数值模拟基础及技术方法
数值模拟基础及技术方法ppt课件
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求实 创新 超越
REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY
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四、网格模型格块属性
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定义网格模型格块属性
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网格模型格块属性
•描述各网格格块的大小尺寸和深度的参数称为几何参数。 •用来指定几何参数的关键字是：对于笛卡儿网格是TOPS，DX（或 DXV），DY（或DYV）；对于径向网格是TOPS，DR（或DRV），DTHETA （或DTHETAV）和DZ；对于角点网格是COORD和ZCORN。 •描述孔隙度、渗透率的参数称为属性参数。 •描述属性的参数是：PORO（），PERMX（Kx），PERMY（Ky）， PERMZ（Kz）。 •净厚比可以用关键字NTG（净厚比率）或DZNET（净厚度）来定义。 •用来显式定义一个网格是否是有效网格的关键字是ACTNUM。对于无 效网格，此值为0；对于有效网格则有一个统一的值。
战略地位 不确定性 资金密集
复杂性 高 高 高 未知性 风 技 效 间接性 险 术 益 一次性
仿真工具
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2、各种仿真工具优缺点
仿真工具
•室 内 实 验 •矿 场 试 验 •数 值 模 拟
周 期
相 似 性
费 用
重 复 性
代 表 性
短
好
低
一
次
差
长
好
高
一
次
中
短
好
低
无 限
好
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网格数据读取规则
•对于3D网格，网格块和节点是按照从左到右，从后到前，从 上到下的顺序排列的。 •网格的起始点并不是一定要从网格块（1，1，1）开始。 •X，Y，Z轴并不是一定要与I，J，K方向平行。
物理实验技术中的数值模拟方法与技巧
物理实验技术中的数值模拟方法与技巧在物理实验中，数值模拟是一种非常重要的工具，它可以帮助实验人员更好地理解实验现象、验证理论模型以及优化实验方案。
本文将介绍物理实验技术中常用的数值模拟方法与技巧，希望能够对物理实验研究者有所启发和帮助。
一、数值模拟方法的选择在进行物理实验的数值模拟时，选择合适的数值模拟方法是至关重要的。
常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法、蒙特卡洛方法等。
对于不同的实验问题，需要根据具体情况选择适合的数值模拟方法。
以有限元法为例，它适用于解决复杂几何形状和边界条件下的物理问题。
在实验人员进行物体的结构研究时，有限元法可以帮助求解物体的应力、变形等参数。
因为几何形状和边界条件的复杂性，解析方法往往难以直接求解，而有限元法则可以通过将整个问题划分为很多个小单元，从而近似求解。
而在研究物体的流动行为时，有限差分法则是一种常用的数值模拟方法。
通过将空间离散化，时间离散化，将连续的偏微分方程转化为离散的差分方程，可以模拟物体的流动行为。
在实验人员研究小尺度流动、多相流、湍流等问题时，有限差分法可以提供一种较为便捷的数值模拟方法。
二、数值模拟技巧的应用在进行物理实验的数值模拟时，除了选择合适的数值模拟方法外，还需要掌握一些数值模拟技巧，从而提高数值模拟的准确性和效率。
首先，合理地选择网格大小是数值模拟中的重要技巧之一。
网格大小的选择直接影响到模拟结果的准确性和计算效率。
若网格过于粗糙，会导致模拟结果的偏离；若网格过于细致，会增加计算量。
因此，实验人员需要在准确性和计算效率之间进行权衡，选择适当的网格大小。
其次，合理地选择边界条件也是数值模拟中的关键技巧。
边界条件是模拟问题中的重要约束条件，对模拟结果有着重要影响。
实验人员需要根据物理实验的具体设置，将实验问题转化为数值模拟问题，并选择适当的边界条件进行模拟。
合理的边界条件可以更好地反映实验现象，提高数值模拟的准确性。
最后，灵活地利用数值模拟软件也是一项重要技巧。
数值模拟技术及其在科研中的应用
数值模拟技术及其在科研中的应用在科学研究和工程实践中，数值模拟技术已经发挥着越来越重要的作用。
数值模拟技术是一种利用计算机对实际问题进行模拟和计算分析的方法，其优点在于快速、高效、准确。
本文将以数值模拟技术及其在科研中的应用为主题，探讨这一技术的优势和应用前景。
一、数值模拟技术的基本原理数值模拟技术基于数学方程和计算机技术，将实际问题抽象为计算模型并运用数值求解方法进行模拟和计算分析。
在数值模拟过程中，通常需要采用离散方法将连续模型离散成有限大小的网格，然后对每个网格进行数值计算和模拟，最终得到模拟结果。
数值模拟技术的基本原理是求解数学方程组，其中最常见的方程是微分方程和偏微分方程。
通过将实际问题建模成数学方程，再通过计算机技术进行求解，能够得到相对准确的结果。
在数值模拟领域，有许多求解微分方程的数值方法，如有限差分法、有限元法、边界元法、谱元法等，每种方法都有其适用范围和优缺点。
二、数值模拟技术在科研中的应用（一）材料科学材料科学是数值模拟技术的重要应用领域之一，特别是在新材料的研发中。
数值模拟技术可以用来研究材料的微观结构和物理性质，通过模拟分析研究材料的缺陷、变形和损伤等，在理论研究和实际应用中都具有很高的价值。
例如，使用分子动力学模拟可以研究材料的热力学性质，晶体缺陷、塑形行为等。
（二）地球科学数值模拟技术在地球科学领域的研究中也发挥着重要的作用。
