含泥质夹层油藏蒸汽注采过程的自适应网格算法研究

根据泥质夹层的低渗特性及空间分布，本文提出了一种含泥质夹层油藏网格渗透率的粗化计算方法，并在此基础上，将自适应网格算法应用于含泥质夹层油藏的数值模拟，提升其计算效率．在计算过程中，网格的动态划分仅依据流体物理量的变化，泥质夹层区域不全部采用细网格，仅针对流动锋面处的泥质夹层采用细网格，其余泥质夹层处采用不同程度的粗网格．相较于传统算法，网格数大幅下降．数值算例表明，自适应网格算法的计算结果精度与全精细网格一致，能够准确模拟出泥质夹层对于流体的阻碍作用，同时计算效率得到大幅提升，约为全精细网格算法的3~7 倍．     

河道砂油藏的自适应非均匀网格粗化算法

以河道砂的观测深度为确定性数据，由贝叶斯理论通过随机楚模的方法楚立横截面为抛物线形状的河道砂油藏边界面，并将渗透率自适应网格技术应用于河道砂油藏的网格粗化算法中。在渗透率或孔隙度交化异常区域自动采用精细网格，用直接解法求解渗透率或孔隙度交化异常区域的压强分布，而在其他区域采用不均匀网格粗化方法计算，印在流体流速大的区域采用精细网格。用本文方法计算了河道砂油藏的压强分布，结果表明河道砂油藏的三维不均匀自适应网格粗化算法的解在渗透率或孔隙度异常区的压强分布规律更逼近采用精细网格的解，在其他区域压强分布规律非常逼近粗化算法的解，但计算的速度比采用精细网格提高了100多倍。     

含轻质组分稠油油藏蒸汽注采过程自适应网格法

对含轻质组分稠油油藏蒸汽注采过程数值模拟的自适应网格方法进行研究.网格的细化和粗化是自适应网格方法的基本步骤,为克服组分摩尔分数在网格细化过程中出现小于0或大于1的非物理振荡,提出了一个有效的守恒修正分片线性插值算法;指出可挥发的轻质组分分子量较大时,除了温度和各相饱和度外,组分摩尔分数需作为网格细化的判据.算例显示自适应网格方法有着很好的计算精度和计算速度.     

多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法

天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。     

多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法

天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。     

一类面向高阶精度自适应流动计算的流场插值方法

网格自适应技术和高阶精度数值方法是提升计算流体力学复杂问题适应能力的有效技术途径. 将这两项技术结合需要解决一系列技术难题, 其中之一是高阶精度流场插值. 针对高阶精度自适应流动计算, 提出一类高精度流场插值方法, 实现将前一迭代步网格中流场数值解插值到当前迭代步网格中, 以延续前一迭代步中的计算状态. 为实现流场插值过程中物理量守恒, 该方法先计算新旧网格的重叠区域, 然后将物理量从重叠区域的旧网格中转移到新网格中. 为满足高阶精度要求, 先采用k-exact最小二乘方法对旧网格上的数值解进行重构, 获得描述物理量分布的高阶多项式, 随后采用高阶精度高斯数值积分实现物理量精确地转移到新网格单元上. 最后, 通过一个具有精确解的数值算例和一个高阶精度自适应流动计算算例验证了本文算法的有效性. 第一个算例结果表明当网格规模固定不变时, 插值精度阶数越高, 插值误差越小; 第二个算例显示本文方法可以有效缩短高精度自适应流动计算的迭代收敛时间.      

辛解析奇异元在动荷载作用下V型切口问题中的应用

利用辛解析奇异单元,结合时域精细算法,研究了动荷载作用下的含平面V型切口问题。时域上,采用时域精细算法,并结合自适应算法控制展开项数,保证了计算精度。空间域上,切口尖端附近采用辛解析奇异单元,其余区域采用常规有限单元,避免了局部网格加密。本文使用的辛解析奇异单元不需要过渡单元和局部网格加密,且能够通过奇异单元内部的参数关系直接给出切口尖端的应力强度因子,不需要复杂的后处理过程。数值结果表明,本文方法具有良好的精度和稳定性,可以准确地计算动态应力强度因子。     

