CN109116417B - 一种地震正演模拟中的多级断点保护方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种地震正演模拟中的多级断点保护方法。该方法包括:1)用户输入参数DCHECKPT的值;2)对所输入的参数DCHECKPT的值进行判断:如果DCHECKPT=0,则进入炮级别的断点保护;如果DCHECKPT=N,且N为正整数,则进入时间级别的断点保护。本发明的多级断点保护方法为实际的三维地震正演模拟工作提供了有效的技术保障,节省了计算成本,提高了计算效率,维护了三维正演模拟算法的并行稳定性,使三维正演模拟的功能更加完善和实用。
Description
技术领域
本发明涉及高性能计算技术领域,更具体地,涉及一种地震正演模拟中的多级断点保护方法。
背景技术
随着石油天然气勘探对象和开发条件越来越复杂,传统的地震勘探方法面临着严峻的挑战,三维高精度正演模拟技术因其在地震观测系统设计、处理与解释方案的制定、逆时偏移、全波形反演以及复杂储层反演中所起到的关键作用而成为地震勘探中研究重点之一。三维地震正演算法实用化研究(如提高并行效率、增加稳定性等),可以有效促进三维地震正演在采集、处理和解释各环节的使用,为石油勘探提供有力的技术支撑。三维地震正演模拟算法基于三维声波和弹性波波动方程,采用有限差分法进行数值模拟,计算量巨大,计算时间长。在长时间计算中不可避免的存在着计算机节点死机、节点通信不稳定等风险,考虑到这些风险带来的危害,如果出现断点情况,正演模拟需要重新开始,浪费大量的计算资源和时间。为了不浪费已有的计算结果,需要开发断点保护实用化技术,提高大规模并行条件下三维地震正演模拟的计算稳定性。
在实际生产中三维正演模拟需要消耗极大的计算机资源,这对集群硬件、系统软件与并行编程技术提出了两方面的挑战:一方面是如何充分利用集群的计算、访存、磁盘IO和网络通讯能力;另一方面是如何保证超大规模并行作业的稳定性。针对三维地震正演模拟中的计算中断问题,现阶段一般是重新发送作业或简单的单级断点保护实现,不能满足现阶段大规模多级并行的高性能计算。因此,有必要开发一种地震正演模拟中的断点保护技术,来提高大规模并行条件下的高性能计算稳定性。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于为实际的三维地震正演模拟工作提供有效的技术保障,节省计算成本,提高计算效率,维护正演模拟算法的稳定性,使正演模拟算法更加完善和实用。本发明提出了一种多级断点保护方法,根据实际情况实现了两种级别的断点保护功能:第一级别是在激发次数很多的情况下某一次作业因故障停止后,下一次作业可以从出故障的当前次激发重新开始正演模拟;第二级别是在某次激发的某个时刻作业停止后,下一次作业可以从出故障的当前次激发的指定时刻重新开始正演模拟。
根据本发明的地震正演模拟中的多级断点保护方法可以包括:
1)用户输入参数DCHECKPT的值;
2)对所输入的参数DCHECKPT的值进行判断:
如果DCHECKPT=0,则进入炮级别的断点保护,即主进程在每炮循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出当前炮的激发编号SHOTID;
如果DCHECKPT=N,且N为正整数,则进入时间级别的断点保护,即当it%DCHECKPT=0时,主进程在时间循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出断点时间nt_checkpt,当it%DCHECKPT≠0时不输出;所有进程在各自的节点上生成独立的CHECKPT_FILE文件,并且向各自的CHECKPT_FILE文件中覆盖输出正演模拟所需的所有中间变量及数组信息;以及主进程在炮循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出当前炮的激发编号SHOTID。
优选地,重启正演模拟运算时,执行以下步骤:
1’)用户输入参数CHECKPTREAD的值;
2’)对所输入的参数CHECKPTREAD的值进行判断:
如果CHECKPTREAD=0,从第一个炮点开始进行炮点循环;
如果CHECKPTREAD=1,则执行下一步骤;
3’)对所输入的参数DCHECKPT的值进行判断:
如果DCHECKPT=0,则所有进程在炮循环开始前读入文件CHECKPT_INF中所保存的SHOTID值,并令重启的正演模拟作业的激发循环从SHOTID+1开始;
