SIMULIA тісно співпрацювала з Exxon для розробки сучасних моделей матеріалів загального призначення, технології кінцевих елементів та обчислювальних процедур, включаючи гідродинаміку (CFD) та динаміку потоку частинок (PFD), спрямованих на пошук рішень, які можна було б застосувати в полі.
Протягом останнього десятиліття уявлення про чистий природний газ як про головний фактор задоволення глобального попиту на енергію різко змінилося. Наприклад, у 2000 році сланцевий газ становив лише один відсоток постачань природного газу в США. Сьогодні ця цифра становить 30 відсотків і продовжує зростати. Чому? Тому що інноваційні рішення, розроблені на основі технологій, які давно використовуються нафтовими і газовими компаніями, тепер успішно застосовуються і до нетрадиційних ресурсів, таких як сланцева порода. Ці підземні роботи наповнені всілякими технічними проблемами, які вимагають детального розуміння і усвідомлення складної фізики. Однією з великих компаній, яка відіграє провідну роль у використанні моделювання для забезпечення таких інновацій, є ExxonMobil.
ExxonMobil була одним з перших ліцензіатів (в кінці 1970-х років) програмного забезпечення Abaqus в енергетичному секторі. Відносини були не просто комерційними — ExxonMobil також була одним з перших партнерів SIMULIA у розробці технологій, що дозволяють моделювати ключові проблеми продуктивності енергетичного сектора. Наприклад, співпраця з ExxonMobil призвела до створення в Abaqus найпершої можливості великого ковзного зсуву. Ця технологія була використана для підвищення напорно-температурної стійкості, а також надійності труб і обладнання для виробництва нарізних труб. Брюс Дейл, головний інженер-геолог ExxonMobil, вперше розповів про три з половиною десятиліття співпраці своєї компанії з SIMULIA та її попередниками під час основного доповіді на конференції спільноти SIMULIA у 2010 році. Невдовзі після цієї промови його команда інженерів здійснила нову спробу з SIMULIA для подальшого розширення можливостей моделювання, які допоможуть вирішити багато проблем, пов’язаних з підземним видобутком сланцевого газу. Це співробітництво буде зосереджено на розробці сучасних моделей матеріалів загального призначення, технології скінченних елементів і обчислювальних процедур, спрямованих на визначення робочих рішень таких завдань.
Команда складалася з старших інженерів ExxonMobil, які безпосередньо співпрацювали з персоналом SIMULIA. Зокрема, Кевін Сирлз відіграв значну роль у створенні ключових технічних основ і консультуванні спільної керівної групи з розробки з моменту її створення. Також важливим було постійне керівництво ExxonMobil Біллом Клайном, Джейсоном Бёрдеттом і Ерікою Бідигер протягом усього спільного проекту. (Див. профілі учасників на бічних панелях.) Цього року на SCC у Берліні Дейл повернувся, щоб детально розповісти про те, як далеко просунулося спільне партнерство з SIMULIA і наскільки вдосконаленими стали отримані можливості за останні п’ять років. Окрім SCC, команда ExxonMobil впроваджує ці технології на технічних заходах у нафтовій і газовій промисловості.
«Ці спільні зусилля ExxonMobil і SIMULIA призвели до розробки фундаментальних покращень у моделюванні для вирішення ключових завдань буріння, закінчення і видобутку в нафтовій і газовій промисловості», — сказав Дейл. «Передові технології моделювання і 3D-візуалізація відіграють все більш важливу роль у успіху енергетичної галузі і включають в себе такі можливості моделювання, як аналіз методом скінченних елементів (FEA), обчислювальна гідродинаміка (CFD) і динаміка потоку частинок (PFD)». Дейл брав участь у цих зусиллях з самого початку своєї кар’єри в Exxon у 1980-х роках, починаючи з досліджень і розробок, що підтримують буровий бізнес, і з часом перейшовши на керівні та управлінські посади. Він є прихильником нових технологій, що змінюють правила гри; і сприяв інноваціям, творчості і досконалості протягом усієї своєї 34-річної професійної кар’єри. «На початку у мене була можливість попрацювати з Abaqus, частиною набору інструментів Dassault Systèmes SIMULIA, і це був чудовий спосіб застосувати передові технології для моделювання тих речей, які в минулому ми могли лише тестувати в лабораторії або в польових умовах», — сказав він в інтерв’ю після виступу в 2015 році.
