Применение массовых параллельных расчётов при автоматизированной адаптации геолого – гидродинамических моделей и оценке неоп

Очевидный подход
Использование всей вычислительной мощности для решения ОДНОЙ задачи фильтрационного моделирования
Ускорение расчёта
Увеличение числа ячеек (детальности модели)
Model3, Model2, Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
…
Mored.exe Model1

Очевидный подход (2)
Пионером вероятно является внутренний симулятор компании SaudiAramco POWERS
1000 млн активных ячеек на 1984 процессорах
SPE 116675 Gigacell simulation

Очевидный подход - Roxar
Компания Roxar ведёт активные разработки в области создания высоко параллельной версии симулятора Tempest
Имеется необходимая инфраструктура
Поддержка MPI, система запуска и мониторинга расчётов, графический интерфейс для визуализации и анализа гигантских моделей TempestView (используется с SaudiAramco)
Ведутся работы по созданию нового линейного солвера
Мы также работаем над паралелизацией ПК геологического моделирования RMS
Создаётся инфраструктура
Ведётся параллелизация наиболее критичных ко времени алгоритмов

Очевидный подход - проблемы
Существуют “нелокальные” объекты, создающие сильные связи между удалёнными ячейками модели. Их влияние на скорость тем больше чем больше число параллельных процессов
Длинные горизонтальные скважины
Балансировка поверхностных сетей

Очевидный подход – проблемы (2)
Детализация фильтрационной модели подразумевает «истинность» исходной геологической модели
Опыт использования детальных геомоделей связан с использование rescaling – аналогично сглаживанию
Требуемую детализацию в межскважинном пространстве обеспечивают только стохастические модели
Часто содержат “шум”
Являются многовариантными
Чтобы оценить локализацию остаточных запасов с «детальностью» геомодели, содержащей 100 миллионов ячеек надо просчитать (и адаптировать по истории разработки) представительный ансамбль реализаций (10-100) фильтрационных моделей, каждая по 100 миллионов ячеек каждая !!!

Альтернативный подход
Использование всей вычислительной мощности для ОДНОВРЕМЕННОГО решения НЕСКОЛЬКИХ задач фильтрационного моделирования
Ускорение достижения общей ЦЕЛИ
Адаптация по истории разработки
Оценка неопределённости
Оптимизация
Model1
Model2
Model3
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model1
Mored.exe Model2
Mored.exe Model2
Mored.exe Model2
Mored.exe Model2
Mored.exe Model3
Mored.exe Model3
Mored.exe Model3
Mored.exe Model3

Альтернативный подход - преимущества
Подход реализуется уже сейчас на кластерах и может быть перенесён на суперкомпьютеры
Все требуемые программные компоненты существуют и имеются в распоряжении Центра прикладных высокопроизводительных технологий СВФУ
Подход является экстенсивным расширением стандартной практики моделирования
Одновременный расчёт нескольких независимых моделей, каждая на относительно небольшом количестве процессоров, вероятно, всегда будет быстрее чем последовательный расчёт аналогичного числа моделей, с использованием большого числа процессоров.

Альтернативный подход - проблема
Практика моделирования показывает что человеческий мозг похоже не способен эффективно работать с большим количеством моделей одновременно. Инженеру сложно
Одновременно создать 20-30 осмысленных вариантов модели (например при адаптации по истории разработки)
Совместно анализировать результаты ансамбля, состоящего из десятков или сотен моделей

Альтернативный подход - решение
В ПК EnABLE компании Roxar реализована технология многомерных прокоси моделей.
Геологические
неопределённости
Неопределённости
гидродинамики
Статическая основа модели
Результаты
расчётов

Альтернативный подход – решение (2)
Геологические модели
ENABLE как менеджер запусков – loop 1
Фильтрационные модели с параметрами неопределённости
Запуск расчётов
Сравнение результатов с историей
Выбор диапазонов параметров
Выбор значений параметров

Альтернативный подход – решение (3)
В ПК EnABLE компании Roxar реализована технология многомерных прокоси моделей.
Значения «отклика» симулятора
Точки расчёта
Значения модификатора
Модель отклика симулятора Y=E(X)
Погрешность модели

Альтернативный подход – решение (4)
В ПК EnABLE компании Roxar реализована технология многомерных прокоси моделей.
Наибольшая погрешность эстиматора
Имеется возможность воспроизвести историю
Диапазон исторических данных

Альтернативный подход – решение (5)
В ПК EnABLE компании Roxar реализована технология многомерных прокоси моделей.
Следующий BEST MATCH RUN запускается для сочетания модификаторов по которому ожидается лучшее совпадение с историей
Уточнение модели по результатам предыдущих запусков

Альтернативный подход – решение (3)
Технология автоматизированной адаптации позволяет
Автоматически генерировать большое число «информативных» вариантов модели
Запускать их ОДНОВРЕМЕННО на кластере
Анализировать и использовать результаты ВСЕХ предыдущих запусков.
Технология используется для
Адаптации по истории
Анализа неопределённости
Оптимизации

Зачем нам суперкомпьютеры ?
«количественные изменения на определенном этапе приводят к качественным, а новое качество порождает новые возможности и интервалы количественных изменений».

Суперкомпьютеры - адаптация
Можно обеспечить реалистичность адаптированных моделей
Можно найти разные варианты адаптации

Суперкомпьютеры - неопределённость
Работа с большим числом реализаций модели позволяет
Оценить неопределённость (погрешность) оценки показателей проекта
Сравнивать варианты реализации проекта с учётом их рискованности
«Локализовывать» неопределённость

Суперкомпьютеры - оптимизация
По каждому варианту разработки месторождения (или ГТМ) можно провести многокритериальную оптимизацию
Обычно целевой функцией выбирают ЧДД/NPV
Можно рассмотреть большое количество вариантов
Для оптимизированных вариантов можно оценить неопределенность

Выводы
Возможны два подхода к использованию суперкомпьютеров в геолого – гидродинамическом моделировании
ОЧЕВИДНЫЙ подход
Реализован большинством Компаний
Сопряжён со значительными техническими проблемами
Несёт риски связанные с неоднозначностью геомоделей
АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ подход
Реализован с использованием технологии EnABle
Способен сократить сроки и/или повысить качество работ по
Адаптации моделей
Оптимизации проектных решений
Оценке неопределённости

Заключение
Наличие мощного вычислительного кластера дает возможность СВФУ решать прикладные задачи, в том числе, и для нефтегазовых компаний и стать одним из передовых центров математического моделирования в Якутии и Восточной Сибири.