Reja: Kirish. Gidrodinamik modellashtirish

1. Gidrodinamik modellashtirish
Raqamli gidrodinamik modellash va superkompyuterlarni yaratish sohasidagi o'zgarishlar har doim bir-biriga bog'liq edi: apparat yanada kuchliroq bo'lgach, muhandislar katta yoki murakkab bo'lgan modellarni qurdilar, natijada mavjud kompyuterlar juda sekin edi. Keyinchalik kompyuterlar yaxshilandi va modellar yana murakkablashdi va hokazo.
Raqamli modellashtirishda tadqiqotlar o'tgan asrning 50-larining oxirida moddiy muvozanat kontseptsiyasining kengayishi sifatida boshlandi. Tadqiqotning dastlabki ikki o'n yilligida ishlab chiqilgan ba'zi asosiy tushunchalar va matematik usullar hozirgi kunda dolzarb bo'lib qolmoqda(albatta, farq-diskretlash, IMPES, to'liq ifodalangan usul, kompozitsion va "qora uchuvchan bo'lmagan neft" modellarini shakllantirish, quduq modellari va boshqalar).
Raqamli modellashtirish nazariyasi nisbatan tez ishlab chiqilganligiga qaramasdan, muhandislarning kundalik ishlarida modellashtirishni keng joriy etish kompyuter quvvatining etishmasligi bilan to'sqinlik qildi. Shunday qilib, 80-larning boshlanishidan oldin odatda raqamli gidrodinamik modellarning o'lchamlari kamdan-kam hollarda bir necha ming hujayradan oshib ketdi. Faqat modellar maqbul darajada batafsil ma'lumotga ega bo'lganda, gidrodinamik modellashtirish juda aniq bo'lib, konlarni ishlab chiqish loyihasini amalga oshirish uchun asosiy vosita sifatida ishlatilishi mumkin. 80-larda asosiy kompyuterlar va superkompyuterlar paydo bo'lishi va tijorat simulyatorlarini ishlab chiqarish (masalan, ECLIPSE ning birinchi versiyasi 1983-da chop etilgan) bilan raqamli simulyatsiya tez rivojlana boshladi.

90-yilarning oxiriga kelib, modellashtirish faqat tor mutaxassislar ishi bo'lishni to'xtatdi. Bugungi kunda dunyoning aksariyat mamlakatlarida operator-kompaniyalar uchun konlarni ishlab chiqish loyihalarini raqamli gidrodinamik modellar bilan tasdiqlash talabi qonuniy ravishda mustahkamlandi.

21-asrning boshlanishi. ko'p protsessorli kompyuterlarda parallel hisob-kitoblarning paydo bo'lishi va kompyuter ilovalari va o'yinlari sanoati tomonidan yuzaga kelgan shaxsiy kompyuterlar (kompyuterlar) quvvatining ajoyib o'sishi tufayli kompyuter quvvatining eksponentsional o'sishi (va narxi) bilan tavsiflanadi.
Misol uchun, 1998 yilda, bir model ECLIPSE O'rta Sharqda konlari (1,6 million faol hujayralar, ko'proq 500 quduqlari, rivojlanish tarixi 30 yil, suyuq besh komponent modeli) 64 soat uchun tegishli 20-protsessor RISC kompyuterda hisoblab chiqilgan.
2004da xuddi shu model 15 soat uchun PC-klasterda (sakkiz protsessor, Linux OS) hisoblab chiqilgan. Bu shuni anglatadiki, bir xil ishlashga erishish uchun 6 yil ichida zarur protsessorlar soni 8-10 marta kamaydi, apparatning narxi 300 marta.
Katta hisoblash resurslarining narx bo'yicha mavjudligi, shuningdek, muhandislar va tadqiqotchilar ushbu kompyuter texnikasini ishlatishning yangi usullaridan foydalanishlari mumkin degan ma'noni anglatadi.
Hozirgi kunda Rossiyada neft va gaz konlarining geologik modellarini yaratishda asosiy dasturiy paketlar Petrel (Schlumberger), Irap (Roxar), Stratamodal (Landmark), DV-Geo (CGE), TimeZYX ("Trust" kompaniyalari guruhi).

Gidrodinamik modellarni yaratishda Eclipse/Petrel (Schlumberger), Tempest (Roxar), VIP (Landmark), TimeZYX ("Trust" kompaniyalari guruhi) ko'pincha ishlatiladi. So'nggi yillarda (2007 yildan boshlab) mahalliy t-Navigator dasturi (RF Dinamics, Moskva) ayniqsa faol rivojlana boshladi.

