区域分解法解黑油数值模拟问题的并行计算

区域分解方法是适应并行计算机的工作原理应运而生的偏微分方程数值算法,将它应用于解决三维实际问题且行之有效的并行软件并不多见．本文基于共享内存多处理机并行系统解决一类三维黑油油藏数值模拟问题,分别给出了子结构类型ＤＤＭ和Ｓｃｈｗａｒｚ类型ＤＤＭ两种区域分解方法的并行算法,并进行了比较,就它们在实际应用中的区域划分对收敛速度及计算时间的影响进行了讨论     

油藏模拟实时监控

利用VisualC^ 多线程的功能，开发了基于油藏数值模拟和实际动态参数的、具有实时监控功能的油藏数值模拟软件；将一个复杂的油田问题划分为几个简单的并行问题，实现了模拟计算过程中的计算、监控、动画等的并行功能，并对计算过程实施了动态监控，该软件节约了模拟过程中拟合时间，形象地展示油田开过程中油水等在地下的运移情况，用户只需通过简单的菜单操作，就可实现串行操作所不能实现的功能。     

基于Cluster的大型油藏数值模拟的并行计算

大规模整体油田的精细油藏数值模拟需要并行处理。该文基于Cluster并行系统,将三维三相油藏压力计算,转化为以油层为并行计算粒度、通过井筒压力耦合全油藏压力的多层二维二相的压力计算,用网格节点排序方法和预处理算法等缩短计算时间,实现了100.2万网格点的实际大规模油藏数值模拟问题,在17个处理机并行计算时,加速比达6.75。结果表明,该并行计算具有较好的效果,该并行软件正在胜利油田得到应用。     

油藏模拟实时监控

利用 Visual C+ +多线程的功能 ,开发了基于油藏数值模拟和实际动态参数的、具有实时监控功能的油藏数值模拟软件 ;将一个复杂的油田问题划分为几个简单的并行问题 ,实现了模拟计算过程中的计算、监控、动画等的并行功能 ,并对计算过程实施了动态监控 .该软件节约了模拟过程中拟合时间 ,形象地展示油田开过程中油水等在地下的运移情况 .用户只需通过简单的菜单操作 ,就可实现串行操作所不能实现的功能 .     

基于MPI的eclipse并行计算在油藏模拟中的应用

随着进行油藏模拟数据量增加,计算步骤日渐复杂,利用传统计算机来模拟,为了达到理想的模拟速度和效果,其硬件平台的投资将很高。本文设计并实现一种通过在windows下配置mpich2以建立的eclipse parallel并行计算,通过交换器和网线建立PC集群代替原有单个计算机来做油藏模拟。利用eclipse parallel,我们模拟并实现并行平台的要求,四台计算机同时计算程序,一台显示结果,通过使用实际数据对并行油藏模拟的稳定性和并行效率进行测试,测试显示在PC集群系统上高效运行eclipse进行油藏模拟模拟计算是可行的。     

复图像基于多级次分数傅立叶变换振幅的相位恢复

研究了在分数傅立叶域中如何利用复图像多个级次的分数傅立叶变换振幅恢复其相位的问题.当级次的个数为2时,可使用著名的Gerchberg-Saxton(G-S)算法.数值模拟表明,G-S算法不能对所有的级次都能取得较好的效果.本文利用复图像多个级次的分数傅立叶变换振幅,通过并行和串行地组合G-S算法,得到了并行G-S算法和串行G-S算法,对级次个数为3的情形进行了大量的数值模拟,对误差随级次变化的规律进行了归纳,并给出了如何选取级次才能重构出较精确相位的方法.     

油藏数值模拟研究在低渗透油田的应用——以卫22块为例

油藏数值模拟是油藏研究的重要方法之一。在计算机上应用油藏数值模拟软件可以再现油藏开发过程中地下油、水、气的运动,研究解决油藏开发的实际问题。本文通过对低渗透油藏卫城油田卫22块进行油藏数值模拟,模拟出了区块目前的剩余油分布特征,为下步开发提供了指导。     