За словами Дейла, використання моделювання в ExxonMobil підвищило конкурентоспроможність компанії. «Можливість з’єднати точки — це те, що ви ніколи не зможете повністю реалізувати в лабораторії через вартість, розмір і час», — сказав він. «В минулому наявний час часто не укладався в період, коли потрібно було приймати рішення. Тепер візуалізація, можливе завдяки моделюванню, дозволяє вам робити інтерпретацію — виявляти можливості або недоліки — набагато раніше. Це впливає і впливає на тут і зараз набагато більше, ніж будь-коли раніше. Таким чином, у видобувному бізнесі візуалізація є чудовим підмогою, здатним об’єднати людей з розрізненими типами аналізу інформації і даних для вирішення дуже складних завдань».
У своєму зверненні до SCC у 2015 році Дейл розповів про прихильність своєї компанії безпечному і надійному освоєнню ресурсів природного газу. За його словами, ExxonMobil розробила найкращі методи управління для підвищення ефективності при одночасному зменшенні загального впливу на навколишнє середовище. Це включає в себе захист місцевих ресурсів підземних вод, тісну співпрацю з населенням і урядом, а також сприяння прозорості і ефективному регулюванню.
Дейл пояснив, що видобуток природного газу зі сланцевої породи пов’язаний зі складними фізичними процесами.
Щоб точно змоделювати критичні фактори, які можуть вплинути на успіх цих багатьох етапів видобутку, ExxonMobil і SIMULIA розробили повністю інтегровану формулу для гідродинамічного (гідравлічного) росту тріщин, використовуючи два передові методи скінченних елементів: метод когезійної зони (CZM), в якому траєкторія руйнування обмежена площиною; і розширений метод скінченних елементів (XFEM), в якому траєкторія руйнування повністю залежить від розв’язку. На додаток до цих передових методів скінченних елементів в Abaqus також були реалізовані розширені визначальні моделі для врахування нееластичної деформації, пов’язаної з типами унікальних складних механізмів руйнування, спостережуваних у м’яких породах.
У всіх випадках методології були ретельно перевірені для широкого спектра властивостей порід і флюїдів, а також умов водовіддачі, як у відношенні полуаналітичних рішень, так і в відношенні результатів лабораторних експериментів. Компанія ExxonMobil розробила унікальні експериментальні можливості власними силами, а потім працювала з SIMULIA над створенням 2D- і 3D-моделей багатьох різних аспектів керованого гідравлічного розриву пласта в гірських породах. «Завдяки включенню фізично виміряних вхідних параметрів і представленню повної фізики, а не просто «налаштуванню» моделей для досягнення бажаних результатів, ми впевнені у нашій перевірці цих нещодавно спільно розроблених числових можливостей в Abaqus», — сказав Дейл.
Ці нещодавно розроблені можливості моделювання в значній мірі підтримують бізнес ExxonMobil з гідророзриву пласта, зазначив Дейл. «Уникнення проблем з бурінням знижує витрати», — сказав він. «Управління ризиками, пов’язаними з бурінням, означає не дозволяти маленьким проблемам ставати великими. Удосконалене 3D-моделювання підвищує нашу здатність передбачати проблеми, пов’язані з бурінням, такі як нестабільність у сланцях або упущена вигода в пісках, і знижувати ризики. Моделювання також допомагає нам розробляти інноваційні схеми відновлення, щоб зробити виробництво більш економічним». «Плоди нашого спільного співробітництва з SIMULIA численні», — підсумував Дейл. «У найближчі десятиліття світу потрібно буде розширювати постачання енергії таким чином, щоб це було безпечним, надійним, доступним і екологічно відповідальним. 3D-моделювання забезпечує інноваційні рішення, спираючись на основи виробництва енергії в 21 столітті.
