-finite element hp self-adaptive goal-oriented simulations of … · 2011. 2. 10. · c....

56
Joint Industry Research Consortium on Formation Evaluation Self-Adaptive Goal-Oriented hp-Finite Element Simulations of Induction and Laterolog Measurements in the Presence of Steel Casing” David Pardo ([email protected]), C. Torres-Verdin, L. Demkowicz, L. Tabarovsky Collaborators: Science Department of Baker-Hughes, J. Kurtz, M. Paszynski, D. Xue (Cynthia) August 17, 2005 Department of Petroleum and Geosystems Engineering, and Institute for Computational Engineering and Sciences (ICES) The University of Texas at Austin

Upload: others

Post on 29-Jan-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • Joint Industry Research Consortium on Formation Evaluation

    Self-Adaptive Goal-Oriented hp-Finite ElementSimulations of Induction and Laterolog Measurements

    in the Presence of Steel Casing”

    David Pardo ([email protected]),C. Torres-Verdin, L. Demkowicz, L. Tabarovsky

    Collaborators: Science Department of Baker-Hughes,

    J. Kurtz, M. Paszynski, D. Xue (Cynthia)

    August 17, 2005

    Department of Petroleum and Geosystems Engineering, andInstitute for Computational Engineering and Sciences (ICES)

    The University of Texas at Austin

  • OVERVIEW

    1. Motivation

    2. Numerical Methodology• hp-Finite Elements (Exponential convergence)

    • Automatic Goal-Oriented Refinements (in the quantity of interest)

    3. Current Stage of the 2D High Performance FE Software• Flexibility

    • Reliability

    • Accuracy

    • Performance

    4. Simulations in Presence of Metal Casing of:• Induction Instruments

    • Laterolog Measurements

    5. Conclusions and Future Work

    The University of Texas at Austin

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    10

    0 c

    m5

    0 c

    m

    100 Ohm m

    10000 Ohm m

    1 Ohm m

    100 Ohm m

    15

    cm

    10

    0 c

    m

    0.0

    00

    00

    1 O

    hm

    m0

    .1 O

    hm

    mDescription of Antennas

    10

    cm

    10000 Ohm m

    Borehole0.1 Ohm m

    10000 Rel. Perme.

    0.0

    00

    00

    1 O

    hm

    mM

    an

    dre

    l

    Radius=10.8 cm

    Radius 7.6 cm

    Magnetic Buffer

    Goal: To Study the Effectof Invasion, Anistotropy, andMagnetic Permeability.

    The University of Texas at Austin2

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    First Vert. Diff. Hφ for different antennas

    10−5

    100

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Magnetic Field (A/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )No Invasion

    Vert. Dipoles (Ring)Toroid

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Vert. Dipoles (Ring)Toroid

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    In LWD instruments, we obtain similar results using toroids or a ring of vert. dipoles

    The University of Texas at Austin3

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    First Vert. Diff. Ez for a toroid antenna

    10−4

    10−2

    100

    102

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Ez (V/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    No Invasion

    Toroid

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Toroid

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    Toroids are adequate for identifying highly resistive layers

    The University of Texas at Austin4

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    First Vert. Diff. Eφ for a solenoid antenna

    0.04 0.08 0.12 0.16 0.2−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    First Vert. Diff. Amplitude of Electric Field (V/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )No Invasion

    Solenoid

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Solenoid

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    Solenoids are adequate for identifying low resistive layers

    The University of Texas at Austin5

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Use of Magnetic Buffers ( Eφ for a solenoid)

    10−4

    10−2

    100

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    First Vert. Diff. Amplitude of Electric Field (V/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )No Invasion

    With Magnetic BuffersWithout Magnetic Buffers

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Solenoid

    With Magnetic BuffersWithout Magnetic Buffers

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    Use of magnetic buffers strengthen the signal in combination with solenoids

    The University of Texas at Austin6

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Use of Magnetic Buffers ( Hφ for a toroid)

    10−5

    100

    105

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    First Vert. Diff. Amplitude of Magnetic Field (A/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )No Invasion