三维数值流形法覆盖系统并行分区生成算法

三维数值流形方法（three dimensional numerical manifold method,3D-NMM）是岩土工程数值模拟中强大的数值方法之一。但一直存在接触判断困难、计算处理数据量大,效率低等问题。将并行计算技术应用于三维数值流形方法覆盖系统生成可以有效提升其覆盖系统的生成效率。详细研究了并行编程模式下三维数值流形法覆盖系统的生成算法。基于MPI分布式内存编程原理,将分区覆盖生成作为三维数值流形法并行覆盖生成基本思路。先采用规则粗六面体网格覆盖问题域,并利用Metis划分网格形成负载基本均衡的子区域,在原有串行算法的基础上设计了子区域覆盖系统的生成算法。并基于分布式内存存储模式下不同区域间数据传递需求,对本并行算法建立了界面信息传递算法,用以并行计算过程不同区域间中数据交流。最后,使用C++开发了基于布尔运算的三维数值流形单元及覆盖系统并行生成算法。算例表明此并行覆盖系统生成算法可有效提高三维数值流形法覆盖系统的生成效率及其应用规模     

定常不可压Navier-Stokes方程的并行有限元算法

Navier-Stokes(N-S)方程组是描述流体运动的基本方程组,其数值模拟对我国的国防建设与工业设计非常重要。在高性能并行机和并行计算技术飞速发展的今天,其并行数值计算方法的研究是当前计算流体力学领域最前沿的热门课题之一。基于局部与并行有限元离散技巧和区域分解方法,给出了数值求解定常不可压N-S方程的若干高效并行算法,这些算法实现简单,稍加修改现有的串行程序即可实现并行计算,通信需求少,能快速有效地模拟复杂的流体流动行为。我们给出了一些理论结果和数值算例,验证这些算法的有效性。     

响应面法在晶体生长控制参数优化中的并行计算

响应面法对提拉单晶生长参数进行数值模拟优化时,要通过单晶提拉的数值模拟计算获得响应面函数拟合所需要的试验数据,这些数据的获得占据整个响应面法优化求解的大部分时间。为提高优化效率,本文应用响应面方法的并行化算法对直拉单晶生长参数进行了优化。在Windows环境下搭建并行运算平台,采用C语言编制,以MPI消息传递方式的并行响应面优化并行程序。通过对串行和并行程序的优化所需时间进行对比,可以使并行后的优化效率提高80%以上。采用并行化的响应面法优化方法对提拉单晶生长向着更高的方向发展提供了更迅捷的途径。     

电场作用下多孔介质中单相流体的渗流速度

研究了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响。根据渗流力学和电渗理论,推导了外电场作用下多孔介质中单相流体渗流方程,建立了有限元数值模型,采用有限元方法进行了数值模拟。计算结果与实验结果拟合很好,二者之间的相对误差在5%左右。在此基础上探讨了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响,结果表明:在压力保持不变情况下电场可以将流体渗流速度增大1~7.5倍;相同电位梯度情况下,压力梯度越大,渗流速度之比越小。     

可压多孔介质流的扩展混合元解法

讨论多孔介质中两种可压缩流体混溶驱动问题数值方法,假定介质是各向异性的,渗透率系数为张量形式。压力方程采用扩展混合元方法求解压力变量、梯度变量,以及速度变量;浓度方程采用标准有限元方法求解,这一方法对各向异性渗透率多孔介质流可以获得更可靠的数值解。构造了半离散数值格式,通过理论分析得到了压力、速度以及浓度等变量的最优L2模误差估计,对浓度变量获得了H1模最优误差估计。     

直流电提高采收率技术研究

本文初步建立了外电场作用下缝洞介质内单相渗流的数学模型, 推导了有限元方程的数值模型。利用COMSOL Multiphysics软件研究了外电场作用下缝洞介质的渗流机理,给出了外电场作用下缝洞中速度分布,结果表明电场能有效增加缝洞中流体的速度。研究结论为采用直流电场方法提高缝洞介质的采收率提供了一定的理论基础,对于应用外加直流电场方法提高采收率也具有一定的意义。     

