بازنگری استاندارد کولرهای آبی

دسته بندی
پژوهشگاه نیرو
برچسب ها
شبیه ساز پارسی, نرم‌افزار موازی شبیه‌ساز مخزن

در سال ۱۳۸۶، با حمایت شرکت نفت و گاز پارس و با تکیه بر دانش پژوهشگران گروه شبیه‌سازی مخازن نفتی دانشگاه صنعتی شریف، شبیه‌ساز عددی سه‌بعدی و سه‌فاز پارسی (“PARSI “PArallel Reservoir Simulator”) با قابلیت پردازش موازی، تولید و در خدمت صنعت نفت کشور قرار گرفت.

شبیه‌ساز پارسی قابلیت اجرا بر روی انواع سخت‌افزارها به صورت سری (Serial)یا موازی (Parallel)را دارد. با توجه به طراحی برنامه به صورت شی‌گرا با زبان برنامه‌نویسی ++Cو با در اختیاربودن اصل برنامه، قابلیت توسعه‌ی پارسی در آینده امکان‌پذیر است. پارسی دارای محیط نرم‌افزاری کاربردوست برای تمام مراحل کار است و توانایی تحلیل انواع هندسه‌های سه‌بعدی با سلول‌های چندوجهی عمومی را دارد. هم‌چنین پارسی می‌تواند داده‌ها را از نرم‌افزارهای جانبی مهندسی مخزن نظیر پترل (Petrel) دریافت کند.

مدل به کاررفته جهت حل معادلات، مدل سه فاز و سه جزء نفت سیاه و فرمول‌بندی مورداستفاده، فرمول‌بندی ماتریسی ترانگنشتاین و بل (Trangenstein & Bell) است. در این فرمول‌بندی اثر تبخیر نفت و انحلال گاز در آب دیده می‌شود و با حالت‌های مختلف اشباع و غیراشباع برخورد یکسانی می‌‌شود.

روش عددی به کاررفته، روش حجم محدود چندوجهی (PCV) است و از روند متوالی (Implicit Pressutr Explicit Saturation-IMPES) برای حل معادلات نفت سیاه استفاده شده، به‌طوری‌که در هر گام زمانی معادله‌ی فشار به صورت ضمنی حل شده و سپس با استفاده از نتایج سرعت و فشار به‌دست‌آمده، معادله‌ انتقال اجزا به صورت صریح (Explicit)حل می‌شود.جهت حل صریح معادلات هذلولوی بقا (Conservation hyperbolic equations) از روش‌های تقریب مرکزی با دقت بالا (HRCS”High Resolution Central Schemes) استفاده می‌شود.

معادله‌ سهموی(Parabolic) فشار به روش ضمنی (Implicit) و با انجام محاسبات تکراری (Iterative) سلول به سلول، حل می‌شود. پارسی، مانند هر نرم‌افزار شبیه‌ساز تجاری دیگر، شامل سه بخش پیش‌پردازنده(Pre-processor)، پردازنده (Solver) و پس‌پردازنده ( Post processor) است. پارسی، از نرم‌افزار” جی-آی-دی” (GID “Pre & postprocessor produced by International Center for Numerical Methods in Engineering-CIMNE”) به عنوان محیط پیش‌پردازنده و پس‌پردازنده استفاده می‌کند. نرم‌افزار جی-آی-دی، یکی از قوی‌ترین نرم‌افزارهای تهیه‌ هندسه و شبکه برای مسائل مهندسی است. محیط این نرم‌افزار، محیطی ساده و قابل فهم برای کاربر است که به کمک آن می‌تواند به سادگی و دقت، مرحله به مرحله مسئله را تعریف کند و سپس در بخش پس‌پردازنده نتایج را به شیوه‌های گوناگون مشاهده نماید. علاوه بر این، جی-آی-دی دارای امکانات پس‌پردازنده، جهت نمایش نتایج است.

هدف پیش‌پردازنده این است که کاربر بتواند با آن مسئله‌ خود را به طور کامل و دقیق تعریف نماید. تعریف مسئله شامل تهیه‌ هندسه، تولید شبکه و دریافت مشخصات مسئله است. در پیش پردازنده، ابتدا هندسه و شبکه‌ مسئله موردنظر باید تولید و سپس، شرایط مرزی و اولیه، خواص سنگ و سیال، معادلات حالت فازها، اطلاعات عمومی مخزن و حلگر داده شود. در این بخش از نرم‌افزار امکان استفاده از مدل‌های گوناگون تجربی مربوط به خواص سنگ و سیال و یا جداول عددی، پیش‌بینی شده‌است.