二维自适应网格生成的改进AFT与背景网格法

在基于重生成的自适应有限元网格生成算法研究中,将推进波前法（AFT）与背景网格法结合并提出改进方法,有效地解决了网格生成和单元尺寸计算这两个关键问题。改进的AFT方法,将前沿区分为活跃前沿和非活跃前沿两类,在选取目标前沿时既考虑前沿尺寸又考虑前沿分类。改进的背景网格法,利用结构化栅格对背景网格进行管理,在栅格中直接存放背景网格中的单元,既提高了新单元尺寸的计算速度,又从数值上保证了新生成网格中单元之间尺寸合理过渡。     

结合自适应网格的基于特征线方程的分离算法

提出一种新的网格自适应方法:在需要加密的网格单元中心加入新结点,并对加密后的相邻三角形网格单元进行公共边变换, 构成新的网格单元. 与传统的在网格边界中点加入新节点的自适应方法相比,新方法可以更加灵活地控制网格密度,加密后的网格继承原先的网格质量不发生畸变,并且算法编程简便,容易实现. 将自适应网格生成方法和基于特征线方程的分离算法相结合,对空腔内不可压缩黏性流动进行了计算. 在特征线方向上进行时间步离散,动量方程求解过程中采用非增量型分离算法. 计算中,把求解变量梯度值作为判定准则,在变化剧烈的区域进行网格局部加密. 计算结果表明该组合算法有很好的计算精度,并有效减少了计算时间和存储量.      

渗流方程自适应非均匀网格Dagan粗化算法

在粗网格内先统计渗透率在粗网格中的概率分布，利用Dagan渗透率粗化积分方程通过渗透率概率分布计算粗化网格的等效渗透率，并由等效渗透率计算了粗化网格的压强分布，计算压强时还将渗透率自适应网格技术应用于三维渗流方程的网格粗化算法中，在渗透率或孔隙度变化异常区域自动采用精细网格，用直接解法求解渗透率或孔隙度变化异常区域的压强分布。整个求解区采用不均匀网格粗化，在流体流速高的区域采用精细网格。利用本文方法计算了三维渗流方程的压强分布，结果表明这种算法的解在渗透率或孔隙度异常区的压强分布规律非常逼近精细网格的解，在其他区域压强分布规律非常逼近粗化算法的解，计算速度比采用精细网格提高了约100倍。     

一种新的求解对流占优问题的自适应网格细化方法

在均匀网格上求解对流占优问题时,往往会产生数值震荡现象,因此需要局部加密网格来提高解的精度。针对对流占优问题,设计了一种新的自适应网格细化算法。该方法采用流线迎风SUPG(Petrov-Galerkin)格式求解对流占优问题,定义了网格尺寸并通过后验误差估计子修正来指导自适应网格细化,以泡泡型局部网格生成算法BLMG为网格生成器,通过模拟泡泡在区域中的运动得到了高质量的点集。与其他自适应网格细化方法相比,该方法可在同一框架内实现网格的细化和粗化,同时在所有细化层得到了高质量的网格。数值算例结果表明,该方法在求解对流占优问题时具有更高的数值精度和更好的收敛性。     

基于连接元法的多尺度裂缝性油藏数值模拟

针对油藏不同尺度复杂几何特征描述和动态连通性识别等难题,近年来发展了一种基于非欧物理连通网络具有无网格特征的油藏数值模拟连接元方法.文章将连接元法推广到裂缝性油藏,从流体流动的角度,利用连接单元将油藏离散为物理连通网络.根据节点物性参数、影响域半径和加权最小二乘法给出了压力扩散项的广义差分近似.结合物质守恒方程计算节点控制体积、基质节点间传导率、裂缝节点间传导率以及基质节点与裂缝节点间传导率,从而构建渗流控制方程组的全隐式离散格式,求解压力、饱和度以及含水率等生产动态参数.引入图论深度优先搜索算法,基于每个时间步求解的节点间压力梯度,计算各时间步注入井的劈分系数,定量表征井节点间的流动关系和连通性.算例验证表明,相较基于网格体系的传统方法,该方法能够自由灵活地刻画包括裂缝复杂分布、不规则油藏边界在内的复杂油藏几何,在粗化模型情况下能够保留更丰富的流动拓扑结构,实现计算精度和计算效率的更优平衡,能更好满足实际大规模裂缝性油藏的生产动态模拟预测需求,同时为具有多尺度几何特征的裂缝性油藏及复杂边界油藏的数值模拟提供了新思路.     

