В монографии представлены разработки новых математических методов, предназначенных для решения задач нефтепромысловой геологии, основанных на нейросетевых технологиях. Нефтяные месторождения и подземные гидрогеологические объекты рассматриваются как объекты мониторинга, оперативного геологопромыслового анализа и прогноза.
Рассмотрены постановки задач имитационного моделирования и основные типы математических моделей, используемых при построении цифровых геологических и гидродинамических моделей нефтяных месторождений.
Поведен анализ существующих программных средств, предназначенных для решения задач математического моделирования, и проанализированы методики построения цифровых геологических и гидродинамических моделей. Для решения широкого класса задач нефтепромысловой геологии, прежде всего задач оперативного прогноза технологических показателей нефтедобычи, разработан новый подход, основанный на нейросетевых методах имитационного моделирования.
Методами численного моделирования исследованы эффективность и точностные характеристики разработанных новых методов нейросетевого имитационного моделирования. Эффективность методов подтверждена при решении ряда практических задач нефтепромысловой геологии на примерах реальных нефтяных месторождений.
Для студентов, аспирантов и научных сотрудников, работающих в области создания новых методов моделирования нефтяных месторождений
Моделирование геофильтрации - фильтрации подзем ных вод - представляет собой широко распространенное и активно развивающееся направление гидрогеологических исследований и расчетов.
Монография является совместным трудом советского специалиста и ученого из ГДР. В ней представлены и проанализированы принципы и методы моделирования геофильтрации на современном уровне, прежде всего по материалам исследований, проводимых в СССР и ГДР, применительно к решению широкого круга гидрогеологических задач: прогноз подпора и дренажа подземных вод, обоснование эксплуатационных запасов подземных вод, анализ натурных материалов для определения параметров потока и т. д. Более широко (в соответствии с современными достижениями в этой области исследований) представлены методы моделирования, методы геофильтрационных расчетов на ЭЦВМ и кибернетические основы постановки геофильтрационных задач для моделирования. Наряду с теоретическими основами излагаются практические приемы и приводятся типичные примеры моделирования геофильтрации в СССР и ГДР.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов (гидрогеологов, гидротехников, горняков), занимающихся модельными исследованиями подземных вод. Она может быть также использована в качестве учебного пособия для студентов вузов соответствующих специальностей.
Обсуждаются научно-технические проблемы, возникающие при использовании метода изотопически селективной фотоионизации для производства изотопов иттербия. Определена оптимальная схема фотоионизации. Приведены спектроскопические и радиационные характеристики входящих в схему переходов. Для условий промышленного производства изотопов методами численного моделирования исследован процесс селективной фотоионизации 168-го изотопа иттербия. Определены требования к лазерным системам, производительность и селективность, а также методы экстракции ионов выделяемого изотопа, не приводящие к значительной потере селективности. Дано описание модели установки для производства весовых количеств изотопа иттербия
Разработан двумерный в координатном пространстве и трехмерный в пространстве скоростей численный код, основанный на методе частиц в ячейке, для моделирования мультипакторного разряда на диэлектрике, помещенном в плоскопараллельный волновод, с учетом вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика и стенок волновода, конечной температуры вторичных электронов, пространственного заряда электронов, а также упругого и неупругого отражения электронов от диэлектрика и стенок волновода. Код позволяет моделировать различные стадии мультипакторного разряда, начиная с возникновения электронной лавины и заканчивая стадией насыщения. Показано, что из-за утечки электронов на стенки волновода порог развития одностороннего мультипактора на диэлектрике, помещенном в зауженный волновод с абсорбирующими стенками, увеличивается по сравнению с порогом в случае неограниченного диэлектрика. Обнаружено, что, в зависимости от напряженности СВЧ-поля и вторично-эмиссионных характеристик стенок волновода, могут реализоваться два режима мультипакторного разряда. В первом режиме, который реализуется при относительно низких напряженностях СВЧ-поля, мультипакторный разряд развивается только на диэлектрике, поверхность которого заряжается положительно относительно стенок волновода. Во втором режиме, который реализуется при достаточно высоких напряженностях СВЧ-поля, происходит одновременное возбуждение одностороннего мультипактора на поверхности диэлектрика и двустороннего мультипактора между стенками волновода. В этом случае поверхность диэлектрика и пространство между стенками волновода приобретают отрицательный потенциал. Показано, что учет отражения электронов от поверхности диэлектрика и стенок волновода приводит к появлению высокоэнергетических хвостов функции распределения электронов.
