油藏数值模拟高效并行求解技术与应用-LSEC.PDFVIP

《大规模科学计算研究G1999032800》第三课题汇报之—— 《大规模科学计算研究G1999032800》第三课题汇报之—— 油藏数值模拟高效并行求解 油藏数值模拟高效并行求解 技术与应用 技术与应用 曹建文, 赵国忠 中国科学院软件研究所 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 汇报提纲 汇报提纲 研究背景与应用驱动 近几年的标志性成果 高效率的并行软件 高性能的并行求解器 实际数据的运行效果图示 在大庆油田的应用成果总结 2004-10-19 /~cao 2 研究背景 研究背景 描述地下剩余原油的精细分布，需要大规模的油藏数 值模拟技术 • 石油勘探给出的油藏描述数据，网格点的数量一般 在百万～千万量级 • 油藏的开采，需要实现进行大规模的数值模拟 • 百万网格点规模成为必需，千万网格点有需求 油藏数值模拟需要高效地求解 • 黑油模型：３方程耦合的ＰＤＥ方程组 • 组分模型：５－１０方程耦合的ＰＤＥ方程组 2004-10-19 /~cao 3 本质：主要是（很）低雷诺数的ＣＦＤ方程组，断 层、井筒处的雷诺数稍高 • 动量方程由Darcy’s Law实验公式替代 • 黑油模型分为：油、气、水三相 特点： • （油）压力方程为非线性抛物型的，空间xyz上呈 现椭圆型方程的特性 • （油）饱和度方程主要为输运方程，呈现双曲特性 • （气）饱和度方程为非线性的对流－扩散方程 2004-10-19 /~cao 4 应用驱动 应用驱动 百万网格点规模的油藏模拟问题难以高效求解 • 全隐格式离散，Newton-Krylov-Schwarz求解 • 计算密集、存储密集、对I/O有高要求、标量全局 通讯频率高 实例说明： • 大庆百万网格数据，PowerChallenge上， 98年， 用某串行商业软件，模拟一次超过两个月 • RDCPS 16处理器的机群上，99年，用并行的模拟 程序，模拟一次需 63.9小时，通讯时间40.2小时 • 需要对求解算法和并行实现进行深入研究和改进 2004-10-19 /~cao 5 96年以来，油藏模拟专家们(李保树、马志远、陈文兰等) 在不同场合多次指出，油藏数值模拟工作的主要瓶颈在于 绝对计算能力太弱，以至于无法进行更多网格点规模的 油藏模拟。他们提出了2000 年前实现计算百万量级网格点 提出了2000 年前实现 数据的目标。大庆专家更是给出了心目中的理想计算能力： 百万网格点的一次模拟， 夕发朝至(16小时) 时段内完成， 达到朝发夕至(8小时) 的能力，求之不得。 对绝对计算性能进行大幅度提升，消除油藏数值模拟工作 中的最主要瓶颈，成为高性能数值计算领域的当务之急， 也是大规模科学计算研究在能源领域应当承担的、具有 挑战性的一个课题。 2004-10-19 /~cao 6 这是973第三课题组“预期目标相关内容”设立的依据 • 以 国内油田实际数据为背景：大庆或胜利 • 利用本课题研究成果构造 非线性问题并行求解器， 进而应用到油藏模拟并行软件中 • 针对百万量级的油田实际数据，使得绝对计算性能 提高 两个数量级 • 其中，硬件对性能的贡献约一个数量级 • 更重要的是，计算方法与软件实现对性能的贡献至 少达到一个数量级 • 完成核心程序，算出符合油田实际的结果 2004-10-19 /~cao