Моделирование фильтрации при подземном захоронении углекислого газа с применением высокопроизводительных вычислительных систем
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.4.46Ключевые слова:
подземное захоронение, численное моделирование, параллельные вычисления, фильтрация, многофазное течениеАннотация
Рассмотрена задача закачки углекислого газа в водонасыщенный проницаемый пласт. Методами прямого численного моделирования определена граница области, занимаемой CO2в пласте при различных параметрах нагнетания. Проведено сравнение результатов трёхмерных расчётов по полной модели фильтрации с приближённым автомодельным решением задачи. Установлены условия применимости автомодельной асимптотики. Исследована производительность вычислений и дана оценка эффективности распараллеливания алгоритмов численного моделирования.
Скачивания
Библиографические ссылки
Michael K., Golab A., Shulakova V. et al. Geological storage of CO2 in saline aquifers – A review of the experience from existing storage operations // Int. J. Greenh. Gas Con. – 2010. – V. 4, N. 4. – P. 659-667. DOI
2. Würdemann H., Möller F., Kühn M. et al. CO2SINK – From site characterisation and risk assessment to monitoring and verification: One year of operational experience with the field laboratory for CO2 storage at Ketzin, Germany // Int. J. Greenh. Gas Con. – 2010. – V. 4, N. 6. – P. 938-951. DOI
3. Special report on carbon dioxide capture and storage // Technical report, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). – Cambridge: Cambridge Univ Press, 2005. – 443 p. (URL: http://www.ipcc-wg3.de/special-reports/.files-images/SRCCS-WholeReport.pdf).
4. Singh V., Cavanagh A., Hansen H. et al. Reservoir modeling of CO2 plume behavior calibrated against monitoring data from Sleipner, Norway // Society of Petroleum Engineers. – 2010. – paper SPE-134891-MS. – 18 p. DOI
5. Aziz K., Settari A. Petroleum reservoir simulation. – London–NY: Applied Science Publishers, 1979. – 476 p.
6. Баренблат Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. – М.: Недра, 1984. – 208 с.
7. Pruess K., Spycher N. ECO2N – A fluid property module for the TOUGH2 code for studies of CO2 storage in saline aquifers // Energ. Convers. Manage. – 2007. – V. 48, N. 6. – P. 1761-1767. DOI
8. TOUGH2 User’s Guide, Version 2.1: Report (revised) / K. Pruess et al. – Berkeley, Calif., U.S.: Lawrence Berkeley National Laboratory, 2011. – 214 р. – LBNL-43134.
9. Lyle S., Huppert H.E., Hallworth M. et al. Axisymmetric gravity currents in porous medium // J. Fluid Mech. – 2005. – V. 543. – P. 293-302. DOI
10. Bickle M., Chadwick A., Huppert H.E. et al. Modelling carbon dioxide accumulation at Sleipner: Implications for underground carbon storage // Earth Planet. Sc. Lett. – 2007. – V. 255, N. 1-2. – P. 164-176. DOI
11. Афанасьев А.А., Мельник О.Э. Об одном методе расчёта теплофизических свойств при до- и закритических условиях // Физ.-хим. кин. в газ. динамике. – 2013. – Т. 14. (URL: http://istina.msu.ru/publications/article/4786108/).
12. Афанасьев А.А., Мельник О.Э. О построении конечно-разностной схемы расчёта фильтрации при околокритических термодинамических условиях // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2013. – T. 6, № 2 – С. 246-255. DOI
13. Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 546 с.
14. Афанасьев А.А., Бармин А.А. Нестационарные одномерные фильтрационные течения воды и пара с учётом фазовых переходов // МЖГ. – 2007. – № 4. – С. 134-143. (Afanas’ev A.A., Barmin A.A. Unsteady one-dimensional water and steam flows through a porous medium with allowance for phase transitions // Fluid Dyn. – V. 42, N. 4. – P. 627-636.) DOI
15. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергия, 1980. – 424 c.
16. Афанасьев А.А., Мельник О.Э. О математическом моделировании многофазной фильтрации при околокритических условиях // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Математика, механика. – 2013. – № 3. – С. 68-72. (Afanas’ev A.A., Mel’nik O.E. Mathematical modeling of multiphase seepage under near-critical conditions // Mosc. Univ. Math. Bull. – 2013. – V. 68, N. 3. – P. 76-79. ) DOI
17. Brooks R.H., Corey A.T. Hydraulic properties of porous media // Hydrol. Papers. – Fort Collins, Colorado: Colorado State University, 1964. – N. 3. – 37 p.
18. Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные методы решения задач газовой динамики. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 424 с.