    With Magnetic BuffersWithout Magnetic Buffers

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Toroid

    With Magnetic BuffersWithout Magnetic Buffers

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    However, magnetic buffers weaken the signal in combination with toroids

    The University of Texas at Austin7

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Invasion study ( Eφ for a solenoid)

    10−1

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Electric Field (V/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )Invasion Study

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Solenoid

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm − m 100 Ohm − m

    Large invasion effects can be sensed using solenoids

    The University of Texas at Austin8

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Invasion study ( Hφ for a toroid)

    10−5

    100

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Magnetic Field (A/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )Invasion Study

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Toroid

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm − m 100 Ohm − m

    Small invasion effects can be sensed using toroids

    The University of Texas at Austin9

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Invasion study ( Eφ for a solenoid)

    0.04 0.08 0.12 0.16 0.2−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Electric Field (V/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )Invasion Study

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Solenoid

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm − m 100 Ohm − m

    Invasion in resistive layers cannot be sensed using solenoids

    The University of Texas at Austin10

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Invasion study ( Hφ for a toroid)

    10−5

    100

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Magnetic Field (A/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )Invasion Study

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Toroid

    No Invasion0.15m Invasion0.4m Invasion0.9m Invasion

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm − m 100 Ohm − m

    Invasion in resistive layers should be studied using toroids

    The University of Texas at Austin11

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Invasion and mandrel magnetic permeab. ( Eφ)

    0.04 0.08 0.12 0.16 0.2−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Electric Field (V/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )Invasion Study

    No Invasion0.4/0.9 m Invasion0.4/0.9m Invasion, Perm. Mandrel=100

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Solenoid

    No Invasion0.4/0.9 m Invasion0.4/0.9m Invasion, Perm. Mandrel=100

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    10000 Ohm−m

    1 Ohm−m

    100 Ohm−m

    2 Ohm−m (0.4m) 2 Ohm−m (0.4m)

    5 Ohm−m (0.9m) 5 Ohm−m (0.9m)

    The effect of magnetic permeability on the mandrel is similar to the effect of magnetic buffers

    The University of Texas at Austin12

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    Anisotropy ( Hφ)

    10−5

    100

    −1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Amplitude First Vert. Diff. Magnetic Field (A/m2)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )Anisotropy Study

    No Anisotropy1x5 Ω ⋅ m1x5 Ω ⋅ m ; 1000x10000 Ω ⋅ m

    −200 −100 0 100 200−1.5

    −1

    −0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    Phase (degrees)

    Ver

    tical

    Pos

    ition

    of R

    ecei

    ving

    Ant

    enna

    (m

    )

    Toroid

    No Anisotropy1x5 Ω ⋅ m1x5 Ω ⋅ m ; 1000x10000 Ω ⋅ m

    100 Ohm−m

    1000x10000 Ohm−m

    1x5 Ohm−m

    100 Ohm−m

    100 Ohm−m

    1000x10000 Ohm−m

    1x5 Ohm−m

    100 Ohm−m

    Anisotropy effects may be important when studying resistive layers

    The University of Texas at Austin13

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m0.8 Ohm−m

    ��������

    ��������������������������

    ��������������������������

    ��������������������������������������

    ��������������������������������

    �����

    �����

    ��������������������������������������������������������

    ��������������������������������������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    ����������������������������

    5.5"6"

    8"

    30

    00

    fe

    et

    30

    00

    fe

    et

    1500 feet

    Ca

    sin

    g:

    0.0

    00

    01

    Oh

    m−

    m4

    fe

    et

    1 f

    oo

    t

    Ce

    me

    nt:

    2 O

    hm

    −m

    Bo

    reh

    ole

    :1

    Oh

    m−

    m

    5 Ohm−m

    5 Ohm−m

    10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m

    1 Ohm−m

    20

    fe

    et

    1.8 feet

    0.2 feet

    Axisymmetric 3D problem.

    Seven different materials.

    Through casing resistivityinstrument.

    Large variations on resistivity.

    Objective: Study the effectof invasion THROUGH CASINGon laminated sands.