例如地震预测，数值模拟技术可以用来模拟地震波传播、模拟地震损伤机制、预测震级等，这对于地震的预测和防治具有重大意义。
此外，数值模拟技术还可以应用在地球物理、气象学、水文学等领域。
（三）仿真与建模数值模拟技术在工程和制造领域中具有广泛的应用。
例如，汽车制造企业使用数值仿真技术来测试车辆的安全性，进行优化设计和改进。
数值模拟技术还被广泛应用于电子设计、建筑设计、机械设计、航空航天设计等领域，以模拟和真实环境下的物理现象，各个领域的实际问题。
三、数值模拟技术的趋势随着科学技术的不断进步和计算能力的不断提高，数值模拟技术将逐渐发展出更高层次的应用。
实验中的常用数值模拟与仿真技术
实验中的常用数值模拟与仿真技术实验是科学研究和工程技术发展中不可缺少的一个环节。
然而，实验过程中会涉及到复杂的系统和高风险的操作，因此引入数值模拟与仿真技术成为了非常必要的手段。
本文将介绍实验中的常用数值模拟与仿真技术，并探讨其在实验设计、数据分析和结果验证等方面的应用。
一、实验中的数值模拟技术在实验设计阶段，数值模拟技术可以模拟研究对象的特性和行为，提前评估实验方案的可行性，并根据模拟结果对实验进行优化。
常用的数值模拟技术包括有限元分析、计算流体力学、多体动力学等。
有限元分析是一种通过将连续物体分割成有限个小单元，对每个小单元进行力学分析，最终得到整个物体的受力、变形情况的数值计算方法。
在实验设计中，有限元分析可以用来评估物体在实验过程中的变形情况、力学行为，辅助选择合适的实验参数和仪器设置，优化实验方案的设计。
计算流体力学是一种通过对流体流动进行数值模拟的方法。
在实验设计中，计算流体力学可以模拟流体在管道、泵站等系统中的流动情况，预测流体压力、速度等参数，为实验参数的选择和实验过程中的控制提供依据。
多体动力学是一种研究多个物体相互作用力和其运动规律的数值模拟方法。
在实验设计中，多体动力学可以模拟实验中物体之间的相互作用力，预测物体的运动轨迹，帮助评估实验设备的安全性和减少设备损坏的风险。
二、实验中的仿真技术仿真技术是利用计算机模型对实验进行模拟，并通过计算机对实验模型进行操作和观察。
仿真技术在实验前的预演、实验过程的辅助控制和数据采集、实验结果的验证等方面起到了关键的作用。
常用的仿真技术包括虚拟实验室、虚拟现实和混合现实等。
虚拟实验室是通过计算机模拟实验设备和环境，使实验者可以在虚拟的环境中进行实验。
在虚拟实验室中，实验者可以进行实验操作、观察实验结果，并实时调整实验参数，预先排除实验过程中的风险和误差。
虚拟现实是利用计算机生成的三维视景，通过虚拟现实设备使用户沉浸在虚拟环境中的一种技术。
在实验中，虚拟现实可以用来模拟实验场景，提供真实的视觉和触觉体验，增强实验的可视化效果和沉浸感。
明渠流动数值模拟技术研究
明渠流动数值模拟技术研究引言明渠流动是指河流、渠道等宽度较大、流速不大、水面较平缓的流动情况。
明渠流动数值模拟技术的研究对于工程设计、流域水资源管理和环境保护等方面具有重要意义。
本文将介绍明渠流动数值模拟技术的研究方法、应用及其在水利工程中的价值。
第一部分：明渠流动数值模拟技术1. 数值模拟基础数值模拟是利用计算机进行模拟和预测的一种方法。
在明渠流动数值模拟技术中，通过建立数学模型和采用数值方法，对明渠流动过程进行数值计算和分析。
数值模拟基础包括数学模型建立和求解方法的选择。
2. 数学模型数学模型是对真实现象的简化和抽象，其中包含了描述流体力学问题的基本方程，如连续性方程、动量方程和能量方程等。
在明渠流动中，连续性方程描述了流体的质量守恒，动量方程描述了流体的动力学行为，能量方程描述了流体的热力学变化。
在建立数学模型时，需要考虑问题的边界条件和初始条件，以及涉及到的流体物性参数。
3. 数值方法数值方法用于对数学模型进行离散化处理，通过对问题进行离散化，将连续的问题转化为离散的数值问题。
常用的数值方法有有限差分法、有限元法和有限体积法等。
在明渠流动数值模拟中，有限差分法是最常用的数值方法之一，它将明渠划分为一系列网格，通过差分运算将偏微分方程离散化。
第二部分：明渠流动数值模拟技术的应用1. 水利工程设计明渠流动数值模拟技术在水利工程设计中起着重要作用。
通过数值模拟，可以预测明渠的水流分布、水面高度和流速分布等重要参数。
这对于渠道的决策和设计提供了可靠的依据。
同时，数值模拟还可以帮助设计者评估渠道结构的稳定性和水力特性，以提高工程的安全性和可靠性。
2. 流域水资源管理明渠流动数值模拟技术对于流域水资源管理具有重要的意义。
通过数值模拟，可以对流域内的水资源进行合理调度和利用。
例如，可以通过模拟不同降雨情况下的水流量和水位变化，为决策者提供洪水预警和防洪预案的制定依据。
同时，数值模拟还可以帮助评估水资源的可持续利用情况，为制定流域水资源管理策略提供科学依据。
数值模拟技术介绍及应用
数值模拟技术介绍及应用数值模拟技术是一种利用计算机进行数值计算和仿真的方法。
它通过数学建模和相关的计算算法，将实际问题转化为计算机可以处理的形式，以求解问题的数值近似解或通过仿真预测现象。
这种技术在各个领域都有广泛的应用，包括物理学、化学、生物学、工程学等。
数值模拟技术主要包括以下几个步骤：建立数学模型、离散化、数值求解和后处理。
首先，建立数学模型是数值模拟的第一步，其中包括确定问题的边界条件、初始条件以及方程的数值近似方法等。
然后，离散化是将连续的问题转化为离散的问题，通常使用网格或多边形来离散化求解域。
数值求解是指使用数值方法对离散化后的方程进行求解，其中包括迭代方法、差分方法、有限元方法等。
最后，后处理是对求解结果进行分析和可视化，以获得所需的数值或图形结果。
数值模拟技术在各个领域都有广泛的应用。
在物理学中，数值模拟可以用于天体物理学中行星轨道的模拟、宇宙大爆炸的演化模拟，以及粒子物理学中粒子撞击过程的模拟等。
在化学中，数值模拟可以用于模拟分子的结构和性质，预测物质的性质和反应动力学等。
