Simulação numérica do escoamento em reservatórios de gás natural não-convencionais utilizando o processamento em paralelo (OpenMP)

Grazione de Souza

ORCID iD Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) Brasil

Breno Luis Dutra

ORCID iD Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) Brasil

Lucas Barros Lima

ORCID iD Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) Brasil

Helio Pedro Amaral Souto

ORCID iD Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) Brasil

Resumo

Este trabalho é dedicado à simulação numérica do escoamento de gás natural em reservatórios não convencionais na presença dos efeitos de adsorção e escorregamento. Uma formulação numérica totalmente implícita, utilizando o método Control Volume Finite Difference (CVFD), foi adotada tendo em vista a resolução numérica da equação diferencial parcial não linear que governa o escoamento da fase gás. O método dos Gradientes Conjugados foi utilizado na solução do sistema de equações algébricas obtidas a partir do processo de discretização. A fim de melhorar a eficiência computacional, a Application Programming Interface (API) Open Multi-Processing (OpenMP) foi empregada na paralelização do método dos Gradientes Conjugados. Uma análise de sensibilidade foi realizada e mostrou-se que foi possível alcançar, para as simulações consideradas, valores de speedup superiores a 5.

Palavras-chave


gás natural; método dos Gradientes Conjugados; OpenMP; paralelização; simulação de reservatórios


Texto completo:

Referências


ABA, M. M.; PARENTE, V.; SANTOS, E. M. Estimation of water demand of the three major Brazilian shale-gas basins: Implications for water availability. Energy Policy, v. 168, 113170, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2022.113170.

AKHTER, S.; ROBERTS, J. Multi-core programming: increasing performance through software multi-threading. Santa Clara, USA: Intel Press, 2006.

ALDINUCCI, M.; CESARE, V.; COLONNELLI, I.; MARTINELLI, A. R.; MITTONE, G.; CANTALUPO, B.; CAVAZZONI, C.; DROCCO, M. Practical parallelization of scientific applications with OpenMP, OpenACC and MPI, Journal of Parallel and Distributed Computing, v. 157, p. 13-29, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpdc.2021.05.017.

AL-MOHANNADI, N. S. Simulation of horizontal well tests. 2004. Thesis (Doctorate in Petroleum Engineering) – Colorado School of Mines, Golden, 2004. Disponível em: https://repository.mines.edu/handle/11124/12255. Acesso em: 3 dez. 2022.

CARVALHO, L. T. M.; WERNECK, L. F.; SOUZA, G.; SOUTO, H. P. A. Uma implementação paralelizada via a API OpenMP para a simulação numérica de reservatórios de gás natural. Revista Brasileira de Computação Aplicada, v. 12, n. 2, p. 103-121, 2020. DOI: https://doi.org/10.5335/rbca.v12i2.10158.

CHAPMAN, B.; JOST, G.; VAN DER PAS, R. Using OpenMP: portable shared memory parallel programming. London: The MIT Press, 2007.

CHEN, Z.; CHU, H.; CHEN, H.; ZHANG, J. A comprehensive model for production data analysis in unconventional reservoirs of hydrocarbons. International Journal of Hydrogen Energy, v. 45, n. 33, p. 16432-16446, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.04.151.

CHEN, Z.; HUAN, G.; MA, Y. Computational methods for multiphase flows in porous media. Philadelphia: Society of Industrial and Applied Mathematics, 2006. DOI: https://doi.org/10.1137/1.9780898718942.

DANDEKAR, A. Y. Petroleum reservoir rock and fluid properties. 2nd. ed. Boca Raton: CRC Press, 2013.

DRANCHUK, P. M.; ABOU-KASSEM, J. H. Calculation of Z factors for natural gases using equations of state. Journal of Canadian Petroleum Technology, v. 14, n. 3, p. 34-36, 1975. DOI: https://doi.org/10.2118/75-03-03.

