基于机群系统的油藏模拟非线性解法并行化

论文摘要

油藏模拟是当前石油工业中分析油藏复杂流体情况的有效工具之一。当前我国老油田的己相继进入高含水后期开发,需要进行大规模的精细油藏数值模拟,使得模拟的计算规模急剧增加。工程应用的时效性要求进行并行油藏数值模拟技术的研究。机群系统作为主流并行系统得到了越来越广泛的应用,基于机群系统的并行油藏数值模拟技术和并行软件的研发成为新的研究热点。本文的研究工作集中在油藏模拟并行算法和基于机群系统的并行实现技术两个方面。主要成果包括:(1)基于拟牛顿法和区域分解策略,结合油藏数值模拟的非线性问题特征,设计并实现了一种混合加速拟牛顿并行算法。该算法提出了边界网格压力后加速、初始压力预估、重叠分区 ASM 等多种方法加速油藏模拟并行算法收敛,取得了一定的加速效果。(2)设计并实现了多种并行优化技术。优化了数据存储方式和进程通信;利用分区信息文件建立索引数据结构,可实现水平方向上灵活的二维区域划分,便于模拟区域数据场的并行分解。(3)利用已设计的混合加速拟牛顿并行算法和优化实现技术,以油藏模拟中广泛应用的串行软件 SIMBESTII 为基础,开发了三维均质黑油模型的并行油藏数值模拟软件 TH_PSIM2 v1.0,该软件为进一步研发复杂黑油模型的并行数值模拟软件奠定了较好的基础。本文在多个均质黑油数值模型上,基于千兆网互连的安腾机群系统,对并行算法和软件进行了多方面测试。测试结果表明本文提出的混合加速拟牛顿算法和优化实现技术可以有效加速算法收敛。并行化油藏数值模拟软件能够在 1.08 个小时内完成 10 年期百万网格规模的均质黑油模型的油藏模拟,初步满足工程应用的要求。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 课题背景与现实意义
• 1.2 国内外相关研究
• 1.3 本文主要工作与组织结构
• 第2章 油藏模拟理论和SIMBESTII 软件
• 2.1 油藏模拟过程
• 2.2 数学模型
• 2.3 SIMBESTII 软件介绍
• 2.4 小结
• 第3章 混合加速拟牛顿并行算法
• 3.1 算法原理
• 3.2 边界网格压力后加速
• 3.3 初始压力预估
• 3.4 重叠区域划分的ASM 方法
• 3.5 小结
• 第4章 并行软件整体结构
• 4.1 主程序SMAIN
• 4.2 时间段内主控程序MAINDY
• 4.3 牛顿迭代过程ITER34
• 4.4 小结
• 第5章 并行化技术
• 5.1 并行化涉及的关键技术
• 5.2 区域分解技术
• 5.2.1 分区信息读取
• 5.2.2 网格索引关系设置
• 5.2.3 边界数据结构设计
• 5.2.4 井数据处理
• 5.2.5 模拟计算过程中的参数调整
• 5.3 存储优化技术
• 5.4 进程通信设计
• 5.4.1 进程通信的位置
• 5.4.2 进程通信的模块化设计
• 5.4.3 可扩展性设计
• 5.5 文件处理
• 5.6 无效网格处理
• 5.7 与并行线性解法器的接口
• 5.8 小结
• 第6章 数值实验
• 6.1 测试说明
• 6.2 采用后加速的拟牛顿迭代
• 6.3 采用初始压力预估的拟牛顿迭代
• 6.4 后加速和初始压力预估结合的拟牛顿迭代
• 6.5 采用ASM 的拟牛顿迭代
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 主要参数说明
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果