在生物学中，数值模拟可以用于模拟生物系统的动力学行为，如心脏的传导过程、神经元的电活动等。
在工程学中，数值模拟可以用于模拟流体力学问题、结构力学问题、电磁场问题等。
除了上述领域外，数值模拟技术还有许多其他的应用。
例如，在气象学中，数值模拟可以用于模拟气象系统的动力学和热力学过程，以预测天气的变化。
在金融学中，数值模拟可以用于模拟金融市场的走势、风险管理和金融衍生品的定价。
在计算机图形学中，数值模拟可以用于模拟光线追踪、物理效果等，以生成逼真的图像和动画。
总结起来，数值模拟技术是一种重要的数值计算方法，可以用于解决各种实际问题。
它能够通过数学模型和计算机的计算能力，对问题进行近似求解或进行仿真预测。
这种技术在科学研究、工程设计、产品开发等方面有着广泛的应用，对提高效率、降低成本和推动科学技术的发展起到了重要的作用。
数值模拟与计算机模拟技术
数值模拟与计算机模拟技术数值模拟与计算机模拟技术是一种通过计算机程序模拟和预测实际现象的方法。
它在各个领域都有广泛的应用，如天气预报、物理模拟、工程设计等。
本文将从数值模拟的原理、应用领域以及未来发展等方面进行探讨。
数值模拟的原理基于离散化和近似化的思想。
将实际问题转化为数学模型，并通过数值方法将模型转化为计算机可处理的形式。
这种方法的核心是将连续的物理现象离散化为离散的时间和空间网格，然后通过数值方法对离散化后的模型进行求解。
数值模拟的精度和可靠性取决于离散化和数值方法的选择。
数值模拟在天气预报领域有着广泛的应用。
天气系统是一个复杂的非线性系统，受到多种因素的影响。
通过数值模拟，可以将大气分割为离散的网格，并对每个网格进行物理参数的计算和模拟。
通过模拟大气的运动、湿度、温度等参数的变化，可以预测未来的天气情况。
这对于农业、交通等行业有着重要的意义。
另一个应用领域是物理模拟。
在物理实验中，有些实验难以进行，例如高温、高压等条件下的实验。
通过数值模拟，可以模拟这些实验条件下的物理现象。
例如，通过分子动力学模拟，可以模拟原子和分子之间的相互作用，研究物质的性质和行为。
这为新材料的研发和设计提供了便利。
工程设计也是数值模拟的重要应用领域之一。
在工程设计中，通过数值模拟可以对结构进行强度和稳定性分析，预测结构在不同工况下的响应。
例如，在桥梁设计中，可以通过数值模拟对桥梁的承载能力进行评估，优化设计方案。
这可以提高工程设计的效率和可靠性。
随着计算机技术的发展，数值模拟也在不断演进。
计算机模拟技术的发展使得数值模拟的规模和精度得到了提高。
例如，通过并行计算和分布式计算技术，可以将大规模数值模拟问题分解为多个子问题，并行求解，提高计算效率。
同时，随着计算机硬件的发展，计算速度和存储容量也得到了大幅提升，为数值模拟提供了更强的计算能力。
未来，数值模拟将在更多领域得到应用。
例如，在医学领域，可以通过数值模拟对人体器官进行模拟和分析，为疾病的诊断和治疗提供支持。
数值模拟是一种什么方法
数值模拟是一种什么方法引言数值模拟是一种通过数值方法和计算机模型来模拟现实世界的物理过程和现象的方法。
它是在计算机技术和数学算法的支持下，用离散的数值数据替代连续的物理方程，通过迭代计算来模拟和预测各种自然和工程现象的行为。
数值模拟的基本原理数值模拟的基本原理是将现实世界的问题抽象成数学模型，并利用计算机进行数值计算。
具体而言，数值模拟包括以下几个步骤：1. 定义问题：将现实世界的问题转化为数学模型，并明确问题的边界条件和目标。
2. 离散化：将问题的连续性抽象为离散的网格或空间点，并确定离散化的间隔。
3. 建立数学模型：根据问题的特性，建立相应的数学模型，如常微分方程、偏微分方程等。
4. 数值逼近：利用适当的数值差分或数值积分方法，将数学模型转化为有限差分或有限元等形式，得到离散的数值表示。
5. 迭代计算：根据初始条件和边界条件，通过迭代计算得到数值模拟的结果。
6. 结果分析：对模拟结果进行分析和验证，评估模拟的准确性和可靠性。
数值模拟的应用领域数值模拟广泛应用于自然科学和工程技术的各个领域，如物理、化学、生物、医学、天文学、气象学、地球科学、航空航天、交通运输、材料科学等。
在物理领域，数值模拟可以帮助研究和预测原子、分子、材料和粒子的行为，如分子动力学模拟、量子力学模拟等。
在工程领域，数值模拟可以用于优化设计、模拟运行和预测性能，如飞机设计、汽车碰撞模拟、建筑结构分析等。
在气象学领域，数值模拟可以模拟大气环流、气候变化和天气预报等，提供对天气和气候系统的理解和预测。
在医学领域，数值模拟可以用于模拟人体器官的功能和疾病，如心脏电生理模拟、癌症疾病模拟等，帮助医生诊断和治疗。
数值模拟的优势和局限数值模拟具有以下几个优势：1. 精度可控：通过增加网格的分辨率或改进数值算法，可以提高数值模拟的精度。
2. 成本低廉：相比实验研究或观测研究，数值模拟通常成本低廉且操作简便。
3. 重复性强：数值模拟可以通过改变参数和初始条件，进行多次重复模拟，以获取更全面的结果。
数值模拟_精品文档
数值模拟摘要：数值模拟是一种通过计算机模拟方法来研究和分析现实世界中的物理现象、工程问题和自然现象的方法。
本文将探讨数值模拟的原理、步骤和应用场景，并讨论其优点和限制。
1. 引言数值模拟是一种基于计算机技术的仿真方法，可用于模拟和研究各种自然和工程现象。
它通过利用数值计算方法解决传统试验无法解决或者很难解决的问题。
2. 数值模拟的原理和步骤数值模拟的基本原理是将问题转化为数学模型，并通过计算方法求解该模型。
它通常包括以下步骤：2.1 问题建模在数值模拟中，首先需要对待解问题进行建模。
建模的目的是将实际问题转化为数学模型，包括确定问题的边界条件、初值条件和物理方程等。
2.2 离散化离散化是将连续的问题转化为离散的数值问题。
例如，在求解连续介质力学问题时，可以通过将物理空间离散为网格点，并对网格点上的物理量进行离散化处理。
