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计算机技术:引领地震勘探进入大数据时代
  新闻来源:石油商报 2017-06-26 15:12  

  5月下旬,东方物探研究院高效完成满覆盖面积501平方千米、数据量近50TB的青海油田历年来最大的三维处理项目——柴达木盆地尖顶山三维项目,由这个研究院承担的辽河油田“曙光潜山偏移成像目标处理攻关项目”、中联煤层气公司“陕西神府地区栏杆堡区三维处理解释项目”也相继顺利通过甲方验收。这些成果的背后无不得益于计算机技术的飞速发展,得益于处理技术进入大数据时代。  

  计算机技术助推地震处理技术快速发展

  众所周知,计算机技术对提升我国油气勘探能力发挥了不可替代的作用。如果把油气勘探比作一只翱翔于地宫的火鸟,那么计算机技术就是助推这只火鸟由小到大、由弱变强的翅膀,计算机技术的发展,引领大数据助推石油勘探走进新时代。这只火鸟的羽翼越来越丰满,在油气勘探开发的征程中飞得更高、更远、更快。

  地震勘探是钻探前勘测石油和天然气资源的重要手段,包括地震采集、处理和解释三大部分。其中,处理需要利用高性能超级计算机。处理的质量和地震成像的准确度、清晰度,直接决定了油气资源发现的成败和勘探成功率。随着勘探技术的发展,地震数据处理量越来越大,而我国应用计算机进行地震资料数字处理大体经历了以下三个阶段:

  应用百万次计算机阶段。1973年中国将研制的第一台150型百万次计算机首次用到地震资料数字处理中,从而开创了地震资料数字处理工作的新纪元。应用这台计算机处理了近10万千米的二维地震资料,发现了任丘、中原和辽河等油田。

  应用千万次和亿次计算机阶段。为了适应数字地震勘探大发展的需要,自20世纪70年代后期以来,我国从法国、美国引进了运算速度千万次及亿次的大型计算机复合系统和先进的处理技术,同时将中国自行研制的第一台亿次银河巨型计算机用于地震资料数字处理。在这个阶段不仅完成了约150万千米的二维地震资料数字处理,而且开创了我国三维地震资料数字处理工作,处理技术和处理质量都有明显提高,为西部塔克拉玛干大沙漠等地区发现大油气田做出了重要贡献。

  应用大型并行机和分布式微机集群阶段。这个阶段地震资料数字处理能力得到快速提升,用于地震资料数字处理的计算机系统CPU就超过3万颗,年处理能力达到可处理二维地震资料40万千米,三维地震资料10万平方千米。

  截至目前,我国已成为世界上最有实力、最有竞争力的地震资料数字处理强国之一。

  

  计算机技术引领大数据促进勘探生产提速提效

  东方物探业务链与大数据休戚相关。地球物理勘探由地球物理数据采集、数据处理和数据分析解释三部分组成,地震资料的内涵是数据,通过数据反映地质结构、地层变化,通过数据为油气勘探开发提供依据。

  地震数据处理技术直接反映地震勘探技术水平。东方物探研究院地震资料处理业务从1973年运用国产百万次150计算机处理出第一张数字剖面,到1987年亿次机银河数据处理系统,这项关键技术得到飞速发展。

  高密度、高覆盖、宽方位采集的大数据能提供更加丰富的地质信息资料,有利于地震精确成像,更有利于叠前多维数据的裂缝检测。“两高一宽”的采集处理解释已成为新的趋势。

  近年来,东方物探实施“两宽一高”地震采集方法,采集覆盖次数由几十次增至几千次,每炮数据量由十几MB增至数百MB,数据体越来越大。可控震源滑动扫描高效采集作业,每天可产生几个TB或更多的野外原始数据。东方物探承担的沙特Aramco公司S70项目,采用大吨位可控震源低频作业,日效超过万炮,每天的数据量多达到6TB。国内重点项目同样也面临大数据挑战,玛131井区403平方公里地震资料处理项目,数据量达14TB。所以,对海量原始数据转储技术和效率提出了更高要求。