DUTRA, B. L.; LIMA, L. B.; SOUZA, G.; AMARAL SOUTO, H. P. Simulação numérica do escoamento em reservatórios do tipo shale gas usando o OpenMP. In: ENCONTRO NACIONAL DE MODELAGEM COMPUTACIONAL, 24.; ENCONTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS, 12., 2021, Uberlândia. Anais [...]. Uberlândia: Universidade Federal de Uberlândia, 2021. Disponível em: https://even3.blob.core.windows.net/anais/422015.pdf. Acesso em: 3 nov. 2022.

ERTEKIN, T.; ABOU-KASSEM, J. H.; KING, G. R. Basic applied reservoir simulation. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2001. (SPE Textbook Series, 7).

FLORENCE, F. A.; RUSHING, J. A.; NEWSHAM, K. E.; BLASINGAME, T. A. Improved permeability prediction relations for low permeability sands. In: ROCK MOUNTAIN OIL & GAS TECHNOLOGY SYMPOSIUM, 2007, Denver. Proceedings [...]. Denver: Society of Petroleum Engineers, 2007. DOI: https://doi.org/10.2118/107954-MS.

JIANG, J.; YOUNIS, R. M. A multimechanistic multicontinuum model for simulating shale gas reservoir with complex fractured system. Fuel, v. 161, p. 333-344, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.08.069.

JIMALE, A. O.; RIDZUAN, F.; ZAINON, W. M. N. W. Square matrix multiplication using CUDA on GP-GU. Procedia Computer Science, v. 161, p. 398-405, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2019.11.138.

KLINKENBERG, L. J. The permeability of porous media to liquids and gases. In: MID-YEAR MEETING, 11., 1941, Tulsa. Proceedings [...]. Tulsa: American Petroleum Institute, 1941.

LEE, A. L.; GONZALEZ, M. H.; EAKIN, B. E. The viscosity of natural gases. Journal of Petroleum Technology, v. 18, n. 8, p. 997-1000, 1966. DOI: https://doi.org/10.2118/1340-PA.

LENHARD, L. G.; ANDERSEN, S. M.; COIMBRA-ARAÚJO, C. H. Energy-Environmental Implications of Shale Gas Exploration in Paraná Hydrological Basin, Brazil. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 90, p. 56-69, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.042.

LI, D.; ZHANG, L.; WANG. J. Y.; LU, D.; DU, J. Effect of adsorption and permeability correction on transient pressures in organic rich gas reservoirs: vertical and hydraulically fractured horizontal wells. Journal of Natural Gas Science and Engineering, v. 31, p. 214-225, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.02.033.

LI, Q.; XING, H.; LIU, J.; LIU, X. A review on hydraulic fracturing of unconventional reservoir. Petroleum, v. 1, n. 1, p. 8-15, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.petlm.2015.03.008.

MOHAMMED, A.; ELELIEMY, A.; CIORBA, F. M.; KASIELKE, F.; BANICESCU, I. An approach for realistically simulating the performance of scientific applications on high performance computing systems. Future Generation Computer Systems, v. 111, p. 617-633, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.future.2019.10.007.

NICK, H. M.; RAOOF, A.; CENTLER, F.; THULLNER, M.; REGNIER, P. Reactive dispersive contaminant transport in coastal aquifers: numerical simulation of a reactive Henry problem. Journal of Contaminant Hydrology, v. 145, p. 90-104, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2012.12.005.

PEACEMAN, D. W. Interpretation of well-block pressures in numerical reservoir simulation with nonsquare grid blocks and anisotropic permeability. Society of Petroleum Engineers Journal, v. 23, n. 3, p. 531-543, 1983. DOI: https://doi.org/10.2118/10528-PA.

PENNYCOOK, S. J.; HAMMOND, S. D.; WRIGHT, S. A.; HERDMAN, J. A.; MILLER, I.; JARVIS, S. A. An investigation of the performance portability of OpenCL. Journal of Parallel and Distributed Computing, v. 73, n. 11, p. 1439-1450, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpdc.2012.07.005.