    The University of Texas at Austin14

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    10−7

    10−6

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    NO WATER INVASION

    1 Hz100 Hz10000 Hz

    Variations due to frequency are small (below 5%)

    The University of Texas at Austin15

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    10−7

    10−6

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    1 Hz

    NO WATER INVASION6" WATER INVASION12" WATER INVASION24" WATER INVASION36" WATER INVASION

    Variations due to water ivasion are large

    The University of Texas at Austin16

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    10−7

    10−6

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    100 Hz

    NO WATER INVASION6" WATER INVASION12" WATER INVASION24" WATER INVASION36" WATER INVASION

    Variations due to water ivasion are large

    The University of Texas at Austin17

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    10−7

    10−6

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    10000 Hz

    NO WATER INVASION6" WATER INVASION12" WATER INVASION24" WATER INVASION36" WATER INVASION

    Variations due to water ivasion are large

    The University of Texas at Austin18

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    MOTIVATION

    10−7.25

    10−7.24

    10−7.23

    10−7.22

    10−7.21

    10−7.2

    10−7.19

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    NO WATER INVASION

    10−6 Ohm−m, 1 Hz

    10−6 Ohm−m, 10000 Hz

    Casing resistivity can be analyzed from different frequency measureme nts

    The University of Texas at Austin19

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    RESISTIVITY LOGGING PROBLEMS

    Type of Problems We Can Solve with 2Dhp90 (v.7.2)

    Physical Magnetic Insulators DisplacementDevices Buffers Currents

    Casing Casing CombinationImperfections of all

    Materials Isotropic Anisotropic*Sources Toroidal Solenoidal Dipoles in

    Antennas Antennas Any DirectionElectrodes Finite Combination

    Size Antennas of AllLogging LWD/MWD Laterolog NormalInstruments

    Induction Dielectric Cross-wellInstruments

    Frequency 0-10 Ghz.Invasion Water Oil etc.

    ALL AXISYMMETRIC RESISTIVITY LOGGING PROBLEMS

    The University of Texas at Austin20

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    THE hp-FINITE ELEMENT METHOD

    The h-Finite Element Method1. Convergence limited by the polynomial degree, and large material

    contrasts.

    2. Optimal h-grids do NOT converge exponentially in real applications.

    3. They may “lock” (100 % error).

    The p-Finite Element Method1. Exponential convergence feasible for analytical (“nice”) solutions.

    2. Optimal p-grids do NOT converge exponentially in real applications.

    3. If initial h-grid is not adequate, the p-method will fail miserably.

    The hp-Finite Element Method1. Exponential convergence feasible for ALL solutions.

    2. Optimal hp-grids DO converge exponentially in real applications.

    3. If initial hp-grid is not adequate, results will still be great.

    The University of Texas at Austin21

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    GOAL-ORIENTED ADAPTIVITY

    Mathematical Formulation (Goal-Oriented Adaptivity)

    DIRECT PROBLEM DUAL PROBLEM

    L(Ψ)=b(Ψ,G)

    The University of Texas at Austin22

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    GOAL-ORIENTED ADAPTIVITY

    Movie Presentation (Sensitivity Functions)

    We want to study resolution and depth of investigation of a logginginstrument.

    We have: |L(Ψ)| = |∫

    S dV | ≤

    |S| dV .

    In the next movies, we display: log10 |S|.

    Scales:

    • Red → |S| = |L(Ψ)| ∗ 104.

    • Blue → |S| = |L(Ψ)| ∗ 10−2.

    Direct Current

    The University of Texas at Austin23

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SELF-ADAPTIVE GOAL-ORIENTED hp-FEM

    Algorithm for Goal-Oriented Adaptivity

    Solve DIRECT andDUAL problems onGrid hp.

    −→Solve DIRECT andDUAL problems onGrid h/2, p + 1.