19. Кудряшов И.Ю., Максимов Д.Ю. Моделирование задач многофазной многокомпонентной фильтрации на многопроцессорных вычислительных комплексах: Препр. / ИПМ им. М.В. Келдыша. – М., 2009. – № 68. – 25 с. (URL: http://www.keldysh.ru/papers/2009/prep68/prep2009_68.pdf).
20. Афанасьев А.А., Мельник О.Э. Численное моделирование трёхфазной фильтрации при закачке углекислого газа в водонасыщенный пласт // Физ.-хим. кин. в газ. динамике. – 2013. – Т. 14. (URL: http://istina.msu.ru/publications/article/4786125/).
21. Коновалов А.В., Толмачев А.В., Партин А.С. Параллельное решение упругопластической задачи с применением трехдиагонального алгоритма LU-разложения из библиотеки ScaLAPACK // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2011. – Т. 4, № 4. – С. 34-41. DOI
22. Борисов В.Е., Савенков Е.Б. Численное исследование метода предобуславливания Generalized Nested Factorization для промышленных задач пластовой фильтрации: Препр. / ИПМ им. М.В. Келдыша. – М., 2013. – № 12. – 18 с. (URL: http://www.keldysh.ru/papers/2013/prep2013_12.pdf).
23. Official Aztec User’s Guide. Version 2.1: Report / Sandia National Laboratories: Tuminaro R.S., Heroux M., Hutchinson S.A., Shadid J.N. – Albuquerque, NM, U.S., 1999. – 63 p. – SAND99-8801J.
24. URL: http://www.cs.sandia.gov/CRF/aztec1.html (дата обращения: 21.10.2013).
25. URL: http://trilinos.sandia.gov/ (дата обращения: 21.10.2013).
26. Saad Y. Iterative methods for sparse linear systems. – SIAM, Philadelphia, PA, US, 2000.
27. Saad Y. ILUT: A dual threshold incomplete LU factorization // Numer. Linear Algebr. – 1994. – V. 1, N. 4. – P. 387-402. DOI
28. Amdahl G.M. Validity of the single processor approach to achieving large-scale computing capabilities // AFIPS’67 Conf. Proc. NY, USA, April 18-20, 1967. – P. 483-485. DOI
29. Karypis G., Kumar V. A fast and highly quality multilevel scheme for partitioning irregular graphs // SIAM J. Sci. Comput. – 1999. – V. 20, N. 1. – P. 359-392. DOI
###
Michael K., Golab A., Shulakova V. et al. Geological storage of CO2 in saline aquifers - A review of the experience from existing storage operations // Int. J. Greenh. Gas Con. - 2010. - V. 4, N. 4. - P. 659-667. DOI
2. Wurdemann H., Moller F., Kuhn M. et al. CO2SINK - From site characterisation and risk assessment to monitoring and verification: One year of operational experience with the field laboratory for CO2 storage at Ketzin, Germany // Int. J. Greenh. Gas Con. - 2010. - V. 4, N. 6. - P. 938-951. DOI
3. Special report on carbon dioxide capture and storage // Technical report, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). - Cambridge: Cambridge Univ Press, 2005. - 443 p. (URL: http://www.ipcc-wg3.de/special-reports/.files-images/SRCCS-WholeReport.pdf).
4. Singh V., Cavanagh A., Hansen H. et al. Reservoir modeling of CO2 plume behavior calibrated against monitoring data from Sleipner, Norway // Society of Petroleum Engineers. - 2010. - paper SPE-134891-MS. - 18 p. DOI
5. Aziz K., Settari A. Petroleum reservoir simulation. - London-NY: Applied Science Publishers, 1979. - 476 p.
6. Barenblat G.I., Entov V.M., Ryzik V.M. Dvizenie zidkostej i gazov v prirodnyh plastah. - M.: Nedra, 1984. - 208 s.
7. Pruess K., Spycher N. ECO2N - A fluid property module for the TOUGH2 code for studies of CO2 storage in saline aquifers // Energ. Convers. Manage. - 2007. - V. 48, N. 6. - P. 1761-1767. DOI
8. TOUGH2 User’s Guide, Version 2.1: Report (revised) / K. Pruess et al. - Berkeley, Calif., U.S.: Lawrence Berkeley National Laboratory, 2011. - 214 r. - LBNL-43134.
9. Lyle S., Huppert H.E., Hallworth M. et al. Axisymmetric gravity currents in porous medium // J. Fluid Mech. - 2005. - V. 543. - P. 293-302. DOI
10. Bickle M., Chadwick A., Huppert H.E. et al. Modelling carbon dioxide accumulation at Sleipner: Implications for underground carbon storage // Earth Planet. Sc. Lett. - 2007. - V. 255, N. 1-2. - P. 164-176. DOI
11. Afanas’ev A.A., Mel’nik O.E. Ob odnom metode rasceta teplofiziceskih svojstv pri do- i zakriticeskih usloviah // Fiz.-him. kin. v gaz. dinamike. - 2013. - T. 14. (URL: http://istina.msu.ru/publications/article/4786108/).
