En el marco del Ciclo de Conferencias de Investigación y Docencia de la División de Ingeniería en Ciencias de la Tierra (DICT) 2020-1, el doctor Víctor Leonardo Teja Juárez, profesor del Departamento de Ingeniería Petrolera, dictó Cómputo en Paralelo Mediante GPU's Aplicado a la Simulación Numérica de Yacimientos Petroleros, el pasado 20 de noviembre en el Salón C-404.
El ponente explicó que, si bien las GPU's llevan una década en desarrollo, en México apenas se está haciendo programación aplicada a diversos campos, como en yacimientos petroleros. Esta metodología permite aprovechar al máximo el poder de la computación acelerada por GPU (una unidad de procesamiento de gráfico que se combina con una CPU):"Permite asignar a la GPU el trabajo de las aplicaciones donde el sistema de procesamiento es demandante, gracias a que cuenta con una arquitectura en paralelo con miles de núcleos pequeños y eficaces, diseñados para resolver varias tareas al mismo tiempo de forma más rápida, mientras que el resto del código se produce en la CPU", expuso.
Aunque en un inicio esta tecnología se utilizó en videojuegos, en 2007 se comenzó a aplicar en cálculos matemáticos para modelar sistemas numéricos en la recuperación secundaria de yacimientos petroleros, en la que ya no existe presión natural y se utilizan técnicas, como inyección de agua que permite mantener la presión y desplazar más aceite o petróleo, para que siga la producción hasta cierta etapa de la abducción del yacimiento.
De acuerdo con el experto para realizar un modelado numérico de inyección de agua en código de serie se debe plantearse un modelo conceptual para flujo bifásico isotérmico, en el que se inyecta agua para desplazar el aceite y otro matemático que parte de una ecuación general de propiedad intensiva, hasta obtener dos ecuaciones, una de agua y otra aceite, que se resuelven con el Método de Volumen Finito para conservar las propiedades de transporte por celda de malla o volumen de control, la masa y la energía. Con el método de Newton-Rapshon se linealizan numéricamente esas ecuaciones que da como resultado Jacobianos, los cuales se calculan por bloques, dependiendo de la presión del aceite y la saturación de agua.
El doctor Teja indicó que el modelo computacional requiere planificar un diagrama de flujo mediante un algoritmo de solución o lenguajes de programación para llevar a cabo la solución del sistema de ecuaciones lineales y el posprocesamiento de los resultados de las gráficas. "En la implementación del modelo numérico y simulación del proceso de inyección de agua en la computadora, primero se proporciona valores iniciales al diagrama y se presentan dos ciclos: de tiempo y de operaciones del Newton Rapshon, después se actualizan, seleccionan y salvan las variables primarias de interés, se libera la memoria y finaliza la simulación", ejemplificó.
Para verificar el código numérico de inyección de agua, abundó, se compara con tres modelos: el de Buckley-Leverett (que permite validar con una solución analítica), el Problema de los cinco pozos (que es bidimensional), y Dominios no Ortogonales, en el que se mallan geometrías complejas o irregulares con la Técnica de Coordenadas de Cuerpo Ajustado (Thompson, J.F, 1977), que permite crear automáticamente mallas suaves que se ajustan a cualquier cuerpo (humano, automóviles, etc.) y se puede extender a 3D.
El código validado, añadió, se pasa a las GPU's mediante la Arquitectura Unificada de Dispositivos de Cómputo (CUDA), de cálculo paralelo que aprovecha la potencia del GPU para proporcionar un incremento en el rendimiento del sistema de programación, el cual tiene áreas de oportunidad gracias a que admite la extensión a 3D del código para dominios ortogonales y paralelización, la utilización de la técnica de descomposición del dominio para el uso de múltiples GPU's y la implementación de mejores solucionadores de sistemas de ecuaciones lineales y un paso adaptativo.
Víctor Teja Juárez es ingeniero Electromecánico, maestro en Ciencias en Ingeniería Electromecánica (Instituto Tecnológico de Zacatepec) y recientemente obtuvo el Premio BAL-UNAM en Ciencias de la Tierra 2018-2019 a la mejor tesis doctoral, grado que obtuvo por el Instituto de Geofísica.
Para cerrar esta edición, los doctores Enrique González Torres, jefe de la DICT, Aldo Ramos Rosique y Josué Tago Pacheco, coordinadores del ciclo, externaron su satisfacción por la afluencia de estudiantes en las cuatro conferencias : "Es un foro que les permite conocer las áreas de oportunidad en ciencias de la Tierra, el panorama actual y las soluciones tecnológicas en torno al cambio climático, los sismos, la caída de producción del petróleo y los sistemas de captura de CO2, entre otros temas, lo que contribuye a que hagan conciencia social de que este campo de estudio requiere profesionales bien preparados y capaces de trabajar en equipos inter y multidisciplinarios; en la medida que los alumnos tengan un ambiente académico con diferentes ópticas formarán su criterio", finalizó el doctor González Torres.
