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使用自动自适应性解决多孔弹性/声波/弹性波耦合传播问题。 (英语) Zbl 1423.74905号

摘要:本文针对一类声学/弹性/孔隙弹性耦合问题,提出了一种频域自适应有限元方法,并应用于复杂井眼环境中声波测井测量的建模。本文扩展了[P.J.马图斯克等,同上,213–216、299–313(2012年;Zbl 1243.76087号)]. 我们导出了多孔弹性介质的混合弱公式,该公式与由N.阿塔拉等[“混合(u,p)孔隙弹性方程的增强弱积分公式”,J.Acocust.Soc.Am.109,No.6,3065–3068(2001;数字对象标识代码:10.1121/1.1365423)]. 该公式被扩展到横向各向异性(VTI)情况,并利用了粘性动力学算子,从而能够对更高频率进行更精确的计算。在这种方法中,微分算子的特殊分裂产生了边界和耦合条件,可以在有限元框架内轻松实现。采用适当的PML技术截断计算域。因此,通过实现自变量的适当缩放,对原始的(hp)-FE代码进行修改,以使自动自适应算法高效。给出了含渗透层地层的非平凡例子的解。他们积极验证了所提出方法的一致性和准确性。

MSC公司:

74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
74J05型 固体力学中的线性波
74层10 流固相互作用(包括气动和水弹性、孔隙度等)
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
2005年第76季度 水力和气动声学
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Matuszyk,P.J。;Demkowicz,L。;Torres-Vardín,C.,使用自动自适应性解决具有滞弹性衰减的耦合声弹性波传播问题,计算。方法应用。数学。,213-216, 299-313, (2012) ·Zbl 1243.76087号
[2] Matuszyk,P.J。;托雷斯-弗丁,C。;Pardo,D.,在裂缝和薄层地层中获得的二维声波测井电缆钻孔测量的频域有限元模拟,地球物理学,78,D193-D207,(2013)
[3] Matuszyk,P.J。;Torres-Vardín,C.,弹性测井无钻铤中的反向传播模式及其对PML稳定性的影响,计算。数学。申请。,66, 2335-2343, (2013) ·兹比尔1381.76327
[4] Matuszyk,P.J。;Torres-Veldín,C.,测井-随钻钻孔声波波形的频域模拟,地球物理学,79,D99-D113,(2014)
[5] 帕尔多,D。;Matuszyk,P.J。;穆加,I。;托雷斯-弗丁,C。;莫拉,A。;Calo,V.M.,《使用高阶自适应有限元方法模拟用钻孔钻取工具获得的电缆声波测井测量值》,J.Compute。物理。,230, 6320-6333, (2011) ·Zbl 1419.76444号
[6] 帕尔多,D。;Matuszyk,P.J。;穆加,I。;托雷斯-弗丁,C。;莫拉,A。;Calo,V.M.,《电缆和测井-随钻声波测井测量中钻孔插入工具的影响》,地球物理。前景。,61, 268-283, (2013)
[7] Demkowicz,L。;Kurtz,J。;帕尔多,D。;帕森斯基,M。;Rachowicz,W。;Zdunk,A.,(用(h p)计算-自适应有限元,第2卷。《前沿:三维椭圆和麦克斯韦问题及其应用》,查普曼和霍尔/CRC应用数学和非线性科学系列,(2008年),查普门和霍尔/CCR出版社)·兹比尔1148.65001
[8] Demkowicz,L。;加托,P。;Kurtz,J。;帕辛斯基,M。;Rachowicz,W。;Bleszynski,E。;Bleszynski,M。;汉密尔顿,M。;Champlin,C.,《使用有限元模拟人头内声音的骨传导》。I.代码设计和验证,Comput。方法应用。数学。,200, 1757-1773, (2011) ·Zbl 1228.74046号
[9] Michler,C。;Demkowicz,L。;Torres Verdín,C.,用\(h p \)自适应有限元在频域和时域中对井眼声波测井的数值模拟,Comput。方法应用。数学。,198, 1821-1838, (2009) ·Zbl 1227.76034号
[10] 加托,G。;Demkowicz,L.,《人头中声音的骨传导建模:模拟结果》,J.Compute。灰尘。,21, (2013) ·Zbl 1360.74112号
[11] Biot,M.A.,《饱和多孔固体中弹性波的传播理论》。1.低频范围,J.Acoust。《美国社会》,第28卷,第168-178页,(1956年)
[12] Biot,M.A.,《饱和多孔固体中弹性波的传播理论》。2.更高频率范围,J.Acoust。《美国法典》,第28卷,第179-191页,(1956年)