  计算机技术发展为物探新技术应用创造了条件。GeoEast处理系统经过不断完善、新技术集成,特别是高密度宽方位处理技术的研发成功,为海量数据的处理奠定了坚实的基础。东方物探自主研发的KLSeisⅡ新一代开放式地震采集系统,具备快速处理70GB以上的高精度遥感数据能力,实现了10万道地震数据的快速实时质量监控,日转储并质控地震数据可达6TB以上。

  针对海量地震数据处理,东方物探及时扩充计算资源,在国内首先搭建了6套1664CPU、13888核的海量地震数据处理系统。该系统采用最先进的至强E5-2600系列处理器,配备128GB或256GB的内存,全部采用全线速无阻塞的万兆高速网络,以及20PB超大容量并行存储系统,为高密度采集海量数据处理,确保生产顺利进行提供了强大的计算和存储资源,自2013年陆续投产以来,已完成超过9亿元产值的地震资料处理任务。

  同时,东方物探高度重视现有软硬件资源的优化配置,充分利用现有软硬件资源。例如,在多核CPU平台上采用常规处理与偏移处理两种不同特点的软件并发运行等技术来提高多核CPU的利用率;通过优化GeoEast系统磁带读写模块单次传输道数,由100道增加到2万道后,磁带读写效率大幅提升,备份800GB的数据由30个小时降低到13个小时。

  面对大数据的冲击,东方物探国际业务持续强化作业现场海量地震数据的转储技术研发,丰富和完善海量地震数据质量控制软件和COPY STAR软件系统,实现每天超过6.5TB数据的快速转储及格式转换,现场处理900 GB数据由过去32个小时缩短为3.6个小时,效率提高9倍。

  ■ 专家点评

  计算机技术与油气勘探密不可分

  随着“两宽一高”地震勘探采集技术的推广应用,野外采集点数密度越来越高。一方面,数据量会越来越大,对计算机的配置要求越来越高,计算量也越来越大;另一方面,油田公司对处理技术要求越来越高,越来越多复杂算法投入生产使用,如各向异性叠前深度成像、逆时偏移、全波形反演等,对计算能力提出更高要求。与全球最大的斯伦贝谢公司相比,我们目前的计算能力还有一定差距。

  近几年,我国计算、存储等技术发生了巨大变化,如基于CPU+GPU(图形处理器)的异构并行计算、MIC众核CPU计算技术(MIC是英特尔推出的集成众核架构的至强融合处理器),为解决高密度计算提供了强大的计算能力。基于并发I/O的高性能、大容量、稳定的并行存储解决了大数据处理的I/O瓶颈。而SSD(固态硬盘)以其存取数据延迟低、速度快、故障率低、可靠性高和重量轻、功耗低等优越性能,在海量地震数据处理中解决复杂的算法和海量数据起到了非常关键的作用。

  东方物探是中国最大的计算机软件国际工程中心和国家甲级工程咨询单位,为整个中国石油提供石油勘探、海量数据处理等方面的服务。在曙光4.2万亿次超级计算机正式交付后,东方物探将成为国内商业领域计算机应用规模最大、运算速度最快、处理能力最强的超级计算机用户。

  (作者:赖能和 为东方物探研究院副总工程师)

  ■ 相关链接

  见证计算机技术发展

  1973年我国第一台百万次150计算机在东方物探研究院投入使用,从此诸多的中国第一在这里诞生:第一条模拟数字处理剖面、第一条数字采集、处理的地震剖面、第一块三维地震资料处理、第一台每秒亿次“银河”巨型计算机在这里落户、第一次大沙漠地震资料处理、解释、第一套拥有自主知识产权的地震资料采集、处理、解释软件。东方物探研究院在计算机技术有力支撑下,逐步发展成为国内规模宏大、实力雄厚的石油物探技术研究院,成为油气勘探、计算机软件国家工程研究中心,国家甲级工程资质单位。

  截至目前,东方物探研究院已经全面发展成为集地震数据处理、资料解释、地质综合研究、处理解释应用技术研发、计算机系统集成和信息服务于一体的科研生产单位。拥有完全自主知识产权、行业先进的GeoEast处理解释一体化软件系统,并推广应用率超过总资料处理解释工作量的80%。多年来,东方物探研究院在强大计算机软硬件支撑下,为找油找气做出了突出贡献。

 
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