- •Казахстанско-британский технический университет
- •1.1.Сплайн 1-го порядка (кусочно-линейная интерполяция).
- •1.2.Сплайн 2-го порядка s(X).
- •Из последней системы определяются
- •1.3. Расчетные формулы сплайна 2-го порядка.
- •1.4. Переменные и структурная схема расчета.
- •С началотруктурная схема расчета.
- •2.1. Постановка задачи.
- •2.3. Приближенные методы вычисления определенного интеграла
- •2.4. Алгоритм вычисления определенного интеграла.
- •Структурная схема расчета.
- •2.5. Постановка задачи (круговой контур).
- •4) Формулу Дюамеля для расчета давления на контуре нефтяного месторождения.
- •2.6. Решение задачи 2.
- •§3. Расчет показателей нефтяного месторождения в законтурной области пласта при упругом режиме.
- •3.1. Постановка задачи.
- •3.2. Математическая модель задачи.
- •3.3.Численные методы решения задачи (3.1) – (3.2).
- •2. Метод Рунге – Кутта второго порядка точности.
- •3. Метод Рунге – Кутта третьего порядка точности.
- •4. Метод Рунге – Кутта четвертого порядка точности.
- •§ 4. Задача теплообмена в трубопроводе нефтеперевозки . Дифференциальные уравнения второго порядка. Краевая задача
- •4.1. Постановка задачи.
- •4.2. Математическая модель.
- •4.3. Приближенный метод решения задачи (4.1) – (4.2)
- •4.4. Трехточечная разностная схема. Метод прогонки.
- •4.5. Переменные. Блок-схема.
- •Блок-схема
- •§5. Гиперболические уравнения. Уравнение акустики.Постановка прямой и обратной задачи для уравнения акустики.
- •Конечно-разностный метод решения прямой задачи
- •Случай точечного источника
- •Структура решения прямой задачи (1’)
- •Связь между различными уравнениями
- •Решение прямой задачи (7)-(9)
- •Алгоритм решения прямой задачи:
- •Метод обращения разностной схемы
- •Алгоритм метода обращения разностной схемы:
- •§6. Методы электроразведки. Введение
- •Вертикальное электрическое зондирование.Установка Шлюмберже.
- •На практике применяют следующие разновидности четырехточечных установок.
- •Для установки Шлюмберже и, следовательно, (1.1) и (1.2) записываются следующим образом:
- •Для трехточечной установки из (1.6) получаем
- •Постановка прямой задачи электроразведки для горизонтально-слоистой модели земли.
- •4. Численное решение прямой задачи с помощью линейных фильтров.
- •4. Постановка обратной задачи электроразведки для горизонтально-слоистой модели земли. Численное решение обратной задачи градиентным методом.
- •§ 7. Смешанная краевая задача для уравнения параболического типа. Нестационарный теплообмен при перевозке нефти трубопроводом.
- •7.1. Постановка задачи
- •7.2. Математическая модель.
- •Систему линейных алгебраических уравнений перепишем в виде
- •7.4. Расчетная схема.
- •7.5. Переменные и блок – схема.
- •Блок-схема
- •7.6. Задания для лабораторной работы.
- •§8. Обратная задача для уравнения теплопроводности.
- •Численная реализация
- •Связь между уравнениями
- •Литература
- •Дополнительная литература
4. Постановка обратной задачи электроразведки для горизонтально-слоистой модели земли. Численное решение обратной задачи градиентным методом.
В настоящее время численные методы интерпретации электроразведочных данных с использованием компьютера повсеместно вытесняют палеточные (ручные) способы. В основе большинства автоматизированных методов интерпретации лежит та же идея подбора, которая является основой палеточного способа. При этом, компьютер не хранит в своей памяти различные кривые зондирования, т. е. не располагает альбомом палеток, как это было при ручной интерпретации, а непосредственно рассчитывает все необходимые по ходу подбора теоретические кривые по специально заложенным в компьютер программам.
Создание автоматизированных систем интерпретации электроразведочных данных связано с принципиальными трудностями. Одна из них – некорректность обратной задачи ВЭЗ, характеризующейся неустойчивостью решения относительно малых изменений исходных данных. Однако благодаря исследованиям ученых А. Н. Тихонова, М. М. Лаврентьева, В. К. Иванова, В. Н. Страхова и других был разработан принципиально новый подход к решению некорректных задач. Он позволил на основе использования различной дополнительной информации получать приближенные решения, устойчивые к малым изменениям исходных данных, что открыло новые перспективы в создании автоматизированных систем интерпретации.
Обозначим
через
теоретическую кривую кажущегося
сопротивления, отвечающуюN-слойному
разрезу с толщиной
и удельными электрическими сопротивлениями
.
Обозначим через
соответствующую полевую кривую, которую
необходимо проинтерпретировать, т. е.
определить параметры разреза, над
которым она получена. Пусть далее![]()
обозначает
величину
вj-й
отсчетной точке на полевой кривой, а
-
соответствующее значение теоретической
кривой вj-й
отсчетной точке. Тогда задача подбора
искомых параметров разреза может быть
сведена к минимизации функции Е, равной
сумме квадратов разностей
и
:
,
(4.1)
где
M
– общее число отсчетных точек,
вектор,
составленный из параметров геоэлектрического
разреза. При этом требуется, чтобы
выполнялось условие
.
Выводы на лекции 21 были рассмотрены;
Постановка обратной задачи для горизонтально-слоистой модели земли.
Понятие корректности задачи.
Регуляризация задачи по А.Н.Тихонову
Лекция 22.
План лекции:
Понятие о функционале.