[13] Biot,M.A.,多孔耗散介质中声传播的广义理论,J.Acoust。《美国社会》,第34卷,第1254-1264页,(1962年)
[14] Biot,M.A.,多孔介质中的变形和声传播力学,J.Appl。物理。,33, 1482-1498, (1962) ·Zbl 0104.21401号
[15] Plona,T.J.,《超声波频率下多孔介质中第二体压缩波的观测》,J.Appl。物理。,36, 259-261, (1980)
[16] Auriault,J.-L.,被牛顿流体饱和的多孔介质的动力学行为,国际。工程科学杂志。,18, 775-785, (1980) ·Zbl 0435.76072号
[17] Auriault,J.-L。;伯恩,L。;Chambon,R.,多孔饱和介质动力学,Darcy,J.Acoust广义定律的检验。《美国社会》,77,1641-1650,(1985)·Zbl 0568.73014号
[18] 伯里奇,R。;Keller,J.B.,从微观结构导出的孔隙弹性方程,J.Acoust。《美国律师协会》,7011140-1146,(1981年)·Zbl 0519.73038号
[19] 骄傲,S.R。;甘吉,A.F。;Morgan,F.D.O.,《推导多孔各向同性介质的运动方程》,J.Acoust。《美国社会杂志》,92,3278-3290,(1992)
[20] 骄傲,S.R。;Berryman,J.G.,《多孔弹性理论与实验的联系》,J.Mech。物理学。固体,46,719-747,(1998)·Zbl 0973.74024号
[21] Deresiewicz,H.等人。;Skalak,R.,《关于动态多孔弹性的唯一性》,布尔。地震波。《美国社会》,53,783-788,(1963)
[22] Lovera,O.M.,流体饱和多孔固体的边界条件,地球物理学,52174-178,(1987)
[23] Gurevich,B。;Schoenberg,M.,biot孔隙弹性方程的界面条件,J.Acoust。《美国社会杂志》,105,2585-2589,(1999)
[24] Debergue,P。;Panneton,R。;Atalla,N.,混合(u,p)孔隙弹性问题弱公式的边界条件,J.Acoust。《美国社会杂志》,1062383-2390,(1999)
[25] Craggs,A.,刚性多孔吸收材料的有限元模型,J.Sound Vib。,61, 101-111, (1978) ·Zbl 0388.76085号
[26] 西蒙,B。;吴,J。;齐恩基维茨,O。;Paul,D.,使用一维模型评估饱和多孔介质动态响应的u-w和u-pi有限元方法,国际期刊数值。分析。方法,10461-482,(1986)·Zbl 0597.73108号
[27] J.Ghaboussi,E.Wilson,流体饱和多孔弹性固体动力学的变分公式,in:Proc。ASCE,第947-963页。
[28] 齐恩基维茨,O。;Shiomi,T.,《饱和多孔介质的动力学行为:广义Biot公式及其数值解》,国际期刊Numer。分析。方法,871-96,(1984)·Zbl 0526.73099号
[29] Panneton,R。;阿塔拉,N。;Allard,J.-F.,《各向同性弹性多孔材料双板系统中声音传播的三维有限元模型》,J.Acoust。《美国社会杂志》,96,(1994),3339-3339
[30] Panneton,R。;Atalla,N.,《解决声学中三维多孔弹性问题的有效有限元格式》,J.Acoust。美国律师协会,1013287-3298,(1997)
[31] Kang,Y.-J。;Bolton,J.S.,《各向同性弹性多孔材料的有限元建模与声学有限元耦合》,J.Acoust。《美国社会》,98,635-643,(1995)
[32] Santos,J.E.,《饱和流体多孔介质中的弹性波传播》。I.存在唯一性定理,RAIRO Modél。数学。分析。编号。,20, 129-139, (1986) ·Zbl 0616.76105号
[33] 道格拉斯·J·J。;桑托斯,J.E。;Sheen,D。;Bennethum,L.S.,一维标量波的频域处理,数学。模型方法应用。科学。,3, 171-194, (1993) ·Zbl 0783.65070号
[34] Dauchez,北卡罗来纳州。;Sahraoui,S。;Atalla,N.,基于Biot位移公式的多孔弹性有限元收敛,J.Acoust。《美国社会》,109,33-40,(2001)
[35] 桑托斯,J.E。;Oreña,E.J.,弹性波在饱和多孔介质中的传播。二、。Galerkin程序,RAIRO Modél。数学。分析。编号。,20, 129-139, (1986) ·Zbl 0616.76105号
[36] 桑托斯,J.E。;道格拉斯,J。;Calderón,A.P.,弹性动力学中复合模型的有限元方法,SIAM J.Numer。分析。,25, 513-532, (1988) ·Zbl 0684.73034号
