CC BY
28
УДК 550.832
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ С ОБЛАЧНЫМИ ВЫЧИСЛЕНИЯМИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ КАРОТАЖНЫХ ДАННЫХ
Александр Русланович Дудаев
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, лаборант-исследователь; Новосибирский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, студент, тел. (903)046-43-12, e-mail: DudaevAR@ipgg.sbras.ru
Андрей Юрьевич Соболев
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат технических наук, тел. (383)330-79-47, e-mail: SobolevAY@ipgg.sbras.ru
Вячеслав Николаевич Глинских
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор физико-математических наук, тел. (383)330-45-05, e-mail: GlinskikhVN@ipgg.sbras.ru
В работе представлены результаты разработки программного обеспечения для обработки и интерпретации данных промысловой геофизики на основе облачных вычислений. Впервые при разработке ПО для задач каротажа применяются программные решения, основанные на кроссплатформенных распределенных масштабируемых вычислениях. Рассмотрены основные особенности реализации ПО, включая клиент-серверную архитектуру и исполнение вычислительных модулей в виртуальных изолированных средах, с использованием высокоуровневого языка программирования JavaScript.
Ключевые слова: обработка и интерпретация данных, каротажные данные, web-технологии, JavaScript, кроссплатформенные распределенные масштабируемые вычисления, облачные технологии.
DEVELOPMENT OF CLOUD COMPUTING SOFTWARE FOR PROCESSING AND INTERPRETING LOGGING DATA
Alexander R. Dudaev
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect; Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, 2 Pirogova St., Student, tel. (903)046-43-12, e-mail: DudaevAR@ipgg.sbras.ru
Andrey Yu. Sobolev
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Ph. D., tel. (383)330-79-47, e-mail: SobolevAY@ipgg.sbras.ru
Vyacheslav N. Glinskikh
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, D. Sc., tel. (383)330-45-05, e-mail: GlinskikhVN@ipgg.sbras.ru
The paper presents the results of software development for geophysical well log data processing and interpretation, based on cloud computing. For the first time, cross-platform scalable computing solutions are employed when developing software for logging problems. We consider the main features of the software implementation, which includes client-server architecture and realization of computation modules in virtual isolated environments, with the use of the high-level programming language JavaScript.
Key words: data processing and interpretation, logging data, web-technology, JavaScript, cross-platform distributed scalable computing, cloud technology.
Одним из приоритетных направлений, традиционно развивающимся в области прикладной геофизики, является разработка автоматизированных систем обработки и интерпретации экспериментальных данных. Стремительное развитие информационных технологий и доступ к высокоскоростной глобальной сети Интернет открывают широкие возможности в различных геофизических приложениях. Применение современных IT-технологий и облачных вычислений обуславливает принципиально новые подходы к разработке программного обеспечения (ПО). Использование web-технологий позволяет разрабатывать приложения, интерпретируемые браузерами, незначительно уступающие в производительности, но в более короткой срок по сравнению с написанием на низкоуровневых языках. Этому способствует большое количество интенсивно развивающихся библиотек.
Анализ литературы показывает, что существенных изменений в функциональных возможностях ПО для решения геофизических задач не происходит. Так, известные ПО способны выполнять чтение экспериментальных данных, обработку и интерпретацию, визуализацию результатов и их запись. Отличия же в большей степени состоят в программной реализации. ПО, как правило, разрабатывается в виде единого приложения, требующего установку и выполняющего обработку и визуализацию данных на локальной машине. Среди наиболее известного ПО для решения задач промысловой геофизики, разработанного в ИНГГ СО РАН, отметим МФС ВИКИЗ и EMF Pro [1, 2]. Из-за усложнения геофизических задач появляется необходимость в использовании высокопроизводительных вычислителей, а развитие сетевых технологий позволяет производить ресурсоемкие расчеты на удаленных системах [3].
Для разработки ПО впервые в области промысловой геофизики предлагается использовать облачные вычисления - модель предоставления пользователю масштабируемых вычислительных ресурсов в виде сервиса через глобальную сеть Интернет. Разрабатываемое ПО основано на клиент-серверной архитектуре. Клиентская часть отвечает за визуализацию данных и не требует мощных вычислительных ресурсов. Серверная часть включает выполнение сложных и ресурсоемких задач на высокопроизводительных многопроцессорных серверах (кластерах). Поэтому такое ПО может использоваться на любых устройствах, от мобильных до персональных компьютеров (ПК), на которых имеются браузер и доступ к серверу по сети. За счет использования единого ресурса обновление приложения выполняется для всех клиентов одновременно.
В качестве языка программирования выбран JavaScript, являющийся общераспространенным языком для создания приложений, интерпретируемых интернет-браузерами. Для разработки модулей визуализации данных применяется библиотека D3.js, имеющая требуемые возможности и приемлемые характеристики для создаваемого ПО [4]. На стороне сервера используется платформа Node.js [5], позволяющая писать программный код управляющего диспетчера и клиентской части на одном языке.
