二维到达角和极化参数的并行化设计

针对无线电波的信号频率、二维到达角和极化参数联合估计算法的运算量大、计算时间长,且不能满足实时性要求的问题,提出了对该算法进行并行化设计的解决方法。通过对联合估计算法的数学模型和串行算法的分析,设计并实现了通用并行算法。经在4台同构处理器上进行测试,表明该并行算法能有效减少计算时间,使加速比达到2倍以上。     

混合并行技术在FDTD计算中的应用研究

为提高网络环境下细粒度并行FDTD计算的性能,引入局域网两层并行能力的概念,发展了一种高性能的混合并行FDTD算法。在该算法中,通过利用MPI与OpenMP多线程技术,在传统域分解FDTD算法基础上,实现了数据与任务的两层并行化。作为算法实现的应用,对一种常见的车载隐藏式印刷天线进行了模拟研究。计算在不同数量的PC机上执行,并与传统的网络并行FDTD算法进行了比较。数值结果表明,当域分解粒度较小时,该混合并行方法能够有效地提高局域网并行FDTD的算法性能。     

任11 碳酸盐岩油藏注CO2 提高采收率研究

许多碳酸盐岩油藏进入高含水开发期，如何挖潜，进一步提高采收率是目前的主要工作方向。目前任11 碳酸盐岩油藏存在单井产油量低，注入水利用系数低，水驱效率越来越差的问题。因此需要探索新途径，以便进一步发挥油藏生产潜力。分析了任11 油藏注CO2 提高采收率的机理，开展了任11 油藏注CO2 提高采收率的数值模拟研究。针对研究区块的地质及开发特点，建立了相应的三维数值模型，在水驱历史拟合的基础上，应用数值模拟技术从注气强度、注气方式、注气部位，生产气油比控制等方面进行了优化研究。油藏注CO2 方案模拟计算20 年，产油量显著上升，采用注CO2 可比目前开发方式提高采收率3.5% 左右。     

MIMD多机系统的异步并行拟牛顿法

基于ＭＩＭＤ（多指令流多数据流）多处理机并行系统，提出了求解非线性方程组的异步并行拟牛顿法，给出了算法的实现过程，收敛性及收敛效率估计。该算法的工作量比常用串行牛顿法少，具有超线性收敛和数值稳定性，理论分析与计算结果表明，异步并行拟牛顿法有较好的并行性。     

塔里木油田缝洞型碳酸盐岩油藏开发对策研究

缝洞型油藏储层类型多样，非均质性严重，油气水关系复杂，给这类油藏的开发带来了很大困难。应用数值模拟方法对缝洞型油藏的开发规律进行了研究，分析了不同类型油藏井型、水体能量、开采速度、开发方式对开发效果的影响，结果表明：无底水存在的单缝洞模式适合采用直井开发，而有水体的单缝洞情形更适合用水平井进行开发。结合塔里木盆地碳酸盐岩油藏注水的成功实例确立了注水吞吐等主要的开发技术对策，为此类油气藏的开发提供了理论依据。     

缝洞型碳酸盐岩油藏水驱特征曲线研究

缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间复杂，呈现出很强的非均质性和多尺度特征，除个别井水驱特征曲线呈现出砂岩油藏特征或单一直线段特征外，其余井水驱特征曲线多呈现出多直线段台阶状或不规则特征，因此不能直接对传统水驱特征曲线进行简单的应用。在对国内外常用的50 多条水驱特征曲线进行筛选的基础上，对桑南西缝洞型碳酸盐岩油藏水驱特征曲线进行了选择应用，分析结果表明，对于缝洞型碳酸盐岩油藏，需要根据分析应用情况的不同及与实际资料的相关性来选择应用水驱特征曲线。为了进一步完善缝洞型碳酸盐岩油藏水驱特征曲线的选择应用，在此基础上对其水驱特征曲线应用相关事项作了补充。     

裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法研究

针对裂缝性油藏内在的复杂性， 考虑到双重介质等模型的限制， 同时为了更好地表征裂缝和提高计算精度，提出了裂缝性油藏等效介质模型数值模拟方法， 建立了数学模型， 通过无需在小尺度上精确求解即可抓住大尺度解特征的多尺度有限元数值分析方法， 建立有限元数值模型， 形成了基于等效介质模型的裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法， 最后将该方法通过实例进行检验， 验证了方法的正确性。     

