油藏数值模拟

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出版者:石油工业出版社
作者:哈利德.阿齐兹
出品人:
页数:304
译者:
出版时间:2004-3
价格:60.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787502146993
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机科学
  • 油藏模拟
  • 数值方法
  • 石油工程
  • 流体流动
  • 储层评价
  • 有限元
  • 有限体积
  • 油气开发
  • 数值计算
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具体描述

本书系统阐述了油藏数值模拟原理、数字模型及数值模型的建立、方程系统及线性方程组的数值求解方法等基础知识,并提供了相关的练习题。可作为有关大专院校师生和油藏数值模拟工程师的教学、研究参考书。

《岩土工程渗流理论与数值方法》 内容简介 本书系统阐述了岩土工程领域中渗流问题的基本理论、分析方法及其在工程实践中的应用。全书内容涵盖了地下水在多孔介质中的流动规律、渗流场的基本控制方程、各类数值计算方法的原理与实施细节,以及这些方法在实际工程问题中的具体应用案例。本书旨在为岩土工程师、水文地质学家、结构工程师以及相关领域的研究人员提供一本深入且实用的参考教材。 第一部分:渗流理论基础 本书首先从宏观和微观层面剖析了岩土介质的结构特性,重点讨论了孔隙结构、渗透率(或称导水系数)的定义、测量方法及其影响因素(如岩性、孔隙度、应力状态等)。 达西定律及其适用性: 详细解析了达西定律的基本形式、其背后的物理意义,并探讨了其在不同流动条件(层流、紊流)下的适用边界。特别关注了在非常规岩土材料(如裂隙岩体、土工合成材料)中,达西定律如何修正和推广。 渗流控制方程: 建立了基于质量守恒原理的地下水运动方程,包括饱和和非饱和区的控制方程。深入讨论了渗透系数的各向异性、非均质性对渗流场的影响。对于非饱和土中的水分运动,本书引入了基质吸力(Matric Suction)的概念,并推导了基于吸力梯度的水流方程,这是理解土体抗剪强度与水力条件相互作用的关键。 边界条件与初始条件: 全面梳理了工程中常见的边界条件类型,包括定水头边界、定流量边界、自由面边界(如地下水位线)以及弹性储水条件。对如何准确地在模型中施加这些条件进行了详细的说明。 瞬态渗流分析: 阐述了考虑储水和渗流时间效应的瞬态渗流方程,重点分析了渗流过程中的时间响应,这对于渗透固结沉降、地下水降深恢复等问题至关重要。 第二部分:渗流问题的数值方法 理论模型的复杂性使得解析解在大多数实际工程问题中难以获得。因此,本书将重点放在数值模拟方法上,详细介绍了当前主流的三种数值技术。 有限差分法 (FDM): 作为最早应用的数值方法之一,本书详细讲解了FDM在二维和三维渗流问题中的离散格式构建,包括迎风格式、中心差分格式的稳定性和精度分析。针对复杂边界和不规则区域的网格划分问题,探讨了基于守恒型FDM的解决方案。 有限元法 (FEM): FEM是当前岩土工程中最广泛使用的工具。本书侧重于渗流问题的变分原理或伽辽金弱形式的推导。详细阐述了形函数(插值函数)的选择对计算结果精度的影响,并给出了如何在非结构化网格上建立刚度矩阵的详细步骤。特别讨论了如何将非线性项(如渗透系数依赖于孔隙水压力)引入到FEM框架中,并通过迭代求解。 