12. Afanas’ev A.A., Mel’nik O.E. O postroenii konecno-raznostnoj shemy rasceta fil’tracii pri okolokriticeskih termodinamiceskih usloviah // Vycisl. meh. splos. sred. - 2013. - T. 6, No 2 - S. 246-255. DOI
13. Altunin V.V. Teplofiziceskie svojstva dvuokisi ugleroda. - M.: Izdatel’stvo standartov, 1975. - 546 s.
14. Afanas’ev A.A., Barmin A.A. Nestacionarnye odnomernye fil’tracionnye tecenia vody i para s ucetom fazovyh perehodov // MZG. - 2007. - No 4. - S. 134-143. (Afanas’ev A.A., Barmin A.A. Unsteady one-dimensional water and steam flows through a porous medium with allowance for phase transitions // Fluid Dyn. - V. 42, N. 4. - P. 627-636.) DOI
15. Rivkin S.L., Aleksandrov A.A. Teplofiziceskie svojstva vody i vodanogo para. - M.: Energia, 1980. - 424 c.
16. Afanas’ev A.A., Mel’nik O.E. O matematiceskom modelirovanii mnogofaznoj fil’tracii pri okolokriticeskih usloviah // Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 1. Matematika, mehanika. - 2013. - No 3. - S. 68-72. (Afanas’ev A.A., Mel’nik O.E. Mathematical modeling of multiphase seepage under near-critical conditions // Mosc. Univ. Math. Bull. - 2013. - V. 68, N. 3. - P. 76-79. ) DOI
17. Brooks R.H., Corey A.T. Hydraulic properties of porous media // Hydrol. Papers. - Fort Collins, Colorado: Colorado State University, 1964. - N. 3. - 37 p.
18. Samarskij A.A., Popov U.P. Raznostnye metody resenia zadac gazovoj dinamiki. - M.: Editorial URSS, 2004. - 424 s.
19. Kudrasov I.U., Maksimov D.U. Modelirovanie zadac mnogofaznoj mnogokomponentnoj fil’tracii na mnogoprocessornyh vycislitel’nyh kompleksah: Prepr. / IPM im. M.V. Keldysa. - M., 2009. - No 68. - 25 s. (URL: http://www.keldysh.ru/papers/2009/prep68/prep2009_68.pdf).
20. Afanas’ev A.A., Mel’nik O.E. Cislennoe modelirovanie trehfaznoj fil’tracii pri zakacke uglekislogo gaza v vodonasysennyj plast // Fiz.-him. kin. v gaz. dinamike. - 2013. - T. 14. (URL: http://istina.msu.ru/publications/article/4786125/).
21. Konovalov A.V., Tolmacev A.V., Partin A.S. Parallel’noe resenie uprugoplasticeskoj zadaci s primeneniem trehdiagonal’nogo algoritma LU-razlozenia iz biblioteki ScaLAPACK // Vycisl. meh. splos. sred. - 2011. - T. 4, No 4. - S. 34-41. DOI
22. Borisov V.E., Savenkov E.B. Cislennoe issledovanie metoda predobuslavlivania Generalized Nested Factorization dla promyslennyh zadac plastovoj fil’tracii: Prepr. / IPM im. M.V. Keldysa. - M., 2013. - No 12. - 18 s. (URL: http://www.keldysh.ru/papers/2013/prep2013_12.pdf).
23. Official Aztec User’s Guide. Version 2.1: Report / Sandia National Laboratories: Tuminaro R.S., Heroux M., Hutchinson S.A., Shadid J.N. - Albuquerque, NM, U.S., 1999. - 63 p. - SAND99-8801J.
24. URL: http://www.cs.sandia.gov/CRF/aztec1.html (data obrasenia: 21.10.2013).
25. URL: http://trilinos.sandia.gov/ (data obrasenia: 21.10.2013).
26. Saad Y. Iterative methods for sparse linear systems. - SIAM, Philadelphia, PA, US, 2000.
27. Saad Y. ILUT: A dual threshold incomplete LU factorization // Numer. Linear Algebr. - 1994. - V. 1, N. 4. - P. 387-402. DOI
28. Amdahl G.M. Validity of the single processor approach to achieving large-scale computing capabilities // AFIPS’67 Conf. Proc. NY, USA, April 18-20, 1967. - P. 483-485. DOI
29. Karypis G., Kumar V. A fast and highly quality multilevel scheme for partitioning irregular graphs // SIAM J. Sci. Comput. - 1999. - V. 20, N. 1. - P. 359-392. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2013 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
