[发明专利]用于将并行模拟模型分区的方法和系统

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年2月12日提交的标题为“Method and System for Partitioning Parallel Simulation Models”的美国临时申请No.61/304056的权益，其全部内容通过引用合并于此，用于所有目的。

技术领域

本技术的示例性实施例涉及用于在计算机系统之间将并行模拟模型分区的方法和系统。

背景技术

本节意图用于介绍本领域的各个方面，其可以与本技术的示例性实施例关联。本讨论被认为是帮助提供框架，从而便于更好理解本技术的特定方面。因此，应该理解，应该考虑到这点来阅读本节，并且不需要作为先有技术的许可。

现代社会大大依赖将碳氢化合物用于燃料和化学原料。碳氢化合物通常在地表下岩层中找到，这些岩层能够被称为“储层”。从储层中移去碳氢化合物取决于岩层的许多物理特性，例如，除了别的特性之外，含有碳氢化合物的岩石的渗透性、碳氢化合物流过岩层的能力和碳氢化合物存在的比例。

通常，被称为“模拟模型”的数学模型用于模拟碳氢化合物储层并优化碳氢化合物的开采。模拟模型是一种计算流体动力学模拟，其中近似并求解一组偏微分方程（PDE），这些偏微分方程控制流过多孔介质和连接的设施网络的多相、多组分流体流动。这是迭代的时间步进过程（iterative time-stepping process），其中优化了特定的碳氢化合物开采方案。

模拟模型在结构化（或非结构化）网格上离散化基本的PDE，该网格表示储层岩石、井和地表设施网络。在每个网格块定义状态变量，例如压力和饱和度。模拟模型的目标通常是理解下层地质情况的流动模式，以便优化来自一组井和地表设施的碳氢化合物的开采。在过去五十年期间，模拟模型的尺寸和复杂性随着计算能力的可用性的增加而按比例地增长。复杂的模拟模型通常需要使用并行计算系统和算法来提供足够的模拟周转时间。

因此，模拟模型能够被分成若干子区段或者子域，其中每个子域都可以被分配或者分区到不同的计算单元，例如在集群计算系统中的处理器或者多核桌面系统中的计算核。然而，差的分区可以导致缓慢收敛到解，甚至导致模型无法收敛到解。例如，如果在不同计算单元之间的模拟模型分区跨过开采井，那么该模拟可能失败。通常，可以由表示模拟模型的图的数学分析实行分区。

最近，已经存在许多关于图分区的一般主题的出版的研究文章，例如，如应用到有限元分析及其他问题的图分区。参看例如J.D.Teresco、K.D.Devine和J.E.Flaherty的“Partitioning and Dynamic Load Balancing for the Numerical Solution of Patial Differential Equations”,Numerical Solution of Patial Differential Equations on Parallel Computers,Chapter2,55-88（Springer，纽约，2006）；和B.Hendrickson和T.Kolda的“Graph Patitioning Models for Parallel Computing”,Parallel Computing,26,1519-1534（2000）。一些分区技术已经在软件中实现，例如METIS程序。参看G.Karypis和V.Kumar的“A fast and high quality multilevel scheme for patitioning irregular graphs”,SIAM Journal on Scientific Computing,20,359-392（1999）。另一个例子是在Sandia（圣地亚）国家实验室开发的Chaco程序。参看B.Hendrickson和R.Leland的“An Improved Spectral Graph Patitioning Algorithm for Mapping Parallel Computations”,SIAM Journal on Scientific and Statistical Computing,16,452-469（1995）；同时参看B.Hendrickson和R.Leland的“The Chaco User's Guide:Version2.0”,Sandia Tech Report SAND94-2692（1994）。