SIMULIA ha lavorato a stretto contatto con Exxon per sviluppare modelli materiali all'avanguardia per scopi generali, tecnologia degli elementi finiti e procedure computazionali, tra cui la fluidodinamica (CFD) e la dinamica del flusso di particelle (PFD), volti a identificare soluzioni applicabili sul campo.
Solo negli ultimi dieci anni, le prospettive per la combustione pulita del gas naturale come principale contributo al soddisfacimento della domanda energetica globale sono cambiate radicalmente. Ad esempio, nel 2000, lo shale gas rappresentava solo l’1% delle forniture di gas naturale degli Stati Uniti. Oggi quel numero è pari al 30% e continua a crescere. perché Perché le soluzioni innovative sviluppate sulla base di tecnologie da tempo utilizzate dalle compagnie petrolifere e del gas vengono ora applicate con successo anche a risorse non convenzionali come le rocce di scisto. Questo lavoro nel sottosuolo è pieno di tutti i tipi di sfide tecniche che richiedono una comprensione dettagliata e una comprensione della fisica complessa. ExxonMobil è una delle grandi aziende all’avanguardia nell’utilizzo della modellazione per promuovere tale innovazione.
ExxonMobil è stata la prima licenziataria (alla fine degli anni '70) del software Abaqus nel settore energetico. Il rapporto non era solo commerciale: ExxonMobil è stata anche la prima a collaborare con SIMULIA nello sviluppo di tecnologie per modellare i principali problemi di prestazione nel settore energetico. Ad esempio, una collaborazione con ExxonMobil ha portato alla prima grande capacità di movimento scorrevole ad Abaqus. Questa tecnologia è stata utilizzata per aumentare la pressione e la temperatura, nonché l'affidabilità dei tubi e delle attrezzature per la produzione di tubi filettati. Bruce Dale, capo ingegnere del sottosuolo di ExxonMobil, ha descritto per la prima volta la collaborazione di tre decenni e mezzo della sua azienda con SIMULIA e i suoi predecessori durante un discorso alla SIMULIA Community Conference 2010. Poco dopo quel discorso, il suo team di ingegneri con SIMULIA ha avviato una nuova lavorare per rafforzare ulteriormente le capacità di modellazione che aiuteranno a risolvere numerosi problemi associati alla produzione di gas di scisto nel sottosuolo. Questa collaborazione si concentrerà sullo sviluppo di modelli materiali all'avanguardia per scopi generali, tecnologia degli elementi finiti e procedure computazionali volte a identificare soluzioni praticabili a tali problemi.
Il team era composto da ingegneri senior della ExxonMobil che hanno lavorato direttamente con il personale SIMULIA. In particolare, Kevin Searles è stato determinante nella creazione delle basi tecniche chiave e nella consulenza al team di leadership congiunto dello sviluppo sin dal suo inizio. Altrettanto importante è stata la guida continua di Bill Kline, Jason Burdett ed Erica Bidiger della ExxonMobil durante tutto il progetto congiunto. (Vedi le barre laterali per i profili dei contributori.) All'SCC di quest'anno a Berlino, Dale è tornato per fornire uno sguardo affascinante sui progressi compiuti dalla partnership congiunta con SIMULIA e su quanto sofisticate siano diventate le sue capacità negli ultimi cinque anni. Oltre all’SCC, il team ExxonMobil sta implementando queste tecnologie anche in occasione di eventi tecnici nel settore del petrolio e del gas.
"Questo sforzo congiunto tra ExxonMobil e SIMULIA ha portato allo sviluppo di miglioramenti fondamentali nella modellizzazione per affrontare le principali sfide di trivellazione, completamento e produzione nel settore del petrolio e del gas", ha affermato Dale. "Le tecnologie avanzate di modellazione e visualizzazione 3D stanno giocando un ruolo sempre più importante nel successo del settore energetico e includono funzionalità di modellazione come l'analisi degli elementi finiti (FEA), la fluidodinamica computazionale (CFD) e la dinamica del flusso di particelle (PFD)." Dale è stato coinvolto in questi sforzi sin dagli inizi della sua carriera presso Exxon negli anni '80, iniziando nella ricerca e sviluppo, supportando l'attività di perforazione e infine passando a ruoli di gestione e leadership. È un sostenitore delle nuove tecnologie rivoluzionarie; e ha promosso l'innovazione, la creatività e l'eccellenza durante i suoi 34 anni di carriera professionale. "Ho avuto l'opportunità di lavorare con Abaqus, parte del set di strumenti SIMULIA di Dassault Systèmes, ed è stato un ottimo modo per applicare tecnologie avanzate per simulare cose che prima potevamo testare solo in laboratorio o sul campo", ha affermato in un'intervista. intervista dopo lo spettacolo del 2015.
