发现石油分布的秘密

中石油在渤海湾滩海地区发现10亿吨大油田

国际石油价格的高企和石油资源的逐渐枯竭，使得石油勘探的重要性更加凸显。今年以来中石油和中石化大规模原油储量的发现是高效物探方法结合高性能计算等科学手段的结果。

2007年，有两条新闻震动了石油业界。

5月3日，中石油宣布在渤海湾滩海地区发现储量规模达10亿吨的大油田―冀东南堡油田。中石油表示它是“中国过去十年来最大的石油资源发现”。

5月30日，中石化紧接着宣布在新疆塔河油田12区新发现1.4亿～2亿吨的原油地质储量。分析师预测这可能使中国石化的原油总储量增加15%，同时中国石化的净资产价值可能因此增加约5%。

由于近来国际石油价格高企，国内用油量居高不下，因此石油的价格变动颇为引人关注。

而石油勘探是发现石油资源的重要手段。但其背后是巨大的资本支出。据有关资料统计，2006年中石化勘探费用为79.83亿元，2007年勘探和开采费用将增加到531亿元。这些费用主要用于石油勘探的物探方法，来了解地质结构，确定油藏位置及油井钻探的位置。因此，借助于高性能计算机降低成本、提高勘探精度正成为一种趋势。

高性能计算解困石油勘探

石油勘探最关键的是发现地下地质结构。而地震勘探是查明地下地质构造的一种最有效的方法。所谓地震勘探就是通过人工方法激发地震波，然后研究收集到的地震波在地层中传播的情况，来查明地下的地质构造，为寻找油气田或其他勘探目的服务的一种物探方法。

地震勘探工作主要分为三个环节: 首先是野外工作。这个阶段的任务是在地质工作和其他物探工作初步确定的有含油气希望的地区，布置测线，人工激发地震波，并用野外地震仪把地震波传播的情况记录下来。这一阶段的成功是得到一盘盘记录了地面震动情况的数据磁带。第二阶段是室内资料处理。根据地震波的传播理论，利用计算机对野外获得的原始资料进行加工处理工作，并计算地震波在地层内传播的速度等。这一阶段得出的成果是“地震剖面图”和地震波速度资料。资料处理工作在配备有高性能计算机和有关专用仪器设备的工作站来完成。第三阶段是地震资料的解释。就是运用地震波传播的理论和石油地质学的原理，综合地质、钻井和其他物探资料，对地震剖面进行深入的分析研究。对各反射层相当于什么地质层位做出正确的判断，对地下地质构造的特点做出说明，并绘制反映某些主要层位完整的起伏形态的图件――构造图。最后，对查明有含油气希望的构造，提出钻探井位。

在石油勘探行业，用户主要应用高性能计算机进行地震数据叠前时间和深度偏移等海量数据计算，因而对高性能计算机的运算能力提出了很高的要求，主要的机型采用集群模式的系统。

石油高性能计算发展喜人

据中国石油东方地球物理公司（BGP）总工程师赖能和介绍，近年来随着油气勘探开发的不断深入，勘探开发技术难度和开发成本越来越大。为提高勘探开发效益，物探公司普遍加大了对地震叠前偏移处理技术的推广，从而使CPU资源的需求急剧增加。举例来说，200平方公里的陆地三维叠前偏移需要用22个2.4GHz CPU计算21天，如果是海上环境计算量更大。

随着计算量的增大，数据采集和存储量的增大已经超过了CPU的增加幅度，如从2002年至今，BGP的存储资源从5TB到1000TB，增长超过200倍，超过CPU 40倍的增长率。

同时，勘探节奏的加快和波动方程叠前深度偏移等新技术的采用，对计算规模提出了更高的要求。目前国际上大型物探公司的计算能力已经达到几百TFlops，我国最大的物探公司BGP的总处理能力也已经达到了80TFlops，CPU总数量为12000个。

高性能计算在石油等行业的巨大应用前景吸引了业内公司的注意。日前，英特尔公司推出了集群就绪（Cluster Ready）和连接线缆（Connect Cables）计划来简化和提高集群部署的效率。英特尔除了提供多种常规的系统调优软件，包括调优工具、编译器、类库、集群工具以及多线程工具外，集群就绪计划还包括了一个称为集群检查器的硬件认证流程，对集群软硬件进行检查，确保能够正确地互操作。新增的英特尔连接线缆可以支持InfiniBand和10GbE连接，与传统铜线相比减轻了84%的重量，体积和弯曲半径也分别减小83%和40%，将服务器间的连接距离提高到了100米。

面临的问题

近几年来，高性能计算尽管在石油行业的应用得到了快速增长，但依然面临着诸多困难和挑战。在日前举办的中国石油产业与英特尔2007年高性能计算研讨会上，业界专家纷纷为石油勘探的高性能计算献计献策。

专家们一致认为，在高性能计算集群节点性能大幅提升以后，数据I/O交换和存储问题正在日益凸显。

目前石油行业高性能计算机系统的CPU利用率仅为65%～75%，对要求频繁I/O和高性能网络的常规地震数据处理，仅能达到不足20%的利用率。

大庆物探院的副总工程师张铁钢认为，要妥善解决计算和I/O节点的匹配问题: 由于偏移节点主要是用于数据计算，但I/O量小，因此为了提高系统的效率，应该将其与I/O量大的常规节点分离，限制在同一节点上同一类型处理的速度，实现重I/O和轻I/O节点的混合搭配，减少单个作业的运算周期。

经过优化后的系统能明显提高CPU利用率。BGP的数据表明对128个CPU机柜的优化可以提高2.5倍的CPU利用率。

另一方面，随着CPU计算节点的不断扩大，计算和存储之间的矛盾也更加突出。SAN存储系统和并行文件系统的引入缓解了这一矛盾。山东胜利油田物探院的李战强表示并行文件系统的应用效果良好，有效提高了系统的综合性能。

中国石油集团东方地球物理公司研究院副总工程师李杰也对并行文件系统的引入表示了认同。同时李杰认为随着石油勘探行业高性能计算规模的扩大，迫切需要解决高密度机房的散热和制冷问题。可以采取的措施为改造机房地板，引入格栅来定向调节风向、风量和风速，并设置定向机柜以更好地排热。

英特尔企业解决方案部的梁岩表示，降低电力和功耗要从服务器和数据中心两方面着手。其中在数据中心方面，应该改善机房的送风模式并采用新型的新风交换系统。梁岩分析，目前数据中心的基础设施最多支持不超过500W/m2的供电能力，而高密度数据中心往往需要超过1KW/m2。英特尔目前做的验证型高密度数据中心已经能达到8KW/m2。即使是正在运行中的数据中心也达到了15KW/机柜，约5KW/m2。在新风循环系统中，位于机柜上方的金属板能够将冷风挡回，从而有效提高了制冷效率。