PC机群网络并行计算在油藏数值模拟中的应用

基于Windows系统的PC机群并行计算环境，介绍了在解决油藏数值模拟问题过程中应用的并行计算技术。对一个隐压显饱、三维三相的黑油数值模拟软件的核心计算求解部分进行了并行化处理，利用消息传递界面（MPI）库实现了并行过程中的所有消息的传递功能。对枣园油田模型进行了测试，2个PC的加速比达到1．86，4个PC的加速比达到2．76。     

己二酸装置的模拟与优化

对生成己二酸的反应机理与反应动力学进行了假设与简化，建立了己二酸装置的数学模型，并在计算机上应用序贯计算方法对该装置进行了模拟。在模拟的基础上，应用Ｎｅｅｄｅｒ－Ｍｅａｄ最优化方法求解己二酸装置的最优工艺参数。根据模拟和优化计算结果提出了调优方案。该方案在辽阳石油化纤公司化工四厂己二酸装置实施后，该装置原料硝酸、环己醇和环己酮单耗明显降低，副产物生成量减少，取得了明显的调优效果。     

模式识别优化技术在常减压蒸馏装置上的应用

应用模式识别优化技术对大连石化公司炼油厂二蒸馏装置的生产操作数据进行分析处理,优选出最佳的控制模型指导生产操作,使轻质油收率提高了0.55％,年增经济效益约251.7万元。本文介绍了该技术的特点和优化方法,并对生产调节情况、调优后的产品质量及其收率均进行了比较和分析。     

统计调优技术在乙苯回收塔上的应用

统计调优技术的基本思想是在不扰乱正常生产秩序的前提下,根据现代控制理论中的“黑箱法”原理,将计算机技术、数理统计方法和最优化方法应用于工厂生产操作,通过对生产装置日常积累的操作数据的整理、归纳与分析,依靠计算机找出现行生产装置的最优化操作条件来指导生产。     

糠醛精制装置扩产的换热网络结构调优与能量综合优化

运用过程系统能量综合优化的“三环节”方法，对一要扩产的轻质糠醛精制装置进行了能量综合优化。通过采用增设沉降罐、改二效蒸发为三效蒸发并优化各效的蒸发率、对换热网络进行优化合成及换热网络的结构调优等能量的工艺利用、回收及转化环节的改进措施，并建立换热网络结构调优的经济优化数学模型进行优化，使扩产的糠醛精制装置的能量综合优化改进方案能耗达到了国内先进水平。     

基于PC机群的大地电磁Occam反演并行计算研究

Occam反演以其稳定收敛和不依赖于初始模型的特性被广泛应用于大地电磁数据的处理,但偏导数矩阵的计算和拉格朗日乘子的求取导致大量的模型正演,使得反演速度较低。为此,研究了用基于PC机群的并行计算来解决这一问题的方法。首先对Occam反演方法进行了阐述;然后,分析了反演方法中各计算耗费的时间,提出对约占计算量90％的偏导数和拉格朗日乘子进行并行计算的思想,即偏导数计算采用频点计算一级的大粒度并行,拉格朗日乘子扫描和一维搜索分别采用弘值计算一级的大粒度并行和频点计算一级的小粒度并行;给出了并行计算的实现方法,即在PC机群上,利用主一从编程模式实现Occam反演的整体并行计算。在计算中,采用任务组合方式,减少了通信量,较好地实现了负载均衡。在4节点PC机群上,对应于拉格朗日乘子的扫描和一维搜索方式,整体加速比分别达到3．36和2．83。     

基于粒子群优化算法的化工稳态流程模拟参数优化

化工流程模拟已广泛应用于石油化工行业,是工艺优化与辅助设计的主要手段。化工过程中工艺参数具有多样性和复杂性,传统优化方法普遍针对少量的关键参数进行灵敏度分析并优化,较难达到全局最优。因此,本文提出了基于粒子群优化算法的化工工艺流程模拟操作参数优化方法。以天然气脱碳工艺过程为研究对象,基于Aspen HYSYS的接口实现了流程模拟与优化算法之间的耦合,结合工艺机理知识,实现了基于粒子群优化算法的天然气脱碳稳态流程模拟操作参数的最优化。在产品满足工艺要求的条件下,以最高脱碳率和最小装置运行成本为目标函数,以对工艺有较大影响且可控的操作参数为决策变量,对某5.8×10⁶ m³/d天然气净化装置进行操作参数的优化。优化结果表明,采用更少的吸收塔和再生塔塔板数即可满足酸性气体的脱除需求;在保证每层塔板处于良好的操作状态的条件下,降低再生塔回流比,塔内的气液相负荷降低,使得再沸器负荷降低;降低贫胺液入吸收塔温度,有利于增大CO₂与醇胺液反应的正向进行程度,同时吸收推动力的增大会降低设备的腐蚀程度;提高吸收塔压力,塔内传质推动力增加,...     