    Compute e = Ψh/2,p+1 − Ψhp, and ẽ = Ψh/2,p+1 − ΠhpΨh/2,p+1.Compute ǫ = Gh/2,p+1 − Ghp, and ǫ̃ = Gh/2,p+1 − ΠhpGh/2,p+1.

    |L(e)| = |b(e, ǫ)| ∼ |b(ẽ, ǫ̃)| ≤∑

    K |bK(ẽ, ǫ̃)| ≤∑

    K ‖ ẽ ‖E,K‖ ǫ̃ ‖E,K.

    Apply the fully automatic hp-adaptive algorithm.

    Solve DIRECT andDUAL problems onGrid hp.

    −→Solve DIRECT andDUAL problems onGrid h/2, p + 1.

    The University of Texas at Austin24

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SELF-ADAPTIVE GOAL-ORIENTED hp-FEM

    First. Vert. Diff. Eφ (solenoid). Position: 0.475m

    0 1000 8000 27000 6400010

    −5

    10−4

    10−3

    10−2

    10−1

    100

    101

    102

    103

    Number of Unknowns N (scale N1/3)

    Re

    lativ

    e E

    rro

    r in

    %

    Goal−Oriented hp−Adaptivity

    Upper bound for |L(e)|/|L(u)||L(e)|/|L(u)|

    0 1000 8000 27000 6400010

    −5

    10−4

    10−3

    10−2

    10−1

    100

    101

    102

    103

    Number of Unknowns N (scale N1/3)

    Re

    lativ

    e E

    rro

    r in

    %

    Energy−norm hp−Adaptivity

    Energy−norm error|L(e)|/|L(u)|

    The University of Texas at Austin25

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SELF-ADAPTIVE GOAL-ORIENTED hp-FEM

    Goal-Oriented vs. Energy-norm hp-Adaptivity

    Problem with Mandrel at 2 Mhz.

    Continuous Elements (Goal-Oriented Adaptivity)

    Quantity of Interest Real Part Imag PartCOARSE GRID -0.1629862203E-01 -0.4016944732E-02

    FINE GRID -0.1629862347E-01 -0.4016944223E-02

    Continuous Elements (Energy-norm Adaptivity)

    Quantity of Interest Real Part Imag Part0.01% ENERGY ERROR -0.1382759158E-01 -0.2989492851E-02

    It is critical to use GOAL-ORIENTED adaptivity.

    The University of Texas at Austin26

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SELF-ADAPTIVE GOAL-ORIENTED hp-FEM

    First. Vert. Diff. Eφ (solenoid). Position: 0.475mGOAL-ORIENTED HP-ADAPTIVITY

    p=1

    p=2

    p=3

    p=4

    p=5

    p=6

    p=7

    p=8

    -0.7222222 2.870370 -1.137037

    1.085185 2Dhp90: A Fully automatic hp-adaptive Finite Element code

    The University of Texas at Austin27

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SELF-ADAPTIVE GOAL-ORIENTED hp-FEM

    First. Vert. Diff. Eφ (solenoid). Position: 0.475mGOAL-ORIENTED HP-ADAPTIVITY (ZOOM TOWARDS FIRST RECEIVER

    ANTENNA)

    p=1

    p=2

    p=3

    p=4

    p=5

    p=6

    p=7

    p=8

    1.7160494E-02 0.1369136 0.3603704

    0.4344445 2Dhp90: A Fully automatic hp-adaptive Finite Element code

    The University of Texas at Austin28

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Model Problem with Steel Casing

    100 Ohm m

    100 Ohm m

    0.1

    Ohm

    m

    10000 Ohm m

    0.0

    00

    00

    1 O

    hm

    m

    1 Ohm m

    z

    0.15 m0.20 m

    0.65 m

    0.5 m

    0.5 m

    0.1m

    Frequency: 10 Hz - 10 kHz.

    Casing resistivity: 10−6 Ohm · m.

    Casing width: 0.01127 m

    Discretization error < 0.1 %

    Toroidal antennas

    Size (domain): 500m x 4000m

    The University of Texas at Austin29

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Flexibility (What Problems Can We Solve?)