2.3 数值求解数值求解是数值模拟的核心步骤，涉及到使用数值方法和算法对离散化后的问题进行求解。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法、边界元法等。
2.4 结果分析数值模拟的最终结果需要进行分析和验证。
分析结果可以通过与理论分析、实验结果或其他已有数据进行比对来验证其准确性和可靠性。
3. 数值模拟的应用场景数值模拟广泛应用于各个领域，包括物理学、化学、生物学、工程学和计算机科学等。
3.1 天气预报数值模拟在天气预报中有着重要的应用。
通过对大气物理方程进行离散化和数值求解，可以对天气系统进行模拟预测，并提供准确的天气预报。
3.2 污染扩散模拟污染扩散模拟是评估污染物排放对环境影响的重要手段。
通过模拟和计算污染物在大气、水体或土壤中的传输和扩散过程，可以评估污染物的浓度分布和危害程度。
3.3 车辆碰撞模拟车辆碰撞模拟可以通过数值模拟来研究交通事故的发生机理和影响因素。
通过建立车辆和人体的力学模型，并对碰撞过程进行数值求解，可以评估碰撞对车辆和人体的影响。
4. 数值模拟的优点和限制数值模拟作为一种研究方法具有以下优点：4.1 成本低廉相对于传统试验方法，数值模拟不需要大量的实验设备和人力资源，能够在计算机上进行模拟和求解，降低了成本。
温度场数值模拟与分析
温度场数值模拟与分析一、引言温度场是工业制造、自然环境等领域中经常涉及到的现象，通过数值模拟和分析可以深入了解温度场的变化规律，并为后续的研究工作提供有效的参考。
本文将介绍温度场的数值模拟方法和分析技术，并结合实际案例进行分析和讨论。
二、数值模拟方法1.有限元方法有限元方法是数值模拟的一种常用方法，其核心思想是将复杂的物理问题抽象为有限个单元，通过单元之间的相对运动以及单元内部的运动来计算物理量的变化。
在温度场的数值模拟中，有限元方法可以通过建立合适的有限元模型、选择适当的数值方法和求解器来计算温度场的分布和变化规律。
2.计算流体力学方法计算流体力学方法是将物理问题建模为一系列守恒方程和运动方程的数学问题，通过求解这些方程来计算物理量的分布和变化。
在温度场的数值模拟中，计算流体力学方法可以通过建立流体系统的数值模型、指定流体系统的初始和边界条件以及选择适当的求解算法来计算温度场。
3.反向传播神经网络方法反向传播神经网络方法是在深度学习技术的支持下，将物理问题转化为神经网络的训练问题，通过优化网络的结构和参数，实现对物理问题的数值模拟。
在温度场的数值模拟中，反向传播神经网络方法可以通过建立网络模型、选择适当的损失函数和优化算法，来计算温度场的分布和变化规律。
三、分析技术1.可视化分析可视化分析是通过图表、图像和动画等可视化方式来展示温度场的分布和变化规律，通过可视化分析可以直观地了解温度场的变化情况，并且可以更好地理解温度场的复杂性。
2.数据挖掘分析数据挖掘分析是通过分析温度场数据中的模式和关联规则，来发现与温度场相关的重要信息和规律。
通过数据挖掘分析可以发现温度场的非线性规律、异常状态和趋势等信息，为后续的研究工作提供有效的参考。
3.时间序列分析时间序列分析是通过分析温度场数据的时间波动和趋势变化，来了解温度场的周期性和逐渐变化趋势。
通过时间序列分析可以发现温度场中的周期性波动规律和变化趋势，为后续的预测和控制工作提供有效的参考。
数值模拟基础及技术方法
数值模拟基础及技术方法数值模拟是一种通过计算机进行仿真实验的方法，它利用数学模型和相关的物理规律对现实世界的问题进行求解和预测。
数值模拟的基础是数值计算方法，它包括了离散化、逼近和求解三个主要步骤。
下面将介绍数值模拟的基础及常用的技术方法。
一、数值模拟的基础1.数学模型：数值模拟的第一步是建立数学模型来描述待研究问题的物理规律。
数学模型可以是代表对象运动、流体传输、材料变形等各种物理过程的方程组。
常见的数学模型有常微分方程、偏微分方程和代数方程等。
2.离散化：离散化是将数学模型中的连续变量离散化为离散的点，使得问题转化为有限个点上的计算。
离散化的方法有有限差分法、有限元法、有限体积法等。
其中有限差分法将连续变量在离散点上进行逼近，有限元法和有限体积法则利用了分区域内离散变量值的逼近。
3.逼近：逼近是通过离散化方法对连续问题进行近似求解。
逼近方法可以是线性逼近或非线性逼近，常见的逼近方法有多项式逼近、泰勒级数逼近、插值逼近等。
4.求解：求解是数值模拟的最后一步，它使用数值计算方法对离散化的问题进行求解。
数值计算方法可以是迭代法、矩阵求解法、差分法等。
求解的过程通常需要选定适当的边界条件和初值条件，并确定求解的精度和稳定性。
二、常用的数值模拟技术方法1.有限差分法（FDM）：有限差分法是将微分方程中的导数用差分近似表示，通过离散化网格上的点，将微分方程转化为代数方程，然后进行数值求解。
有限差分法适用于一维、二维和三维问题，常用于求解热传导、流体力学和电动力学等问题。
2.有限元法（FEM）：有限元法是将计算区域划分为单元，通过适当的插值函数对单元内的未知函数进行逼近，将原问题转化为单元上的代数方程组，然后通过单元之间的连接关系得到整个计算区域上的方程组，最后进行求解。
有限元法适用于求解结构力学、流体力学和电磁场等问题。
3.有限体积法（FVM）：有限体积法是将计算区域划分为不规则的体积单元，利用体积平均值对物理量进行逼近，得到物理量在单元界面上的通量。
数值模拟技术
数值模拟技术一、技术原理及主要技术内容数值模拟技术是通过对不同油层条件、井网、注水方式等条件模拟油气藏中流体的渗流过程，它是目前定量研究剩余油分布的重要手段。
所谓精细模拟技术，是指其模拟结果能够给出典型单砂层（或每个单砂层）各项开发指标的模拟技术。
一般应用于高含水期地下剩余油分布规律的预测。
数值模拟一般采用分段模拟方法，按常规方法建立第一阶段静态、动态数模模型进行模拟。
将第一模拟阶段模拟结果作为下一阶段模型建立的静态数据基础，充分考虑流体（粘度、饱和度等）、岩石参数（如渗透率、孔隙度）的变化；在使用饱和度、压力等参数时，可以重新按阶段参照其他有效方法（如碳氧比测井、取心）解释的较为可靠的参数，调整并建立第二阶段初始模型。