低渗透多孔介质变渗透率数值模拟方法

 根据流体在低渗透多孔介质中的渗流特征,建立了低渗透多孔介质数学模型,通过引入无因次渗透率变化系数描述低速非达西渗流规律,并基于黑油模型数值模拟系统,开发了低渗透多孔介质变渗透率数值模拟软件。采用矿场实际数据,分别使用达西渗流、考虑启动压力梯度为常数的拟线性渗流和变渗透率渗流模型,对五点井网进行模拟计算,对比分析了不同渗流规律下的油井产油量、含水率、含油饱和度及不同时间的地层渗透率分布。结果表明,变渗透率渗流模型计算的油井产油量、含水率和含油饱和度分布介于达西渗流和拟启动压力梯度渗流模拟结果之间,油水井附近地层渗流能力强,远离主流线地层渗流能力弱;井距越小,地层渗流能力越强;流体在低渗透多孔介质的渗流过程中,达西渗流仅发生在井筒附近小面积区域内,地层大部分区域发生变渗透率渗流,且占据了地层渗流的主导地位,变渗透率数值模拟方法弥补了其他方法未考虑渗透率变化因素的不足,变渗透率数值模拟软件能够更准确地预测流体在低渗透多孔介质中的流动特征。     

纤维表面Zeta电位对多孔纤维材料透湿性能的影响

考虑双电层效应对多孔纤维材料热湿传递的影响,根据双电层的Poisson-Boltzmann方程和液体运动的Navier-Stokes方程建立模拟多孔纤维材料热湿传递过程的数学模型,并给定初始条件和边界条件,数值计算了多孔纤维材料热湿传递过程中温度和电解液体积百分比的分布。和实验结果的对比表明该数学模型能很好的反映多孔纤维材料热湿传递过程,也显示出双电层效应对多孔纤维材料热湿传递过程存在影响。     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型,采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化,以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础,探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明,对于粘弹性流体,阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大,随充填颗粒尺寸的减小而增大;对于牛顿流体,阻力系数为常数;对于幂律流体,阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

低渗透气藏低速非线性渗流数值模拟研究

大量实验表明,低渗气藏流体在低速渗流时不仅要克服启动压力梯度,而且还受到气体滑脱效应的影响。基于低渗气藏的这一渗流特征,建立了考虑启动压力梯度和气体滑脱效应的低渗低速非线性渗流数学模型及其有限差分方程,并编制数值模拟软件,对比研究了四种情况：(1) 不考虑启动压力梯度和气体滑脱效应;(2) 仅考虑启动压力梯度;(3) 仅考虑气体滑脱效应;(4) 考虑启动压力梯度和气体滑脱效应。数值模拟结果表明：情形(3)的累计产量最高,情形(4)次之,情形(1)第三,情形(2)最低。这一结果说明启动压力梯度和气体滑脱效应对低渗气藏的生产影响很大,由此证明了模型的正确性和适用性。     

低渗透多孔介质中溶质运移的灰色数值模拟

针对低渗介质中启动压力梯度难以确定的问题,将启动压力梯度等参数视为未确知变量,并以灰参数的形式表示,建立了低渗多孔介质中的地下水水质模拟的灰色数学模型.在数值求解过程中,对一维低渗介质中地下水水污染的灰色模型求解过程中有限差分法的截断误差进行了修正,得到了一种具有特殊结构的数值模型,并且给出了求解这类模型的灰色数值算法.通过实例表明,该方法是可行的,模拟结果是合理的.     

乳状液线性渗流启动规律研究

从实验和理论方面研究了多孔介质中乳状液渗流的规律及线性启动数学模型。在恒定压力下,通过不同乳滴的水包油型乳状液在不同渗透率的亲水性胶结岩芯中的渗流实验,得到了孔隙介质的渗透率随乳状液注入孔隙体积倍数增加而降低的变化规律;在不同的恒定压力下,通过乳状液渗流实验,得出了孔隙介质渗透率的降低幅度随着压力梯度的增加而减小的变化规律。提出了一种滞留乳滴的线性启动数学模型,采用方程积分与参数优化技术联合编程的计算方法,计算了乳状液在孔隙介质中的渗流规律,结果表明理论计算和实际测量值非常一致。     

应力敏感性低渗透地层渗流规律研究

基于低渗透油藏渗流特征,针对具有应力敏感性的低渗透地层垂直裂缝井,采用三线流分析方法,建立了带有启动压力梯度和渗透率变异系数的渗流数学模型。应用此模型可描述裂缝内和地层内的渗流规律,计算结果表明随着介质变形系数的增大,井底压力-流量关系曲线逐渐偏离线性关系,介质变形系数越大,在相同的井底压力下,渗流流量越小;同时,随着介质变形系数的增大,地层压降幅度也增大,任一流量下,介质变形系数越大,靠近裂缝面位置处的地层压降幅度也越大。