Jak dzisiejsze zasoby mogą napędzać nasze wspólne jutro?

Powered by how

Wydłużamy żywotność złoża, a także poprawiamy zdolność zarządzania terenem i bezpieczeństwo za pomocą najlepszych technologii

Wraz z nieustannym rozwojem światowych społeczeństw i gospodarek rośnie popyt na energię. W celu zaspokojenia tego zapotrzebowania Aramco łączy modelowanie złóż z pionierskimi technologiami symulacyjnymi i naukami obliczeniowymi dla bardziej zrównoważonego uzysku z naszych złóż. Powyższe innowacje, w połączeniu z naszą rozległą działalnością, umożliwiają nam sprostanie rosnącemu zapotrzebowaniu na energię i jednocześnie demonstrują nasze ambicje osiągnięcia światowych celów związanych ze zmianami klimatycznymi.

Nasza technologia pozwala na modelowanie fizyki złóż węglowodorów w mikroskopijnych szczegółach

Wszystko zaczyna się od danych

Im lepiej zrozumiemy skomplikowaną geologię złóż węglowodorów i otaczających je terenów, z tym większą skutecznością będziemy w stanie rozmieszczać szyby, zarządzać produkcją węglowodorów w perspektywie długoterminowej i odkrywać nowe złoża.

Jednym z największych wyzwań jest integracja dużej ilości danych z wielu lokalizacji w różnych odstępach czasu do jednego centralnego modelu o wysokiej rozdzielczości. Złożoności temu problemowi dodaje jeszcze fakt, że nie jest to tylko jeden typ danych.

Wysoce złożone algorytmy wykorzystywane przez naszych naukowców do tworzenia możliwie jak najdokładniejszych obrazów tego, co znajduje się pod powierzchnią ziemi, wykorzystują jako dane wejściowe analizy danych geologicznych, 3D, sejsmicznych, geochemicznych, dotyczących płynów, wierceń, produkcji i pochodzących z innych źródeł.

Do wykonywania skomplikowanych obliczeń i algorytmów wykorzystywanych do tworzenia symulacji i modelu złoża wymagane są różnego rodzaju dane zebrane z wielu lokalizacji w różnych odstępach czasu

Źródłem ciągłego napływu danych i ich aktualizacji są czujniki umieszczone na stałe w każdym odwiercie i w jego pobliżu, znajdujące się tysiące metrów pod powierzchnią ziemi. Czujniki te, wraz z licznymi innymi metodami pozyskiwania danych, umożliwiają nam budowanie obrazów o wysokiej rozdzielczości pokazujących nie tylko sposób uformowania się złoża i jego obecny stan, ale również to, jak istniejące warunki mogą się zmienić na przestrzeni kolejnych dziesięcioleci.

Modele są dynamiczne, aktualizują się o nowe dostępne dane i analizy, a także wraz z powstaniem nowych odwiertów. Dzięki temu nasi inżynierowie mają najpełniejszą wiedzę, jak zoptymalizować rozwój złoża.


Tworzenie wizualizacji danych

Gromadzenie dużej ilości danych to zaledwie początek. Następnie należy je przeanalizować i zinterpretować, aby przeprowadzić skuteczną symulację przepływu płynów przez złoże i wokół niego, wykorzystując do tego superkomputery.

Zaczynamy od podzielenia każdego z modeli złoża 3D na wiele poszczególnych „komórek”. Im większa liczba komórek i mniejszy ich rozmiar, tym większa dokładność i rozdzielczość modelu – ale również tym większa konieczna moc obliczeniowa.

Na przykład dane w modelu złoża obejmują jego historię sięgającą wiele dziesięcioleci wstecz, a także charakterystykę płynów, aktualną zawartość metanu, CO2, siarkowodoru (H2S) i propanu, pomiary temperatury i ciśnienia w czasie rzeczywistym, i wiele więcej.


