CC BY
36
УДК 550.8.053 + 004.942
Д.В. Тейтелъбаум, А.С. Мартьянов, К.С. Сердюк, А.А. Власов, А.Ю. Соболев ИНГГ СО РАН, Новосибирск
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ СКВАЖИННОЙ ГЕОЭЛЕКТРИКИ C ПОМОЩЬЮ ТЕХНОЛОГИЙ ГРИД
В Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН внедрена система распределённых вычислений Condor. На сегодняшний день в системе 40 рабочих компьютеров как с многопроцессорными и многоядерными архитектурами, так и одноядерные ПК, на которых установлены различные версии операционной системы Windows. Некоторые могут исполнять несколько задач одновременно; с учётом этого в системе находится более 90 виртуальных вычислительных узлов.
На созданной грид-системе выполнено решение ряда геофизических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов.
D.V Teytelbaum, A.S. Martianov, K.S. Serdyuk, A.A. Vlasov, A.Yu. Sobolev Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (IPGG)Acad. Koptyug av. 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
SOLVING TASKS OF BOREHOLE GEOELECTRICS USING GRID TECHNOLOGY
A system of distributed computing was deployed in A.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS. Nowadays there are more than 40 personal computers in the system. These computers have different architectures and various versions of Windows operating system are installed on them. Some of them can execute several tasks simultaneously. Accordingly, there are more than 90 virtual execute nodes in the system. Some geophysical tasks, which demand significant computing resources, were executed on the implemented system.
Введение
В ИНГГ СО РАН, как и во многих других организациях, сотрудники имеют персональные компьютеры на рабочих местах. В нерабочее время ресурсы этих компьютеров, как правило, не используются. В то же время довольно часто для решения прикладных геофизических задач необходимы значительные вычислительные мощности. Соответственно, возникает идея использовать имеющиеся свободные ресурсы для проведения трудоёмких расчётов.
Для расчётов с использованием простаивающих компьютеров необходимо реализовать:
- Сбор информации о свободных на данный момент ресурсах;
- Механизм удалённого запуска расчётных программ, а также передачи входных и выходных данных.
Так как компьютеры института соединены локальной сетью, то перечисленные действия можно осуществлять через сетевое соединение. Описанная система подходит под определение грид-системы.
Было проанализировано несколько реализаций грид-систем. При выборе учитывалось, что на большинстве компьютеров института установлены различные версии ОС Windows.
Исходя из всех требований, была выбрана система Condor[1], из преимуществ которой можно выделить следующие:
- Распространяется бесплатно;
- Поддерживает возможность сосуществования в одной грид-сети машин с разными операционными системами, как семейства windows, так и семейства linux;
- Производит мониторинг активности пользователя;
- Имеет гибкую систему настроек запуска задач;
- Легко масштабируется.
Чтобы задача могла быть эффективно решена с использованием системы Condor, она должна удовлетворять ряду требований. Эти ограничения возникают как из-за технических характеристик компьютеров, так и из-за принципов работы самой системы. Подробнее эти требования будут рассмотрены далее.
Стоит отметить, что в геофизике существует целый класс задач, связанных с расчётом палеток, решение которых может быть легко реализовано и эффективно вычислено на системе Condor.
Развёртывание системы Condor в локальной сети
Компьютеры, подключенные к системе Condor, могут выполнять различные роли: центральный менеджер, узлы добавления задач и
вычислительные узлы; один и тот же компьютер может совмещать несколько ролей. Центральный менеджер один и выполняет функцию по сбору информации о свободных ресурсах, поддерживает единую очередь задач, сопоставляет требования задач и ресурсов компьютера. С узла добавления задач происходит постановка задачи в очередь, а также хранение вычислительной программы, её входных и выходных данных. Расчёты проводятся на вычислительных узлах.
Особенности применения системы Condor
Для эффективного исполнения задачи в системе Condor она должна обладать следующими характеристиками.
Во-первых, время исполнения задачи не должно превышать время на передачу входных данных. Например, если задача исполняется менее секунды, а ей необходимо более 100 МБ входных данных, которые будут переданы
системой Condor по локальной сети (скорость ~10 МБ/сек; время передачи ~10 сек), то запуск данной задачи с использованием Condor не целесообразен.
Во-вторых, если не все компьютеры подходят для решения конкретной задачи, то необходимо явно указать системные требования. Например, если задаче может потребоваться более 1500 МБ ОЗУ, то это нужно указать в файле описания задачи (submit-файле).
В-третьих, задачи, исполняемые на Condor, не будут решены мгновенно, из чего следует, что система Condor не позволят решать задачи в интерактивном режиме.
Разумеется, описание всех возможностей системы выходит за рамки данной статьи. Более подробно изучить систему можно на официальном сайте Condor [1].
Решение задач скважинной геоэлектрики
С помощью системы Condor, развёрнутой на базе ИНГГ СО РАН был решён ряд геофизических задач.
Во-первых, задача моделирования процесса каротажного зондирования ВИКИЗ при учёте смещения зонда с оси скважины [2] (рис. 1).
Особенности данной задачи:
- Потребность в большом объёме оперативной памяти, но не более 1900 МБ ОЗУ;
- Объём входных данных -порядка 200 МБ;
- Время счёта - от 1 до 10 часов.
Задача разбита на 21 серию по 378 задач, итого 7938 задачи. Время исполнения всех задач на одной машине средней производительности около 20000 часов (это больше двух лет непрерывной работы). На развёрнутой нами системе Condor расчёты были выполнены за 1 месяц, при этом задача считалась только по ночам и в выходные дни.
