[发明专利]用于在并行油藏模拟期间进行二维区域分解的系统及方法

说明书

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不适用。

关于联邦科研资助的声明

不适用。

技术领域

本发明一般而言涉及并行油藏模拟(parallel reservoir simulation)期间的二维（2D）区域分解(domain decomposition)。更特别地，本发明涉及用于并行油藏模拟期间2D区域分解以求平衡油藏模型中活动单元格(active cell)的系统和方法。

背景技术

石油油藏中包括流体流动等许多类型的物理过程都是由偏微分等式来支配。这些可能非常复杂的偏微分等式通常使用有限差、有限体积或有限元方法来求解。所有这些方法将物理模型划分成被称为网格块、单元格或元(element)的多个单元。在每个这些物理单元中，由一个或多个求解变量(solution variables)或未知量(unknowns)来给出解。与每个物理单元相关联的是一组支配这些未知量行为的等式，其中等式的数目等于未知量的数目。这些等式还包含来自邻近物理单元的未知量。

因而，对于这些等式存在一种结构，其中对于给定物理单元的等式包含来自该物理单元及其邻居的未知量。使用节点和连接的组合来描述更为方便，其中用小圆圈来表示节点，并且用两个节点之间的连线来表示连接。节点处的等式包含该节点处以及与该节点连接的邻近节点处的未知量。

所有节点处的等式组合成单个矩阵等式。通常对所述偏微分等式求得期望解的关键任务是对该矩阵等式求解。为此其中最有效的方式之一是通过使用不完全LU因式分解法或ILU，其中原矩阵被近似分解成L和U两个矩阵的乘积。矩阵L和U分别为下三角矩阵和上三角矩阵，并且分别具有与原矩阵的下部和上部类似的非零结构(non-zero structure)。利用该分解，通过前推回代法来迭代地求得解。

对于得到更好的求解精度有着持续的需要。为此一种方式是将物理模型划分成更小的物理单元，或者换言之，使用更多的节点，可能是数以百万计的节点。当然，进行计算所需的时间也随之增加。为避免这种时间增加，一种方式是在多处理器上并行地进行计算。

存在两种类型的并行计算机，它们使用共享存储器以及它们使用分布式存储器。共享存储器计算机仅使用少量的处理器，这限制了运行时间的减少潜力。分布式存储器计算机常使用数十个处理器，但也有一些使用数以千计的处理器。理想的是使用分布式存储器并行处理。无论哪种情况，并行计算中处理器的数目通常是偶数。

在使用分布式存储器时，通过将物理模型分解成多个区域来并行进行计算，其中区域的数目等于要同时使用的处理器的数目。每个区域被分配给特定处理器，该处理器执行与该区域相关联的计算。每个区域包含指定组的节点，并且每个节点置于区域中。

对在为给定油藏模型进行区域分解时的并行模拟器性能造成影响的至少有如下两个因素：每个分解区域中活动模拟单元格的数目，以及网格着色。挑战在于保持活动模拟单元格的数目平衡同时不造成网格着色问题。活动单元格(active cell)表示油藏模型中带有油、气和/或水的单元空间(unitary space)。因此，非活动单元格表示油藏模型中不带有油、气和/或水的单元空间。

类似（其为Landmark(兰德马克)图形公司提供的商业软件应用）等传统应用在2D区域分解期间并未将活动单元格的数目考虑进去，并且通常是在多个区域之间将油藏模型划分成相等的部分，而不考虑每个区域中的活动模拟单元格的数目。在这一途径中，取决于油藏几何结构，多个区域最终可能会得到非常不均衡的活动单元格数目，进而导致油藏模拟性能差。

中的并行性是以区域分解途径为基础；整个模型被细分或分解成单元格的集合(称为网格)。在以并行方式运行时，以规定数目的进程开始一组进程，并且每个网格被分配给这些进程的其中之一。上述分配可由用户来规定，或者可由来确定。每个进程对于其所分配的网格进行模型计算。当单元格有一个或更多个紧邻的邻居时，这些计算中的一部分需要来自被分配给其他进程的网格的数据。

在以并行方式运行时，的性能显著地受油藏模型单元格到网格的分解以及网格被分配给进程的方式的影响。因为油藏模型网格通过压力等式耦合，所以来自邻近网格的数据影响网格内的解。在每个时间步长内，需要数次将信息从每个网格传送至与其物理连接的所有网格。将网格分配给进程必须考虑到模型中单元格之间的物理连接–这是之所以典型分解常常看起来像建筑砖块的集合的一个原因：使网格间的通信最小化。

发明内容