第二阶段初始模拟模型阶段的划分可根据油田生产历史的四个含水级别确定，即低、中、高、特高含水阶段。
（一）高含水精细数值模拟理论针对高含水期油田特点，已有许多专家、学者提出了精细油藏数值模拟的概念，但一般是整体网格细化。
这里从实际需要出发，针对高含水数模提出时空精细模拟方法。
1．时间段精细划分由于受到计算量和分析数据量的限制，常规数模往往是时间段跨度较大，如，半年一个时间段，而且一般是均匀划分模拟时间段。
油田进入高含水期后，由于措施的调整次数增多，实际生产数据相对准确，为取得更好的结果，应从投产开始，逐年、逐模拟阶段“加细”时间段，到高含水期，特别是拟合最终之前的一、两年，时间段达到最精细，可以精细到一个月或更短。
2．模拟空间精细划分网格平面分布。
常规数模一般是在井网密集部位配以细网格，而井网较稀疏部位配以粗网格。
但高含水数模目的主要是为挖潜而进行调整方案设计，因此，笼统地将网格划细，不一定能取得理想效果。
应有重点、有目的地研究挖潜部位。
由于高含水期油田的潜力分布重点在砂体边缘、断层附近、注采系统不完善等部位，根据数模的目的，可通过宏观分析，确定这些部位划分为细网格，对已经认识较清楚的部位配以较粗网格。
气象数值预报中的数值模拟方法
气象数值预报中的数值模拟方法气象数值预报是利用计算机模拟大气运动规律，预测未来几天、十天、数十天甚至更长时间内的天气变化趋势。
数值模拟方法是气象数值预报的核心技术之一，也是气象学、计算机科学和数学的交叉领域。
在这篇文章中，我们将探讨气象数值预报中的数值模拟方法，包括数值模拟的基本原理、模拟过程中的误差和校正方法、以及数值预报的发展趋势等方面。
1. 数值模拟的基本原理气象数值预报中的数值模拟方法是基于大气的动力学、热力学和水文学定律的数学模型。
它通过数学方程组求解来预测未来的大气状态。
数值模拟的基本流程是将大气分成一系列网格，然后在每个网格内求解大气的物理量（如气压、温度、湿度、风速等）和动力学量（如上升速度、水平速度等）。
这些物理量和动力学量是根据气象学原理和观测数据、资料进行计算的，同时也会受到气体运动的摩擦、辐射、降水等作用的影响。
具体来讲，数值模拟的过程可以被分为时间步进和空间离散两个部分。
时间步进将连续时间转化为离散的时间步，即将预报时段分为若干个小的时间段，每个时间段内大气的状态是一个离散的数值。
空间离散将大气分成若干个网格，每个网格内气压、温度、湿度等物理量以及经度、纬度等位置信息都是一个离散的数值。
在数值模拟的过程中，可以使用不同的模型和算法来求解方程组。
基于前述基本原理，刘一霖等人（2007）把数值模拟方法分为两种：一类是基于大气动力学方程组的全球模式和区域模式，另一类是基于统计方法的天气预报模式。
前者包括众多模型，如欧洲中心数值预报模式（ECMWF）、美国大气研究中心全球气象模式（GFS）、中国气象局气象数值预报模式（CNMNM）、日本气象局全球数值预报模式（JMA-GSM）等。
后者包括集合平均模式、人工神经网络模型、回归模型等。
2. 模拟过程中的误差和校正方法气象数值预报的数值模拟精度受许多因素影响，如初始场选择、模型选择、参数调整等。
在数值模拟过程中，误差来源较多，可分为三类：物理误差、数值误差和初始场误差。
数值模拟方法在气候变化中的应用
数值模拟方法在气候变化中的应用数值模拟方法是一种基于数学模型和计算机技术的预测和分析方法，通过模拟和计算，可以对气候变化过程进行精确的预测和分析。
在气候变化研究中，数值模拟方法起到了至关重要的作用，能够帮助科学家深入了解气候系统的变化规律，提供科学决策依据，以应对全球气候变化带来的挑战。
1. 数值模拟方法的基本原理及应用场景数值模拟方法基于大气动力学和热力学的基本原理，借助计算机模拟空气流动、能量传递以及水循环等过程，通过对大气状态进行连续、离散的数值计算，以推断和预测未来气候变化趋势。
在气候变化研究中，数值模拟方法被广泛应用于以下场景：- 全球气候变化预测：基于气候模型和气候数据，通过数值模拟方法可以预测全球或区域范围内的气候变化趋势，包括温度、降水、风等气候要素的变化趋势。
- 极端天气事件模拟：数值模拟方法可用于模拟和预测极端天气事件，如暴雨、干旱、台风等，为相关部门提供天气灾害预警和应对措施。
- 气候系统分析：数值模拟方法可以帮助科学家研究和分析气候系统中的气候变异和异常现象，揭示其形成机制与影响因素，并为深化气候变化研究提供重要数据支持。
2. 数值模拟方法的步骤及关键技术数值模拟方法的实施包括以下步骤：- 模型建立：根据大气动力学和热力学原理，构建数学模型，描述气候系统的运行机制，并考虑各环境要素的相互作用。
- 初始条件与边界条件设定：确定数值模拟的起始状态和边界条件，以模拟气候系统在特定时空范围内的演变过程。
- 数值计算：利用数值方法和计算机技术，将模型中的方程离散化，通过求解数值格式，逐步计算得到目标结果。
- 验证与评估：将数值计算结果与观测数据进行对比，评估模型的准确性和可靠性，并对模型进行修正与改进。
数值模拟方法的关键技术包括：- 大气动力学模型：基于流体力学原理构建的数学模型，描述了大气中气压、密度、温度、湿度等要素的变化规律。
- 数值解法：应用差分、积分等数值方法，将模型的方程转化为离散的数值计算公式，通过迭代求解得到目标结果。
数值模拟技术及其在工程领域中的应用
数值模拟技术及其在工程领域中的应用数值模拟技术是一种重要的计算方法，它利用计算机模拟物理现象，通过数学方法得到物理参数数值解。
数学模型往往可以描述一些复杂的物理现象，例如流体力学、结构力学、热力学等。
在工程领域中，数值模拟技术具有重要的应用价值，可以帮助工程师和设计师更加准确地预测物理现象、分析数据、评估风险和提高效率。
一、数值模拟技术的分类数值模拟技术主要分为以下几个类别：1. 有限元法：将复杂的结构系统划分为有限个单元，对每个单元进行数学建模，通过组合单元的计算结果得到整个系统的结果。
