Всего за последнее десятилетие представление о чистом природном газе как о главном факторе удовлетворения глобального спроса на энергию резко изменилось. Например, в 2000 году сланцевый газ составлял лишь один процент поставок природного газа в США. Сегодня эта цифра составляет 30 процентов и продолжает расти. Почему? Потому что инновационные решения, разработанные на основе технологий, давно используемых нефтегазовыми компаниями, теперь успешно применяются и к нетрадиционным ресурсам, таким как сланцевая порода. Эти подземные работы наполнены всевозможными техническими проблемами, которые требуют подробного понимания и понимания сложной физики. Одной из крупных компаний, играющих ведущую роль в использовании моделирования для обеспечения таких инноваций, является ExxonMobil.

ExxonMobil была одним из первых лицензиатов (в конце 1970-х годов) программного обеспечения Abaqus в энергетическом секторе. Отношения были не просто коммерческими — ExxonMobil также была одним из первых партнеров SIMULIA по разработке технологий, позволяющих моделировать ключевые проблемы производительности энергетического сектора. Например, сотрудничество с ExxonMobil привело к созданию в Abaqus самой первой возможности большого скользящего смещения. Эта технология была использована для повышения напорно-температурной стойкости, а также надежности труб и оборудования для производства нарезных труб. Брюс Дейл, главный инженер-геолог ExxonMobil, впервые рассказал о трех с лишним десятилетиях сотрудничества своей компании с SIMULIA и ее предшественниками во время основного доклада на конференции сообщества SIMULIA в 2010 году. Вскоре после этой речи его команда инженеров предприняла новую попытку с SIMULIA для дальнейшего расширения возможностей моделирования, которые помогут решить многие проблемы, связанные с подземной добычей сланцевого газа. Это сотрудничество будет сосредоточено на разработке современных моделей материалов общего назначения, технологии конечных элементов и вычислительных процедур, направленных на определение рабочих решений таких задач.

Команда состояла из старших инженеров ExxonMobil, которые напрямую сотрудничали с персоналом SIMULIA. В частности, Кевин Сирлз сыграл значительную роль в создании ключевых технических основ и консультировании совместной руководящей группы по разработке с момента ее создания. Также важным было постоянное руководство ExxonMobil Биллом Клайном, Джейсоном Бёрдеттом и Эрикой Бидигер на протяжении всего совместного проекта. (См. профили участников на боковых панелях.) В этом году на SCC в Берлине Дейл вернулся, чтобы подробно рассказать о том, как далеко продвинулось совместное партнерство с SIMULIA и насколько совершенными стали полученные возможности за последние пять лет. . Помимо SCC, команда ExxonMobil внедряет эти технологии на технических мероприятиях по нефтегазовой отрасли.

«Эти совместные усилия ExxonMobil и SIMULIA привели к разработке фундаментальных улучшений в моделировании для решения ключевых задач бурения, заканчивания и добычи в нефтегазовой отрасли», — сказал Дейл. «Передовые технологии моделирования и 3D-визуализация играют все более важную роль в успехе энергетической отрасли и включают в себя такие возможности моделирования, как анализ методом конечных элементов (FEA), вычислительная гидродинамика (CFD) и динамика потока частиц (PFD)». Дейл принимал участие в этих усилиях с самого начала своей карьеры в Exxon в 1980-х годах, начиная с исследований и разработок, поддерживающих буровой бизнес, и со временем перейдя на руководящие и руководящие должности. Он является сторонником новых технологий, меняющих правила игры; и способствовал инновациям, творчества и совершенства на протяжении всей своей 34-летней профессиональной карьеры. «В начале у меня была возможность поработать с Abaqus, частью набора инструментов Dassault Systèmes SIMULIA, и это был отличный способ применить передовые технологии для моделирования тех вещей, которые в прошлом мы могли только тестировать. в лаборатории или в полевых условиях», — сказал он в интервью после выступления в 2015 году.

По словам Дейла, использование моделирования в ExxonMobil повысило конкурентоспособность компании. «Возможность соединить точки — это то, что вы никогда не сможете полностью реализовать в лаборатории из-за стоимости, размера и времени», — сказал он. «В прошлом имеющееся время часто не укладывалось в период, когда нужно было принимать решения. «Теперь визуализация, возможная с помощью моделирования, позволяет вам делать интерпретацию — выявлять возможности или недостатки — намного раньше. Это влияет и влияет на здесь и сейчас гораздо больше, чем когда-либо прежде. Таким образом, в добывающем бизнесе визуализация является отличным подспорьем, способным объединить людей с разрозненными типами анализа информации и данных для решения очень сложных задач».

В своем обращении к SCC в 2015 году Дейл рассказал о приверженности своей компании безопасному и надежному освоению ресурсов природного газа. По его словам, ExxonMobil разработала лучшие методы управления для повышения эффективности при одновременном снижении общего воздействия на окружающую среду. Это включает в себя защиту местных ресурсов подземных вод, тесное сотрудничество с населением и правительством, а также содействие прозрачности и эффективному регулированию.

Дейл объяснил, что добыча природного газа из сланцевой породы связана со сложными физическими процессами.

Чтобы точно смоделировать критические факторы, которые могут повлиять на успех этих многих этапов добычи, ExxonMobil и SIMULIA разработали полностью совмещенную формулу для гидродинамического (гидравлического) роста трещин с использованием двух передовых методов конечных элементов: метод когезионной зоны (CZM), в которых траектория разрушения ограничена плоскостью; и расширенный метод конечных элементов (XFEM), в котором траектория разрушения полностью зависит от решения. В дополнение к этим передовым методам конечных элементов в Abaqus также были реализованы расширенные определяющие модели для учета неупругой деформации, связанной с типами уникальных сложных механизмов разрушения, наблюдаемых в мягких породах.

Во всех случаях методологии были тщательно проверены для широкого спектра свойств пород и флюидов, а также условий водоотдачи, как в отношении полуаналитических решений, так и в отношении результатов лабораторных экспериментов. Компания ExxonMobil разработала уникальные экспериментальные возможности собственными силами, а затем работала с SIMULIA над созданием 2D- и 3D-моделей многих различных аспектов управляемого гидравлического разрыва пласта в горных породах. «Благодаря включению физически измеренных входных параметров и представлению полной физики, а не просто «настройке» моделей для достижения желаемых результатов, мы уверены в нашей проверке этих недавно совместно разработанных числовых возможностей в Abaqus», — сказал Дейл.

Эти недавно разработанные возможности моделирования во многом поддерживают бизнес ExxonMobil по гидроразрыву пласта, отметил Дейл. «Избежание проблем с бурением снижает затраты», — сказал он. «Управление рисками, связанными с бурением, означает не позволять маленьким проблемам становиться большими. Усовершенствованное 3D-моделирование повышает нашу способность предвидеть проблемы, связанные с бурением, такие как нестабильность в сланцах или упущенную выгоду в песках, и снижать риски. Моделирование также помогает нам разрабатывать инновационные схемы восстановления, чтобы сделать производство более экономичным». «Плоды нашего совместного сотрудничества с SIMULIA многочисленны», — заключил Дейл. «В предстоящие десятилетия миру необходимо будет расширять поставки энергии таким образом, чтобы это было безопасным, надежным, доступным и экологически ответственным. 3D-моделирование обеспечивает инновационные решения, опираясь на основы производства энергии в 21 веке.