Статьи

Предложена стратегия построения обучающего набора данных для подавляющей численную дисперсию нейронной сети NDM-net (numerical dispersion mitigation network), заключающаяся в расчете полного набора сейсмограмм методом конечных разностей на грубой сетке и в расчете обучающей выборки с применением более мелкой сетки. Обучающая выборка представляет собой малый набор сейсмограмм с определенным пространственным размещением источников волнового поля. После обучения сеть NDM-net позволяет аппроксимировать низкокачественные сейсмограммы, рассчитанные на грубой сетке, в сейсмограммы с меньшим шагом дискретизации. Оптимизация процесса построения репрезентативной обучающей выборки сейсмограмм основана на минимизации метрики Хаусдорфа между обучающей выборкой и полным набором сейсмограмм. Применение нейронной сети NDM-net позволяет уменьшить временные затраты при расчетах волновых полей на мелкой сетке.

Представлен алгоритм численного моделирования квазистатической нагрузки пористого флюидонасыщенного образца для решения задачи апскейлинга трещиновато-пористой флюидонасыщенной среды. В результате апскейлинга восстанавливается анизотропная однородная вязкоупругая эквивалентная среда, определяемая комплекснозначным частотно-зависимым тензором жесткости. Компоненты восстановленного тензора жесткости эквивалентной среды используются для оценки частотно-зависимого сейсмического затухания и фазовой скорости сейсмических волн. Численный апскейлинг включает в себя численное решение краевой задачи для системы уравнений Био анизотропной пороупругой флюидонасыщенной среды в частотной области для набора частот и различных граничных условий. Численное решение системы уравнений Био основано на конечно-разностной аппроксимации уравнений в квазистатической постановке и проводится с использованием прямого решателя результирующей СЛАУ. Используемый прямой решатель позволяет эффективно решать СЛАУ для набора правых частей, что необходимо при численном апскейлинге. Представленная реализация алгоритма позволяет численно решать двумерную задачу апскейлинга на расчетной сетке с размерами до 2000 × 2000 узлов на персональном компьютере, что обеспечивает возможность восстанавливать эквивалентную вязкоупругую модель для детализированных репрезентативных образцов трещиновато-пористой среды. Для демонстрации применимости алгоритма выполнено несколько наборов численных экспериментов, направленных на выявление влияния связности трещин и микромасштабной анизотропии пороупругого материала внутри трещин на затухание, вызванное индуцированными волной потоками флюидов, и дисперсию сейсмической волны в сложной трещиновато-пористой флюидонасыщенной среде.

В работе представлен алгоритм решения системы уравнений Аллена-Кана и Кана-Хиллиарда, которая описывает процесс спекания. Алгоритм не требует значительных по мощности вычислительных ресурсов и позволяет выполнить моделирование процесса спекания большого количества отдельных частиц на вычислительном узле с процессором Intel Xeon E5 2697 v3 и графическим ускорителем NVIDIA K40 за приемлемое время. Проведены эксперименты по моделированию спекания сорбентоподобных структур - упаковок сферических частиц, и на них показана эффективность алгоритма.

В работе предложен алгоритм редукции трехмерных цифровых изображений для ускорения вычисления персистентных диаграмм, характеризующих изменения в топологии порового пространства образцов горной породы. Воксели для удаления выбираются исходя из структуры своей окрестности, что позволяет редуцировать изображение за линейное время. Показано, что эффективность алгоритма существенно зависит от сложности устройства порового пространства и размеров шагов фильтрации.

Представлено численное исследование влияния шероховатости границраздела в слоистой среде на эффективные упругие свойства тонкослоистой среды. Предложен алгоритм построения статистически эквивалентных моделей слоистых сред двух различных типов. Первый тип включает в себя модели с постоянными упругими параметрами, но с шероховатой границей раздела. Второй тип состоит из моделей с плоскими границами раздела, но с параметрами, задаваемыми случайными величинами. При этом распределение упругих параметров в моделях второго типа (средние значения и ковариационная матрица) однозначно определяется шероховатостью границ раздела (длина корреляции и стандартное отклонение) в моделях первого типа.

Представлен алгоритм построения персистентных диаграмм для оценки изменения топологии матрицы породы при взаимодействии с химически активным флюидом. В пространстве персистентных диаграмм вводится метрика, которая позволяет выполнять их кластеризацию для количественной оценки “схожести” изменений топологии порового пространства в процессе растворения матрицы породы. На основе такой кластеризации показано, что одним из доминирующих параметров в процессе химического взаимодействия флюида с породой в пластовых условиях являются скорость реакции и коэффициент диффузии, в то время как скорость потока оказывает существенно меньшее влияние.