2. 有限体积法：将研究区域划分为立体网格单元，对每个单元进行数学建模，采用控制体积法对离散方程的项进行沿体积元周边的积分，得到每个单元内节点的物理量。
3. 边界元法：将结构区域划分为有界的曲面，对曲面上的每个点求解函数值，通过叠加所有点来得到整个系统的结果。
4. 蒙特卡罗法：运用概率统计方法，建立物理模型，模拟相应的物理现象，通过大量的随机模拟得到物理量的概率分布。
二、数值模拟技术在工程领域中的应用数值模拟技术广泛应用于工程领域，其中涉及流体力学、结构力学、热力学等各个方面。
下面从几个典型的工程案例中来说明它们的应用。
1. 桥梁结构优化桥梁的结构设计必须兼顾美观、经济、稳定等多个方面，这就要求设计师能够在各个方面进行权衡。
采用数值模拟技术，可以对桥梁设计进行优化。
例如，模拟桥梁在风吹、车辆行驶和地震等多个复杂载荷下的响应，得到桥梁的最小稳定质量。
模拟还可以帮助设计师预测桥梁的耐久性和寿命，并根据不同的载荷和外界环境情况，优化桥梁的结构和材料。
2. 船舶水动力学分析数值模拟技术在船舶设计中也有着广泛的应用。
船舶的水动力学分析可以帮助设计师更好地评估船舶的阻力和稳定性。
当船舶航行在高速流体中时，它会感受到阻力和浮力，这些阻力和浮力会对船舶的性能产生影响。
数值模拟技术可以模拟船舶在不同的流体环境中运动的情况，通过计算阻力、浮力等各种评估参数，帮助设计师更好地提高船舶性能。
数值模拟的原理与技术特点讲义.
1 数值模拟的概念与方法
许多工程分析问题，都可转化为在给定边界条件下求解 其控制方程的数学问题 但能用解析方法求出精确解的只是方程性质比较简单， 且几何边界相当规则的少数问题。
梁承受均布载荷：1.0e5 Pa
10m
1.1 数值模拟概念
大多数的工程问题，物体的几何形状较复杂或者 其某些特征是非线性的，很少可直接获得问题的 解析解。
三维梁单元 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ
P
M L N
O
P
三维实体结构单元 UX, UY, UZ M L I
K J
I
分析对象分割为单元后
1.3 其它数值模拟方法
A 有限差分法（FDM）
有限差分法的基本原理与有限 单元法类似，只是它们各自的 求解方法有所差别。 有限单元法通过刚度矩阵的形 式求解每一单元的应力与应变， 而在有限差分中，空间离散点 处的控制方程组中每一个导数 直接由含场变量的代数表达式 替换，通过“显式”的方式逐 步求解每一单元的应力与应变。
软件：UDEC、3DEC、PFC2D、pfc3D
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
A1 A2 A2 A2 A1
H1
H2
H1
有限元法的基本要素
节点：连接单元的空间点（由空间坐标确定），具有一定 自由度。 自由度：用于描述一个物理场（位移）的响应特性的参量。 单元：分割连续体的小区域，有线、面或实体等种类。
油藏数值模拟基础
油藏数值模拟基础【实用版】目录一、油藏数值模拟基础概述二、油藏数值模拟的重要性三、油藏数值模拟的基本原理四、油藏数值模拟的方法与技术五、油藏数值模拟的发展趋势与应用前景正文【一、油藏数值模拟基础概述】油藏数值模拟是一种应用计算机技术和数学模型对油藏的动态特性和开发过程进行研究的方法。
它通过构建油藏模型，对油藏的储层、流体性质和动态变化等进行详细描述，从而为油藏开发和管理提供科学依据。
油藏数值模拟基础主要包括油藏模型构建、数学模型建立和计算方法研究等内容。
【二、油藏数值模拟的重要性】油藏数值模拟在油气田开发中具有重要意义。
首先，通过油藏数值模拟可以预测油藏的动态特性，为油藏开发提供科学依据。
其次，油藏数值模拟有助于优化油藏开发方案，提高油藏的开发效益。
此外，油藏数值模拟还可以为油藏管理提供实时监测和预警，有利于实现油藏的精细化管理。
【三、油藏数值模拟的基本原理】油藏数值模拟的基本原理是通过对油藏的静态和动态特征进行数学建模，利用计算机技术对油藏开发过程进行模拟和预测。
具体来说，油藏数值模拟包括以下几个步骤：首先是建立油藏模型，包括地质模型、流体模型和物理模型等；其次是选择合适的数学模型和计算方法，对油藏的动态特性进行模拟；最后是分析模拟结果，为油藏开发和管理提供依据。
【四、油藏数值模拟的方法与技术】油藏数值模拟的方法与技术主要包括以下几个方面：首先是油藏模型构建技术，包括地质建模、流体建模和物理建模等；其次是数学模型建立和选择技术，要根据油藏的特性选择合适的数学模型和计算方法；再次是计算方法研究，包括稳态模拟、非稳态模拟和耦合模拟等；最后是模拟结果分析和评价技术，要根据模拟结果对油藏的开发和管理提供科学依据。
【五、油藏数值模拟的发展趋势与应用前景】随着计算机技术的不断发展和油藏开发理论的深入研究，油藏数值模拟在油气田开发中的应用前景越来越广阔。
未来油藏数值模拟的发展趋势包括：模型更加精细化、计算方法更加高效化、模拟结果更加精确化和应用领域更加广泛化等。
数值模拟技术汇总
孔隙介质中通常有三种组分：油气水； 通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递； 通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的 溶解度的形式； 通常假定气肯定溶解在油相中； 油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中； 流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。
二、数值模拟技术的方法原理
一、数值模拟技术简介
5 软件应用分类
黑油模型模拟软件：用于水驱油藏数值模拟研究。
ECLIPSE 软件 VIP软件 CMG软件IMAX模块 SURE软件