Praktyki rozważnego zarządzania złożami i zasobami wodnymi

Nasza technologia pozwala nie tylko na poznanie tego, jak złoża formowały się na przestrzeni setek milionów lat i jak wyglądają dzisiaj, ale dostarcza również wysokiej jakości symulacje sposobu przepływania przez nie różnych płynów oraz prawdopodobnych zmian, które dokonają się w ciągu kolejnych dziesięcioleci. Niezwykła dokładność i szczegółowość modeli i symulacji jest wykorzystywana przez menedżerów ds. złóż do planowania zwiększenia poziomu produkcji w perspektywie długoterminowej, przy czym w najzdrowszy możliwy sposób dla naszych pól i przy optymalnych kosztach.

Technologia ma krytyczne znaczenie dla rozwoju nowych pól i optymalizacji zarządzania produkcją pochodzącą z już wykorzystywanych złóż. Tempo wytwarzania ropy rośnie za sprawą konstrukcji samych szybów, czyli określenia optymalnego miejsca do wykonania odwiertu, liczby odgałęzień każdego szybu, a także rozmieszczenia i rodzaju koniecznych urządzeń kontrolnych.

Szczegółowe symulacje i modele na żądanie mają kluczowe znaczenie w procesie planowania w celu zapewnienia odpowiedzialnego i pomyślnego zarządzania złożem, rozwojem pola i produkcją w perspektywie długoterminowej

Dogłębne zrozumienie zachowania złoża ułatwia ponadto podjęcie decyzji dotyczącej sposobu produkcji w odniesieniu do każdego odwiertu. Do utrzymania ciśnienia i wydobycia ropy ze skały w większości złóż konieczne jest zatłaczanie wody. Jeśli jednak woda dostanie się do szybu, zakłóca produkcję ropy. Nasze wysokiej jakości modele złóż działające na wewnętrznym symulatorze GigaPOWERS rejestrują dokładne przepływy płynów w aktywnych systemach zalewania wodą, tym samym umożliwiając nam zaprojektowanie strategii zatłaczania. Takie symulacje pokazują właściwe tempo wydobycia ropy naftowej z każdego odwiertu, tak aby woda równomiernie utrzymywała ciśnienie w złożu w celu uzyskania optymalnego poziomu wydobycia ropy naftowej.

Dzięki temu możliwe było ograniczenie konieczności oddzielania ropy od wody. Nasze modele pomagają również wskazać optymalne położenie na powierzchni urządzeń do produkcji, takich jak urządzenia do separacji wody.

Obniżenie kosztów separacji i ograniczenie konieczności przeprowadzania tego procesu wiąże się z mniejszym zużyciem energii, prowadząc do jej oszczędzania, a co za tym idzie, niższych emisji.

Ponadto stosowana technologia stanowi integralną część naszych obliczeń rezerw i prognoz dotyczących produkcji, co gwarantuje, że utrzymamy zdolność do reagowania na zmiany światowego popytu.

Model symulacyjny o wysokiej rozdzielczości ilustrujący zmiany w nasyceniu wodą, uzyskany dzięki technologii TeraPOWERS

Siła prognozowania

Na początku w Aramco mierzyliśmy się z nietypowym wyzwaniem, a mianowicie modelowaniem naszych ogromnych pól w całości. Nasze pola naftowe należą do największych na świecie, więc musieliśmy stworzyć specjalistyczną technologię na miejscu. Tym samym jako pierwsi w branży opracowaliśmy zdolność symulacji złóż na poziomie miliardów komórek.

W 2010 r. po raz pierwszy wykonaliśmy modele dwóch największych pól naftowych na naszej planecie: Ghawar, pola naftowego na lądzie o długości 280 km, składającego się z wielu złożonych warstw i złóż, oraz Safaniya, pola na morzu o długości około 50 km.

Takie przedsięwzięcie wymaga dwóch rodzajów napędu – siły umysłów naszych utalentowanych naukowców i mocy obliczeniowej. U podstaw naszej technologii leżą zaawansowane algorytmy wspomagane przez innowacyjne narzędzia do wizualizacji, które zamieniają dane w znaczące analizy ułatwiające podejmowanie decyzji i optymalizowanie produkcji i działań.

