[发明专利]基于Fork-Join并行模式的三维井孔声场数值模拟方法

说明书

本发明提供一种基于Fork‑Join并行模式的三维井孔声场数值模拟方法，包括：根据模拟的地层几何尺寸、地质参数信息以及井孔测量环境，结合频散条件以及稳定性条件建立三维地层模型；基于Fork‑Join并行原理，将该三维地层模型划分为多个子区域，并利用多核多线程同时计算各子区域内的声场；将各子区域内的声场进行组合得到整个三维地层模型区域的声场；利用多单元接收器记录不同时刻三维地层模型中指定位置的声场，得到井中特定声源在井孔和地层中激发的声场，其中，基于Fork‑Join并行模式，提出了一种适用于Java语言的三维井孔声场数值模拟技术，简单且易于实施，可以有效利用计算机多核优势，提高程序运行效率。

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探技术领域，尤其涉及一种基于Fork-Join并行模式的三维井孔声场数值模拟方法和装置。

背景技术

井孔声场数值模拟是石油测井仪器设计、研发和制造的有效工具，其在优化声波测井仪器结构、理解复杂介质中波的传播规律等方面具有重要意义。同时，可为声波测井资料的处理及应用提供指导和手段，是声波测井定量分析的重要基础。复杂介质中的井孔声场数值模拟方法主要包括有限差分法、有限元法、伪谱法、谱元法等，相较而言，有限差分方法计算量小、实现简单且内存需求少，实际应用最为广泛。目前，三维井孔声场的有限差分数值模拟普遍采用OpenMP、 MPI、CUDA等并行计算框架来提高程序的运行效率。然而，上述框架难以有效应用于Java串行代码的并行改造。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于Fork-Join并行模式的三维井孔声场数值模拟方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，提供一种基于Fork-Join并行模式的三维井孔声场数值模拟方法，包括：

根据模拟的地层几何尺寸、地质参数信息以及井孔测量环境，结合频散条件以及稳定性条件建立三维地层模型；

基于Fork-Join并行原理，将该三维地层模型划分为多个子区域，并利用多核多线程同时计算各子区域内的声场；

将各子区域内的声场进行组合得到整个三维地层模型区域的声场；

利用多单元接收器记录不同时刻三维地层模型中指定位置的声场，得到井中特定声源在井孔和地层中激发的声场。

进一步地，该计算各子区域内的声场，包括：

采用交错网格离散、高阶差分近似及复频移完全匹配层压制模型边界反射，实现各子区域内的声场的有限差分计算。

进一步地，该采用交错网格离散、高阶差分近似及复频移完全匹配层压制模型边界反射，实现各子区域内的声场的有限差分计算，包括：

对子区域进行交错网格离散得到对应的网格模型；

将各向同性介质中的弹性波方程用一阶应力-速度形式表示，并采用高阶差分对一阶应力-速度表示的弹性波方程进行近似；

利用近似后的方程计算该网格模型中的速度分量和应力分量，并对计算结果进行迭代得到该子区域中任一时刻的波场；

计算该子区域中完全匹配层区域内波动方程的衰减项，并用该子区域中任一时刻的波场减去该衰减项得到该子区域内的最终波场；

其中，若该子区域不包含完全匹配层区域，则其对应的衰减项为0。

进一步地，将该三维地层模型划分为多个子区域，包括：

根据该三维地层模型区域的声场的计算规模以及计算机处理器的核心数量得到阈值；

根据该阈值将该三维地层模型通过递归方式划分为多个子区域。