Ayniqsa, Milliy tadqiqot Tomsk politexnika universiteti taniqli olimi Mixail Boleslavovich Bukata tomonidan ishlab chiqilgan "HydroGeo" maxsus dasturiy kompleksini ishlab chiqishni alohida ta'kidlash lozim. Ushbu dastur gidrodinamik va gidrogeokimyoviy modellashtirish uchun mo'ljallangan.
Gidrodinamik modellashtirish uchun dastlabki ma'lumotlar.
Gidrodinamik model-matematik belgilar yordamida o'rganilayotgan ob'ektning xatti-harakatining taxminiy tavsifi. Bunday simulyatsiya jarayoni shartli ravishda to'rtta o'zaro bog'liq bosqichga bo'linishi mumkin:
1. ob'ektning xatti-harakatlarini tasvirlaydigan qonunlarni matematik jihatdan shakllantirish;
2. to'g'ridan-to'g'ri muammoni hal qilish, ya'ni simulyatsiya ob'ekti kuzatuvlari natijalari bilan keyingi taqqoslash uchun chiqish modelini o'rganish orqali olish;
3. kuzatuv natijalariga ko'ra modelni moslashtirish, teskari muammolarni hal qilish, ya'ni noaniq qolgan modelning xususiyatlarini aniqlash;
4. modelni tahlil qilish, uni modernizatsiya qilish, o'rganilayotgan ob'ekt haqida yangi ma'lumot to'plash, yangi yanada rivojlangan modelga bosqichma-bosqich o'tish.

Modellashtirishning birinchi bosqichi o'rganilayotgan ob'ekt haqida chuqur bilimga ega bo'lishni talab qiladi. Plastik tizim modelini yaratish uchun geologiya va geofizika, gidromexanika va elastiklik nazariyasi, qurilish va kimyo fizikasi, konlarni ishlab chiqish nazariyasi va amaliyoti, matematika, raqamli usullar va dasturiy ta'minotdan keng foydalaniladi. Ushbu bosqichda suyuqlik va gazlarni gözenekli muhitda filtrlash jarayonini tasvirlaydigan va massa, energiya, harakat qonuni, davlat tenglamasini saqlash qonunlarini ifodalovchi asosiy tenglamalar shakllantiriladi. Xususiy türevlerdeki differensial tenglamalar shakllantirish tizimi hal qilinadigan boshlang'ich va chegara sharoitlari majmui aniqlanadi. Tenglamalarning soni va turi ko'rib chiqilayotgan muammoning xususiyatlariga bog'liq: qatlamning geologik tuzilishi, filtrlangan suyuqliklarning xususiyatlari, simulyatsiya qilingan ishlab chiqarish jarayoni. Keyinchalik muammoni hal qilish uchun raqamli usullar va algoritmlar ishlab chiqilmoqda. Filtrlashning matematik modeli yaratiladi - issiqlik va massa uzatish tenglamalarini belgilangan boshlang'ich va chegara sharoitlari bilan hal qiluvchi kompyuter dasturi.

Ikkinchi bosqichda muayyan rivojlanish ob'ekti uchun to'g'ridan-to'g'ri muammoni hal qilish, ya'ni oldindan belgilangan kirish uchun. Kirish ma'lumotlar to'plamini shakllantirish mustaqil murakkab masala. Ushbu bosqichda, shakllantirish va to'ldirish suyuqliklar tuzilishi va xususiyatlari haqida ma'lumot, usullari va quduq ishlash ko'rsatkichlari filtrlash modeli kiritish uchun zarur bo'lgan turiga aylanadi. Modellashtirishning eng muhim elementi seysmik tadqiqotlarni talqin qilish asosida qatlamning uch o'lchovli geometrik modelini qurishdan iborat bo'lib, ushbu modelni geofizik va gidrodinamik tadqiqotlarga ko'ra, qatlamning asosiy geologik va jismoniy xususiyatlarini (gözeneklilik, o'tkazuvchanlik, to'yinganlik va h.k.) taqsimlash to'g'risidagi ma'lumotlar bilan to'ldirish va deterministik yoki geologik-statistik usullardan foydalangan holda yadrolarni o'rganishdir. Qatlamning hajmi har bir parametrning bir qiymatiga bog'liq bo'lgan bloklarning tartibli to'plami sifatida qaraladi. Gorizontal tekislikdagi kesma maydoni bir necha metr qalinlikda yuzlab kvadrat metr bilan belgilanadigan har bir hisoblash bloki uchun tosh va suyuqliklarning xususiyatlarini kiritish juda murakkab va vaqt talab qiluvchi vazifadir. Yadro miqdori santimetr bilan belgilanadi. Quduqlarda geofizik o'lchovlar, qoida tariqasida, bir necha metrlik qatlamga kirib borish radiusiga ega.