[37] Lovera,O.M。;Santos,J.E.,复合各向异性介质中波传播模型的数值方法,RAIRO Modél。数学。分析。编号。,22, 159-176, (1988) ·Zbl 0663.76094号
[38] 拉维亚特,P.A。;Thomas,J.M.,二阶椭圆问题的混合有限元方法,(有限元方法的数学方面,数学课堂讲稿,第606卷,(1977),Springer-Verlag),292-315·Zbl 0362.65089号
[39] 伊斯瓦兰,V。;劳里克斯,W。;Coyette,J.P.,《导波传播问题基于位移的有限元方法:在多孔弹性介质中的应用》,J.Acoust。《美国社会杂志》,1002989-3002,(1996)
[40] Degrade,G.,《干燥和饱和多孔弹性介质中波传播的谱和有限元方法》,(1992年),卢汶大学土木工程系,(博士论文)·Zbl 0771.73092号
[41] Johansen,T。;阿拉德,J.-F。;Brouard,B.,预测多孔样品声学特性的有限元方法,Acust。,3, 487-491, (1995)
[42] J.P.Coyette,H.Wynendaele,《预测层状结构声传输特性的有限元模型》,收录于:《国际核物理学报》,第1279-1282页。
[43] Göransson,P.,声波通过柔性多孔材料传播的加权残差公式,以及与软材料模型的比较,J.Sound Vib。,182, 479-494, (1995)
[44] Bonnet,G.,动态范围内多孔弹性介质的基本奇异解,J.Acoust。《美国社会杂志》,第82期,第1758-1762页,(1987年)
[45] Gorog,S。;潘内顿,R。;Atalla,N.,声学各向异性开放多孔介质的混合置换压力公式,J.Appl。物理。,82, 4192-4196, (1997)
[46] 阿塔拉,N。;潘内顿,R。;Debergue,P.,《多孔弹性材料的混合置换压力公式》,J.Acoust。《美国社会杂志》,104,1444-1452,(1998)
[47] 阿塔拉,N。;Hamdi,医学硕士。;Panneton,R.,混合(u,p)孔隙弹性方程的增强弱积分公式,J.Acoust。《美国社会杂志》,1093065-3068,(2001)
[48] 度,G。;De Roeck,G.,水平分层饱和多孔介质中二维波传播的谱元方法,计算。结构。,44, 717-728, (1992) ·Zbl 0771.73092号
[49] 莫伦西,C。;Tromp,J.,多孔介质中波传播的谱元模拟,地球物理。《国际期刊》,175301-345,(2008)
[50] 霍林,东北部。;Nordström,m。;Göransson,P.,多孔介质弹性声学建模用biot方程的三维分层有限元公式,J.Sound Vib。,245, 633-652, (2001)
[51] Hörlin,N.E.,应用于层状多孔介质弹性声学建模的三维分层有限元法,J.Sound Vib。,285, 341-363, (2005) ·Zbl 1237.76070号
[52] Liu,R.,孔隙力学的间断Galerkin有限元解,(2004),德克萨斯大学奥斯汀分校(博士论文)
[53] de la Puente,J。;Dumbser,M。;Käser,M。;Igel,H.,多孔弹性介质中波传播的间断Galerkin方法,地球物理学,73,T77-T97,(2008)
[54] 桑托斯,J.E。;道格拉斯,J.J。;莫利,M.E。;Lovera,O.M.,全波形声波测井模型的有限元方法,IMA J.Numer。分析。,8, 415-433, (1988) ·Zbl 0664.76109号
[55] 道格拉斯·J·J。;桑托斯,J.E。;汉斯莱,J.L。;Morley,M.E.,声波测井中产生的波的模拟,Rend。波兰理工大学。都灵,223-243,(1991),(特刊)·Zbl 0838.76080号
[56] Sheen,D.,与两相非混溶流体饱和多孔介质相关的声波测井问题的有限元方法,Numer。方法偏微分方程,9155-174,(1993)·Zbl 0765.76054号
[57] Kang,Y.-J。;加德纳,B.K。;Bolton,J.S.,《轴对称多孔弹性有限元公式》,J.Acoust。《美国社会》,106,565-574,(1999)
[58] 奥斯特伯格,M。;Hörlin,N。;Göransson,P.,圆柱坐标系中biot方程的弱公式,周向谐波展开,国际。J.数字。方法工程,81,1439-1454,(2010)·Zbl 1183.74083号
[59] Rosenbaum,J.H.,《合成微地震图:多孔地层测井》,地球物理学,39,14-32,(1974)
[60] 施密特,D.P。;Bouchon,M。;Bonnet,G.,径向半无限饱和多孔介质中的全波合成声波测井,地球物理学,53807-823,(1988)
