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[en] GEMA, A NEW FRAMEWORK FOR PROTOTYPING, DEVELOPMENT AND INTEGRATION OF MULTIPHYSICS AND MULTISCALE SIMULATIONS IN MULTIDISCIPLINARY GROUPS / [pt] GEMA, UM NOVO FRAMEWORK PARA A PROTOTIPAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E INTEGRAÇÃO DE SIMULAÇÕES MULTIFÍSICAS E MULTIESCALAS EM GRUPOS MULTIDISCIPLINARES

CARLOS AUGUSTO TEIXEIRA MENDES 29 August 2016 (has links)
[pt] A exploração e produção de petróleo é uma tarefa complexa onde a utilização de modelos físicos é fundamental para minimizar riscos exploratórios e maximizar o retorno do capital investido durante a etapa de produção dos campos descobertos. Com o passar do tempo, estes modelos vêm se tornando cada vez mais complexos, apresentando uma grande tendência de integração entre simuladores distintos e dando origem à necessidade de novas simulações multifísicas, onde modelos físicos isolados são resolvidos conjuntamente de maneira acoplada. Este trabalho apresenta o framework GeMA (Geo Modelling Analysis framework), uma biblioteca para suporte ao desenvolvimento de novos simuladores multifísicos, permitindo tanto o acoplamento de novos modelos construídos tendo o framework como base, quanto a integração com simuladores já existentes. Seu objetivo é promover a utilização de técnicas de engenharia de software tais como extensibilidade, reusabilidade, modularidade e portabilidade na construção de modelos físicos para engenharia, permitindo que engenheiros estejam livres para se concentrarem na formulação física do problema, uma vez que o framework se encarrega do gerenciamento de dados e das funções de suporte necessárias, agilizando a produção de código. Construído para auxiliar durante todo o fluxo de trabalho de uma simulação multifísica, a arquitetura do framework suporta múltiplos paradigmas de simulação e acoplamento de físicas, com especial ênfase no método de elementos finitos, sendo capaz de representar o domínio espacial através de múltiplas discretizações (malhas) e efetuar a troca de valores entre as mesmas. O framework implementa ainda conceitos importantes de extensibilidade, através do uso combinado de plugins e interfaces abstratas, bem como orquestração configurável e prototipação rápida através do uso da linguagem Lua. Além da descrição do framework, este trabalho apresenta ainda um conjunto de testes aplicados para testar sua corretude e expressividade, com especial ênfase em um modelo 2D de modelagem de bacias acoplando cálculo não linear de temperatura baseado em elementos finitos, compactação mecânica, maturação e geração de hidrocarbonetos. / [en] Petroleum exploration and production is a complex task where the use of physical models is imperative to minimize exploration risks and maximize the return on the invested capital during the production phase of new oil fields. Over time, these models have become more and more complex, giving rise to a tendency of integration between several simulators and the need for new multiphysics simulations, where single-physics models are solved together in a coupled way. This work presents the GeMA (Geo Modelling Analysis) framework, a library to support the development of new multiphysics simulators, allowing both the coupling of new models built with the framework as a base and the integration with pre-existing simulators. Its objective is to promote the use of software engineering techniques, such as extensibility, reusability, modularity and portability in the construction of engineering physical models, allowing engineers to focus on the physical problem formulation since the framework takes care of data management and other necessary support functions, speeding up code development. Built to aid during the entire multiphysics simulation workflow, the framework architecture supports multiple simulation and coupling paradigms, with special emphasis given to finite element methods. Being capable of representing the spatial domain by multiple discretizations (meshes) and exchanging values between them, the framework also implements some important concepts of extensibility, through the combined use of plugins and abstract interfaces, configurable orchestration and fast prototyping through the use of the Lua language. This work also presents a set of test cases used to assess the framework correctness and expressiveness, with particular emphasis given to a 2D basin model that couples FEM non-linear temperature calculations based on finite elements, mechanical compaction and hydrocarbon maturation and generation.

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