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  • 1st March 2021, Defense Thesis

Refinable resolution and precision for volume mesh compression and simulation in geosciences

Supervised by Laurent Duval, Frédéric Payan and Marc Antonini (thesis director)
Abstract: Research has entered a data-intensive era. The growing quantity of scientific information challenges several application domains. That happens notably for the simulation science, where huge data volumes create bottlenecks in high-performance computing workflows. Several data reduction methods are currently being developed as potential answers We focus on geological modeling and reservoir simulation workflows. Geoscience models are composed of heterogeneous information, including mesh geometry and petrophysical properties, and may contain several millions of cells. Upscaling and upgridding techniques are commonly used for simulation time reduction. Yet there are often ad-hoc and do not fully answer all the data manipulation needs: visualization, storage, and ultimately well production prediction at the appropriate resolution and precision.We propose in this work a comprehensive methodology with refinable resolution and precision based on HexaShrink, a wavelet multiscale decomposition. We assess its performance on size reduction and visual relevance with lossless and lossy compression in a benchmark of meshes using entropy and zerotree coders.
We also extensively test the impact of refinable resolution and precision on simulation. We specifically designed case-studies based on Lundi, a representative model of different geological environments. Results compare positively with state-of-the-art coders SZ and ZFP, by designing objective performance metrics that correlate well to subjection reservoir production assessment.

Keywords: Volume mesh, Multiscale, Wavelets, Compression, Simulation, Reservoir engineering

In front of a jury composed of:

Marc Antonini, Research Director, CNRS, Université Côte d'Azur (PhD advisor)Amel Benazza-Benyahia, Professor, SUP'COM Tunis (Reviewer)Guillaume Caumon, Professor, Université de Lorraine (Reviewer)Laure Blanc Feraud, Research Director, CNRS, Université Côte d'Azur (Examiner)Julie Digne, Researcher, CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1 (Examiner)Peter Lindstrom, Researcher, Lawrence Livermore National Laboratory (Examiner)Laurent Duval, Project Leader, IFP Energies nouvelles (Supervisor)Frédéric Payan, Associate Professor, Université Côte d'Azur (Supervisor)Christophe Preux, Project Leader, IFP Energies nouvelles (Guest)

Raffinement en résolution et précision pour la compression et la simulation de maillages volumiques en géosciences

Encadrée par Laurent Duval, Frédéric Payan et Marc Antonini (directeur de thèse)
Résumé: La recherche est entrée dans une ère marquée par l'utilisation intensive des données. La quantité croissante d'informations scientifiques pose un défi dans plusieurs domaines d'application. C'est le cas notamment en simulation, où l’utilisation d'énormes volumes de données créent des goulets d'étranglement lors de calculs haute performance. Plusieurs méthodes de réduction des données sont actuellement à l'essai pour tenter de résoudre ce problème.
Dans ce travail, nous nous concentrons sur la modélisation géologique et le worflow de simulation en ingénierie réservoir. En géosciences, les modèles sont composés d'informations hétérogènes, notamment la géométrie du maillage et les propriétés pétrophysiques. Ces derniers peuvent contenir jusqu’à plusieurs millions de cellules. Des techniques d'upscaling/upgridding sont couramment utilisées pour réduire le temps de simulation. Pourtant, elles sont souvent ad hoc et ne répondent pas entièrement à tous les besoins de manipulation des données : visualisation, stockage, et génération d’une donnée à résolution et précision adaptées pour la simulation.
Nous proposons une méthodologie complète permettant un raffinement en résolution et en précision, basée sur HexaShrink, un outil de décomposition multi-échelle basé sur les ondelettes. Nous évaluons ses capacités de compression sans perte puis avec perte en le combinant avec des codeurs entropiques génériques et évolués (type "zerotree") , ainsi que sa pertinence visuelle en appliquant la méthode sur une collection de maillages représentatifs.
Nous testons aussi de manière approfondie l'impact du raffinement de la résolution et de la précision sur la simulation. Tous nos tests de simulation ont été réalisés sur Lundi, un modèle représentatif de différents environnements géologiques, généré spécifiquement pour ce travail. Les résultats se comparent positivement aux codeurs de référence SZ et ZFP, en définissant des métriques d'évaluation objectives corrélées aux évaluations subjectives des résultats de simulation réservoir.

Mots clés: Maillages volumiques, Multi-échelle, Ondelettes, Compression, Simulation, Ingénierie des réservoirs

Devant un jury composé de:

Marc Antonini, Directeur de Recherche, CNRS, Université Côte d'Azur (Directeur de thèse)Amel Benazza-Benyahia, Professeure des Universités, SUP'COM Tunis (Rapporteur)Guillaume Caumon, Professeur des Universités, Université de Lorraine (Rapporteur)Julie Digne, Chargée de Recherche CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1 (Examinatrice)Laure Blanc Feraud, Directrice de Recherche, CNRS, Université Côte d'Azur (Examinatrice)Peter Lindstrom, Chercheur, Lawrence Livermore National Laboratory (Examinateur)Laurent Duval, Chef de projet, IFP Energies nouvelles (Co-encadrant)Frédéric Payan, Maitre de conférences, Université Côte d'Azur (Co-encadrant)Christophe Preux, Chef de projet, IFP Energies nouvelles (Invité)

  • 13th November 2020, PhD contract end

  • 22th June 2020, LIRIS, [ORIGAMI - maillages dynamiques] Université de Lyon

    • Seminar: Etude comparative de l'impact d'un codage à prévision variable sur des données de simulation en géosciences

  • 2020, Sophia Antipolis: CORESA (COmpression et REprésenation des Signaux Audiovisuels)

    • Oral presentation: Etude comparative de l'impact d'un codage à prévision variable sur des données de simulation en géosciences

  • 10th September 2019, Nancy: RING Meeting (Research for Integrategrative Numerical Geology)

    • Oral presentation: Refinable-precision in mesh compression for upscaling and upgridding in reservoir simulation with HexaShrink

  • 3rd-6th June 2019, London: EAGE (European Association of Geoscientists & Enginneers)

    • Oral presentation: Lossless progressive compression of meshes for upscaling and upgridding in reservoir simulation with HexaShrink

    • Communication support

  • 20th May 2019, Sophia Antipolis: Commitee of Progress

  • 12th-14th Nov. 2018, Poitiers: CORESA

    • Oral presentation: Décomposition multi-échelles de maillages 3D hexaédriques dans le domaine des géosciences. Etude des performances en compression sans pertes.

    • Communication support

  • 14th November 2017: Project Start

    • Data compression learning: state of the art

    • Code manipulation, Hexashrink: software developped by J-L Peyrot during his post doctoral research

  • 30th May 2018, Sophia Antipolis: Commitee of Progress

  • 14th November 2017: Project Start

    • Data compression learning: state of the art

    • Code manipulation, Hexashrink: software developped by J-L Peyrot during his post doctoral research