適用于縫洞型碳酸鹽巖油藏的數(shù)值模擬冗余并行計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于縫洞型碳酸鹽巖油藏的數(shù)值模 擬冗余并行計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 縫洞型碳酸鹽巖油藏的非均質(zhì)性較強，由于數(shù)值模擬采用有限差分方法對壓力和 飽和度進(jìn)行計算，必須使用對雅可比矩陣的操作和運算。在解矩陣的過程中，相鄰網(wǎng)格的物 性可能相差較大，造成收斂速度緩慢，影響數(shù)模的計算效率。針對此問題，國內(nèi)外出現(xiàn)了對 數(shù)值模擬并行算法的研究，比較典型的方法如下：在硬件方面采用PC集群的方式，架構(gòu)多 臺運算服務(wù)器，服務(wù)器之間的連接方式采用以太網(wǎng)方式。此外，還需要一臺管理服務(wù)器對各 運算服務(wù)器進(jìn)行協(xié)調(diào)。在軟件方面，采用域分解的方式，將參與計算的油藏網(wǎng)格模型分解為 若干個計算區(qū)域，并由管理服務(wù)器分配給各個計算服務(wù)器進(jìn)行計算，每一步的計算結(jié)果出 來以后進(jìn)行匯總，而后進(jìn)行下一步的計算。該類方法相對單機計算速度有了較大的提高，主 要問題是各個計算服務(wù)器CPU之間的通訊占用時間較長，尤其當(dāng)計算主機CPU數(shù)量增大到 一定程度時，CPU之間的通訊甚至比計算的時間還要長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種適用于縫洞型碳酸 鹽巖油藏的數(shù)值模擬冗余并行計算方法，實現(xiàn)對縫洞型油藏數(shù)值模擬并行算法的精細(xì)化處 理，主要解決影響總體性能的CPU間的通訊問題，縮短該類油藏的數(shù)值模擬并行計算時間， 提高整體計算效率。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種適用于縫洞型碳酸鹽巖油藏的數(shù)值模擬冗余并行計算方法，包括：
[0006] 對建立好的地質(zhì)模型進(jìn)行區(qū)域分解，將其分解成n個網(wǎng)格塊；一個CPU處理器負(fù)責(zé) 一個網(wǎng)格塊；每個網(wǎng)格塊包含1個或多個網(wǎng)格；
[0007] 在進(jìn)行區(qū)域分解后，如果在區(qū)域分解的邊界處有相鄰的網(wǎng)格，其中第一個網(wǎng)格被 分配給第一個CPU處理器，與之相鄰的第二個網(wǎng)格被分配給第二個CPU處理器時，則分別將 第一個網(wǎng)格冗余到第二個CPU處理器上，將第二個網(wǎng)格冗余到第一個CPU處理器上。
[0008] 所述方法進(jìn)一步包括：把所需內(nèi)存分配到所有參與計算的CPU處理器上。
[0009] 每個CPU處理器負(fù)責(zé)計算雅可比矩陣中與其負(fù)責(zé)的網(wǎng)格塊對應(yīng)的行，每一行代表 一個需要解的參數(shù)。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：對現(xiàn)有的數(shù)值并行算法的通訊環(huán)節(jié)予以 舍棄，代之以CPU冗余計算功能。發(fā)展了縫洞型油藏數(shù)值模擬理論和方法，使數(shù)值模擬研究 人員可以更高效的進(jìn)行數(shù)模計算。
【附圖說明】
[0011] 圖1，本發(fā)明數(shù)值模擬冗余并行算法網(wǎng)格劃分過程圖。
[0012] 圖2,數(shù)值模擬冗余并行算法網(wǎng)格劃結(jié)果圖。
[0013] 圖3每個CPU上的步驟框圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0015] 本發(fā)明在典型的域分解并行算法的基礎(chǔ)上提出了一種新的解決并行算法中CPU 通訊時間過長的方法。
[0016] 1?網(wǎng)格分區(qū)