有限体积法 (FVM): FVM因其内在的质量守恒特性,在模拟对流主导的渗流问题中表现出色。本书详细介绍了FVM的控制体积构建、通量计算(包括界面上的黎曼求解器在对流项处理中的应用),以及如何保证在复杂几何和不连续介质(如断层、界面)处的守恒性。 第三部分:耦合分析与高级应用 现代岩土工程问题往往涉及水、力、热等多场相互作用。本书的后半部分聚焦于渗流与其他场域的耦合分析。 固结沉降分析(水-固耦合): 深入探讨了Terzaghi一维固结理论的扩展,引入有效应力原理(Bishop/Barden/Skempton公式),推导了与渗流方程耦合的固结控制方程组。详细分析了孔隙水压力消散与有效应力增加的耦合关系,并演示了如何利用数值方法求解瞬态耦合问题,预测场地沉降与时间曲线。 渗透-应力耦合: 分析了水力梯度对外加荷载和内部应力场的影响,尤其是在边坡稳定性、深基坑开挖或地下结构衬砌受力分析中的应用。讨论了如何处理瞬态荷载作用下的水力反馈。 渗流与污染物迁移: 扩展到溶质在地下水中的对流-弥散(Advection-Dispersion)问题。详细介绍了对流项的数值处理难题(如数值耗散和振荡),并比较了迎风格式、中心差分以及高精度插值格式(如QUICK格式)在模拟污染物 plume 迁移中的优劣。 裂隙岩体渗流: 针对水力致裂、隧道衬砌渗漏等问题,本书介绍了如何利用等效渗透率模型或离散裂隙网络模型(DFN)来模拟裂隙岩体中的渗流,包括裂隙内部的快速流动(如基于平方律的张开裂隙流)。 第四部分:工程案例与软件实现 本书最后部分将理论和方法应用于实际工程场景,并简要介绍数值模拟软件的实现思路。 典型工程问题分析: 涵盖了堤坝渗漏诊断、地下水对边坡稳定性的影响评估、抽水试验反演确定渗透系数、以及隧道涌水风险评估等多个经典案例。案例分析强调了模型构建的选择(如是采用均匀模型还是层状模型)、参数敏感性分析的重要性,以及如何根据工程经验对模拟结果进行合理性判断。 计算模型验证与校准: 讨论了数值模型与现场监测数据(如沉降观测、水位观测)进行对比验证的步骤和方法,强调了后处理技术在工程决策中的关键作用。 本书结构严谨,理论推导详实,兼顾了数学模型的严密性与工程应用的实用性,是从事岩土水文、环境岩土、水利工程领域相关人员的必备工具书。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本《油藏数值模拟》在我心中留下了极其深刻的印象,即便我不曾深入涉猎书中的具体公式推导和算法实现,但它所构建的宏大知识体系和所展示的严谨研究方法,已经足以让我对其肃然起敬。这本书让我看到了,将复杂的物理过程,例如流体在多孔介质中的流动,通过数学语言和计算机程序进行精确描述和预测的可能性。当我翻阅目录,看到诸如“地下流体运动方程”、“数值离散方法”、“有限差分法”、“有限元法”、“多相流模拟”、“烃类演化模拟”等章节时,即使对其中的技术细节感到一丝畏惧,但更让我着迷的是,这些抽象的概念是如何被转化为解决实际油气勘探开发问题的强大工具。作者在引言部分似乎也在强调,理解油藏的内部行为,预测其在不同生产策略下的响应,是提高采收率、优化开发方案、降低勘探风险的关键。这本书就像一座桥梁,连接了理论的海洋和实践的土地。它不仅是给工程师和研究人员的宝典,对于像我这样对地质科学和工程交叉领域感兴趣的读者而言,也是一次启发性的思想之旅。读罢此书(即使只是粗略浏览),我仿佛能感受到地下油藏的脉搏,更能理解那些在地球深处进行的复杂且精密的操作背后的科学依据。那种感觉,就像是通过一扇窗户,窥见了地壳深处隐藏的秘密。

