Guy Gueritz à Hassi Messaoud, immense champ pétrolifère algérien.

Ce n’est pas un hasard si les entreprises du secteur pétrolier et gazier comptent historiquement parmi les plus importants utilisateurs industriels de supercalculateurs. Elles ont depuis toujours des besoins particulièrement importants en termes de puissance de calcul et de ‘scalabilité’. Et dans un contexte de concurrence accrue et de raréfaction des ressources, il est plus que probable qu’elles accroissent encore leur recours au HPC (Calcul Haute Performance), qui apporte une réponse efficace à trois des enjeux majeurs qu’elles rencontrent actuellement.

1. Imagerie sismique pour économiser des dizaines de millions de dollars
La principale utilisation du HPC dans le secteur pétrolier et gazier concerne l’imagerie sismique. Cette technique, qui consiste à étudier la propagation et la réflexion d’ondes acoustiques diffusées dans le sous-sol pour déterminer la structure de ce dernier et la présence éventuelle de réserves d’hydrocarbures, est utilisée à la fois lors de la phase d’exploration et lors de la phase de production. Les signaux réfléchis sont assemblés en sections ou volumes composites, qui sont ensuite visualisés et analysés pour évaluer la nature et la structure des couches géologiques, ainsi que le potentiel qu’elles présentent en termes de gisements d’hydrocarbures en quantité suffisante pour une exploitation commerciale. Or il est presque certain que les futurs gisements de pétrole et de gaz à exploiter se trouveront à des profondeurs de plus en plus importantes ou dans des régions extrêmement difficiles d’accès. Cela signifie que l’exploration in situ sera de plus en plus coûteuse : il faut compter des dizaines de millions de dollars pour creuser un puits d’exploration dans des conditions offshore extrêmes. L’amélioration de l’imagerie sismique permet de mieux anticiper la structure des couches géologiques et augmente par là les chances de forer un puits d’exploration réellement utile.

Les compagnies pétrolières s’attendent à ce qu’un certain nombre des forages réalisés pendant la phase d’exploration soient « secs » et considèrent que faire une découverte lors d’un forage sur trois est une excellente moyenne. Elles s’efforcent donc constamment d’améliorer la qualité de leur imagerie sismique afin de diminuer le taux des forages inutiles. Des algorithmes de plus en plus sophistiqués sont utilisés au fur et à mesure que le coût des plates-formes HPC baisse et que leur ‘scalabilité’ augmente. En dépit des récentes fluctuations des cours du pétrole, qui reflètent le sentiment des traders sur les tendances économiques de fond affectant l’offre et la demande, on s’attend à ce que les cours du pétrole restent cette année en moyenne aux environs de 70 à 80 dollars le baril puisque cette ressource se raréfie. Par conséquent les gisements marginaux possédant une géologie complexe, ou bien les découvertes à des profondeurs extrêmes ou dans des régions difficiles d’accès sont désormais considérés comme de nouvelles sources d’hydrocarbures potentiellement exploitables. En parallèle, l’amélioration du taux d’extraction dans les gisements en cours d’exploitation est devenue une priorité et dans ce cadre une bonne connaissance de la structure et de la dynamique du réservoir est un atout déterminant pour optimiser la gestion et maximiser la productivité de l’avoir.

Dans ce contexte où les gisements sont de moins en moins accessibles, le secteur pétrolier et gazier a donc doublement intérêt à s’équiper de solutions de calcul haute performance pour fiabiliser ses recherches expérimentales à grande profondeur et pour réduire ses coûts d’exploration et de développement in situ. Depuis un certain nombre d’années, les compagnies pétrolières et les fournisseurs de données sismiques ont bâti leurs capacités de calcul HPC avec des clusters x86. Mais les limites sont désormais atteintes en termes d’encombrement au sol, de consommation électrique et de temps d’exécution. Comme l’ont dit certains prestataires sismiques, il faudrait « cinq fois la puissance pour deux fois le coût ». Le coût initial d’achat doit être mis en parallèle avec le coût d’amélioration de la productivité en termes d’encombrement, de dissipation thermique et de consommation électrique. Les utilisateurs ont compris que, au moins pour l’imagerie sismique, le recours à de nouvelles technologies est indispensable pour obtenir plus de productivité à un coût réel moindre. C’est ce qui a fait le succès des diverses technologies d’accélération, utilisant des cartes standards développées initialement pour la visualisation 3D ou les consoles de jeu et adaptées au HPC afin d’accélérer certaines parties des codes sismiques. Ces technologies permettent d’augmenter de façon spectaculaire la capacité de calcul et la vitesse de traitement, tout en diminuant les coûts liés à la consommation énergétique et  à l’encombrement au sol. Cependant, de nouvelles compétences sont indispensables pour adapter les codes existants à une exécution sur ces architectures hybrides, compétences qui peuvent être apportées par un fournisseur expérimenté soit sous forme d’une solution clé en mains, soit sous forme de conseil et de formation du client.