Второй пример - вычисление палеток для одномерных трёх- и четырёхслойных прямых задач ВИКИЗ [3] и БКЗ. Модель цилиндрически-слоистой среды описывается скважиной, зоной проникновения, окаймляющей зоной и неизменённой проникновением частью пласта.
Множество моделей таких сред задавалось диапазоном значений каждого из параметров с некоторым логарифмическим шагом. Каждый из цилиндрических слоёв задаётся тремя параметрами: удельное электрическое сопротивление (УЭС) - р, относительная диэлектрическая проницаемость (ОДП) - s и радиальная глубина - h, причём глубина пласта полагается равной бесконечности. Целью вычислений является создание вычислительного модуля решения прямой и обратной одномерных задач с помощью интерполирования результатов расчёта, а также встраивание его в программу EMF Pro для
Рис. 1 . Цилиндрически-слоистая модель и зонд ВИКИЗ, лежащий на стенке скважины
интерпретации данных аппаратурного комплекса геофизического каротажа СКЛ
[5].
Для трёхслойной прямой задачи (рис. 2) было выбрано следующее пространство моделей:
- Скважина: УЭС рск - 22 значения от 0.02 до 0.5 Ом^м; ОДП єск - 60 о.е.; радиус гск —13 значении от 0.07 до 0.108 м и 13 значений от 0.108 до 0.2 м;
- Зона проникновения: УЭС рзп - 37 значений от 0.1 до 100 Ом^м; ОДП єзп -15 о.е.; радиальная толщина гзп - 37 значений от 0.01 до 2 м;
- Пласт: УЭС - 43 значения от 0.1 до 100 Ом«м; ОДП Єпл - Ю о.е.
- А для четырёхслойной прямой задачи (рис. 3):
- Скважина: УЭС рск - 2.0 Ом«м; ОДП єск - 60 о.е.; радиус гск - 0.108 м;
- Зона проникновения: УЭС рзп - 40 значений от 0.1 до 200 Ом^м; ОДП єзп -15 о.е.; радиальная толщина гзп - 30 значений от 0.01 до 1.5 м;
- Окаймляющая зона: УЭС роз - 40 значений от 0.1 до 200 Ом^м; ОДП єоз
- 15 о.е.; радиальная толщина г03 - 20 значений от 0.01 до 0.5 м;
- Пласт: УЭС рпл - 40 значения от 0.1 до 200 Ом^м; ОДП єпл - 10 о.е.
Все диапазоны значений параметров для трёх- четырёхслойных моделей разбивались на интервалы с логарифмическим шагом.
Таким образом, палетка состоит из более 16 миллионов моделей для трёхслойной, и из более 50 миллионов моделей для четырёхслойной задачи. Особенностью данной задачи является низкая потребность в вычислительных ресурсах при каждом одиночном расчёте, но очень велико общее время расчётов и для хранения результатов требуется большой объём памяти.
Рис. 2. Трёхслойная Рис. 3. Четырёхслойная
цилиндрически-слоистая модель цилиндрически-слоистая модель
Такие различия между задачами позволили считать обе задачи одновременно. Пока одна задача считалась на высокопроизводительных машинах, вторая занимала вычислительные ресурсы менее производительных компьютеров, включённых в грид-систему.
Приведенные примеры показывают, что система Condor позволяет учесть многие особенности вычислительных узлов и задач в очереди, а также сопоставить их между собой.
Заключение
В Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН внедрена система Condor, которая позволяет быстро решать трудоёмкие вычислительные геофизические задачи без дополнительных материальных затрат на приобретение специализированного оборудования и с минимальной адаптацией существующих программ, разработанных под операционную систему Windows.
Благодаря свойствам Condor, дальнейшая поддержка и расширение данной системы не вызывает затруднений. Также существует возможность централизованного администрирования.
Любой сотрудник может воспользоваться системой для расчёта требуемых задач.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Condor Project Homepage [Electronic resource] - Англ. - Режим доступа: http: //www.cs.wisc.edu/condor/
2. Шурина, Э.П. Трехмерное численное моделирование электромагнитных полей [Текст] / Э.П. Шурина, О.В. Нечаев, М.И. Эпов // Геофизический журнал - 2009. - Т. 31, № 4. - С. 158-163
3. Эпов, М.И. Система одномерной интерпретации данных высокочастотных индукционных каротажных зондирований [Текст] / М.И. Эпов, М.Н. Никитенко // Геология и геофизика. - 1993. - № 2. - С. 124130.
4. Эпов, М.И. Технология исследования нефтегазовых скважин на основе ВИКИЗ. Методическое руководство [Текст] / М.И. Эпов, Ю.Н. Антонов // Изд-во СО РАН. - Новосибирск: НИЦ ОИГГМ СО РАН, 2000. С. 1-121.
5. Эпов, М.И. Новый аппаратурный комплекс геофизического каротажа СКЛ и программмно-методические средства интерпретации EMF PRO [Текст] / М.И. Эпов, К.Н. Каюров, И.Н. Ельцов, А.Н. Петров, К.В. Сухорукова, А.Ю. Соболев, А.А. Власов // Бурение и нефть. - 2010. - № 2. - С. 16-19.
© Д.В. Тейтельбаум, А.С. Мартьянов, К.С.
Сердюк, А.А. Власов, А.Ю. Соболев, 2011