如果DCHECKPT=N,则所有进程在炮循环开始前读入文件CHECKPT_INF中所保存的SHOTID值,并令重启的正演模拟作业的激发循环从SHOTID+1开始;所有进程在时间循环开始前读入文件CHECKPT_INF中保存的nt_checkpt值,并令时间循环从nt_checkpt+1开始;所有进程读入各自的CHECKPT_FILE文件中的中间变量及数组的值赋给对应的变量和数组;
4’)重复执行步骤1)和步骤2)。
优选地,在步骤4’)之前执行以下步骤:
31’)用户输入参数CHECKPTWRITE的值;
32’)对所输入的参数CHECKPTWRITE的值进行判断:
如果CHECKPTWRITE=0,则不输出断点保护信息;
如果CHECKPTWRITE=1,继续执行步骤4’)。
优选地,在DCHECKPT=N的情况下,正演模拟所需的所有中间变量及数组信息N个时间间隔更新一次。
优选地,对地震记录进行实时计算并实时输出到地震记录文件中:
当ishot=1且it=1时,从地震记录文件的起始位置依次输出3600字节的卷头、240字节的道头和地震记录;
当ishot≠1且it=1时输出240字节的道头和地震记录;以及
当it≠1时输出地震记录。
本发明的多级断点保护方法为实际的三维地震正演模拟工作提供了有效的技术保障,节省了计算成本,提高了计算效率,维护了三维正演模拟算法的并行稳定性,使三维正演模拟的功能更加完善和实用。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点,这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的,或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述,这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施例中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本发明的时间域三维正演模拟算法的并行框架;
图2为本发明的进程和线程的分配示意图;
图3为根据本发明的示例性实施方案的地震正演模拟中的多级断点保护方法的流程图;
图4为重启正演模拟运算的流程图;
图5为三维非常规页岩速度模型;
图6为如图5所示的模型单炮正演模拟过程中某一时刻中断得到的炮记录;
图7为如图5所示的模型单炮正演模拟过程中某一时刻中断得到的炮记录;
图8为执行本发明的断点保护后得到的完整炮记录。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
常用的时间域三维正演模拟算法从框架上分为多震源激发循环和下一级的时间循环,如下所示:
其中,ishot为当前震源的序号,it为当前的时间采样点的序号,shot_start为开始循环的炮点序号,shot_end为结束循环的炮点序号,nt_start为开始循环的时间采样点的序号,nt_end为结束循环的时间采样点的序号,nshot为震源的数量,nt为时间采样点的数量。
本发明中采用的时间域三维正演模拟算法的并行框架如图1所示,每个进程中开启多个线程将时间循环并行化如图2所示。
由于三维正演模拟的计算量巨大,计算时间长,参与计算的节点众多,在长时间计算中不可避免的存在着计算机节点死机、节点通信不稳定等风险,导致计算中断。所谓多级断点保护功能就是在不同级别的循环计算时保存好出故障的断点之前的中间变量数组、波场和炮集信息,并且在重新开始作业时使断点之后的正演模拟能够继续进行,最后得到完整的正演模拟结果。
本发明根据实际情况实现了两个级别的断点保护功能:第一级别是在多次激发的情况下某一次作业因故障停止后,下一次作业可以从出故障的当前次激发重新开始正演模拟,这种断点保护方式比较简单,因为每次激发是相互独立的,只需保存好出故障之前每次震源激发得到的波场信息和人工合成记录,出故障之后的震源激发可以完全独立的重新开始;第二级别是在另一种更细致的情况下,即在某次激发的某个时刻作业停止后,下一次作业可以从当前次激发的指定时刻重新开始正演模拟,这种断点保护方式比较复杂,具体的实现过程中需要先保存断点时刻一些正演核心计算需要的中间变量数组和断点时刻前的波场及炮集信息,下一次作业时先读取这些信息,然后从指定时刻重新开始正演模拟计算。
以下参考图3详细描述根据本发明示例性实施例的地震正演模拟中的多级断点保护方法的流程图。
首先,用户输入参数DCHECKPT的值;接下来,对所输入的参数DCHECKPT的值进行判断:
