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Sciences et Technologies du Numérique

Des simulations d’écoulement plus efficaces en s’inspirant du contrôle optimal

La simulation de l’écoulement des mélanges multiphasiques (gaz et liquide) dans les milieux poreux a des applications variées en géosciencesa mais également dans le domaine de l’ingénierie et des procédés chimiques.
  
Dans les simulateurs à usage industriel, les formulations globalement implicites des équations sont un élément central assurant la robustesse et la performance de calcul, tout en conservant un couplage intime entre les écoulements de fluide et la thermodynamique. Des difficultés mathématiques et numériques demeurent toutefois comme, par exemple, pour traiter l’apparition et la disparition des phases de manière simultanée avec le déplacement des constituants. Les méthodes numériques utilisées doivent donc être adaptées pour tenir compte de la structure variable du système d’équations et résoudre les inégalités associées.
  
Diverses solutions innovantes ont été proposées ces dernières années, via une reformulation fondée sur les contraintes de complémentaritéb, utilisées en optimisation et en contrôle optimal.
  
En s’appuyant sur ces nouvelles idées et sur son savoir-faire historique, IFPEN a proposé une approche unifiée et un cadre général facilitant le développement d’algorithmes et leur implantation informatique. Ces algorithmes ont été testés au sein de prototypes(1) puis déployés avec succès dans des simulateurs opérationnels.
  
Par cette approche, on peut, dès à présent, traiter des systèmes couplant les écoulements avec des réactions chimiques(2) (figure), de la thermique et de la compaction(3).
  
Les travaux en cours visent à intégrer des réactions chimiques cinétiques et à adapter des solveurs issus du monde de l’optimisation.

a- Stockage du CO2, stockage de gaz, exploitation des hydrocarbures, géothermie, dépollution des sols.
  
b- Par lesquelles on exprime de manière concise la positivité de deux grandeurs et la nullité d’au moins l’une d’entre elles.

 

Contact scientifique :  anthony.michel@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 33 - Juin 2018

Publications

  1.  I. Ben Gharbia et al., Study of Compositional Multi-Phase Flow Formulations with Cubic EOS, SPE Reservoir Simulation Symposium 2015, Houston, USA, 23-25 February 2015.
    >> DOI: 10.2118/173249-MS
       
  2. T. Faney et al., Comparison of numerical schemes for multiphase reactive transport, Workshop “Reactive Transport Modeling in the Geological Sciences”, IHP, Paris, France, 17-18 November 2015.
    >> www.irisa.fr/sage/RTworkshop-2015/Exposes/Faney.pdf
       
  3. C. Meiller et al., Three-Phase Darcy Migration in Basin Modeling, AAPG ACE, 100th, Houston, USA, 2-5 April 2017
    >> www.searchanddiscovery.com/abstracts/html/2017/90291ace/abstracts/2611970.html

 

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