L'uso della simulazione da parte di ExxonMobil ha aumentato la competitività dell'azienda, ha affermato Dale. "Essere in grado di unire i punti è qualcosa che non potrai mai realizzare pienamente in un laboratorio a causa dei costi, delle dimensioni e del tempo", ha affermato. “In passato, il tempo a disposizione spesso non rientrava nel periodo in cui era necessario prendere le decisioni. “La visualizzazione ora possibile attraverso la simulazione consente l’interpretazione, ovvero l’individuazione di opportunità o debolezze, molto prima. Colpisce e influenza il qui e ora molto più che mai. Quindi, nell’intelligence e nell’intelligenza, la visualizzazione è un grande aiuto che può riunire le persone con diversi tipi di informazioni e analisi dei dati per risolvere alcuni problemi molto complessi”.
Nel suo discorso alla SCC nel 2015, Dale ha discusso dell'impegno della sua azienda nello sviluppo delle risorse di gas naturale in modo sicuro e affidabile. ExxonMobil ha sviluppato le migliori pratiche di gestione per migliorare l'efficienza riducendo al contempo l'impatto ambientale complessivo, ha affermato. Ciò include la protezione delle risorse idriche sotterranee locali, la collaborazione con le comunità e il governo e la promozione della trasparenza e di una regolamentazione efficace.
Dale ha spiegato che l’estrazione del gas naturale dalle rocce di scisto implica una fisica complessa
Per modellare accuratamente i fattori critici che possono influenzare il successo di queste molteplici fasi di produzione, ExxonMobil e SIMULIA hanno sviluppato una formulazione completamente accoppiata per la crescita della frattura assistita da fluido (idraulica) utilizzando due metodi avanzati agli elementi finiti: il metodo della zona coesiva. (CZM), in cui il percorso della frattura è limitato da un piano; e il metodo degli elementi finiti estesi (XFEM), in cui la traiettoria di frattura è completamente dipendente dalla soluzione. Oltre a questi metodi avanzati agli elementi finiti, Abaqus implementa anche modelli costitutivi avanzati per tenere conto della deformazione anelastica associata ai tipi di meccanismi di rottura unici e complessi osservati nelle rocce tenere.
In tutti i casi, le metodologie sono state accuratamente testate per un'ampia gamma di proprietà delle rocce e dei fluidi e condizioni di perdita di fluidi, sia con soluzioni semi-analitiche che con risultati sperimentali di laboratorio. ExxonMobil ha sviluppato internamente capacità sperimentali uniche e ha poi collaborato con SIMULIA per creare modelli 2D e 3D di molti aspetti diversi della fratturazione idraulica controllata delle rocce. "Includendo input misurati fisicamente e rappresentando la fisica completa, piuttosto che semplicemente" mettere a punto "i modelli per ottenere i risultati desiderati, siamo fiduciosi nella nostra convalida di queste capacità numeriche appena sviluppate in Abaqus", ha affermato Dale.
Queste capacità di modellazione recentemente sviluppate supportano notevolmente l'attività di fratturazione idraulica di ExxonMobil, ha osservato Dale. "Evitare problemi di trivellazione riduce i costi", ha detto. “Gestire i rischi di perforazione significa non lasciare che i piccoli problemi diventino grandi. La modellazione 3D avanzata migliora la nostra capacità di prevedere le sfide della perforazione, come l’instabilità dello scisto o la perdita di profitto nelle sabbie, e di mitigare i rischi. La modellizzazione ci aiuta anche a sviluppare schemi di recupero innovativi per rendere la produzione più conveniente”. "I vantaggi della nostra partnership congiunta con SIMULIA sono molteplici", ha concluso Dale. “Nei prossimi decenni, il mondo dovrà espandere la propria fornitura di energia in modo sicuro, conveniente e rispettoso dell’ambiente. La modellazione 3D consente di creare soluzioni innovative basate sui fondamenti dell'approvvigionamento energetico nel 21° secolo."