先进的BHA程序优化定向钻井

对井底钻具组合（BHA）进行模拟往往是成功完成定向钻井作业的一个重要因素。先进的BHA开发程序能够对许多关键的钻井特性进行优化。     

基于粒子群优化算法的双混合制冷剂液化工艺参数优化

双混合制冷剂（DMR）液化工艺中,冷剂组分和工艺参数复杂且相互影响,可利用算法对其优化,从而降低工艺能耗。以比功耗为目标函数,选择粒子群优化（PSO）算法对冷剂流量、压力等工艺参数进行了全局优化。结果表明,PSO算法优化效果相对较佳,优化后工艺的比功耗降低至0.2639 kW·h/kg,低于相关文献报道,也低于其他算法的优化结果;换热器换热效率提高,且可通过多级节流进一步减小局部换热温差;总?损失为19590 kW,相比教学自学优化（TLSO）算法降低了10.79%,?效率为43.22%,其中压缩机的?损失最高。     

一种基于并行计算技术提高测井数据处理速度的方法

基于多核处理器普及的背景,针对成像测井数据处理速度慢的问题,介绍了利用并行计算技术提高成像测井数据处理速度的方法。首次将并行计算技术应用于成像测井数据处理中,在Windows平台下编写了核磁数据反演的并行计算方法以及对应的串行计算方法,并在多个不同处理器的微机上对2种方法进行了对比。试验结果表明,在多核心处理器计算机上,并行计算能够充分利用CPU的效率,显著提高了数据处理的速度。同时,该方法的实现也为其他耗时型石油勘探数据处理提供了一种提高处理速度的新思路。     

基于机群系统的一种并行优化策略

针对大规模化工过程系统优化中计算能力不够的情况,用机群系统建构并行优化计算环境。在分析化工过程系统优化的特点后,提出了一种基于机群系统的并行优化策略。即将优化计算中频繁出现的梯度求解过程并行化。实际算例表明,此方法是行之有效的。     

６４位集群计算平台波动方程叠前深度偏移的性能优化

详细介绍了iCluster波动方程叠前深度偏移软件系统所采用的集群并行计算策略,以及在６４位集群计算平台上开展的计算性能优化工作和取得的成果。给出了大量软件优化和性能测试结果,包括波动方程叠前深度偏移处理程序运行分析、MPI并行计算运行分析、不同编译器和编译参数测试对比、不同FFT算法效率测试对比、IA32和IA64平台软件运行效率对比测试及并行加速比测试等结果。以原来基于2.6GHZ Xeon系统上的软件运行效率作为基准,在基于1.4GHz Itanium2的系统上,经过优化的波动方程叠前深度偏移程序其计算性能提高了９倍左右。其性能的提高主要归功于３个因素,即６４位处理器硬件性能的提高、优化编译器的贡献和Intel MKL数学库中DFT程序的贡献。试验和分析表明,对于波动方程叠前深度偏移计算,基于千兆以太网的集群计算机系统可以在较大规模配置下,仍然能保持很高的并行加速比。面对数据规模和计算规模的挑战,向６４位计算平台的迁移是未来几年内地球物理计算的必然发展方向。IA64平台上软件计算性能的优化,既有巨大潜力,又有可观的经济价值。     

集群计算技术及其在石油工业中的应用

高性能计算不断增长的需求和计算技术的持续发展,促进了计算机集群技术的发展和应用。计算机集群系统具有系统建设、维护和升级成本低,可扩展性好,易维护,易升级,计算性能强以及通用和跨平台的并行计算软件开发环境（PVM和MPI等）等优点。本文概述了计算机集群技术的概念、技术基础、并行软件开发环境和Beowulf集群;论述了石油工业对高性参计算的需求;介绍了集群技术在石油勘探中的应用现状;指出了集群技术将大大降低石油勘探开发成本,促进新技术的应用和推广;给出了集群系统的若干性能测试结果。     