PESSANHA, M. L. O.; ROSÁRIO, R. C. D.; SOUZA, G.; SOUTO, H. P. A. comparative study and sensitivity analysis in simulation of non-Darcy flow in shale gas reservoirs. International Journal of Advanced Engineering Research and Science, v. 7, n. 11, p. 109-121, 2020. Disponível em: http://journal-repository.com/index.php/ijaers/article/view/2697. Acesso em: 3 nov. 2022.

REDONDO, C.; RUBIO, G.; VALERO, E. On the efficiency of the IMPES method for two-phase flow problems in porous media. Journal of Petroleum Science and Engineering, v. 164, p. 427-436, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.01.066.

ROUSSET, A.; HERRMANN, B.; LANG, C.; PHILIPPE, L. A survey on parallel and distributed multi-agent systems for high performance computing simulations. Computer Science Review, v. 22, p. 27-46, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cosrev.2016.08.001.

SAAD, Y. Iterative methods for sparse linear systems. 2nd. ed. Philadelphia: Society of Industrial and Applied Mathematics, 2003.

SALLES, R. M.; WERNECK, L. F.; SOUZA, G.; SOUTO, H. P. A. Aplicação de células inativas, Compressed Sparse Row e OpenMP na simulação numérica paralelizada de reservatórios de petróleo. Revista Brasileira de Computação Aplicada, v. 10, n. 2, p. 64-79, 2018. DOI: https://doi.org/10.5335/rbca.v10i2.8055.

SUTTON, R. P. Compressibility factors for high-molecular-weight reservoir gases. In: SPE ANNUAL TECHNICAL CONFERENCE AND EXHIBITION, 1985, Las Vegas. Proceedings […]. Las Vegas: Society of Petroleum Engineers, 1985. DOI: https://doi.org/10.2118/14265-MS.

WANG, L.; WANG, S.; ZHANG, R.; WANG, C.; XIONG, Y.; ZHENG, X.; LI, S.; JIN, K.; RUI, Z. Review of multi-scale and multi-physical simulation technologies for shale and tight gas reservoirs. Journal of Natural Gas Science and Engineering, v. 37, p. 560-578, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.11.051.

WERNECK, L. F.; FREITAS, M. M.; SILVA JUNIOR, H. G.; SOUZA, G.; SOUTO, H. P. A. An OpenMP parallel implementation for numerical simulation of gas reservoirs using Intel Xeon Phi coprocessor. RIPE: Revista Interdisciplinar de Pesquisa em Engenharia, v. 2, n. 21, p. 37-56, 2016. Disponível em: https://periodicos.unb.br/index.php/ripe/article/view/21697. Acesso em: 3 nov. 2022.

WERNECK, L. F.; FREITAS, M. M.; SOUZA, G.; JATOBÁ, L. F. C.; AMARAL SOUTO, H. P. An OpenMP parallel implementation using a coprocessor for numerical simulation of oil reservoirs. Computational & Applied Mathematics, v. 38, 33, 2019. DOI: https://doi.org/10.1007/s40314-019-0788-6.

WOLFE, M.; LEE, S.; KIM, J.; TIAN, X.; XU, R., CHAPMAN, B.; CHANDRASEKARAN, S. The OpenACC data model: preliminary study on its major challenges and implementations. Parallel Computing, v. 78, p. 15-27, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.parco.2018.07.003.

WRIGHT, S. A. Performance modeling, benchmarking and simulation of high performance computing systems. Future Generation Computer Systems, v. 92, p. 900-902, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.future.2018.11.020.

WU, Y.; LI, T.; SUN, L.; CHEN, J. Parallelization of a hydrological model using the Message Passing Interface. Environmental Modelling & Software, v. 43, p. 124-132, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2013.02.002.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-0306a2022id7140

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