В работе предложены численные методы решения двумерных и одномерных геотермических задач применительно к ряду геологических разрезов, разрезов ГСЗ, различных геоструктур. Рассмотрены вопросы интерпретации тепловых полей и теплового потока, в частности для зон включения тел различной формы, разных теплофизических свойств, генерации тепла, внедрения интрузий и магматических тел. Изучаются особенности теплового поля Земли во времени для различных слоев: коры, литосферы, мантии, ядра. Конвективный тепломассоперенос учитывается моделью параметризованной конвекции. Модели теплового потока и глубинных геотерм определяются для областей срединно-океанических хребтов, сейсмофокальных зон, астеносферных выступов. Разработаны новые подходы к решению задач Дистанционной разведки.
С помощью численного моделирования изучались особенности и режимы работы плазменной несимметричной вибраторной антенны конечной длины и диаметра на частоте сигнала f0 = 1,7 ГГц. Концентрация плазмы изменялась в пределах двух порядков, результаты расчетов сравнивались с аналогичной металлической антенной. Получены распределения составляющих электрических полей антенн в ближней зоне и диаграммы направленности. Приведены диаграммы направленности металлического вибратора, полученные в результате измерения и моделирования в двух программах.
Определены параметры инжектора аксиального плазменного пучка, инжектируемого в плазменный ускоритель, действующий на основе гирорезонансного ускорения электронов в реверсном магнитном поле. Методом частиц в ячейке проведено численное моделирование захвата электронов пучка в режим гирорезонансного ускорения. Определено оптимальное время аксиальной инжекции пучка в магнитную ловушку пробочного типа. Найдены параметры пучка, удовлетворяющие условиям эффективного захвата частиц в режим гиромагнитного авторезонанса.
Приведены результаты численного моделирования дрейфовых траекторий частиц в стеллараторе Л-2М с помощью разработанного в ИОФ РАН нового компьютерного кода «TRAZ». Код осуществляет интегрирование уравнения дрейфового движения частицы с учетом влияния на их движение возникающих в плазме радиальных электрических полей. Моделирование показало, что радиальное электрическое поле существенно меняет траектории движения частиц в стеллараторе. Установлены зоны параметров соотношений продольной и поперечной скоростей частиц (по отношению к магнитному полю), в которых характеристики дрейфовых траекторий качественно меняются при изменении знака продольной скорости.
Численно исследован процесс формирования сильного электрического поля на металле, частично покрытом диэлектрической пленкой, в потоке плазмы с учетом автоэлектронной эмиссии с поверхности металла и вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика. Показано, что при отрицательном потенциале на металле порядка нескольких сотен вольт, плотности плазмы ~1012 см3, температуре электронов плазмы ~10 эВ и толщине пленки d 1 мкм напряженность электрического поля вблизи края пленки достигает нескольких МВ/см, что на два порядка превышает напряженность поля на открытой металлической поверхности в плазме. При умеренном дополнительном усилении поля на микронеровностях поверхности металла на уровне ~10 такая напряженность является достаточной для генерации автоэмиссионного тока с вершин выступов металла с плотностью порядка 108 МА/см2, необходимой для развития взрывной электронной эмиссии с последующим формированием микроплазменного (микродугового) разряда на краю пленки. Исследовано влияние генерируемого пучка автоэмиссионных электронов на формирование электрического поля вблизи края диэлектрической пленки при различных углах наклона среза пленки. При углах наклона < 85 эмитированные электроны не попадают на пленку и практически не влияют на величину формируемого поля. При 90 пучок эмитированных электронов попадает на торец пленки, вызывая вторичную электронную эмиссию с поверхности диэлектрика. В этом случае напряженность электрического поля оказывается недостаточной для развития взрывной электронной эмиссии с поверхности металла, однако под действием пучка ускоренных автоэмиссионных электронов с энергией ~50 эВ и плотностью тока ~105 А/см2 торец пленки нагревается до температуры ~1000 C, что может приводить к интенсивному газовыделению с поверхности диэлектрика. Развитие микроплазменного разряда в этом случае может быть связано с формированием плотного сгустка плазмы вблизи торца пленки в результате ионизации выделившегося газа автоэмиссионным электронным пучком.
Рассмотрены спектральные, корреляционные и кепстральные методы выделения сигналов из помех, использованные в оригинальных натурных и численных опытах. Среди них: выделение и измерение параметров сигнала при локации объекта на просвет; сжатие во времени узкополосного сигнала путем преобразования его спектра; устранение искажений сигнала, вызванных многолучевостью, с использованием лишь искаженного сигнала (слепая дереверберация); метод определения задержки импульса, флуктуирующего по форме; исследование распространения волн с помощью М-последовательностей и другие. Приведены численные расчеты с программами - 37 программ в пакете Mathcad б 0 plus.
Книга написана на основе лекционного курса и предназначена для студентов, аспирантов и специалистов, интересующихся численными методами выделения сигналов на фоне помех.