周期注水吸入过程机理研究

在油藏周期注水开发中,毛管的驱替和吸入过程是交替进行的。如果吸入过程的时间很短,吸入过程就无法完全达到平衡,致使流体交换不充分。基于此,引入吸入过程平衡时间的概念,利用一维岩芯数值模拟技术,分析了实际油藏周期注水吸入过程机理,并研究了油水黏度比、毛管力、含水饱和度等参数对吸入过程平衡时间的影响。结果表明：油水黏度比过大、毛管压力差太小及高的含水饱和度都会造成平衡时间增加,使实际周期注水中的吸入过程无法达到平衡,致使周期注水效果变差;特别是在高含水阶段,由于含水饱和度高、毛管力小,吸入过程达到一次平衡所需时间长,致使高含水饱和度情况下停注时间远小于吸入过程平衡时间,从而造成周期注水无法达到预期效果。对周期注水吸入过程机理的研究为油藏周期注水合理工作制度的制定提供了有效的依据。     

应用CUDA的数字全息三维粒子位移场并行重建及实现

为了实现数字全息中粒子三维位移场的快速重建,利用CUDA架构将原有串行的重建步骤进行二级并行化处理。同时,结合多线程技术实现线程间的并行处理,以进一步提高粒子三维位移场重建速度。模拟和实验结果表明:在不同重建平面数量和不同分辨率情况下,采用GPU完成平面重建的运算速度至少达到CPU运算速度的166倍。将其实际应用获得全息图序列以进行三维位移场的并行运算,其处理的单幅全息图为512像素×512像素,并行程序完成512个平面重建及其相关后处理所需时间为268 ms,即3.7帧/s,其运算速度为采用CPU进行串行计算的40.6倍。     

正态分布随机Petri网的串并行结构化简

基于正态分布随机Petri网的串行和并行两种基本结构的化简开展研究,推导出在正态分布广义随机Petri网中化简串行模型的等价理论公式,即合成执行时间为各个变迁的执行时间之和,仍服从正态分布,并且合成均值等于所有变迁执行时间的均值之和,合成标准偏差等于所有变迁执行时间标准偏差的方和根。还提出了并行模型的模拟仿真计算方法,分析了两个并行变迁独立不同分布时的情况,并给出了近似估算公式,在公式中,均值较大的变迁权重较大。     

低渗透砂岩石油渗流的微观模拟实验研究

采用天然低渗透砂岩微观模型，通过与实际地质状况较为相似条件下的油驱水实验，模拟石油在低渗透砂岩孔隙内的渗流，分析和探讨了低渗透砂岩孔隙介质中石油的微观渗流机理。研究结果表明，石油在低渗透砂岩中渗流路径曲折复杂，运移渗流模式有稳定式、指进式和优势式3种；石油在低渗透砂岩中渗流存在启动压力梯度，启动压力梯度与砂岩孔隙度关系复杂，而与砂岩渗透率有很好的相关性；石油的渗流速度与驱替压力呈很好的相关性，石油以相同速度在不同渗透率级别的砂岩内渗流时所需要的驱替压力随砂岩渗透率的增大而降低。     

反映动态启动压力梯度的低渗透油藏渗流模型

基于流体边界层理论，建立了一种描述在低渗透油藏流体非线性渗流特征的新模型，获得了动态启动压力梯 度的连续变化函数。应用考虑动态启动压力梯度的非线性渗流模型，建立了一维单相流体流动的数学模型，并应用全 隐式方法对离散方程进行了线性化处理；对比研究了线性渗流模型、拟线性和反映动态启动压力梯度的非线性渗流模 型下地层压力的分布特征及流体非线性渗流系数对动边界扩展的影响。数值结果表明：受动态启动压力梯度的影响 在近井区域地层压力下降幅度更大，在远井区域的地层压力越高，地层压力下降范围更小；非线性系数数值越小，流体 流动的非线性程度越强，动边界的扩展速度越慢。     

基于大涡模拟方法的旋流过滤器内流场数值模拟

旋流过滤器在设计改进过程中,缺少对旋流过滤器和传统旋流器内流场的对比分析,且多孔介质阻力对流场影响的研究也较少,针对这一问题,文章选用大涡模拟( LES)方法对传统旋流器和不同多孔介质阻力下的旋流过滤器流场进行了数值模拟。得到了不同多孔介质阻力对旋流过滤器的轴向速度、切向速度、径向速度、静压、涡量及Q值的影响规律,并与传统旋流器内流场进行对比,获得了旋流过滤器流场内丰富的流动信息。结果表明与传统旋流器相比,旋流过滤器最大切向速度和压降减小;随多孔介质区域阻力的减小,最大切向速度和压降也随之减小。旋流过滤器减弱了旋流强度,增加了过滤能力,其内流场受多孔介质区域阻力影响较大。     