پس از ساخت هندسه و ورود اطلاعات، تمامی داده‌های مسئله در تعدادی پرونده‌ متنی ذخیره می‌شود.

پردازنده‌ پارسی خود شامل سه بخش پیش‌پردازنده، حلگر و پس‌پردازنده است. در قسمت پیش‌پردازنده، قالب پرونده‌های تولید‌شده در پیش‌پردازنده‌ی اصلی به قالب کاربردی برای حلگر برنامه تبدیل می‌شود. به عنوان مثال پرونده‌ای که برای هندسه در پیش‌پردازنده‌ اصلی تشکیل می‌شود، شامل اطلاعات سلول‌ها و گره‌ها است. در پیش‌پردازنده‌ حلگر، این اطلاعات در ساختمان‌های داده‌ (Data structure) تعریف‌شده قرارمی‌گیرند. پس از پیش‌پردازش اطلاعات ورودی به حلگر، عملیات حل، مطابق الگوریتم، انجام‌شده و نتایج حل در پس‌پردازنده‌ حلگر، با قالب معین قابل قبول برای پس‌پردازنده‌ اصلی، ذخیره می‌شوند. پرونده‌های ذخیره‌شده‌ نتایج حل، توسط بخش پس‌پردازنده‌ اصلی که از نرم‌افزارجی-آی-دی بهره‌می‌برد، قابل نمایش می‌باشند.

مزیت اصلی نرم‌افزار پارسی قابلیت پردازش موازی است. بدین معنا که فعالیت‌های لازم برای حل یک مسئله را بین پردازنده‌های متعدد پخش می‌کند. از آن‌جا كه روش عددی مورد استفاده، از نوع كاملاً صریح (Fully) می‌باشد، مناسب‌ترین راه برای موازی‌سازی آن، روش‌های تفكیك دامنه (Domain decomposition) می‌باشد. در این روش‌ها، ابتدا دامنه‌ كلی محاسباتی به تعداد مشخصی زیردامنه تجزیه‌شده و سپس محاسبات مربوط به هر یك از این زیر دامنه‌ها به پردازنده‌ی خاصی واگذار می‌شود. در اثر تجزیه‌ ناحیه‌ حل، مرزهای جدیدی به وجود می‌آید كه آن‌ها را مرز داخلی می‌نامند. در انتقال داده‌ها از استاندارد “ام-پی-آی-تو” (MPI2) استفاده‌شده‌است و برای دست‌یابی به بازده‌ی موازی‌سازی بهتر، در انتقال داده‌ها پنهان‌سازی صورت‌ می‌گیرد. نرم‌افزار موازی تولیدشده‌ پارسی قابل اجرا بر روی یك كلاستر(Cluster)، مانند آن‌چه در آزمایشگاه پردازش موازی دانشگاه شریف ساخته‌شده و یا روی یک رایانه‌ی چندپردازنده‌ای، در محیط‌های ویندوز و لینوکس، می‌باشد.

جهت ارزیابی و تحلیل نتایج، مسائل نمونه‌ی بسیاری با پارسی حل شده‌اند. در شکل‌های ۱ تا ۳، گزیده‌ای از نتایج حل مسائل نمونه‌ی مختلف با نرم‌افزار پارسی ارائه شده‌است. بررسی نتایج حاصل از نرم‌افزار پارسی نشان‌دهنده‌ی کارآیی و امکان رقابت آن با شبیه‌سازهای تجاری مختلف در صورت توسعه و سرمایه‌گذاری بیش‌تر می‌باشد.

شكل ۱- نتايج حل مسئله‌ SPE1 در حالت ۲، كانتور درجه اشباع نفت در زمان ۱۱۵۰ روز

شكل ۲- نتايج حل مسئله‌ SPE1 در حالت ۲، مقايسه منحنی فشار چاه توليد بر حسب زمان با نتايج شبيه‌سازهای موجود

شکل ۳- پيش‌روی جبهه‌ی آب در يک مخزن با هندسه‌ی پيچيده (نمای ايزومتريک مخزن)