福建海岸带地质环境背景与海水入侵的形成条件探讨

提出一种新的网格自适应方法：在需要加密的网格单元中心加入新结点,并对加密后的相邻 三角形网格单元进行公共边变换, 构成新的网格单元. 与传统的在网格边界中点加入新节点的自 适应方法相比,新方法可以更加灵活地控制网格密度,加密后的网格继承原先的网格质量不 发生畸变,并且算法编程简便,容易实现. 将自适应网格生成方法和基于特征线方程的分离 算法相结合,对空腔内不可压缩黏性流动进行了计算. 在特征线方向上进行时间步离散,动 量方程求解过程中采用非增量型分离算法. 计算中,把求解变量梯度值作为判定准则,在 变化剧烈的区域进行网格局部加密. 计算结果表明该组合算法有很好的计算精度,并有效减 少了计算时间和存储量.     

两套节点格林元嵌入式离散裂缝模型数值模拟方法

对于原始嵌入式离散裂缝模型(EDFM), 在计算包含裂缝单元的基质网格内的压力分布时采用了线性分布假设, 这导致了油藏开发早期对非稳态窜流量的计算精度不足. 因此, 本文提出了一种两套节点格林元法的EDFM数值模拟方法. 两套节点格林元法的核心思想是将压力节点与流量节点区分开, 一套压力节点设置在单元顶点, 另一套流量节点设置在网格边的中点, 满足局部物质守恒、具有二阶精度的同时, 可适用于任意网格类型. 本文将两套节点格林元法与EDFM耦合, 采用了非稳态渗流控制方程的边界积分形式推导了基质网格与裂缝网格之间传质量的新格式, 代替了线性分布假设以提高模拟精度; 此外, 修正后的EDFM能适应任意形态的基质网格剖分, 拓展了原始EDFM仅适用于矩形基质网格、难以考虑复杂油藏边界的局限性. 研究表明: 通过对比商业模拟软件tNavigator? LGR模块与原始EDFM, 验证了本文模型具有较高的早期计算精度; 以复杂油藏边界?缝网?SRV分区模型为例, 通过对比SFEM-COMSOL商业模拟软件, 验证了本文模型处理复杂问题的适应性. 本文研究可用于裂缝性油藏开发动态的精确模拟.      

高阶紧致格式分区并行算法

针对超声速多尺度复杂流动问题,发展了一种高精度并行算法。计算格式采用五阶迎风紧致格式,用特征型通量限制方法抑制非物理振荡。在对接边界处采用五阶WENO格式,以保证整个计算域内计算精度一致。通过网格分区和数据交换,在MPI平台实现了并行计算。通过超声速算例对算法进行了验证,并对并行效率和加速比进行了分析。最后,将算法应用于超声速转捩、湍流问题的数值模拟。计算结果表明,提出的算法具有较高的精度和分辨率,对接边界光滑连续,并且并行效率较高,在高超声速湍流流动数值模拟中取得了较好的应用效果。     

配点型无网格法理论和研究进展

有限元法是当前工程科学领域应用最广泛的数值计算方法之一,但是其在求解极端大变形、高速碰撞等一些复杂问题时,容易出现网格畸变和网格敏感性,从而导致计算结果精度低和不收敛的问题．为了避免网格带来的问题,出现并兴起了各种无网格法．无网格法不仅建模简便,而且收敛速度更快、计算精度更高,可用于求解有限元等网格类方法难以求解乃至尚未触及的问题．本文首先阐述了无网格法的分类以及具有代表性的方法．目前限制无网格法发展的主要问题是效率偏低．伽辽金型无网格法效率较低,而配点型无网格法效率较高,在复杂问题的高效高精度数值模拟中具有更大潜力．因此本文详细介绍了配点型无网格法的起源和研究进展,归纳了其常用的近似函数和离散方法,最后对无网格法的发展做出了总结和展望．无网格法的研究和改进,为复杂问题的高效高精度数值模拟开辟了新的途径．     