地震叠前深度偏移在CUDA平台上的实现

由于GPU（图形处理芯片）拥有强大的通用计算能力,在地球物理领域进行GPU计算的应用研究日益受到关注。基于CUDA软件开发环境,根据裂步法叠前深度偏移的算法特点,将偏移程序的波场延拓核心部分移植到GPU上进行并行计算,其余辅助计算在CPU上完成,实现了二维地震叠前深度偏移处理的GPU计算。在NVIDIA Tesla C870上的Marmousi模型测试结果表明,GPU处理速度是CPU（单核）的10倍左右。由于所用GPU仅支持单精度浮点运算,GPU和CPU计算结果之间存在一定的差异,但这种差异在偏移剖面上未产生视觉上可以识别的影响。     

Kirchhoff叠前时间偏移的GPU移植与性能优化技术

叠前时间偏移在工业生产中发挥着极其重要的作用,为了提高该算法的计算效率,开展了基于GPU异构计算平台的算法移植与优化。首先根据积分法偏移的算法特点制定了偏移距域的多进程数据域并行以及IO与计算异步并行总体并行策略;然后为了提高偏移核心计算部分在GPU上的计算效率,对偏移计算核在GPU上的并行方案进行了分析,选择了成像域超大规模线程并行方案对算法进行了移植和优化,并对不同优化手段在不同GPU硬件平台下获得的性能加速进行了对比测试;最后利用大规模计算节点及大规模地震数据体进行了移植后算法的应用测试,并对算法的计算效率、可扩展性以及精度误差进行了分析。大规模应用测试表明,积分法叠前时间偏移经过GPU移植后可获得较CPU平台近7倍的性能提升,具有很好的工业应用价值。     

TN─Ⅲ型内管注水泥器的研制及应用

针对原有井底密封式内管注水泥器存在的问题，为防止密封失效，提高施工安全可靠性及国井质量，研制了TN－Ⅲ型内管注水泥器。该工具将密封部位由井底移至井口，适用于各种规格的大直径套管固井。TN－Ⅲ型内管注水泥器获得国家专利（专利号95213958．8），并应用于现场实施3口井，均取得了较好的效果。     

NLT-A中子寿命测井仪

NLT-A中子寿命测井仪是用于储集层评价、油层动态监测等生产测井领域的新型测井仪器.该仪器具有温度性能好、仪器长度短等特点.就这种新型中子寿命测井仪的主要技术特点、仪器系统的组成、仪器的应用效果等进行了论述.现场应用表明,中子寿命测井在确定含水饱和度、盐间油识别,油层水淹级别评价,天然气探测、薄层划分,射孔和固井质量评价等方面发挥了应有的作用.     

CPU-GPU异构平台的抛物线Radon变换并行算法

抛物线Radon变换被广泛应用于压制和去除叠前地震数据中的多次波。混合域抛物线Radon变换虽具有良好的多次波压制效果,但面对体量日益庞大的地震道集数据,仍需很长处理周期。为此,首先利用GPU对抛物线Radon变换算法做并行优化,将计算过程中最耗时的傅里叶变换和代数运算用CUDA库等优化技巧进行加速,加速比达13以上;然后基于CPU-GPU异构平台,提出一种CPU-GPU并行方案,充分利用计算机硬件资源,通过CPU多线程与多个GPU协同并行实现抛物线Radon变换并行算法,加速比约达30。     

基于CPU+GPU联合计算真地表叠前时间偏移实用化研究

为了提高起伏地表条件下的基尔霍夫叠前时间偏移算法的计算效率,针对CPU+GPU异构计算平台开展了算法移植与优化研究。首先分析了起伏地表条件下提高偏移成像精度的反假频、弯曲射线旅行时计算以及真地表旅行时校正的处理方法,然后在对算法的并行计算特征进行分析的基础上,针对CPU+GPU异构平台的算法移植进行了多级并行联合计算架构的设计,通过炮检距域的多进程数据域并行、地震数据I/O与偏移计算的异步并行、基于CUDA的超大规模线程成像域并行以及联合CPU计算的多线程成像域并行技术对算法进行了移植及优化。利用大规模测试数据集进行了计算效率测试,测试结果验证了多级并行联合计算架构以及分别针对CPU和GPU平台的算法优化技术能够极大地提高偏移处理效率。