Na kolejnym etapie wymagana jest ekstremalna moc obliczeniowa. Zwiększanie mocy obliczeniowej nadal przesuwa granice tego, co jest możliwe. Kiedyś przeprowadzenie symulacji trwało dni i obejmowało tylko część złoża. Dzisiejsza moc obliczeniowa sprawia, że na przeprowadzenie symulacji całego pola potrzebujemy godzin. Wkrótce będziemy mogli osiągnąć nawet bardziej ambitne cele za sprawą nowego superkomputera Aramco Ghawar One o mocy obliczeniowej 20 petaflopsów – jednego z czołowych 25 superkomputerów na świecie, zdolnego do wykonywania 20 kwadrylionów (1015) obliczeń na sekundę.


Redukcja emisji gazów cieplarnianych (GHG)

Tworzenie tak wielkoskalowych i złożonych modeli wymaga ogromnej mocy obliczeniowej, a tym samym dużej ilości energii elektrycznej, co z kolei wiąże się z emisją gazów cieplarnianych. Kilka lat temu w Aramco zaczęto wdrażanie nowych technologii zapewniających o kilka rzędów wielkości większą moc obliczeniową przy jednoczesnym znacznym ograniczeniu emisji GHG. Dzięki zastosowaniu najnowszych osiągnięć technologicznych w dziedzinie sprzętu (tj. mikroprocesory, połączenia światłowodowe między procesorami, konstrukcja wewnętrzna itp.), które zmniejszają zużycie energii nawet o połowę, możemy osiągnąć ten sam efekt znacznie wydajniej. Nasz superkomputer Ghawar One cechuje ta architektura: jest szybszy w obliczeniach i znacznie bardziej wydajny pod względem zużycia energii.

Kolejną korzyścią wynikającą ze stosowania naszej technologii symulacji modelowania jest udoskonalone zarządzanie dwutlenkiem węgla. Technologia ta, obok redukcji zużycia energii związanej z separacją wody, pomaga nam w kontrolowaniu CO2.

Nieustannie używamy wysokiej jakości modeli do modelowania projektów sekwestracji CO2 i intensywnego wydobycia ropy naftowej (EOR) poprzez zatłaczanie CO2. Modele te są również źródłem cennych informacji dotyczących tego, jak CO2 może zachowywać się pod ziemią na przestrzeni dziesięcioleci – po zatłoczeniu do słonych warstw wodonośnych lub wyczerpanych złóż ropy naftowej lub gazu ziemnego.

Model sekwestracji CO2 całego pola

Skuteczne zarządzanie dwutlenkiem węgla ma dla naszej firmy priorytetowe znaczenie. W badaniu z 2018 r. międzynarodowy zespół naukowców z Uniwersytetu w Stanford odkrył, że spośród krajów dostarczających ponad 0,1% światowej produkcji ropy Arabia Saudyjska znajduje się na najniższej pozycji pod względem intensywności emisji dwutlenku węgla ze wszystkich głównych producentów wydobywających, przetwarzających i transportujących ropę naftową do rafinerii.


Kamień milowy bilionów komórek

W 2016 r. zbudowaliśmy pierwszy na świecie model migracji ropy o wielkości bilionów komórek będący symulacją milionów lat historii Półwyspu Arabskiego. Udało nam się przeprowadzić symulację migracji ropy w Królestwie 20 000 razy szybciej niż wcześniej, co otworzyło perspektywę symulacji całego półwyspu w zaledwie jednym modelu o wysokiej rozdzielczości.


Co dalej?

Postępy w zakresie technologii czujników i pozyskiwania danych umożliwiają nam gromadzenie pełniejszych danych i budowanie modeli o coraz wyższej rozdzielczości. Dzięki lepszym danym i większej mocy obliczeniowej będziemy dostarczać symulacje o większym poziomie złożoności i szczegółowości niż kiedykolwiek wcześniej.

Nieustannie zdobywamy nowe informacje, co pozwala nam na dokonywanie prognoz obejmujących setki lat w przyszłość z większą dokładnością. Biorąc pod uwagę powyższe tendencje w dziedzinie interpretacji danych i wizualizacji złóż w powiązaniu z celem przeprowadzenia symulacji dla całego Basenu Arabskiego, stojące przed nami perspektywy są oszałamiające.

Linie strumieni pokazujące schemat przepływów w złożu i model wysokiej rozdzielczości wokół odwiertów wykonany w TeraPOWERS