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读完《油藏数值模拟》之后,我脑海中关于“能源开发”的认知被彻底颠覆了。我一直认为,油气开采是一项比较“粗犷”的工业活动,但这本书让我看到了其中蕴含的精妙的科学计算和严谨的工程智慧。书中对“提高采收率”技术的模拟,例如化学驱、气驱等,肯定会是重点内容。这些技术本身就非常复杂,涉及到流体与岩石之间的化学反应、表面张力的变化,以及多相流的复杂行为。如何将这些复杂的物理和化学过程,用数学模型进行描述,并用数值方法进行求解,这本身就是一项巨大的挑战。这本书所展示的,是如何利用最先进的计算工具,去最大化地挖掘地球的能源宝藏,同时也尽可能地降低对环境的影响。它不仅仅是一本书,更是一种对科学精神的传承和对未来能源开发的深刻洞察。

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阅读《油藏数值模拟》,让我深刻体会到了“数据驱动”和“模拟预测”在现代能源开发中的核心地位。这本书不仅仅是关于如何“模拟”,更是关于如何通过模拟来“预测”和“优化”。我猜想,书中一定会有大量的案例研究,展示不同油藏模型的模拟结果,以及这些结果如何指导实际的开发决策。例如,通过模拟,可以预测不同注水策略下的采收率曲线,从而选择最优的方案;也可以预测井筒周围的压力变化,从而避免出现不必要的堵塞或损耗。我特别好奇书中是否会探讨“历史拟合”这个概念。也就是说,如何利用过去的生产数据,来校正模拟模型的参数,使其更加符合实际情况。这种“以过去指导未来”的方法,对于提高模拟的准确性至关重要。这本书所传达的理念,是利用先进的计算工具,将对地下油藏的认识从经验主义提升到科学预测的层面,从而实现更高效、更经济的能源开发。

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《油藏数值模拟》一书所展现的,是对复杂自然现象的精细刻画和对未知领域的探索。当我阅读到关于多相流模拟的部分时,我被书中描述的复杂流体行为所震撼。地下油藏中往往不是单一的液体在流动,而是油、气、水混合在一起,它们的相态、密度、粘度都不同,而且在流动过程中还会相互影响、相互转化。如何用一套统一的数学模型来描述这种复杂的、动态的、多相的流动,并且通过数值方法进行求解,这本身就是一个巨大的挑战。书中必然会涉及如何处理相间界面、相变过程,以及如何在离散化的网格中捕捉这些微观的物理现象。这种将宏观尺度上的地质特征与微观尺度上的流体动力学耦合起来进行模拟的能力,让我看到了科学研究的深度和广度。我尤其对书中可能提到的“激进”的模拟技术,比如如何处理页岩油、致密油等非常规油藏的独特流体行为,以及如何模拟 CO2 驱油等提高采收率的技术,感到非常好奇。这本书不仅仅是传递知识,更是在激发我们去思考,如何利用最先进的科学技术,来应对日益严峻的能源挑战。

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读完《油藏数值模拟》后,我的脑海中充满了对工程师们智慧的赞叹。这本书所揭示的,是如何通过严谨的数学模型和强大的计算能力,来模拟地下数百万立方米的岩石和流体的复杂互动。我注意到书中会详细介绍各种数值方法,比如有限差分法,如何将连续的地下介质离散化为一个个微小的网格,然后用代数方程来近似描述这些网格之间的物质和能量交换。这种将连续世界转化为离散世界,再通过迭代计算来逼近真实情况的思路,本身就充满了数学的魅力。而且,书中似乎还讨论了如何处理各种复杂的边界条件和初始条件,这些都直接影响着模拟结果的准确性。对于我来说,最令人兴奋的是,通过模拟,我们可以“预演”不同的开采方案,比如调整注水井的位置和注入量,或者改变生产井的抽油速率,看看哪种方案能够最大化油气产量,同时最小化成本和环境影响。这本书不仅仅是关于方程和算法,它更是关于决策和优化。它提供了在信息不完全且风险巨大的地下环境中,做出更明智、更科学决策的有力支撑。这种将抽象的科学理论转化为解决实际能源问题的能力,是我在这本书中感受到的最宝贵之处。

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《油藏数值模拟》这本书,给我的感觉就像是为石油工程领域量身定制的一本“指南针”。它不仅仅是枯燥的理论堆砌,而是将高深的数学和计算机科学,巧妙地应用于解决现实世界的能源问题。书中关于“网格生成”和“网格划分”的内容,我虽然不懂具体细节,但能想象到,将一个形状不规则、性质变化多样的地下油藏,划分成数以百万计的微小、规则的单元,是一项何其艰巨的任务。而且,不同的网格划分方式,如笛卡尔网格、非结构网格,可能会对计算效率和精度产生显著影响。这本书应该会详细探讨这些不同的策略,以及它们各自的优缺点。此外,我也了解到,油藏的模拟不仅仅是模拟流体的流动,还可能涉及到岩石的变形、温度的变化,甚至地应力的影响。如何将这些多物理场耦合起来,进行统一的数值求解,这无疑是一项复杂的工程。这本书所展示的,正是这种跨学科的整合能力,以及将复杂问题分解、逐个击破的科学精神。

