HPCG2- Simuleringsverktøy for gigatonn karbonlagring med tungregning (HPC)– fase 2.

Bakgrunn
I det forrige CLIMIT-DEMO-prosjektet (620073) ble en avgjørende milepæl nådd med lanseringen og demonstrasjonen av CO₂STORE-modulen i OPM Flow-simulatoren (www.opm-project.org). Dette er en dedikert CO₂-lagringsmodul som er enkel å bruke, nøyaktig og effektiv. CO₂STORE modulen ble demonstrert på en regional modell av Smeaheia med flere millioner celler. Videre utvikling er nødvendig for å (a) ytterligere forbedre ytelsen og stabiliteten for å tillate effektiv inkludering av oppløsningsprosesser og termiske effekter i realistiske feltskalasimuleringer, (b) utvide bruk til andre lagringsscenarier, for eksempel lagring i depleterte hydrokarbonfelt (c) samarbeide med andre miljøer for simulering av CO₂ lagring for å utvikle en internasjonal referanse for feltskalasimulering av CO₂-lagring.

Mål
Det overordnede målet med prosjektet er å levere en HPC-kompatibel CO₂-lagringssimulator med avansert funksjonalitet for å møte utfordringen med karbonlagring på Gigatonn-nivå. Målet er å levere en dedikert CO₂-lagringssimulator som kan være et foretrukket alternativet for simulering av CO₂ lagring i akviferer.

Aktiviteter
Prosjektet vil levere en åpen-kildekode-simulator som er i stand til å simulere komplekse modeller med nødvendig fysikk og oppløsning. Prosjektet har 4 arbeidspakker:
1. Forbedre HPC-ytelsen til OPM Flow-simulatoren med et mål om å levere en mer skalerbar, robust og effektiv simulator.
2. Utvide modelleringsmulighetene i simulatoren med mål å å kunne simulere CO₂-injeksjon i depleterte hydrokarbonfelt.
3. Verifisere og demonstrere CO₂-simuleringer som inkluderer oppløsningsprosesser og termiske effekter i realistiske feltskalaoppsett.
4. Formidling og utarbeidelse av en internasjonal CO₂-lagringsreferanse for realistiske simuleringer på feltskala.

Resultater
1. Tungregne-egenskapene til CO₂-simulatoren ble forbedret betydelig i løpet av prosjektet. Dette demonstreres av den vellykkede simuleringen av en modell med over 100 millioner celler som kjører på en HPC-klynge med 1,000 kjerner. Dette representerer en betydelig forbedring sammenlignet med milepælen på 10 millioner celler som ble oppnådd i et tidligere prosjekt. For å nå dette målet har simulatoren blitt forbedret i flere aspekter: (1) Bedre minnehåndtering, (2) generelle ytelsesforbedringer, (3) forbedret innstilling av lineære og ikke-lineære løsere for CO₂-lagring, og (4) forbedrede algoritmer for partisjonering av domenet for parallelle simuleringer.
2. En prototype komposisjonell simulator ble utviklet. Den komposisjonelle simulatoren kan simulere enkle modeller som er relevante for CO₂-injeksjon i depleterte felt. Resultatene er sammenlignet med forsknings- og kommersielle simulatorer.
3. En ny oppskaleringsmetode for konvektive innløsning av CO₂ i vann ble implementert i simulatoren. Den oppskalerte modellen tilnærmer virkningen av innløsningen uten å modellere individuelle CO₂-fingre, noe som muliggjør effektiv modellering på typiske gitter brukt til CO₂-simuleringer på feltskala.
4. Simulatoren er godkjent for bruk i Equinor for simulering av CO₂-injeksjon i saltvannsakviferer. For å oppnå godkjenning har simulatorene blitt grundig testet og validert mot andre simulatorer på et omfattende utvalg av testmodeller med økende kompleksitet, inkludert de med hysterese og termiske effekter.
5. Resultater fra OPM Flow simuleringer ble sendt til SPE11 CSP. Ingen andre deltakere sendte inn resultater med høyere gitter-oppløsning enn OPM Flow.
6. Antall brukere av CO₂-funksjonaliteten har økt jevnt og trutt i løpet av prosjektperioden.

Videre arbeid
Prosjektet fokuserte primært på CO₂-injeksjon i saltvannsakviferer og forbedringer rettet mot å forbedre HPC-ytelsen. Dette er i tråd med dagens prioriteringer på norsk sokkel. I fremtiden, etter hvert som flere hydrokarbonfelt nærmer seg slutten av produksjonen, blir muligheten for CO₂-injeksjon i depleterte felt et stadig mer attraktivt supplement til CO₂-injeksjon i saltvannsakviferer. Dette er allerede tilfelle i Nederland, der CO₂-injeksjon i depleterte gassfelt snart skal starte. Simulering av CO₂-injeksjon i depleterte hydrokarbon-felt byr på særegne og nye utfordringer for simuleringsverktøyene.

For praktiske simuleringer er det sjelden ønskelig å bruke gitter med mer enn 100 millioner celler på grunn av høye kostnader; det er imidlertid fortsatt behov for å forbedre HPC-funksjonene til simulatoren utover 100 millioner celler for å kjøre høyoppløselige simuleringer for benchmarking-formål. Et høyoppløselig gitter er nødvendig for nøyaktig å modellere CO₂ oppløsning som følge av konvektiv blanding av CO₂ i vann.

Publikasjoner
Landa-Marbán, David, and Tor H. Sandve. «pyopmspe11: A Python framework using OPM Flow for the SPE11 benchmark project.» Journal of Open Source Software 10.105 (2025): 7357.
Nordbotten, Jan M., et al. «Benchmarking CO $ _2 $ Storage Simulations: Results from the 11th Society of Petroleum Engineers Comparative Solution Project.» arXiv preprint arXiv:2507.15861 (2025).
Mykkeltvedt, Trine S., Tor Harald Sandve, and Sarah E. Gasda. «New Sub-grid Model for Convective Mixing in Field-Scale CO 2 Storage Simulation.» Transport in Porous Media 152.1 (2025): 9.
Reiso, Edel, et al. «Lessons Learned in Using Open-Source Simulation Software on Real Asset Models.» SPE Reservoir Simulation Conference, SPE, 2025.