（斯伦贝谢公司） （Landmark公司） （加拿大CMG公司） （GCC 公司）
组份模型模拟软件：用于气藏、凝析气藏数值模拟研究。
CMG-Gem 模型 Eclipse 300模块
（加拿大CMG公司） （斯伦贝谢公司）
一、数值模拟技术简介
5 软件应用分类
稠油热采模拟软件：用于稠油吞吐，蒸汽驱、火烧等热采模拟研究。
CMG软件stars模块
（加拿大CMG公司）
聚合物及化学驱模拟软件：用于聚合物驱油及复合驱油藏模拟研究。
ECLIPSE软件聚合物驱模块 VIP软件聚合物驱模块 UTCHEM化学驱软件 FACS稀体系化学驱软件
物质守恒方程
一、数值模拟技术简介
1 油藏数值模拟的基本概念
• 数学描述 ——用数学方程描述实际油藏及油藏 开采动态的过程。
━━ 物质平衡定律
原来 + 进来 ─ 出去
━━ 达西定律 ━━ 状态方程
= 目前
分析基础 时刻牢记
一、数值模拟技术简介
1 油藏数值模拟的基本概念
• 网格模型
定
一、数值模拟技术简介
2 技术发展历程
机械工程中的数值模拟与仿真技术
机械工程中的数值模拟与仿真技术机械工程是一门应用广泛的工程学科，涉及到许多复杂的物理现象和工艺过程。
为了更好地理解和优化机械系统的性能，数值模拟与仿真技术在机械工程中发挥着重要的作用。
本文将探讨机械工程中的数值模拟与仿真技术及其应用。
一、数值模拟的基本原理数值模拟是通过数学模型和计算方法对机械系统进行仿真和预测的一种方法。
它基于物理学和数学的基本原理，通过离散化和近似化处理，将连续的物理过程转化为离散的数值计算问题。
数值模拟的基本原理包括建立数学模型、选择适当的数值计算方法、进行数值计算和结果分析等步骤。
建立数学模型是进行数值模拟的第一步。
在机械工程中，数学模型可以是基于物理规律的微分方程、差分方程或代数方程。
这些方程描述了机械系统的运动、力学、热力学等特性。
通过对机械系统进行实验和观测，可以获取系统的输入和输出数据，从而建立数学模型。
选择适当的数值计算方法是进行数值模拟的关键。
常见的数值计算方法包括有限元法、有限差分法、边界元法等。
这些方法根据问题的特点和求解的需求，选择合适的离散化和近似化方法，将连续的物理问题转化为离散的数值计算问题。
进行数值计算是数值模拟的核心步骤。
通过将数学模型转化为数值计算问题，可以利用计算机进行大规模的计算和求解。
数值计算的结果可以得到机械系统的运动轨迹、应力分布、温度分布等重要信息。
结果分析是数值模拟的最后一步。
通过对数值计算结果的分析和解释，可以评估机械系统的性能，优化设计方案。
结果分析可以包括对模拟结果的可靠性和准确性进行评估，以及对模拟结果进行可视化和图形化展示。
二、数值模拟与仿真技术的应用数值模拟与仿真技术在机械工程中有着广泛的应用。
下面将介绍几个典型的应用领域。
1. 结构力学分析在机械工程中，结构力学分析是一项重要的任务。
通过数值模拟与仿真技术，可以对机械结构的强度、刚度和稳定性进行分析和评估。
通过建立数学模型和选择适当的数值计算方法，可以得到结构的应力分布、变形情况等重要信息。
数值模拟方法
数值模拟方法数值模拟方法是一种利用计算机对实际问题进行数值求解的数学方法。
它通过建立数学模型，利用数值计算的方法对模型进行求解，从而得到问题的近似解。
数值模拟方法在科学研究、工程技术和社会经济等领域都有着广泛的应用，成为现代科学技术发展的重要工具之一。
数值模拟方法的基本思想是将实际问题抽象为数学模型，利用计算机进行数值计算，得到问题的数值解。
它可以对复杂的物理现象进行模拟，分析和预测，为科学研究和工程设计提供重要的支持。
数值模拟方法通常包括建立数学模型、离散化、数值计算和结果分析等步骤。
建立数学模型是数值模拟方法的第一步，它是将实际问题用数学语言描述出来的过程。
在建立数学模型时，需要考虑问题的物理规律、边界条件和初值条件等因素，以确保模型的准确性和可靠性。
建立好数学模型后，接下来就是进行离散化处理，将连续的数学模型转化为离散的数值计算问题。
离散化是数值模拟方法的关键步骤，它将连续的数学模型离散化为离散的数值计算问题。
通常采用有限差分、有限元、有限体积等方法进行离散化处理，将连续的空间和时间离散化为有限的网格或单元，从而转化为离散的代数方程组。
通过对离散化后的代数方程组进行数值计算，可以得到问题的数值解。
数值计算是数值模拟方法的核心内容，它是利用计算机对离散化后的代数方程组进行数值求解的过程。
数值计算方法包括常微分方程的数值解法、偏微分方程的差分格式、线性代数方程组的求解方法等。
通过数值计算，可以得到问题的数值解，并进行结果分析和验证。
结果分析是数值模拟方法的最后一步，它是对数值计算结果进行分析和验证的过程。
通过结果分析，可以评估数值解的准确性和可靠性，发现计算中的错误和不足之处，并对结果进行解释和应用。
结果分析是数值模拟方法的重要环节，它直接影响到数值模拟的有效性和可靠性。
总的来说，数值模拟方法是一种重要的数学方法，它在科学研究和工程技术中有着广泛的应用。
通过建立数学模型、离散化、数值计算和结果分析等步骤，可以对实际问题进行数值模拟，得到问题的数值解。
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油气藏数值模拟技术优势：可以实现预测风险最小化。
能考虑油气藏的复杂几何形状、非均质性、岩石和流体性质变化、井网方 式和产量等因素，是迄今为止油气藏动态研究中考虑因素最多的一种方法。
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四、数值模拟应用
——有效的气田开发科学决策工具！
在理论上：探索多孔介质中各种复杂渗流问题的规律； 在工程上：作为开发方案设计、动态监测、开发调整、反求参数、提高
6. 90年代末至今: (A)大的油藏数值模拟软件包在微机上得到推广应用, (B) 非规则 网格模型, 更适应水平井,多分支井开发问题.