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《油藏数值模拟》这本书,让我对“计算流体力学”和“数值分析”这两个领域产生了极大的兴趣。我虽然不是专业人士,但能从书中感受到,油藏模拟的核心在于如何用数值方法近似求解复杂的偏微分方程组。书中应该会详细介绍各种数值算法,例如有限体积法,如何保持物质守恒等物理规律的精确性,以及如何保证数值解的稳定性。我特别好奇书中是否会讨论“并行计算”和“高性能计算”在油藏模拟中的应用。毕竟,要模拟一个庞大的油藏,需要处理海量的数据和进行无数次的迭代计算,这对于计算资源的要求是极其巨大的。通过并行计算,可以将庞大的计算任务分解到成千上万个处理器上同时进行,从而大大缩短计算时间。这本书所展示的,正是计算科学如何为解决实际工程问题提供强大的动力。它不仅是关于油藏本身,更是关于如何利用最前沿的计算技术,来攻克最艰难的工程挑战。

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这本书《油藏数值模拟》给我最大的启示是,科学的进步往往伴随着工具的革新。以前,人们对油藏的认识可能更多地依赖于地质勘探和经验判断。但有了数值模拟这个强大的工具,我们就可以在计算机上“重现”油藏的演化过程,甚至“预见”未来的开发情景。我猜测,书中必然会涉及“不确定性分析”和“敏感性分析”的内容。因为地下的情况总是充满了不确定性,例如岩石性质的分布、流体的性质变化等,这些都会对模拟结果产生影响。通过不确定性分析,我们可以量化这些不确定性对预测结果的影响程度,从而做出更稳健的决策。而敏感性分析,则可以帮助我们找出哪些参数对模拟结果的影响最大,从而将有限的资源集中在最关键的环节。这本书所体现的,正是科学研究如何从“定性”走向“定量”,从“经验”走向“精准”。

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这本书《油藏数值模拟》为我打开了一扇了解地下世界运作机制的新窗口。我以前总觉得,地下油藏就像一个神秘的黑匣子,我们只能通过地面的探测来猜测里面的情况。但这本书告诉我,通过科学的建模和计算,我们可以“看穿”这个黑匣子。它详细阐述了如何建立描述油藏物理特性的数学模型,包括岩石的孔隙度、渗透率,以及流体的性质,然后利用数值方法,一步步地模拟出流体在油藏中的运动轨迹和压力变化。我特别印象深刻的是,书中对“数值稳定性”和“收敛性”的强调。这意味着,即使是最先进的模拟技术,也需要经过严格的数学检验,确保计算结果是可靠的,不会因为计算误差而产生错误的预测。这种对科学严谨性的极致追求,让我对作者的专业素养和对学术的敬畏之情油然而生。这本书不仅是对技术本身的介绍,更是对科学方法论的一次生动展示。它教会我们,如何用严谨的逻辑和精确的计算,去理解和预测那些肉眼看不见的、发生在地层深处的复杂现象。

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《油藏数值模拟》一书,让我看到了数学模型是如何成为连接抽象理论与具体实践的桥梁。书中对于“数学模型”的构建,一定有着极其严谨的论述。它会涉及到如何将地质体的物理特性,例如孔隙度、渗透率、岩石骨架的弹性等,转化为一系列的数学方程。同时,如何将流体(油、气、水)的流动特性,例如密度、粘度、相对渗透率等,也纳入到这个数学框架中。我特别想了解书中关于“初始条件”和“边界条件”的处理。这些条件往往决定了模拟的起点和模型的“行为”范围,对模拟结果的准确性至关重要。例如,油藏的初始压力、初始含油饱和度,以及地下边界的压力变化等,都需要在模型中得到精确的定义。这本书所传达的,是科学的严谨性体现在对每一个细节的关注,以及对每一个假设的清晰界定。

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