    Time-Harmonic Maxwell’s Equations

    ∇ × H = (¯̄σ + jω¯̄ǫ)E + Jimp Ampere’s law

    ∇ × E = −jω ¯̄µH − Mimp Faraday’s law

    ∇ · (¯̄ǫE) = ρ Gauss’ law of Electricity

    ∇ · (¯̄µH) = 0 Gauss’ law of Magnetism

    E-VARIATIONAL FORMULATION:

    Find E ∈ ED + HD(curl; Ω) such that:∫

    (¯̄µ−1∇ × E) · (∇ × F̄) dV −

    (¯̄k2E) · F̄ dV = −jω

    Jimp · F̄ dV

    +jω

    ΓN

    JimpΓN · F̄t dS −

    (¯̄µ−1Mimp) · (∇ × F̄) dV ∀ F ∈ HD(curl; Ω)

    The University of Texas at Austin30

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Flexibility (What Problems Can We Solve?)AXISYMMETRIC PROBLEMS

    Eφ -Variational Formulation (Azimuthal)

    Find Eφ ∈ Eφ,D + H̃1D(Ω) such that:∫

    (¯̄µ−1ρ,z∇ × Eφ) · (∇ × F̄φ) dV −

    (¯̄k2φEφ) · F̄φ dV = −jω

    J impφ F̄φ dV

    +jω

    ΓN

    J impφ,ΓN F̄φ dS −

    (¯̄µ−1ρ,zMimpρ,z ) · F̄φ dV ∀ Fφ ∈ H̃

    1D(Ω)

    Eρ,z -Variational Formulation (Meridian)

    Find (Eρ, Ez) ∈ ED + H̃D(curl; Ω) such that:∫

    (¯̄µ−1φ ∇ × Eρ,z) · (∇ × F̄ρ,z) dV −

    (¯̄k2ρ,zEρ,z) · F̄ρ,z dV =

    −jω

    J impρ F̄ρ + Jimpz F̄z dV + jω

    ΓN

    J impρ,ΓN F̄ρ + Jimpz,ΓN

    F̄z dS

    (¯̄µ−1φ Mimpφ ) · F̄ρ,z dV ∀ (Fρ, Fz) ∈ H̃D(curl; Ω)

    The University of Texas at Austin31

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Flexibility (What Problems Can We Solve?)

    • Physical Devices: Casing, Casing Imperfections, Mandrel,Magnetic Buffers, Insulators, Displacement Currents,Combination of All, etc.

    • Materials: Isotropic, Anisotropic*.

    • Sources: Toroidal Antennas, Solenoidal Antennas, Dipolesin Any Direction, Electrodes, Finite Size Antennas,Combination of All, etc.

    • Logging Instruments: Logging While Drilling (LWD),Laterolog, Normal, Induction, Dielectric Instruments,Cross-well, etc.

    • Any Frequency (0-10 Ghz).

    ALL AXISYMMETRIC RESISTIVITY LOGGING PROBLEMS

    The University of Texas at Austin32

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Reliability (Can We Trust the Solutions?)

    • Comparison Against Analytical Results.

    1. Exact solution in a homogeneous media.

    2. Exact solution in a homogeneous media with a mandrel.

    3. Exact solution in a homogeneous media with casing.

    • Verification of Physical Properties.

    1. Reciprocity principle (Gregory Itskovich).

    2. Discrete divergence free approximation for edge elements.

    • Numerical Verifications.

    1. Different size of domain and antennas.

    2. Comparison against other numerical software (Yang Wei).

    3. Error control provided by the fine grid solution.

    4. Comparison between continuous elements vs. edge elements.

    HIGHLY RELIABLE SOFTWARE

    The University of Texas at Austin33

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Reliability (Can We Trust the Solutions?)

    Problem with casing at 10 kHz.

    Continuous ElementsQuantity of Interest Real Part Imag Part

    COARSE GRID 0.1516098429E-08 -0.1456374493E-08FINE GRID 0.1516094029E-08 -0.1456390824E-08

    Edge Elements

    Quantity of Interest Real Part Imag PartCOARSE GRID 0.1516060872E-08 -0.1456337248E-08

    FINE GRID 0.1516093804E-08 -0.1456390864E-08

    Error control provided by the fine grid solution.