不可压缩N-S方程的稳定分步算法及耦合离散

在有限增量微积分(finite increment calculus, FIC)的理论框架下，通过引入一个附加变量，发展了压力稳定型分步算法，有效改善了经典 分步算法的压力稳定性，同时还避免了标准FIC方法中存在的空间高阶导数的计算. 为保证 数值方法同时具有较快的计算速度和较好的健壮性，发展了有限元与无网格的耦合空间离散 方法. 该方案可在网格发生扭曲的区域采用无网格法空间离散以保证求解的精度和稳定性， 而在网格质量较好的区域以及本质边界上保留使用有限元法空间离散以提高计算效率和便于 施加本质边界条件. 方腔流考题的数值模拟结果突出地显示了所发展的压力稳定型分步算 法比经典分步算法具有更好的压力稳定性，能够有效消除速度-压力插值空间违反LBB条件而 导致的压力场的虚假数值振荡. 平面Poisseuille流动和一个典型型腔充填过程的数值模拟 结果, 表明了发展的耦合离散方案相对于单一的有限元法和单一的无网格法在综合考虑计 算效率和算法健壮性方面的突出优点.     

自适应一致性高阶无单元伽辽金法

近来提出的一致性高阶无单元伽辽金法通过导数修正技术大幅度减少了所需积分点数目,并能够精确地通过线性和二次分片试验,显著改善标准无单元伽辽金法的计算效率、精度和收敛性.本文在此基础之上,充分利用无单元法易于在局部区域添加节点的优势,发展了一致性高阶无单元伽辽金法的h型自适应分析方法.根据应变能密度梯度该方法自适应地确定需节点加密的区域,基于背景积分网格的局部多层细化要求生成新的计算节点,同时考虑了节点分布由密到疏渐进过渡的情形.采用相邻两次计算的应变能的相对误差作为自适应过程的停止准则,将所发展自适应无网格法应用于由几何外形、边界外载和体力等因素造成的应力集中问题的计算分析.数值结果表明,所发展方法能够自适应地对高应力梯度区域进行节点加密,自动给出合理的计算节点分布.与已有的标准无网格法的自适应分析相比,所发展方法在计算效率、精度和应力场光滑性等方面均展现出显著优势.与采用节点均匀分布的一致性高阶无单元伽辽金法相比,它大幅度地减少了计算节点数目,有效提高了一致性高阶无单元伽辽金法在分析应力集中等存在局部高梯度问题时的计算效率和求解精度.     

多重网格法与Newton-Raphson法耦合求线弹流数值解

利用多重网格算法,在最粗网格上,采用Newton-Raphson迭代法模式精解线接触弹流非线性方程组,充分利用了多重网格法与Newton-Raphson法各自的优点,计算实践表明,求解弹流问题的数值解过程在收敛与稳定性方面均有较大改善,且有相当宽的载荷参数适用范围。     

考虑磁头表面高度不连续性气膜润滑的数值模拟与有效算法

随着磁头滑块的飞行高度不断降低,给气体润滑方程的数值求解带来了诸如计算时间过长、甚至计算发散等方面的问题。为了获得1Tbit/in2的存储密度,磁头滑块尾部的最小飞行高度接近1.5nm。本文基于作者提出的修正气膜润滑方程的线性流率(LFR)模型,考虑磁头滑块表面高度的不连续性,建立了基于有限体积法的气膜润滑方程离散格式,并把网格自适应技术与多重网格法应用到离散方程的迭代算法中,发展了可模拟最小飞行高度为0.5nm时磁头滑块压力分布的数值模拟方法与有效算法。文中以一个具有复杂表面形状的磁头滑块为例,检验了计算方法与算法的有效性。数值结果表明:在磁头滑块最小飞行高度较低时,必须要考虑滑块表面高度的不连续性,否则就得不到收敛的数值计算结果;与FK-Boltzmann模型相比,LFR模型具有较高的计算效率,采用网格自适应技术与多重网格法能有效地提高求解气膜润滑方程的计算效率。