Le nouveau supercalculateur hybride développé par Bull pour le consortium GENCI en France illustre bien notre savoir-faire de en la matière. Pour fonctionner à pleine capacité, les systèmes doivent présenter une architecture technique parfaitement adaptée aux programmes qu’ils auront à exécuter. Cela requiert une collaboration étroite avec les clients qui développent et utilisent leurs propres outils d’imagerie sismique. C’est donc un véritable partenariat qui doit s’instaurer entre le client, qui développe les algorithmes et son fournisseur de systèmes, comme Bull qui fournit l’architecture du système et les outils. Outre les compétences techniques, ce dernier doit bien connaître les besoins du client en matière de gestion des charges et de priorités de performances, ce qui ne peut se faire qu’au travers d’un dialogue étroit avec le client.

2. Gestion en temps réel pour optimiser l’utilisation des réservoirs
Les gisements en production doivent être gérés de façon à maximiser le rendement en hydrocarbure, le tout dans des conditions d’incertitude considérable. Cela fait longtemps que l’on recourt à des méthodes de simulation du comportement dynamique des réservoirs, prenant en compte la pression, la température, la porosité, la perméabilité, la saturation en eau et d’autres caractéristiques de la roche réservoir qui poussent (ou non) les fluides hydrocarbures vers les puits de production. Mais ces méthodes ont toujours nécessité une certaine simplification du modèle géologique pour tenir compte des limites du modèle mathématique du simulateur et des capacités du matériel informatique utilisé. Les simulations ont souvent été restreintes à des puits spécifiques ou à des paramètres simplifiés pour pouvoir être réalisées dans un délai raisonnable. Les systèmes HPC devenant plus puissants pour un coût moindre, et offrant une ‘scalabilité’ et une bande passante accrues, il devient possible de réaliser des simulations avec des modèles à plusieurs millions de cellules, avec une gamme plus sophistiquée de composants, le tout dans les limites d’une durée de calcul acceptable.

De plus en plus fréquemment, la simulation de réservoir devient l’un des composants majeurs de systèmes de gestion de réservoir en temps réel, dans lesquels la modélisation du réservoir est mise à jour en permanence à partir d’informations en temps réel fournies par des détecteurs environnementaux installés dans les puits de production. Ces résultats, ainsi que d’autres informations (retransmission vidéo en direct, données de production et d’instrumentation, etc.) sont visualisés sur de grands écrans. Le savoir-faire de Bull dans le déploiement et la gestion de très grands systèmes HPC, y compris en matière d’infrastructure, d’efficacité énergétique et de sécurité des communications, trouve parfaitement son application dans le contexte de ces grands centres de contrôle des « gisements numériques » adoptés progressivement par les grandes compagnies pétrolière et gazières.

3. Puissantes centrales informatiques et hauts niveaux de sécurité
Les compagnies pétrolières et gazières s’efforcent depuis plusieurs années de consolider leurs ressources HPC au sein de grandes centrales informatiques, afin de mieux faire face aux immenses défis qu’elles rencontrent au niveau des données et des applications et de fournir des services centralisés à leurs utilisateurs en géosciences et ingénierie. Ces utilisateurs peuvent être géographiquement proches de ces centres ou bien disséminés dans le monde entier. Dans certaines multinationales, il peut s’agir d’un centre mondial fonctionnant 24h/24 avec une collaboration étroite entre groupes de travail, individus et tâches. Mais ce rêve n’est pas encore complètement atteint.

Au-delà de la capacité à bâtir de grands Data Centers, il faut savoir aussi optimiser l’encombrement, la consommation énergétique et la flexibilité des installations, autant d’axes développés par Bull dans son approche Bio Data Center™. De plus, il faut être en mesure de développer les outils de gestion d’une telle infrastructure afin de distribuer la capacité partout où elle est nécessaire, avec une disponibilité maximale. Cela passe également par le développement d’infrastructures réseaux sécurisées et d’outils facilitant la mobilité des utilisateurs et leur permettant de se connecter sur le terrain, en toute sécurité, et de retrouver leurs applications et de leurs données.

Ainsi, des systèmes HPC les plus puissants et les plus complexes jusqu’à globull™,  son coffre-fort numérique mobile, Bull apporte toute une palette de solutions pertinentes aux entreprises du secteur pétrolier et gazier.

Bull exposera à EAGE Amsterdam ’09 ses solutions de calcul haute performances destinées aux acteurs de l’industrie pétrolière et gazière >>