    The University of Texas at Austin34

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Reliability (Can We Trust the Solutions?)

    Problem with casing at 10 kHz.

    Continuous ElementsQuantity of Interest Real Part Imag Part

    COARSE GRID 0.1516098429E-08 -0.1456374493E-08FINE GRID 0.1516094029E-08 -0.1456390824E-08

    Edge Elements

    Quantity of Interest Real Part Imag PartCOARSE GRID 0.1516060872E-08 -0.1456337248E-08

    FINE GRID 0.1516093804E-08 -0.1456390864E-08

    Comparison between continuous elements vs. edge elements.

    The University of Texas at Austin35

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Reliability (Can We Trust the Solutions?)

    • Comparison Against Analytical Results.

    1. Exact solution in a homogeneous media.

    2. Exact solution in a homogeneous media with a mandrel.

    3. Exact solution in a homogeneous media with casing.

    • Verification of Physical Properties.

    1. Reciprocity principle (Gregory Itskovich).

    2. Discrete divergence free approximation for edge elements.

    • Numerical Verifications.

    1. Different size of domain and antennas.

    2. Comparison against other numerical software (Yang Wei).

    3. Error control provided by the fine grid.

    4. Comparison between continuous elements vs. edge elements.

    HIGHLY RELIABLE SOFTWARE

    The University of Texas at Austin36

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CURRENT STAGE OF THE 2D hp-FE SOFTWARE

    Performance (How Fast Can We Solve the Problems?)

    80 Vert. Pos. 10−6Ω · m 10−5Ω · m

    Toroid (10 Khz) 19’ 46” 16’ 28”

    Ring of Vert. Dipoles (10 Khz) 22’ 47” 17’ 02”

    Ring of Horiz. Dipoles (10 Khz) 19’ 25” 13’ 25”

    Electrodes (0 Hz) 10’ 10” 8’ 35”

    IBM Power 4 compiler 1.3 Ghz (4 years old)

    Possible improvements in performance:

    • To use a 3.4 Ghz processor.

    • To execute the code in 8 processors (10 positions per processor).

    • To improve implementation.

    HIGH PERFORMANCE SOFTWARE

    The University of Texas at Austin37

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    List of Four Model Problems Solved with 2Dhp90 (v.7.2)

    • Problem I: Through Casing Resistivity Tool ( TCRT). Study ofwater invasion in an oil-based formation.

    • Problem II: Study of oil invasion on an anisotropic formationwith laminated sands.

    • Problem III: Detection of oil-water contact below the positionof an induction logging instrument.

    • Problem IV: Through Casing Resistivity Tool ( TCRT). Studyof anisotropy and water invasion effects on a modelformation typical from the Gulf of Mexico.

    The University of Texas at Austin38

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    ��������

    ��������������������������

    ��������������������������

    ��������������������������������������

    ��������������������������������

    �����

    �����

    ���������������������������������������������������������������������������������������������������������

    ���������������������������������������������������������������������������������������������������������

    ��������������������������������������������������������

    1 Ohm−m

    1 Ohm−m

    5.5"6"

    8"

    20 fe

    et30

    00 fe

    et30

    00 fe

    et

    1500 feet

    Cas

    ing:

    0.0

    0001

    Ohm

    −m

    4 fe

    et1

    foot

    INV

    AS

    ION

    ZO

    NE

    Cem

    ent:

    2 O

    hm−

    m

    Bor

    ehol

    e:1

    Ohm

    −m

    Target Zone200 Ohm−m

    0.8

    Ohm

    −m

    Axisymmetric 3D problem.

    Seven different materials.

    Through casing resistivityinstrument.

    Objective: Study the effectof water invasion THROUGHCASING.

