走出外国“玻璃屋” 中国石油产业不再沉默

石油行业一直是超级计算机应用的主要领域，在上世纪冷战年代，中国政府千方百计搞到的超算大部分用于石油勘探领域，广为流传的玻璃房子的故事也是发生在石油领域。当时的石油工业部物探局花“天价”购买了一台IBM大型机，在花费了巨额资金的同时，还必须接受对方苛刻的附加条件：把机器安放在一个中国人不得入内的透明的“玻璃屋子”里，以方便美国专家24小时监控，监控日志还要定期上交给美国政府审查。此外，广为人知的中国自主研发的超算神威、银河等除了军事领域，最大的应用领域就是石油。

现在冷战已经结束，那个年代已经过去，中国有了自己的超算，在软硬件方面走在了世界前列。中国超级计算机在国家的直接推动下，一直同步于世界一流水平，但是大型地震数据处理解释软件一直没有突破。上世纪，该领域一直被美国西方物理公司(WCC)和法国地球物理公司(CGG)垄断。2002年，中国最大的地球物理勘探公司BGP，由于快速发展的国际业务冲击WCC和CGG的势力范围，而遭到两家公司的技术封锁。

可视化的大型软件GeoEast软件

在面临前所未有的软件危机之时，BGP公司投入1.4亿元巨资成功开发了中国第一款地震数据处理解释一体化大型软件GeoEast，可以支持8万个核心，该软件在天河1号上获得了不可思议的线性加速比——8万个核心8万倍加速比，达到国际一流水平。

目前，中国石油领域的超算应用在技术和产业成长迅速，仅中石油和中石化每年在超算的投入估计有10-20亿元人民币。目前，BGP公司的超算系统已经达到6000多个节点，而且又在规划新机房，其面积是当前的４倍，最终实现36000个核心。一个GPU节点2个CPU+2个GPU，相当于原来的5倍。另一方面，众核、异构等前沿技术也快速的走入这个领域，浪潮集团已经开发出GPU加速技术，能够将超算性能提高5倍以上。

石油怎么生产超算来支持

在找到油田，钻井成功以后，就会面临下一个问题，采取怎样的生产计划和模式，才能实现经济最大化和产出最大化，这需要油藏数值模拟来支持。油藏数值模拟是应用数学模型重现实际的油藏动态、重现油田开发的实际过程，通过渗流力学方程借用大型计算机，结合地震、地质、测井、油藏工程学等方法在建立的三维地层属性参数场中，对油藏进行动态数学描述。该技术在石油工业的应用起源于20世纪30年代，在衡量油田开发好坏、预测投资、对比油田开发方案、评价提高采收率方法等方面应用都极为广泛。陆梁油田陆9井区呼图壁河组K1 h23油藏曾经采用油藏数值模拟技术将可采率提高了3个百分点。

迭前时间偏移剖面

油藏数值模拟的精细度对于高性能计算机极为依赖。随着储层地质建模技术的发展，综合了地震、地质、测井和油藏等多学科储层地质模型，其规模已经达到了几十万乃至上千万个网格节点，然而油田应用部分由于高性能计算、高并行软件的上的滞后，以及实际生产对于数字油藏模拟计算时效性的追求，目前模拟规模普遍在10-30万节点的水平，远远达不到应用的精细程度，高精度的地质模型不得不进行粗化处理，才能用于油藏模拟，这导致了大量地质信息的损失，达不到精细描述油藏流体分布的目的，使油田中后期开发调整方案的制定以及实际生产受到很大影响。

未来展望——超算与石油尚是新婚

虽然全球石油价格普遍已经超过100美元，但是不可否认不断发展的勘探开采技术使得石油的开采成本一直不断下降，这其中就有超算的功劳。历史上仅是技术改变石油供应格局的实例并不罕见，过去石油可采率一直只有25%左右，在通过超算模拟之后，将水或者化学制剂注入油层，可采率提高到40%。

解释建模过程中软件模拟出的石油分布

目前，我国原油开采企业的实力落后于国际同类企业。国际原油开采量三分之二出自中东地区，而该地区成本一般都在４美元左右。我国东北、华北油田的开采成本均在12美元以上，而且许多油田的主力油井处于稳产阶段，开采成本有逐年抬高趋势。在新探明储量没有有效增加的前提下，稳定石油产量只有充分挖掘现有油田的潜力：提高勘探分辨率，发现更多有开采价值的小油田，再继续寻找中深油层的同时，向深层底层要油。这些都需要更精细化的勘探和更大规模的数据处理，据BGP公司的有关负责人透露，即使在当前规模的超算平台中，他们很多计算任务还是需要拿到天河一号上完成。

从长远看，中国平均石油探明率不及世界水平的一半，尤其是海洋石油探明率不到世界平均水平的1/3。天然气探明率也不及世界平均水平一半，相比美国70%以上的探明率水平更是相去甚远。如此大的探明率差距为我国领土内的能源勘探开发留下足够大的空间，也为使得超算在石油领域的应用有足够的动力。而且不仅技术上，地震数据处理、油藏模拟等对于超算有着源源不断的需求，所以超算有着难以比拟的投入产出比。目前超算费用仅占石油开采成本的4-6%，相当于动辄上亿的钻探费用，几乎微不足道。因而，超算与石油产业的结合还有很长的路要走，前景广阔。