Для хранения каротажных данных и результатов расчетов авторизирован-ных пользователей используется база данных [6]. Выполнение геофизических расчетов начинается с запуска вычислительного модуля и передачи ему исходных данных через систему обмена сообщений (Message-Oriented Middleware, MOM) [7]. Для запуска модулей используются платформы [8], предварительно развернутые на каждой удаленной машине и в последующем кластеризованные [9], что дает возможность выполнять вычисления на наиболее свободных ресурсах. Вычислительные программы с необходимыми им зависимостями выполняются в изолированной виртуальной среде. Как необходимые для вычислений входные данные, так и результаты расчетов запрашиваются и возвращаются модулем через МОМ с последующей визуализацией пользователю в браузере.
Используемый подход за счет гибкой архитектуры позволяет легко масштабировать количество вычислительных узлов и программ, а также подключать модули, написанные на низкоуровневых языках, для получения наибольшей производительности. Такой подход предоставляет возможность простого переиспользования готовых модулей помещением в изолированное настраиваемое окружение.
Возможности нового подхода демонстрируются на примере разработки ПО для электромагнитного каротажа в процессе бурения наклонно -горизонтальных скважин применительно к задачам геонавигации. Комплекс для каротажа в процессе бурения [10-15] позволяет в масштабе реального времени определять характеристики флюидонасыщенных пластов-коллекторов, вскрытых наклонно-горизонтальными скважинами, определять расстояние до кровли и/или подошвы пласта во вмещающих породах и водонефтяного контакта, угол наклона скважины относительно границ пластов, а также их удельное электрическое сопротивление (УЭС). Численная инверсия данных электромагнитного каротажа выполняется в рамках дву-, трех- или многослойной горизонтально-слоистой модели среды с учетом наклона зондов относительно границ пластов в заданном интервале (инверсионном окне) скважины. Последовательно полученные результаты численной инверсии данных электромагнитного каротажа, показывающие изменение УЭС пластов и положения их границ вдоль скважины, позволяют проводить стол скважины в продуктивной части коллектора. Применение такого оконного подхода к инверсии данных обуславливает возможность организации параллельных вычислений данных и их оперативной визуализации.
Таким образом, нами предложен облачный сервис для обработки и интерпретации геофизических данных с использованием кроссплатформенных распределенных масштабируемых вычислений путем применения изолированных виртуальных сред, системы обмена сообщений MOM, базы данных и управляющего диспетчера на платформе Node.js.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Анализ и инверсия каротажных диаграмм в системе МФС ВИКИЗ-98 / И.Н. Ельцов, М.И. Эпов, В Н. Ульянов и др. // Каротажник. - 2000. - Вып. 73. - C. 70-84.
2. Новый аппаратурный комплекс геофизического каротажа СКЛ и программно-методические средства интерпретации EMF Pro / М.И. Эпов, К.Н. Каюров, И.Н. Ельцов и др. // Бурение и нефть. - 2010. - Вып. 2. - С. 16-19.
3. Использование свободных сетевых ресурсов предприятия для решения емких вычислительных геофизических задач / А.С. Мартьянов, Д.В. Тейтельбаум, К.С. Сердюк и др. // Каротажник. - 2011. - № 11. - С. 56-64.
4. D3.js // D3.js Documentation. - 2017. - URL: https://github.com/d3/d3/wiki
5. Node.js // Node.js Documentation. - 2017. - URL: https://nodejs.org
6. MongoDB // MongoDB Documentation. - 2017. - URL: https://docs.mongodb.com
7. RabbitMQ // RabbitMQ Documentation. - 2017. - URL: https://www.rabbitmq.com/ documentation.html
8. Docker // Docker Documentation. - 2017. - URL: https://www.docker.com
9. Docker Swarm // Docker Swarm Documentation. - 2017. - URL: https://docs.docker.com/ engine/swarm
10. Еремин В.Н., Волканин Ю.М., Тарасов, А.В. Аппаратурно-методическое обеспечение электромагнитного каротажа в процессе бурения // Каротажник. - 2013. - Вып. 226. -С. 62-69.
11. Численное моделирование и анализ сигналов электромагнитного каротажа в процессе бурения / М.И. Эпов, М.Н. Никитенко, В.Н. Глинских, К.В. Сухорукова // Каротажник. - 2014. - Вып. 245. - С. 29-42.
12. Численное моделирование и инверсия данных электромагнитного каротажа в процессе бурения и шаблонирования нефтегазовых скважин / М.И. Эпов, В.Н. Глинских, К.В. Сухорукова и др. // Геология и геофизика. - 2015. - Вып. 56(8). - С. 1520-1529.
13. Исследование возможностей электрического и электромагнитного каротажа в электрически макроанизотропных пластах, вскрытых наклонно-горизонтальными скважинами / М.И. Эпов, М.Н. Никитенко, К.В. Сухорукова, В.Н. Глинских // Каротажник. - 2016. -Вып. 260. - С. 64-79.
14. Изучение электрической макроанизотропии интервалов наклонно-горизонтальных скважин по данным высокочастотного индукционного каротажа в процессе бурения / М.И. Эпов, М.Н. Никитенко, В.Н. Глинских, В.Н. Еремин// Каротажник. - 2016. - Вып. 269. -С. 94-109.
15. Development of LWD High-frequency Resistivity Tool / M.I. Epov, M.N Nikitenko., K.V. Suhorukova., V.N. Glinskikh, V.N. Eremin // Geosciences - Investing in the Future: Extended abstract 6th Saint Petersburg International Conference & Exhibition. Saint Petersburg, 2014. -P. 720-724.
© А. Р. Дудаев, А. Ю. Соболев, В. Н. Глинских, 2017