[61] Schmitt,D.P.,横向各向同性孔隙弹性地层中的声波多极测井,J.Acoust。《美国社会杂志》,86,2397-2421,(1989)
[62] 戴,N。;Vafidis,A。;Kanasewich,E.,波在非均匀多孔介质中的传播:速度应力,有限差分法,地球物理学,60,327-340,(1995)
[63] Plyushchenkov,B.D。;Turchaninov,V.I.,《利用改进的biot方程进行声波测井建模》,国际。现代物理学杂志。C、 11,365-396,(2000)
[64] 曾义清。;He,J。;刘琼,完全匹配层在多孔弹性介质波传播数值模拟中的应用,地球物理,661258-1266,(2001)
[65] 孙,W.-T。;Yang,H.-Z.,使用三维不规则网格有限差分法计算非均匀各向异性多孔介质的弹性波场,机械学报。索里达币。,16, 283-299, (2003)
[66] Masson,Y.J。;Pride,S.R.,《所有频率下biot多孔弹性方程的有限差分建模》,《地球物理学》,75,N33-N41,(2010)
[67] Carcione,J.M.,(真实介质中的波场:各向异性、非弹性、多孔和电磁介质中的波动传播,地球物理勘探手册,第一节,地震勘探,第38卷,(2007),爱思唯尔)
[68] Auld,B.A.,《固体中的声场和波》,第一卷,(1973),John Willey&Sons,Inc。
[69] Fung,Y.C.,《固体力学基础》,(1965),普伦蒂斯·霍尔公司。
[70] 朗道,L.D。;利夫希茨,E.M。;Kosevitch,A.M。;Pitaevskii˘,L.P.,(弹性理论,理论物理课程,第7卷,(1986),Elsevier/Butterworth-Heinemann)
[71] 汤姆森,L.,《弱弹性各向异性》,地球物理学,511954-1966,(1986)
[72] Biot,M.A.,《三维固结的一般理论》,J.Appl。物理。,12, 155-164, (1941)
[73] Biot,M.A.,多孔各向异性固体的弹性和固结理论,J.Appl。物理。,26, 182-185, (1955) ·Zbl 0067.23603号
[74] 约翰逊,D.L。;Koplik,J。;Dashen,R.,流体饱和多孔介质中的动态渗透率和曲折度理论,流体力学杂志。,176, 379-402, (1987) ·Zbl 0612.76101号
[75] Cheng,A.,各向异性多孔弹性材料系数,国际岩石力学杂志。Min.,34,199-205,(1997)
[76] Aki,K。;Richards,P.G.,《定量地震学:理论和方法》,(1980),W.H.Freeman San Francisco
[77] Ricker,N.H.,《小波收缩、小波扩展和地震分辨率控制》,地球物理学,18769-792,(1953)
[78] Kurkjian,A.L。;Chang,S.-K.,充液钻孔中的多极声源,地球物理学,51,148-163,(1986)
[79] 王海峰,线性孔隙弹性理论及其在地质力学和水文地质中的应用,(2000),普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿
[80] Bérenger,J.,电磁波吸收的完美匹配层,J.Compute。物理。,114, 2, 185-200, (1994) ·Zbl 0814.65129号
[81] Chew,W.C。;Weedon,W.H.,一种基于修正麦克斯韦方程和拉伸坐标的三维完美匹配介质,Microw。选择。技术。莱特。,7, 599-604, (1994)
[82] Chew,W.C。;Liu,Q.H.,《弹性动力学的完美匹配层:一种新的吸收边界条件》,J.Compute。灰尘。,4, 341-359, (1996)
[83] 科里诺,F。;Monk,P.,曲线坐标下的完美匹配层,SIAM J.Sci。计算。,19, 2061-2090, (1998) ·Zbl 0940.78011号
[84] Matuszyk,P.J。;Demkowicz,L.,参数有限元,精确序列和完全匹配层,计算。机械。,51, 1, 35-45, (2013) ·兹比尔1398.65308
[85] 唐晓明。;Cheng,A.,(定量钻孔声学方法,地球物理勘探手册,第一节,地震勘探,第24卷,(2004),Elsevier)
[86] 德克萨斯州高级计算中心(TACC)。德克萨斯大学奥斯汀分校,2014年。http://www.tacc.utexas.edu。
[87] J.Ma,P.J.Matuszyk,R.K.Mallan,C.Torres-Veldín,B.C.Voss,用于稳健提取速度色散数据的前向和后向扩展Prony和加权光谱相似性方法的联合处理,收录于:澳大利亚珀斯岩石物理学家和测井分析家协会(SPWLA)会议论文集。
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