7. 并行算法技术的应用, 提高运算速度.
国内从2000年~至今，主要. 是国外大型软件推广应用
三、开展数值模拟意义
1、油气田开发特点
油气田开发任务: 地质储量、可采储量、产量
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含油饱和度建模
含油饱和度 由于受构造 影响较大， 因此饱和度 建模除用地 震属性约束 外，还用构 造面作趋势， 两者共同约 束，同时还 考虑含油边 界。
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泥质含量建模
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三维属性剖面模型
腰滩油田孔隙度、渗透率、泥质含量、含油饱模型北东－南西向剖面
●回答油田开发中所遇到的问题并致力解决问题的方法。 3）评价潜力和提高采收率方向
●确定井位和加密井的位置；
●确定产量、开采方式；
●确定地面和井的设备；
●各种调整开发方案和开发指标对比及经济评价。
求实 创新 超越
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REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY
4、专题和机理问题的研究
求实 创新 超越
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REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY
2、对已开发油田历史模拟
1）证明地质储量，确定基本的驱替机理及驱替类型（是溶 解气驱、注水驱、蒸汽驱或是重力驱？） 2）确定产液量和生产周期； 3）确定油藏和流体特性，拟合全油田和单井的压力、含水 （气油比）动态历史； 4）指出开发中存在的问题（开发矛盾）、潜力所在区域。
采收率的有效手段，能为油气田开发中的各种技术措施的制 定提供理论依据。
•渗流机理研究 •开发可行性评价 •参数敏感性分析 •开发方案优化
•剩余气分布研究 •提高采收率研究 •动态跟踪研究 •反演气藏地质模型
求实 创新 超越
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1、模拟初期开发方案
1）实施方案的可行性评价；
2）选择井网、开发层系、井数和井位； 3）选择注水方式； 4）对比不同产量效果； 5）对油藏和流体性质的敏感性研究。
求实 创新 超越
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REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY
3、动态预测
1）评价提高采收率的方法（一次采油、注水、注气、注聚等） 2）研究剩余油饱和度分布规律
●研究剩余油饱和度分布的范围和类型
●单井进行调整，改变液流方向、改变注采井别、改变注水层位的效果；
●扩大水驱效率和波及系数的方法；
油藏数值模拟基础及技术方法培训
汇报人：刘高波 2015年6月
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提纲
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 第八部分 第九部分 第十部分 第十一部分
概述 地质模型 数学模型 流体属性 水体 模型初始化 动态模型 模型有效性 历史拟合 剩余油潜力分 方案预测分析
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第一部分 概述
求实 创新 超越
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REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY
第二部分 地质模型
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一、地质模型来源
程地 图质
建 模 流
测井解释 微相划分
河 道 宽 度厚 度 W
储层地质知识库
地震资料解释 波阻抗反演
地层对比
构造模型
相模型
属性模型
时深转换
储层三维 地质模型
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孔隙度平均模型
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渗透率建模
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一、油藏数值模拟的概念
标准定义：应用已有规律，采用数值方法求解描述油藏内流体流动问 题，并利用计算机研究油藏开发及动态规律的一门技术。
工程定义：从地下流体渗流过程中的特征出发，建立描述渗流过程的
基本物理现象，并能描述油藏边界条件和原始状况的数学模型，借助
计算机计算求解描述油气藏渗流数学模型，并结合油藏地质学、油藏
工程学等学科知识重现油田开发的全过程， 主要用于解决油田开发实
际问题。简单地说就是在电子计算机上开发油藏。
油藏数值模拟是一种运用较复杂的数学方法预测油藏动态 的一门特殊的油藏工程研究方法，本身赋予较重比例的数 学元素，但应用领域属于油藏工程。
求实 创新 超越
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REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY
二、油藏数值模拟发展历史
1. 50 年代, 理论奠基时代, 主要是针对基本的数值模拟数学方法.
2. 60年代开始用计算机解决油田开发上的简单基本问题.
3. 70年代, 黑油模型理论及方法趋于成熟,并开始在国外广. Peaceman 等. 受计算机内存及速度限制,还只能解决中小型油藏 的模拟应用问题, 使用的方法仅限于IMPES.
战略地位 不确定性 资金密集
复杂性 高 高 高 未知性 风 技 效 间接性 险 术 益 一次性
仿真工具
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2、各种仿真工具优缺点
仿真工具
•室 内 实 验 •矿 场 试 验 •数 值 模 拟
周 期
相 似 性
费 用
重 复 性
代 表 性
短
好
低
一
次
差
长
好
高
一
次
中
短
好
低
无 限
好
.
3、数值模拟的技术优势
4. 80年代,数值模拟获得巨大发展: (A)软件模块化、集成化、商业化; 并开发了裂 缝油藏模型, 组分模型, 热采模型, 化学驱模型等一些解决复杂问题的软件;模型 解法开始采用全隐式方法和自适应隐式方法, (B)工作站广泛应用, (C) 向量算法 的出现和应用, 等.
5. 80年代末到90年代末: (A)数值模拟前后处理模块得到巨大发展, (B)非规则的网 格模型理论及方法研究趋于成熟