    The University of Texas at Austin39

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−8

    10−7

    10−6

    10−5

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Posit

    ion

    of th

    e re

    ceive

    r ant

    enna

    in th

    e z−

    axis

    (in m

    )

    NO WATER INVASION

    1 Hz100 Hz10000 Hz

    Variations due to frequency are small (below 5%)

    The University of Texas at Austin40

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−8

    10−7

    10−6

    10−5

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    1 Hz

    NO WATER INVASION6" WATER INVASION12" WATER INVASION24" WATER INVASION36" WATER INVASION

    Water invasion through casing can be accurately assessed

    The University of Texas at Austin41

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−8

    10−7

    10−6

    10−5

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    100 Hz

    NO WATER INVASION6" WATER INVASION12" WATER INVASION24" WATER INVASION36" WATER INVASION

    Water invasion through casing can be accurately assessed

    The University of Texas at Austin42

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−8

    10−7

    10−6

    10−5

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    10000 Hz

    NO WATER INVASION6" WATER INVASION12" WATER INVASION24" WATER INVASION36" WATER INVASION

    Water invasion through casing can be accurately assessed

    The University of Texas at Austin43

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    102

    103

    104

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Pos

    ition

    of t

    he re

    ceiv

    er a

    nten

    na in

    the

    z−ax

    is (i

    n m

    )

    NO WATER INVASION, TOOL DESIGN 1

    1 Hz100 Hz10000 Hz

    Mandrel Through Casing provides meaningless results

    The University of Texas at Austin44

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    ��������

    ��������������������������

    ��������������������������

    ��������������������������������������

    ��������������������������������

    �����

    �����

    ������������������������������������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    ������������������������������

    5.5"

    Bo

    reh

    ole

    :

    10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m10 Ohm−m

    1 Ohm−m

    20

    fe

    et

    1.8 feet

    0.2 feet

    10 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m3 Ohm−m

    5.7"

    6"

    7 O

    hm

    −m

    70

    0 fe

    et

    70

    0 fe

    et

    700 feet

    48

    "

    1 Ohm−m (horizontal)5 Ohm−m (vertical)

    1 Ohm−m (horizontal)5 Ohm−m (vertical)

    Mu

    d c

    ake

    : 1

    5 O

    hm

    −m

    Axisymmetric 3D problem.

    Seven different materials.

    Laminated sands.

    Objective: Study the effects ofinvasion and anisotropy.

    The University of Texas at Austin45

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−1

    100

    101

    102

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    NO WATER INVASION1 Hz1 Hz (ANISOTROPY)2 MHz2 MHz (ANISOTROPY)

    −100 0 100−5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Phase (degrees)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    NO WATER INVASION

    1 Hz1 Hz (ANISOTROPY)2 MHz2 MHz (ANISOTROPY)

    Anisotropy effects are significant. Frequency variations are below 10%

    The University of Texas at Austin46

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−1

    100

    101

    102

    −5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    2 MHz

    NO WATER INVASION1" WATER INVASION7" WATER INVASION19" WATER INVASION31" WATER INVASION

    −100 0 100−5

    −4

    −3

    −2

    −1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    Phase (degrees)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    2 MHz

    NO WATER INVASION1" WATER INVASION7" WATER INVASION19" WATER INVASION31" WATER INVASION

    Accurate software is needed for water invasion assessment

    The University of Texas at Austin47

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    z=1m

    z=−1m

    z=0m

    1 Ohm−m (horizontal)5 Ohm−m (vertical)

    D=2,5,10,15z=−D m

    0.0

    00

    00

    1 O

    hm

    −m

    20 Ohm−m (horizontal)100 Ohm−m (vertical)

    3.375"3.75"

    TX

    RX

    Axisymmetric 3D problem.

    Seven different materials.

    Through casing resistivityinstrument.

    Objective: Study the effect ofinvasion.

