突破计算瓶颈 提速石油开发
——思科助力大庆油田高性能计算系统改造

2006年8月31日

油气资源是保障经济增长和社会发展的关键因素。当前我国油气消费已进入快速增长时期,抓紧制定和实施油气资源的可持续发展战略已成为当务之急。石油开采中钻井的费用非常高昂,打一个油井要花费上亿元,而且如果打出“干洞”对于石油企业是极大的损失。因此,钻井之前需要进行深入的勘测和分析,以提高钻探成功率、降低勘探风险。

多年来持续列居全国油田产油量首位的大庆油田采用思科高性能计算联网方案,支持解决勘测分析中庞杂反复的数据计算问题,不断发掘出新的油藏,保障了充足的后续生产能力。

解决计算瓶颈刻不容缓

大庆油田在几十年的发展过程中为国家经济的发展做出了巨大的贡献。但是,某些油井在经过几十年的开采后,产量不太稳定,需要不断对设备数据和参数做出调整。油田勘探开发研究院则在油田公司勘探方案部署、油田开发方案研究制定等重大科研领域中扮演着油田公司“总参谋部”的角色,并肩负实现油田可持续发展的重任。

据了解,目前石油勘探和开发的主要目标是寻找深层、隐伏和岩性油气藏,油藏数值分析的数据量较大,当前的技术手段主要依靠HPC(高性能计算)解决方案。目前国际公认的石油勘探技术是地震剖面精确成像的三维迭前偏移技术,这项技术所需要提供的计算集群系统具有强大的并行计算处理能力与数据存储能力—计算规模至少为100平方公里24次覆盖、240万道的三维地震数据三维迭前深度偏移,I/O总量至少要达到2.5T,而这一规模的运算处理时间应在10小时以内完成。随着设计院业务增长和数据计算需求量的大幅增大,原有的大型计算机系统无法跟上需求,同时,软件升级与系统扩展方面也都会产生昂贵的费用。

美国咨询公司CERA认为,对于石油行业来说,降低成本的关键是管理好数据和信息以及正确使用先进技术。因此,要适应石油勘探开发的新技术和可持续发展的需要,必须采用新的油藏储备数值分析办法,也就是说对原有计算系统进行全面的升级改造势在必行。

卓越性能 脱颖而出

系统建设的成功与否不仅事关企业的可持续发展,也事关石油资源的可持续开发应用,为此大庆油田勘探研究院对于合作伙伴的选择非常慎重。要对一个庞大的计算系统进行全方位的改革,系统平台的选定是首要步骤。

考虑到油藏数值分析很大的数据量,其性价比以及计算软件特点等因素,研究院最终选定采用Linux高性能集群解决方案。Linux高性能计算集群系统的优点在于让一组计算机互联,作为统一的计算工具工作,它们之间配合顺畅而且同时又是一个个健全的个体,离开集群仍能独立工作。这一独特的优势得到勘探开发研究院的青睐。

思科系统公司产品研发部高级技术工程师刘继华介绍:“与传统的大型机方式相比,集群高性能计算采用多节点分布式计算,能够提供更高的可靠性。同时,其价格大约只相当于大型机的1/3,还可以节约在软件升级和系统扩展方面的昂贵成本。”

研究院在采用不同HPC技术的Linux集群平台上,以完成一次计算需要的时间为标准对待选的集中方案进行了评测,对照快速以太网和千兆以太网分别需要的39小时和31小时,采用Cisco SFS InfiniBand方式连接IBM刀片服务器组成的高性能计算解决方案显著胜出,只需7小时。

大庆油田此次在采油一厂到六厂分别部署了六套基于IBM Blade Server刀片服务器和Cisco InfiniBand刀片交换模块的系统,每套10个计算节点,让油藏数值模拟系统能在很小的物理空间内,部署强大的计算力。油田建成后的高性能计算方案完整涵盖了HPC的四个部分的需求:用户,存储介质、管理和进程间通讯(IPC)。这四部分的紧密配合让每个环节的工作都高速顺畅。这种方案降低了整个通讯需要花费的时间,从而也降低了响应的计算时间,使得整个工作过程的系统也相对稳定,存储、管理都不再成为问题,堪称经典的组合。

InfiniBand技术作为一种开放标准的、目前全球带宽最高的高速网络互联技术,目前已经成为主流的高性能计算机互连技术之一,IBM、HP、SUN等主流服务器厂商均支持此技术,并推出相应的解决方案。如今,InfiniBand在技术上的优势早就为国际石油业所承认,目前这种大规模数值计算和分析还广泛用于能源、科研、气象、生物研究和航空航天等多个领域。

优势尽现 开发提速

新的系统为大庆油田勘探开发工作带来了明显的优势,由于Infiniband连接方式比千兆以太网等方式延时更小,运算速度明显提高。

目前油田采用的六套系统工作都很稳定,勘探院的研究人员也对方案在计算效率的提高方面深有体会:“通过思科和IBM共同提供的这套高性能计算方案,不仅解决了计算速度的问题,还使整个工作系统运行趋于稳定,为我们的研发开发工作提供了很好的保障。”

大庆石油勘探开发研究院总工程师赵国忠说:“我们计划进一步推广高性能计算方案,在大庆的油田间实行更大规模的集群,以充分利用创新技术的价值,进一步发掘油田开发的潜力。”

刘继华表示,多年来思科一直致力于多层网络和通信解决方案方面的研究和开发,并期待通过智能化信息网络(Intelligent Information Network, IIN)作为提升生产力的平台,帮助包括石油行业在内的大型企业优化工作方式,提升企业的效益创造速度。相信思科高性能计算解决方案将在今后大庆油田的开发工作中更好地发挥推进作用,帮助大庆油田通过技术创新保持领先步伐,从而能够不断降低成本,提高效率,以更强大的竞争力迎接国内外市场的挑战。