Análise de escalabilidade em simulação de reservatórios de petróleo via elementos finitos e programação distribuída (MPI)

dc.contributor.advisorSouza, Samuel Xavier de
dc.contributor.advisor-co1Schneider, Kleiton Andre
dc.contributor.advisor-co1ID0000-0002-6892-8644
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5245557284932047
dc.contributor.advisorID0000-0001-8747-4580
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9892239670106361
dc.contributor.authorDantas, Gabriel Nogueira da Silva
dc.contributor.authorID0000-0001-8825-300X
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9995718463107281
dc.contributor.referees1Araújo, Roger Rommel Ferreira de
dc.contributor.referees1ID0000-0003-0958-0315
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2469398155033763
dc.date.accessioned2025-07-21T14:40:13Z
dc.date.available2025-07-21T14:40:13Z
dc.date.issued2025-07-10
dc.description.abstractComputational simulation of petroleum reservoirs is fundamental for strategic decision-making in the oil and gas industry, where numerical accuracy of models and computational efficiency are critical factors. This work proposes a hybrid parallelization implementation for the linear system solver of a numerical code based on the stabilized finite element method, developed to simulate polymer solution injection in reservoirs. The implementation was carried out in Fortran 90, combining OpenMP for shared memory parallelism and MPI for distributed memory. The Hypre library was used for linear system solution and MPI for data distribution among processes. Static load balancing was employed, defined based on the distribution of the number of linear system equations among processes. Experiments were conducted at the High Performance Computing Center (NPAD) of UFRN, using unstructured meshes of different sizes. Results demonstrated significant improvements in the linear system solution stage, with reductions of up to 74% in linear system solution time using 4 computational nodes with 4 MPI processes and 16 threads each. Scalability analysis revealed that the implementation presents both strong and weak scalability, although the speedup was sublinear, indicating opportunities for future optimization.
dc.description.resumoA simulação computacional de reservatórios de petróleo é fundamental para a tomada de decisões estratégicas na indústria de óleo e gás, sendo a precisão numérica dos modelos e a eficiência computacional fatores críticos. Este trabalho propõe uma implementação de paralelização híbrida para o solucionador de sistemas lineares de um código númerico baseado no método dos elementos finitos estabilizados, desenvolvido para simular a injeção de soluções poliméricas em reservatórios. A implementação foi realizada em Fortran 90, combinando OpenMP para paralelismo em sistemas de memória compartilhada e MPI para memória distribuída. Utilizou-se a biblioteca Hypre para a solução de sistemas lineares e MPI para a distribuição de dados entre processos. Foi empregado um balanceamento de carga estático, definido a partir da distribuição do número de equações do sistema linear entre os processos. Os experimentos foram realizados no Núcleo de Processamento de Alto Desempenho (NPAD) da UFRN, utilizando malhas não estruturadas de diferentes tamanhos. Os resultados demonstraram melhorias significativas na etapa de solução de sistemas lineares, com reduções de até 74% no tempo de solução de sistemas lineares utilizando 4 nós computacionais com 4 processos MPI e 16 threads cada. A análise de escalabilidade revelou que a implementação apresenta tanto escalabilidade forte quanto fraca, embora o speedup tenha sido sublinear, indicando oportunidades de otimização futura.
dc.identifier.citationDANTAS, Gabriel Nogueira da Silva. Análise de escalabilidade em simulação de reservatórios de petróleo via elementos finitos e programação distribuída (MPI). 2025. 44 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) - Departamento de Engenharia de Computação e Automação, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/64695
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBrazil
dc.publisher.departmentEngenharia de Computação e Automação
dc.publisher.initialsUFRN
dc.publisher.programGraduação em Engenharia de Computação
dc.subjectSimulação computacional
dc.subjectReservatórios de petróleo
dc.subjectMétodo dos elementos finitos estabilizados
dc.subjectParalelização
dc.subjectOpenMP
dc.subjectMPI.
dc.titleAnálise de escalabilidade em simulação de reservatórios de petróleo via elementos finitos e programação distribuída (MPI)
dc.typebachelorThesis

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