Emplean cómputo de alto rendimiento para optimizar la actividad petrolera

La Comisión Nacional de Hidrocarburos, en su informe sobre Reservas de Hidrocarburos y Recursos Prospectivos, establece que en 2011 las reservas de petróleo crudo equivalente se ubicaban en 43 mil 47 millones de barriles y para 2020 pasaron a 23 mil 88, con una reducción en una década de casi 20 mil millones.

Con el propósito de explotar de forma más eficiente ese recurso, el Cinvestav, a través de su Laboratorio de Matemática Aplicada y Cómputo de Alto Rendimiento ABACUS, participa en el proyecto ENERXICO, iniciativa impulsada por los gobiernos de México y la Unión Europea, que busca aplicar técnicas de cómputo de alto rendimiento (High Performance Computing) para desarrollar simulaciones numéricas que mejoren al aprovechamiento de diversas fuentes de energía.

“La idea es ver cómo el supercómputo impacta en el aprovechamiento y generación de energía, de manera particular, con el petróleo; una línea de investigación se concentra en gas e hidrocarburos, donde la parte mexicana se encuentra más activa; además se vislumbra realizar análisis para energías alternativas”, explicó Isidoro Gitler, coordinador de ABACUS.

El Laboratorio ABACUS del Cinvestav es el encargado de realizar para México las simulaciones numéricas de yacimientos, distribución y transporte del petróleo por los ductos a nivel nacional, además de realizar cálculos numéricos con la intención de optimizar los algoritmos que están siendo desarrollados por los grupos de trabajo.

Además, junto a otras instituciones nacionales y europeas, participa en la evaluación de los paquetes computacionales que existen para la exploración petrolera, verificando si son escalables o analizando posibles modificaciones a fin de ser utilizados en computadoras con capacidad de cómputo exaescala (capaces de realizar operaciones del orden de 10 a la 18, de punto flotante por segundo o un exaflop) que muy pronto integrarán una nueva tecnología para hacer simulaciones numéricas de yacimientos.

Una de las aportaciones más significativas del Cinvestav en el proyecto es su participación en el desarrollo de un software completamente mexicano desarrollado por el grupo de investigación liderado por Jaime Klapp del ININ, responsable del proyecto ENERXICO a nivel nacional.

Este software es el primero a nivel mundial basado en la Hidrodinámica de Partículas Suavizadas (SPH), metodología usada para resolver sistemas de ecuaciones diferenciales y modelamiento matemático de grandes problemas en astrofísica, pero que en los últimos 20 años se ha incorporado a otras ramas del conocimiento.

“El software en desarrollo se llamará Black Hole (empleado para el estudio de hoyos negros) para su aplicación en simulaciones de flujos de hidrocarburos en yacimientos naturalmente fracturados, que ha permitido evaluar eficazmente los beneficios y riesgos potenciales asociados a la inyección de gases como CO2, nitrógeno o metano”, señaló Isidoro Gitler.

Adicionalmente se están diseñando herramientas de inteligencia artificial (machine learning) que permitan evaluar distintos procesos de la exploración de recursos energéticos que hoy día son muy costosos en tiempo y recursos financieros. Además, se planea estudiar problemas relacionados con los sistemas de generación energética eólica, simulación de procesos de recuperación de hidrocarburos, desarrollo de biocombustibles y el diseño de técnicas de combustión eficiente, entre otros.

También, se incorporan técnicas de aprendizaje profundo y automático con el propósito de reducir las incertidumbres de las simulaciones numéricas y durante el proceso de validación con datos de campo o de laboratorio; incluso, se utiliza para evaluar previamente los parámetros de entrada en las simulaciones, con el objetivo de reducir tiempos de operación de las supercomputadoras y costos.

Cinvestav se encarga de ejecutar computacionalmente las simulaciones numéricas y ajustar los parámetros críticos en los distintos modelos matemáticos en las temáticas abordadas; es decir, trabaja en la instrumentación de subrutinas, ubicadas dentro del programa general, como la evaluación de diversos elementos, implementación de metodologías y programas que corren dentro del software para su posible ejecución y sobre todo en la extensión de su uso en las futuras máquinas exaescala.

“Con las simulaciones que hacemos, la industria petrolera podrá ahorrar millones de dólares, porque como resultado de estas modelaciones numéricas es posible decidir la mejor forma de explotar los futuros pozos; además, al fortalecer los centros de supercómputo las técnicas que se generen también se pueden aplicar para resolver problemas de salud, clima o explotación hídrica”, aseguró Isidoro Gitler.

El proyecto ENERXICO es financiado por el programa europeo Horizonte 2020, y la Secretaría de Energía de México, en el que colaboran 16 instituciones académicas e industriales de México y Europa.