如果DCHECKPT=0,则进入炮级别的断点保护,即主进程在每炮循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出当前炮的激发编号SHOTID,直到作业因故障出现断点。此时,文件中保存断点处前一次成功激发的SHOTID。
如果DCHECKPT=N(N为正整数),则进入时间级别的断点保护,即当it%DCHECKPT=0时,主进程在时间循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出断点时间nt_checkpt,当it%DCHECKPT≠0时不输出;所有进程在各自的节点上生成独立的CHECKPT_FILE文件,并且向各自的CHECKPT_FILE文件中覆盖输出正演模拟所需的所有中间变量及数组信息;以及主进程在炮循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出当前炮的激发编号SHOTID。
在示例性实施例中,当DCHECKPT=N时,正演模拟所需的所有中间变量及数组信息N个时间间隔更新一次。
重启正演模拟运算时,执行以下步骤,如图4所示。
1’)用户输入参数CHECKPTREAD的值;
2’)对所输入的参数CHECKPTREAD的值进行判断:
如果CHECKPTREAD=0,从第一个炮点开始进行炮点循环;
如果CHECKPTREAD=1,则执行下一步骤;
3’)对所输入的参数DCHECKPT的值进行判断:
如果DCHECKPT=0,则所有进程在炮循环开始前读入文件CHECKPT_INF中所保存的SHOTID值,并令重启的正演模拟作业的激发循环从SHOTID+1开始;
如果DCHECKPT=N,则所有进程在炮循环开始前读入文件CHECKPT_INF中所保存的SHOTID值,并令重启的正演模拟作业的激发循环从SHOTID+1开始;所有进程在时间循环开始前读入文件CHECKPT_INF中保存的nt_checkpt值,并令时间循环从nt_checkpt+1开始;所有进程读入各自的CHECKPT_FILE文件中的中间变量及数组的值赋给对应的变量和数组;
31’)用户输入参数CHECKPTWRITE的值;
32’)对所输入的参数CHECKPTWRITE的值进行判断:
如果CHECKPTWRITE=0,则不输出断点保护信息;
如果CHECKPTWRITE=1,继续执行步骤4’);
4’)重复执行步骤1)和步骤2)。
实现多级断点保护功能的另一个重点在于保存断点之前的炮集信息,并且在启用断点保护功能之后还能完整地得到正确的人工合成记录。通常情况下,正演模拟的人工合成记录是按道输出的,毎道数据的维数就是时间循环的次数。如果要实现断点保护功能,那么人工合成记录就需要改为按时间随时计算随时输出,即每次时间循环的末尾将所有地震道那一时刻的地震记录输出到文件中,这样便会涉及到一些文件指针操作,具体实现如下:
1、当ishot=1且it=1时,从地震记录文件的起始位置依次输出3600字节的卷头、240字节的道头和地震记录;
2、当ishot≠1且it=1时输出240字节的道头和地震记录;以及
3、当it≠1时输出地震记录。
总体来说,断点保护的功能由五个参数来控制:
1、"CHECKPTWRITE":"0/1",
CHECKPTWRITE=0时不输出断点保护文件,CHECKPTWRITE=1时输出断点保护文件;
2、"CHECKPTREAD":"0/1",
CHECKPTREAD=0时不读取断点保护文件中的数组信息,CHECKPTREAD=1时读取断点保护文件中的数组信息;
3、"DCHECKPT":"0/N",(N为正整数)
DCHECKPT=0时表示采用第一级别炮级别的断点保护;
DCHECKPT>=1时表示采用第二级别时间级别的断点保护,并且每隔DCHECKPT个时间间隔更新一次正演模拟的中间数组变量信息,目的是节约计算资源。例如,当N=100时,每隔100个时间间隔更新一次正演模拟的中间数组变量信息;
4、"CHECKPT_INF":"tmp/checkpt_inf.txt",
CHECKPT_INF表示保存断点处炮点及时间信息的目标文件名;
5、"CHECKPT_FILE":"tmp/checkpt_file",
CHECKPT_FILE表示保存正演模拟时中间变量和数组信息的目标文件名。
保存炮集信息的核心代码如下:
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果,以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解,该示例仅为了便于理解本发明,其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
