Теплотехнические расчеты при проектировании нефтегазовых объектов в районах распространения многолетнемерзлых

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

ОАО «Гипротюменнефтегаз» , г. Тюмень, 2014

XIV научно-практическая конференция«Информационные технологии в проектировании»

ООО «Симмэйкерс»

www.simmakers.ru

Scientific software development 2

Деятельность компании SimmakersРазработка наукоемкого программного обеспечения для инженерного анализа

Компьютерное моделирование

Математические модели

Распараллеливание алгоритмов

3D визуализация


Сотрудники компанииПобедители

международных олимпиад по

математике и программированию

Кандидаты наук и президентские стипендиаты

> 60 научных публикаций5 сертифицированных

программных комплексов


Резидент

Партнерство

Достижения за последний 2013-й год

Californian University in Los-Angeles

Сотрудничество

Оценка нашей технологии международными экспертами:

47 баллов из 48 возможных!

Scientific software development

Сотрудничество с NVIDIA в области параллелизации вычислений и визуализации

5

Графические ускорители TESLA и ПО от Simmakers Ltd. позволяют достичь ускорения вычислений ранее достижимых только на суперкомпьютерах


Теплотехнические расчеты грунтовНазначение

Оценка теплового влияния фундаментов зданий и сооружений, скважин, трубопроводов и др. на многолетнемерзлые грунты

Знание температурного распределения необходимо при определении 1)осадки и морозного пучения грунта2)несущей способности оснований и фундаментов3)устойчивости на воздействия сил морозного пучения


Frost 3D Universal сертифицирован в Российской Федерации

FROST 3D – ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Трубопроводов наземных и подземных Автомагистралей и железных дорог Фундаментов и оснований Опор ЛЭП Дамб и плотин Тоннелей и шахт Теплоизоляции зданий и сооружений

Позволяет выполнять теплотехнические расчеты при проектировании:


Теплотехнический расчет в FROST 3D Этап 1: 2D геометрическая модель рассматриваемого участка

8


Этап 2: Восстановление 3D геометрии

9

Резервуар Бованенковского месторождения


Этап 3: Создание расчетной сетки, задание граничных условий и теплофизических свойств

10

Расчетная сетка в FROST 3D – 4 млн. ячеек


Визуализация расчета в FROST 3D Результаты моделирования в 3D

11


Изолинии температур в FROST 3D Результаты моделирования в сечении

12


Расчет ореола оттаивания грунтоввокруг нефтепровода

13

Участок нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан», расположенный в грунте с подземными льдами мощностьюдо 4-х метров.

Область моделирования 25x25x15 мКоличество узлов 2,9 млн.


Результаты расчета через 1 год

14

Температурное поле через 1 год - 05.10.2012

Поперечное сечение и продольное сечение


Ореол оттаивания грунтов через 1 год

15

Ореол оттаивания через 1 год - 05.10.2012



Результаты расчета через 10 лет

16

Температурное поле через 10 лет - 28.09.2021



Ореол оттаивания грунтов через 10 лет

17

Ореол оттаивания через 10 лет - 28.09.2021



Термостабилизация грунта под резервуаром с нефтью

18

Область моделирования 90x90x33 мТолщина теплоизолятора5 смКоличество узлов 3,13 млн.


Результаты моделирования в FROST 3D

19

Результаты расчета температурного поля



Строительство туннелей и плотин.Замораживание грунта с учетом фильтрации

20

Размер области моделирования62x20.2x18.5 мСкорость фильтрации 1.25 м/д23 охлаждающие трубыКоличество узлов 2,03 млн.


Расчет замораживания грунта в туннеле

21

Результаты расчета температурного поля


Расчет больших моделей. Fukushima Ice Wall

22

Размер области моделирования450x210x30 м1073 охлаждающие трубыСкорость фильтрации 0.1 м/дКоличество узлов 17,83 млн.


3D модель Fukushima Ice Wall

23

3D геометрическая модель объектов инфраструктурыАЭС «Фукусима» в программе Frost 3D

Результаты расчета

тепловых полей


Результат расчета Fukushima Ice Wall

24

Результаты расчета

тепловых полей

Распределение температуры и льдистости в сечении YZ на 10.12.2014


Анализ скорости расчета в области 10х10х25м

ПрограммаКоличество узлов в

расчетной сеткеВремя

FROST 3D 168 100 9 c

COMSOL 168 100 316 с

ANSYS 142 000 757 c

FROST 3D 1 043 001 116 c

COMSOL 1 043 001 6161 c

ANSYS 1 193 343 9690 c

0 5 10

250

260

270

280

Темпе

рату

ра, К

z, м

точное решение разработанная программа COMSOL ANSYS

10м 10м

25м

Слайд из презентации 2013 г.


x4,0

x46,5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

100M DOF

Spee

d up

Intel Core i7-3770

Nvidia Tesla K20c

Параллелизация вычислений Frost 3D

26

Версия Speed up Max RAM Max DOF Model

Single-core CPU 32 bit x1 2 Gb 2 М

Single-core CPU 64 bit x1 32 Gb 500М

Multi-core CPU 64 bit x4 64 Gb 1000М

Multi-core GPU 64 bit x40 12 Gb 200М

ABAQUS 6.11Frost 3D Universal

Ускорение х46 х2,4 х3,2


Заключение

Трехмерное компьютерное моделирование является эффективным инструментом для количественной оценки теплового влияния скважин, трубопроводов, резервуаров, зданий и других сооружений на многолетнемерзлые грунты.

Использование программы FROST 3D Universal позволяет оценить степень оттаивания и промерзания грунтов вокруг свай, трубопроводов, сооружений и др. с учетом геолого-литологического строения грунтов, метеорологических условий, фильтрации грунтовых вод, использования теплоизоляционных материалов и термостабилизаторов.

Technology

Теплотехнические расчеты при проектировании нефтегазовых объектов в районах распространения многолетнемерзлых