    The University of Texas at Austin48

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−4

    10−2

    100

    102

    104

    106

    10−7

    10−6

    10−5

    10−4

    10−3

    10−2

    10−1

    Frequency (kHz)

    Am

    plitu

    de

    of

    Eφ (

    V/m

    )

    NO ANISOTROPY

    2m5m10m15m

    The University of Texas at Austin49

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    �����������������������������

    �����������������������������

    �����������������������������������������������������������

    �����������������������������������������������������

    �����

    �����

    ��������������������������������������������������������

    �������������������������������������������������

    �������������������������������������������������

    ��������������������������������������������������������

    ��������������������������������������������������������

    ���������������������������������������������������������������

    ���������������������������������������������������������������

    1500 feet

    Ca

    sin

    g: 0

    .00

    00

    1 O

    hm

    −m

    4 fe

    et

    1 fo

    ot

    Ce

    me

    nt: 2

    Oh

    m−

    m

    Bo

    reh

    ole

    :3

    Oh

    m−

    m

    30

    00

    fe

    et

    Shale: 1 Ohm−m (horizontal)10 Ohm−m (vertical)

    30

    00

    fe

    et

    1 O

    hm

    −m

    Oil: 60 Ohm−m

    Shale: 1 Ohm−m (horizontal)10 Ohm−m (vertical)

    2 O

    hm

    −m

    Oil−Water: 10 Ohm−m

    10 Ohm−m (vertical)Shale: 1 Ohm−m (horizontal)

    0.5

    Oh

    m−

    m

    Shale: 1 Ohm−m (horizontal)10 Ohm−m (vertical)

    20

    fe

    et

    25

    fe

    et

    30

    fe

    et

    15 feet

    12 feet

    6"

    Water: 0.3 Ohm−m

    4.5"5"

    7"

    z=0

    Axisymmetric 3D problem.

    Seven different materials withhigh contrast on resistivity.

    Through casing resistivityinstrument.

    Objective: Study the effectof invasion and anisotropyTHROUGH CASING.

    The University of Texas at Austin50

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−9

    10−8

    10−7

    10−6

    10−5

    −5

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    NO INVASION. ANISOTROPY STUDY

    1 Hz10000 Hz1 Hz (ANISOTROPY)10000 Hz (ANISOTROPY)

    Study of anisotropy and frequency effects require from high accuracy simulati ons

    The University of Texas at Austin51

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    SIMULATION OF LOGGING INSTRUMENTS

    10−9

    10−8

    10−7

    10−6

    10−5

    −5

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    Amplitude of first difference of Ez (V/m2)

    Po

    sitio

    n o

    f th

    e r

    ece

    ive

    r a

    nte

    nn

    a in

    th

    e z

    −a

    xis

    (in

    m)

    ANISOTROPIC

    1 Hz (NO INVASION)1 Hz (6" INVASION)10000 Hz (NO INVASION)10000 Hz (6" INVASION)

    Variations due to invasion are below 20%.

    The University of Texas at Austin52

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    CONCLUSIONS AND FUTURE WORK

    • The self-adaptive goal-oriented hp-adaptive strategyconverges exponentially in terms of a user-prescribedquantity of interest vs. the CPU time.

    • It is possible to simulate a variety of EM logging instrumentsby using the self-adaptive goal-oriented hp-FEM.

    – The software can be utilized to simulate ALL axisymmetric resistivi tylogging instruments in possibly cased wells.

    – Furthermore, by using 2Dhp90, we can accurately describe the eff ectof water/oil-based mud invasion, anisotropy, magnetic buffers, etc.

    Department of Petroleum and Geosystems Engineering, andInstitute for Computational Engineering and Sciences (ICES)

    The University of Texas at Austin53

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    FUTURE WORK

    Simulation of 3D Resistivity Logging Problems

    ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

    ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

    �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

    �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

    • PROJECT I: Simulate 3D DC andAC Resistivity Logging Problems.

    – Main challenge: To Perform FastLarge Computations.

    – Expected results: Similar results asin 2D.

    • PROJECT II: Invert 2D Multi-Physic Problems.

    – Main challenge: To deal withdifferent physics.

    – Expected results: Similar results asin 2D.

    The University of Texas at Austin54

    High Performance Finite Element Software

  • D. Pardo, C. Torres-Verdin, L. Demkowicz 17 Aug 2005

    ACKNOWLEDGMENTS

    THANKS!!!

    The University of Texas at Austin55

    High Performance Finite Element Software