低渗透气藏气体渗流速度修正式

渗流的基本规律达西定律,是100多年前法国水利工程师达西提出的,他是通过液体实验得到的。对于气体渗流来讲,存在着滑脱效应,特别是在低渗、低速和低压时,滑脱效应更为显著。在考虑了气体渗流的特点后,结合分子扩散理论得到了考虑滑脱效应的气体渗流速度方程,为进一步开展低渗透气藏渗流理论研究,油藏工程研究和动态分析建立了基础。     

阴极表面电场对正交场电子枪的影响

给出了在正交场中,阴极处于任意工作状态下,求空间电荷流和电极形状的普遍解。计算分析了阴极表面电场与电子初(?)对电极形状和电子注特性的影响。分析表明,使阴极在温度限制下工作,增强阴极表面电场强度,可减小电极形状和电子初(?)对电子注特性的影响。     

低渗透油藏不稳定渗流的近似解法

低渗透油藏的开发应该同时考虑启动压力梯度和应力敏感。目前考虑两者的不稳定渗流数学模型解法十分繁琐,主要原因是控制方程具有强烈的非线性,同时流体流动边界并非恒定不变。为了简化计算,利用油藏压力分布近似表达式,研究得到同时考虑这2个因素的低速非线性不稳定渗流压力分布特征;根据物质平衡原理,利用牛顿迭代方法计算得到了定产量、变产量和定流压生产情况下动边界运动规律以及井产量的变化规律。计算分析表明,启动压力梯度增加了地层的渗流阻力,介质变形削弱了近井地带地层的导流能力,使得地层能量不易被释放出来,两者均增大了油藏的开发难度。     

缝洞型油藏三重介质数值试井模型

基于多重介质渗流的概念模型和数学模型，建立了缝洞型油藏三重介质数值试井模型。该模型是一般三重介质模型的推广，可以很好地反映缝洞型油藏的各种非均质特征，能灵活处理油藏中各种断层和边界，且允许产量的任意变化。采用基于积分的有限差分方法求解，得到三重介质油藏试井响应曲线，分析了其渗流规律：三重介质不同的渗透性致使在半对数曲线上出现两个台阶、导数曲线上出现两个下凹。分别计算了层状非均质地层模型、直线断层模型、变产量模型、复合模型等几个复杂模型的试井响应。该数值试井模型可以进一步考虑缝洞型油藏中具体的裂缝和溶洞，进而推广至缝洞型油藏的两相流试井。     

双渗渗流数学模型的精确解

针对双渗油藏的渗流特征,在两渗流层之间存在流体的交换;以往的双渗油藏并没有考虑流体之间的渗流,仅仅将两层之间的流体交换作为源和汇;在此考虑了两层之间渗流耦合的微分方程及压差对两层的影响,对方程采用无因次化,而将方程简化。通过正交变换获得该模型的精确解,该解对理解双渗油藏的渗流规律和试井分析都具有重要的指导意义。     

缝洞型油藏离散介质网络数值试井模型

针对多重介质试井模型不符合缝洞型油藏网络状分布、非均质性极强的地质特征,建立了新的试井模型,将大尺度溶洞（流体主要的储集空间）视作零维模型,裂缝、孔洞发育的条带状地层（沟通溶洞的渗流通道）作为控制流体流动的一维模型,从而构成离散介质网络（DMN）模型。用有限差分法建立了缝洞型油藏离散介质网络油水两相数值试井模型,对渗流通道的储渗性能、大尺度溶洞的容积和距测试井的距离等因素对测试井压力响应特征的影响进行了研究。结果表明：缝洞型油藏试井压力导数曲线上类似“凹子”的特征是由大尺度溶洞向渗流网络的窜流造成的。实例分析表明,新模型解释结果与缝洞型油藏地质特征一致。     

低渗透未饱和油藏产能计算及其影响因素研究

研究了低渗透未饱和油藏的产能公式,通过达西公式,推导并得到了考虑启动压力梯度和介质变形的未饱和油藏的IPR曲线方程。结合矿场数据对IPR曲线方程进行了验证,并研究了启动压力梯度、介质变形、含水率对产量的影响。研究结果表明：在相同条件下,启动压力梯度越大、变形系数越大,产油量越低;井底流压小于饱和压力时,IPR曲线存在最大产量点(拐点);相同条件下启动压力梯度越小、变形系数越大,最大产量点对应的井底流压越高。含水率变化对最大产量点位置影响不大。研究成果对合理开发低渗透未饱和油藏具有理论指导意义。