结果的研究表明孔眼末端压降和应变最大,该处岩石容易失稳,模拟结果证明所建模型和求解方法是有效的.     

非线性渗流多尺度有限元数值模拟

采用多尺度有限元法对一般的非线性椭圆型方程和与时间相关的非线性方程进行数值分析。阐述多尺度有限元法求解非线性方程的基本原理,推导相应的计算格式并编制计算程序。通过2个不同类型的非线性渗流算例验证该方法的准确性和适用性。最后,以低渗透油藏注水开发为例,对其进行多尺度有限数值模拟。研究结果表明:相对于传统的数值计算方法,多尺度有限元法具有更高的计算精度,在保证计算精度的同时能够减少计算量。     

基于耦合模型的椭圆型沉箱基础水动力分析

椭圆型沉箱是一种新型的重力墩式码头结构形式,其水动力特性一直是目前研究的热点问题。建立了适用于椭圆沉箱的波浪时域耦合模型以及模拟椭圆型沉箱的水动力特性,该模型有外域与内域之分,外域采用三维Boussinesq方程,该方程的求解基于有限差分法,内域采用二维Laplace方程,该方程的求解基于有限元法,将两者在交界面处进行匹配。耦合数值计算结果与模型实验结果对比可看出,两者之间吻合度良好,验证了该耦合模型的精度,也为下一步的工作奠定了基础。     

数值分析技术及其在注塑模中的应用研究

基于注塑成型过程充填机理的流体力学基本方程 ,建立了注塑成型过程的流动和浇注系统的数学模型 ,采用混合有限元法 /有限差分法求解压力和能量方程 ,从而实现了成型过程数值分析 .     

煤层瓦斯流固耦合渗流的二维数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程,根据有限元法原理推导出其耦合求解方法,最后进行了实例计算。     

致密油藏有限元数值模拟

 目前数值模拟方法均基于达西渗流,无法对致密油藏非达西渗流进行有效模拟。致密油藏内在复杂,为实现致密油藏非达西渗流的科学模拟,建立了油水2相微可压缩非达西流的油藏数值模拟数学模型。同时考虑到致密油藏渗透率低、非均质性强的特点并兼顾模拟精度采用有限单元法进行离散,从而建立了有限元数值模型,形成了新的致密油藏数值模拟方法,最后将该方法进行实例检验,验证了方法的正确性。     

有限元法油水两相油藏数值模拟研究

 研究了利用迦利金有限元方法模拟油藏中油水两相渗流问题,提供一种油藏数值模拟方法。研究方法从数学模型出发,严格推导了油藏油水两相渗流方程的有限元弱形式,在井边界处理及上游权选择等非线性处理方面给出了可行的策略。采用商业性有限元代码生成平台FEPG,生成六面体八结点有限元软件代码,模拟三维两相油藏的油水渗流规律。为验证有限元方法及软件的正确性,与基于有限差分的商业软件进行对比,结果表明有限元方法模拟计算结果有效可靠,同时网格弥散现象有所控制。     

ALE有限元法解二维自由面流体大晃动问题

从Navier-Stokes方程和连续性方程出发，在ALE描述下，用四边形单元对所求区域加以划分；并借助于Galerkin加权余量法导出相应的有限元方程组，在有限元计算中速度和压力均采用四节点线性插值函数；通过二维自由面流体大晃动问题实例的计算，给出相应的计算结果，阐明了该方法的优越性和局限性。     

有限元有限差分法二维波动逆时偏移初探

提出了采用有限元有限差分实现二维波动方程的逆时偏移算法。该方法在空间上 ,联合采用有限元法和有限差分法 ;对于地表 (水平 )方向 ,使用有限元法进行离散 ,将原方程转化为一个一维 (深度和时间 )问题的方程组 ;在深度和时间方向上 ,采用有限差分法来求解。介绍了算法的基本原理 ,给出了计算实例并与使用F K(频率波数 )域相移法、频率空间域有限差分法的结果进行了比较。与采用有限元的偏移方法相比 ,本方法可以节省大量内存 ;与采用有限差分的偏移方法相比 ,可以在一定程度上提高计算精度。本算法有可能在地震勘探数据处理中发挥一定的作用     

不可压粘性流动N-S耦合方程的有限元解法—I应用

应用有限元方法求解不可压粘性流动Ｎ－Ｓ耦合方程，将此方法用于驱动方腔和突扩管道内的层流分析，结果表明此方法具有良好的椭圆型性质，能预测分离流动．用该方法结合两层湍流代数模型，对压气机叶栅内不可压流动进行模拟分析，与实验结果的比较证明方法是有效的．     

轴向流中固支弹性薄板的大挠度流固耦合系统的数值模拟

就轴向流中两端固支大挠度弹性薄板的流固耦合振动特性,固支薄板的结构动力学方程用有限元法离散,流场采用不可压缩的二维粘性流体(N-S方程)用有限体积法离散,结合ADINA中的流体单元划分技术,建立了双向流固耦合作用下轴向流中两端固支薄板的二维仿真模型.通过模拟仿真分析研究了给定不同流速下固支板的流固耦合振动特征和大挠度系统的振动稳定性.分别得出了不同流速下固支板中点的挠度—流速曲线、挠度时程曲线及挠曲线图.结果表明:当流速小于固支板的临界流速时,板将处于稳定的直线平衡状态;当流速大于固支板的临界流速时,板将在新的位置达到弯曲平衡状态,以及在弯曲平衡位置附近发生极限环振动.     

用初值问题方法求常微分方程边值问题的数值解

主要讨论了用初值问题方法的思想求解常微分方程边值问题的几种数值方法 ,包括差分法、打靶法、不动点方法和数值延拓方法 ,并对这些方法进行了对比分析。结果表明 ,用初值问题方法求边值问题是非常有效的 ,特别是不动点方法和数值延拓技术具有工作量小、节省存储单元等优点。     

轴对称有狭窄弹性管流固耦合模型及数值模拟

建立了求解厚壁,有狭窄,大管壁变形的血管及管内血液流动的流固耦合问题的数值计算模型。血管的几何形状、物质特性及模型的有关物理参数由模拟颈动脉血流及血管壁塌陷的实验获得。流体采用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,用广义有限差分方法求解。     

混合边界油藏压力分布的有限元法模拟

建立了稳定渗条件下的有限元方程，针对定边界和封闭边界合作用下的渗流问题进行了模拟计算，给出了圆形地层和矩形地层在以上条件下的压力分布，结果表明，混合油藏外边界将产生复杂的地层压力分布，压力分布随地层方位的不同而不同，同时说明，有限元法用于求解复杂边界条件的渗流问题是方便有效的。     

水力压裂的二维温度场分析

推导出了水力压裂中压裂液的二维温度场方程,考虑了压裂液的热传导、热对流和热耗散以及压裂液与岩石之间的热交换,这个方程与水力压裂三维裂缝模型中描述裂缝宽度与裂缝面上压力关系的积分方程以及压裂液流动方程是耦合的,裂缝延伸判据采用应力强度因子法则,研究了在水力压理解过程中压裂液的温度分布规律,应用有限元数值计算方法,模拟了水力压裂过程中压裂液的温度分布。