Projeto SIGER I

Há mais de duas décadas o laboratório SINMEC vem desenvolvendo e aplicando tecnologias e conhecimentos científicos na área de simulação de reservatórios de petróleo, participando de projetos de pesquisa e desenvolvimento em parceria com o Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Miguez de Mello (CENPES/Petrobras). Esta experiência, juntamente com a iniciativa da empresa Petrobras em criar um grupo especializado em simulação de reservatórios de petróleo, deu origem à participação do laboratório na Rede Temática de Simulação e Gerenciamento de Reservatórios de Petróleo (SIGER). Esta parceria vem em muito contribuir para a consolidação de um objetivo sempre buscado pelo SINMEC, de estabelecer um centro de excelência na área de simulação de reservatórios, através de uma infraestrutura computacional capaz de ajudar o desenvolvedor de metodologias numéricas e, ao mesmo tempo, capaz de resolver problemas de interesse da indústria.

Uma tendência atual na simulação de reservatórios é o uso de malhas mais flexíveis, que permitam uma melhor representação geométrica dos reservatórios e que aproveitem melhor a informação detalhada proveniente dos modelos geofísicos dos reservatórios. As malhas não estruturadas têm-se mostrado como uma alternativa promissora nesse sentido, pois com elas é possível representar de forma precisa a geometria dos intricados objetos geológicos encontrados em reservatórios, como falhas, fraturas, canais, etc. Além do mais, a adequada representação de poços horizontais e poços desviados é uma tarefa que pode ser realizada facilmente com malhas não estruturadas. No primeiro projeto de pesquisa e desenvolvimento realizado com patrocínio da rede SIGER, procurou-se consolidar algumas pesquisas realizadas previamente no SINMEC com o método de volumes finitos baseado em elementos (EbFVM). Trata-se de um método de volumes finitos cuja principal vantagem é a de permitir a utilização de malhas não estruturadas.

Neste primeiro projeto, um dos objetivos principais é a criação de bibliotecas computacionais que possam auxiliar no desenvolvimento de aplicativos de simulação de reservatórios. Duas bibliotecas foram implementadas, a EFVLib e a ACMLib. Como exemplo de aplicação dessas ferramentas desenvolveu-se também no projeto dois aplicativos, o Griffin e o Poseidon.

A EFVLib é uma biblioteca em C++ que reúne diferentes ferramentas que permitem, entre outras operações, o gerenciamento da topologia e geometria de malhas não estruturadas para a discretização de equações diferenciais parciais pelo método de volumes finitos baseado em elementos. A biblioteca EFVLib foi projetada para dar suporte tanto a discretização de problemas bidimensionais quanto tridimensionais. Em ambos os casos as malhas não estruturadas podem ser malhas mistas, isto é, malhas formadas por elementos de diferentes formas geométricas. No caso bidimensional, os elementos da malha podem ser triângulos e/ou quadriláteros. Em três dimensões são aceitos elementos tetraédricos, hexaédricos, prismas e pirâmides.

A ACMLib é uma biblioteca em C++ voltada para a solução eficiente dos grandes sistemas de equações lineares que surgem do processo de discretização de equações diferenciais. Nela encontra-se implementado o método multigrid de correções aditivas, o qual permite acelerar o processo de solução iterativa dos sistemas de equações. O método ACM pertence à família de métodos multigrid denominados algébricos, nos quais os procedimentos de aglomeração empregados para gerar os diferentes níveis de malha são baseados exclusivamente nos coeficientes da matriz do sistema de equações sendo resolvido. Devido a essa característica, ele pode ser mais facilmente aplicado a discretizações em malhas não estruturadas, como é o caso do método implementado na EFVLib.

O Griffin é um aplicativo didático desenvolvido para servir de ferramenta introdutória à simulação de reservatórios. Ele é um aplicativo autossuficiente, dotado de interface gráfica amigável que permite resolver problemas simples de simulação de reservatórios em duas dimensões. Nele pode-se definir uma geometria arbitrária para o reservatório e a posição dos poços nele contidos, gerar uma malha não-estruturada para resolver o problema, executar a simulação para um dado conjunto de condições de operação e visualizar os resultados. Além do objetivo de demonstrar de forma objetiva a potencialidade da metodologia utilizada, com o desenvolvimento do Griffin procurou-se a criação de uma ferramenta prática que auxilie na formação dos estudantes que se introduzem na área da simulação de reservatórios.

Finalmente, o aplicativo Poseidon é um simulador simplificado, o qual permite resolver problemas de deslocamento bifásico em reservatórios tridimensionais discretizados por meio de malhas não-estruturadas. O objetivo principal para o desenvolvimento do Poseidon  erá mostrar o potencial das bibliotecas EFVLib e ACMLib, aplicadas em conjunto à implementação de um simulador de reservatórios tridimensional. Obviamente, não se tinha a pretensão de construir um simulador completo, mas apenas ressaltar as vantagens do uso da EFVLib e ACMlib no desenvolvimento de um simulador. O grande diferencial do simulador Poseidon é sua capacidade de lidar com malhas não estruturadas mistas, formadas em um caso geral por quatro tipos de elementos: hexaedros, tetraedros, prismas e pirâmides.