利用本发明的多级断点保护方法对图5所示的三维非常规页岩速度模型进行正演模拟测试,图6和图7是该模型单炮正演模拟过程中不同时刻计算中断得到的地震记录,图8是运用本技术后得到的完整地震记录,与正常运算得到的同一炮记录进行了对比,波场记录完全正确。
上述测试结果表明本发明的多级断点保护功能的实现为实际的三维地震正演模拟工作提供了有效的技术保障,节省了计算成本,提高了计算效率,维护了三维正演模拟算法的并行稳定性,使三维正演模拟的功能更加完善和实用。
本领域技术人员应理解,上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果,并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (5)
1.一种地震正演模拟中的多级断点保护方法,其特征在于,所述方法包括:
1)用户输入参数DCHECKPT的值;
2)对所输入的参数DCHECKPT的值进行判断:
如果DCHECKPT=0,则进入炮级别的断点保护,即主进程在每炮循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出当前炮的激发编号SHOTID;
如果DCHECKPT=N,且N为正整数,则进入时间级别的断点保护,即当it%DCHECKPT=0时,主进程在时间循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出断点时间nt_checkpt,当it%DCHECKPT≠0时不输出;所有进程在各自的节点上生成独立的CHECKPT_FILE文件,并且向各自的CHECKPT_FILE文件中覆盖输出正演模拟所需的所有中间变量及数组信息;以及主进程在炮循环的末尾处向文件CHECKPT_INF中覆盖输出当前炮的激发编号SHOTID。
2.根据权利要求1所述的地震正演模拟中的多级断点保护方法,其特征在于,重启正演模拟运算时,执行以下步骤:
1’)用户输入参数CHECKPTREAD的值;
2’)对所输入的参数CHECKPTREAD的值进行判断:
如果CHECKPTREAD=0,从第一个炮点开始进行炮点循环;
如果CHECKPTREAD=1,则执行下一步骤;
3’)对所输入的参数DCHECKPT的值进行判断:
如果DCHECKPT=0,则所有进程在炮循环开始前读入文件CHECKPT_INF中所保存的SHOTID值,并令重启的正演模拟作业的激发循环从SHOTID+1开始;
如果DCHECKPT=N,则所有进程在炮循环开始前读入文件CHECKPT_INF中所保存的SHOTID值,并令重启的正演模拟作业的激发循环从SHOTID+1开始;所有进程在时间循环开始前读入文件CHECKPT_INF中保存的nt_checkpt值,并令时间循环从nt_checkpt+1开始;所有进程读入各自的CHECKPT_FILE文件中的中间变量及数组的值赋给对应的变量和数组;
4’)重复执行步骤1)和步骤2),其中,nt_checkpt为断点时间。
3.根据权利要求2所述的地震正演模拟中的多级断点保护方法,其特征在于,在步骤4’)之前执行以下步骤:
31’)用户输入参数CHECKPTWRITE的值;
32’)对所输入的参数CHECKPTWRITE的值进行判断:
如果CHECKPTWRITE=0,则不输出断点保护信息;
如果CHECKPTWRITE=1,继续执行步骤4’)。
4.根据权利要求1所述的地震正演模拟中的多级断点保护方法,其特征在于,在DCHECKPT=N的情况下,正演模拟所需的所有中间变量及数组信息N个时间间隔更新一次。
5.根据权利要求2所述的地震正演模拟中的多级断点保护方法,其特征在于,对地震记录进行实时计算并实时输出到地震记录文件中:
当ishot=1且it=1时,从地震记录文件的起始位置依次输出3600字节的卷头、240字节的道头和地震记录;
当ishot≠1且it=1时输出240字节的道头和地震记录;以及
当it≠1时输出地震记录,其中,ishot为当前震源的序号,it为当前的时间采样点的序号。
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GR01 | Patent grant | ||
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