[0017] 網(wǎng)格分區(qū)，即將網(wǎng)格（該網(wǎng)格指的是建立好的地質(zhì)模型上劃分出來的網(wǎng)格）按照 METIS(METIS是一種網(wǎng)格劃分算法，是基于并行多核處理器的算法。）進(jìn)行區(qū)域分解，網(wǎng)格 分區(qū)原則是保持負(fù)載平衡和減小處理器之間的通信量及復(fù)雜度。按照METIS進(jìn)行區(qū)域分解 具體如下：在數(shù)值模擬并行算法的網(wǎng)格分區(qū)中，將整個數(shù)模網(wǎng)格區(qū)（即先前建立的網(wǎng)格）離 散成許多網(wǎng)格塊。如果有n個CPU處理器用于數(shù)值模擬并行計算，這些網(wǎng)格塊或模擬區(qū)域 需要分解成n個部分（每個網(wǎng)格塊包含1個或多個網(wǎng)格），基于所使用的處理器個數(shù)分解自 動進(jìn)行或根據(jù)物理條件手動進(jìn)行。
[0018] 2?分布式的內(nèi)存分配
[0019]為了減小單個CPU最大內(nèi)存需求，該方法使用分布式內(nèi)存分配，即把所需內(nèi)存分 配到所有參與計算的CPU上（是近似的平均分配，METIS算法根據(jù)每個網(wǎng)格與其相鄰網(wǎng)格 的多少進(jìn)行分配，目的是為了均衡網(wǎng)格之間的通訊量，提高計算速度）。這一方案保證了軟 件的開放性（即用越多CPU可解越大的問題）。
[0020] 數(shù)值模擬的算法是通過有限差分生成雅可比矩陣，有限差分法的公式如下，
[0021]
【主權(quán)項】
1. 適用于縫洞型碳酸鹽巖油藏的數(shù)值模擬冗余并行計算方法，其特征在于：所述方法 包括： 對建立好的地質(zhì)模型進(jìn)行區(qū)域分解，將其分解成n個網(wǎng)格塊；一個CPU處理器負(fù)責(zé)一個 網(wǎng)格塊；每個網(wǎng)格塊包含1個或多個網(wǎng)格； 在進(jìn)行區(qū)域分解后，如果在區(qū)域分解的邊界處有相鄰的網(wǎng)格，其中第一個網(wǎng)格被分配 給第一個CPU處理器，與之相鄰的第二個網(wǎng)格被分配給第二個CPU處理器時，則分別將第一 個網(wǎng)格冗余到第二個CPU處理器上，將第二個網(wǎng)格冗余到第一個CPU處理器上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于縫洞型碳酸鹽巖油藏的數(shù)值模擬冗余并行計算方法， 其特征在于：所述方法進(jìn)一步包括：把所需內(nèi)存分配到所有參與計算的CPU處理器上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于縫洞型碳酸鹽巖油藏的數(shù)值模擬冗余并行計算方法， 其特征在于：每個CPU處理器負(fù)責(zé)計算雅可比矩陣中與其負(fù)責(zé)的網(wǎng)格塊對應(yīng)的行，每一行 代表一個需要解的參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適用于縫洞型碳酸鹽巖油藏的數(shù)值模擬冗余并行計算方法，屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域。本方法包括：對建立好的地質(zhì)模型進(jìn)行區(qū)域分解，將其分解成n個網(wǎng)格塊；一個CPU處理器負(fù)責(zé)一個網(wǎng)格塊；每個網(wǎng)格塊包含1個或多個網(wǎng)格；在進(jìn)行區(qū)域分解后，如果在區(qū)域分解的邊界處有相鄰的網(wǎng)格，其中第一個網(wǎng)格被分配給第一個CPU處理器，與之相鄰的第二個網(wǎng)格被分配給第二個CPU處理器時，則分別將第一個網(wǎng)格冗余到第二個CPU處理器上，將第二個網(wǎng)格冗余到第一個CPU處理器上。
【IPC分類】G06F9-50, G06F15-16
【公開號】CN104750657
【申請?zhí)枴緾N201310750430
【發(fā)明人】康志江, 李彤, 張力, 趙艷艷, 崔書岳, 張允 , 李紅凱
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月31日