Минимизация функционала.
Метод наискорейшего спуска.
Задача
подбора решается на основе итерационной
процедуры, состоящей в последовательной
коррекции вектора параметров
и образовании последовательности
,
,
наборов этих параметров, минимизирующей
Е. При этом корректировка параметров
осуществляется с помощью градиентных
методов, при которых теоретические
кривые зондирования, полученные на
каждом последующем итерационном шаге,
лежат ближе (в смысле уменьшения
функционала Е) к полевой кривой, чем
кривые, найденные на предыдущем шаге.
Итерационная процедура завершается
тогда, когда функционал Е становится
соизмеримым с величиной
,
характеризующей среднеквадратическую
точность определения
.
Если обратная задача решается в классе одномерных геоэлектрических моделей с небольшим числом N слоев, причем каждый из слоев предполагается достаточно «толстым» настолько, чтобы избежать действия принципа эквивалентности, ее решение в соответствии с теорией регуляризации Тихонова получается устойчивым. Иными словами, минимизация функционала невязки в классе моделей с небольшим числом достаточно толстых слоев – это простейшая форма регуляризации.
Рассмотрим
градиентный
метод для
решения обратной задачи в случае
горизонтально-слоистой среды. Основная
идея метода – изменить значения
параметров разреза в направлении,
противоположном градиенту функционала
невязки Е, т. е. частным производным Е
по параметрам
:
(4.2),
где
- изменение параметра
,
параметр,
зависящий от конкретной реализации
метода. После
внесения корректив в параметры надо
вычислить новые значения функционала
Е и его частных производных и повторить
процедуру. Итерационный процесс
корректировки параметров продолжается
до тех пор, пока Е не достигнет заданного
уровня точности
.
В применении градиентного метода к интерпретации результатов зондирования существуют следующие аспекты, допускающие различные модификации:
определение функционала невязки (критерия погрешности);
определение параметров;
определение параметра
в уравнении (4.2);использование имеющейся геологической информации.
Например,
в методе наискорейшего
спуска
параметр
выбирается из условия :
(4.3)
Однако
точное определение величины
из (4.3) затруднительно. Поэтому на
практике ограничиваются нахождением
величины
,
приближенно удовлетворяющим условиям
(4.3). Следует заметить, что антиградиент![]()
указывает
направление быстрейшего спуска лишь в
достаточно малой окрестности точки
.
Это означает, что в следующей точке
направление антиградиента может сильно
отличатся от направления
.
Поэтому, слишком точное определение
величины
из (4.3) не всегда целесообразно.
Выводы:
На лекции 22 мы изучили:
Понятие о функционале.
Минимизацию функционала.
Метод наискорейшего спуска.
Лекция 23.
План лекции:
Решение обратной задачи электроразведки градиентным методом.
Функционал невязки.
Для разработки прикладной программы на языке Турбо-Паскаль 7.0 и решения обратной задачи, будем использовать следующую версию градиентного метода. Функционал невязки вычисляется как среднее квадратов относительных разностей между дискретными значениями кажущегося сопротивления, полученными по полевым данным и для теоретической модели. Таким образом
(4.4)
(4.5)
В
качестве градиента невязки Е берется
вектор с компонентами
.
Выводы:
На лекции 23 мы рассмотрели:
Решение обратной задачи электроразведки градиентным методом.
Функционал невязки
Лекция 24.
План лекции:
Алгоритм и блок-схема решения обратной задачи электроразведки градиентным методом.
Переменные и константы для составления программы на языке Турбо-Паскаль.
Частные
производные функционала Е находятся
путем дифференцирования кажущихся
сопротивлений по параметрам модели.
Для этого надо дифференцировать
трансформанту сопротивления
по параметрам модели. Из рекуррентных
соотношений Пекериса
(4.6)
видно,
что параметры
и
не
влияют на
,
еслиi>k.
Если же i=k,
то имеем
(4.7)
(4.8)
Если
i<k,
то
и
влияют на
только через
.
Следовательно, для этих значенийi
имеем
(4.9)
Первые множители в правой части (4.9) могут быть получены путем дифференцирования уравнения (4.6)
(4.10)
Теперь частные производные кажущихся сопротивлений могут быть получены из частных производных трансформант сопротивления с помощью линейных фильтров Гоша, которые используются для преобразования трансформанты сопротивления в кажущееся сопротивление. В программе это делается с помощью укороченного фильтра, содержащего четыре наибольших коэффициента фильтра Гоша.
(4.11)
Длина
шага
определяется следующим образом:
в начале итерационной процедуры длина шага находится из уравнения
(4.12)
где
-
оценка минимального значения невязки
Е;
для надежности длина шага ограничивается максимальным значением 0,5;
итерация, которая дает увеличение средней квадратической погрешности в кажущемся сопротивлении, аннулируется, и длина шага уменьшается в 3 раза. Этот шаг используется в последующих итерациях, пока средняя квадратическая погрешность снова не начинает расти.
Программа останавливается, если достигается одно из условий:
средняя квадратическая погрешность становится меньше заданной величины
;продолжение программы ведет к длине шага меньше заданной величины (например 0,002);
число итераций превышает заданного числа (например 100).
В программе предусмотрена возможность закрепления значений параметров отдельных слоев разреза.
,
Выводы;
На лекции 24 были рассмотрены;
Схема решения обратной задачи электроразведки градиентным методом.
Переменные и константы для составления программы на языке Турбо-Паскаль.
Лекция 25.
План лекции:
Смешанная краевая задача для уравнения параболического типа.
Постановка задачи.
Математическая модель задачи.
