Магистерская диссертация на соискание академической степени магистра Название диссертации Перспективы внедрения метода кнд- м как количественного определения
Теоретико-вычислительное обеспечение КНД-М: проблемы и
жүктеу/скачать 3 Mb. Pdf көрінісі
|
| 3.4.1 Теоретико-вычислительное обеспечение КНД-М: проблемы и
пути решения 1 Роль теории, а точнее, ее вычислительного аппарата в современной ядерной геофизике выросла чрезвычайно: в основном с его помощью создаются физические основы новых методов и модификаций, они почти полностью обеспечивают объем и качество обработки и интерпретации данных каротажа, они активно используются для оптимизации зондовых установок скважинных приборов и методик измерения, а также для исследования их метрологических характеристик. Таким образом, теоретико- вычислительный аппарат участвует или должен участвовать в разработке всех видов обеспечения любого метода ядерного каротажа. Однако этот подход пока слабо коснулся отечественной урановой ядерной геофизики и только начал проникать в нее. Поэтому для перевода КНД-М на современный уровень необходимо прежде всего заменить устаревшее теоретико-вычислительное обеспечение КНД-М на современные численные методы. 2 Интерпретационные зависимости, алгоритмы, формулы, таблицы и методика интерпретации, применяемые в ныне действующих комплексах КНД-М, приведены в инструкциях ВИРГ/Рудгеофизики 1980, 1983, 1986 гг. [1,8,9]. Они были получены в основном теоретически, на основе простейших математических моделей метода типа [7], получивших дальнейшее развитие в недавней работе И.М. Хайковича и др. [10]. 49 Эти модели включали: - уравнения замедления и переноса нейтронов на основе грубых приближений (1,2,3-групповое диффузионные приближения, теория возраста и т.п.), имеющих плохую точность, ограниченную область применимости, требующих подгонки нейтронных констант и нередко неприменимых для неоднородных систем; - решение их традиционными аналитическими методами математической физики, накладывающими серьезные ограничения на класс решаемых задач по сложности геометрии и по числу и сложности используемых уравнений переноса; - модели геометрии формулируют задачи в виде простейших начальных идеализаций реальной геометрически-сложной системы «неоднородный разрез–скважина–прибор»: а) однородная среда; б) однородная среда с рудным пластом без скважины и прибора; в) двухслойная цилиндрическая среда, где внутренний цилиндр имитирует некую гомогенизированную смесь элементов конструкции прибора и скважины (с неизвестным законом осреднения); - условие азимутальной симметрии, т.е. 2D-геометрии задач, ограничивающее положение прибора местом только на оси скважины, а также исключающее из рассмотрения наклонные скважины и пласты; - условие однородности пласта по свойствам пород: литологии, влажности и др., из-за чего разрезы с границами или конечной мощностью пластов по ним не могут исследоваться. Эти простые аналитические теории КНД-М, распространенные около полувека назад, в эпоху до персональных компьютеров и численных методов теории переноса, не могли адекватно отразить сложную физику и геометрию важных условий измерения: - конструкцию и диаметр СП, - тип скважины (обсаженная/необсаженная), ее конструкцию (материал и толщину обсадных труб), ее заполнение (буровой раствор, его плотность, сухие скважины СО); - положение прибора при каротаже на стенке скважины, - неоднородность исследуемых разрезов по любым свойствам пород, - сложный характер энергетической зависимости сечений взаимодействия нейтронов с ядрами на огромном диапазоне энергий от 14МэВ до 0.1эВ. На базе таких грубых и ограниченных математических моделей КНД-М нельзя было создать количественные интерпретационные зависимости, учесть влияние влажности и других геолого-технических условий (ГТУ), тем более на количественном уровне. А целый ряд важных практических задач не мог быть решен в принципе, например, влияние типа, обсадки и заполнения скважин, расчет СО, неоднородные разрезы, эксцентричное положение СП и др. Таким образом, давно стало ясным, что использованные в [7–10] 50 теоретические модели КНД-М оказались неадекватными решаемым задачам, т.е. непригодными для практики. 3. Описанная выше ситуация потребовала прежде всего привлечения для КНД-М современного теоретико-вычислительного аппарата, позволяющего реализовать адекватные физико-геометрические модели КНД-М и использовать точные численные методы решения возникающих прямых задач. В качестве такого аппарата были разработаны и адаптированы вычислительные алгоритмы – пакет программ POLE и Универсальная Лос- Аламосская программа MCNP5. - Многогрупповой конечно-разностный пакет программ POLE решает прямую задачу КНД-М в 3D-геометрии с учетом всех элементов конструкции прибора и скважины, в т.ч. эксцентричного положения СП в скважине, с учетом слоисто-неоднородной структуры пластов. - Ядерно-петрофизический модуль пакета ПОЛЕ позволяет исследовать любые литологии и вещественные составы пород и руд. для моделирования переноса нейтронов, фотонов и электронов методом Монте-Карло в системах с любой сложностью геометрии и вещества, адаптированная и настроенная для расчета прямых задач ядерной геофизики. Супермощный алгоритм MCNP5 позволяет реализовать высокоточные физико-математические модели геометрии, переноса, взаимодействия и регистрации частиц при решении прямых задач КНД-М. Программы ряда MCNP используются всеми ведущими геофизическими фирмами мира и России для точного расчета показаний, интерпретационных зависимостей и оптимизации аппаратуры любых методов ядерной геофизики, успешно заменяя при этом физический эксперимент на натурных моделях пластов. 4. Аналогичную эволюцию претерпела теория КНД-М и в США – от грубых, идеализированных моделей на основе аналитических методов до численных методов конечных элементов, конечных разностей и Монте-Карло. жүктеу/скачать 3 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|