PETROMAKS2-Stort program petroleum

Prosjektet SIMCOFLOW har utviklet en numerisk og fysikk-basert simuleringsmetode som gjør det mulig å simulere effektiviteten av oljelenser under opprensing av oljesøl etter ukontrollert utslipp til havet. Metodene vil kunne anvendes til å optimalisere selve utformingen av oljelensene, samt styre operasjonen av slikt utstyr under varierende værforhold. Olje som slippes ut i sjøen vil akkumuleres på og i nærheten av vannflaten, og i slike situasjoner blir oljelensene vanligvis slept av to skip, for å samle opp oljen. Vind, bølger og havstrømmer vil påvirke slepeoperasjonen , samt bevegelsen av selve oljelensene med påmonterte skjørt. Olje som kommer inn i bommen samler seg her inne eller unnslipper under eller over bommen. Oljen vil fremstå som dispergerte små dråper eller som en film av olje på havoverflaten , avhengig av bølger og turbulens i sjøen overflatelaget. Simulering av en slike kompleks strømning krever modeller og numeriske metoder som er i stand til å håndtere flere samtidige fysiske fenomener, der deformasjon og bevegelse av oljelensen blir simulert som en integrert del av problemet. Demonstrasjon av hvordan disse utfordringene kan løses har vært viktig for SIMCOFLOW . Prosjektet har hatt en PostDoc som har jobbet med programvare for å realisere konseptene som har blitt utviklet. Basert på formell volum og ensemblemidling er det utviklet metoder og numeriske løsningsalgoritmer. De utviklede metodene kan karakteriseres som "immersed boundaries", basert på "staggered Cartesian grids" og "Cartesian cut-cells". De siste publikasjonene er her (https://www.sintefbok.no/book/download/1119). En doktorand har jobbet med numeriske metoder for eksplisitte løsere med store tidssteg (CFL >>1). Dette arbeidet har resultert i mange publikasjoner. En utfordring har vært handtering av kildeledd, noe som ennå ikke er løst. Kildekode fra prosjektet er publisert på GitHub (https://github.com/lovfall/simcoflow), og er gjort offentlig tilgjengelig ved hjelp av GNU GPL License v3.0. Prosjektet har vært et samarbeid mellom SINTEF , NTNU , Ensta Paristech og University of Minnesota. Underveis er det også blitt utviklet et samarbeid med LEMTA, University of Lorraine, France.

Prosjektet har ført til at fagfeltet har kommet betydelig lengre i forståelse runt hvordan en kan jobbe med store tidssteg (raskere simuleringer). Kartesisk cutt-celle teknologi er implementert og testet ut på industrielle applikasjoner. Dette har resultert i åpen kildekode (SIMCOFLOW) som er tilgjengelig på GitHub. Dette arbeidet vil bli tatt videre i regi av NTNU of SINTEF for å få fram en levende Open Source kode som kan brukes i utdanning og i industrielle prosjekter. Applikasjonsområdet så langt er oljelenser, bølgeimpakt mot dynamiske struktuirer og bølgeindusert spray - herunder marin ising. Er stort antall publikasjonener har kommet ut av prosjektet (24, hvorav 13 er journalartikler). Arbeidet har også resultert i godt samarbeid med to sterke franske miljøer.

Previously, we have developed multiphase models for flow assurance. It was demonstrated that for 3-phase flow, the interface dynamics and evolution of dispersed phased can be predicted. However, in complex flow cases there is a need to apply accurate loca l boundary conditions, together with handling all fields (bubbles, droplets, particles, continuous fluids) accurately and allowing for free interaction between fluids and other materials. In addition, there is need for a flexible but robust model framewor k which allows building fast new models and simulators for the most demanding applications. Hence, a novel modelling framework for multidimensional multi-fluid and multi-material flows will be developed, employing parallelized numerical solvers (MPI). Th is enables applications, ranging from Direct Numerical Simulations, simulations of different oil-and gas flow applications, to a large number of other multiphase flows where flow-structure interactions are important. Examples are flow induced vibrations, plugging of pipes by hydrate plugs, improved separator design, spray-induced marine icing on vessels and oil-boom behavior and efficiency on rough sea. New concepts, models and numerical methods, using Cartesian meshes, will be developed to handle situ ations where multiphase flows and structures interact dynamically. This further allows fast gridding of very complex bounding geometries, helping to move the attention towards the physics. The dispersed fields can be modelled by either Eulerian or Lagrang ian methods, allowing use of the method that best can represent the physics in each situation. As it is impossible to cover many applications in one single project we make a demonstration on simulating an oil boom operation in rough sea. Satisfactory sim ulation of oil booms is not possible with existing commercial tools. The results from the project, including documentation and source code, will be made publicly available under the open source GNU LGPL licence.