CN111581791B - 一种电阻率正演仿真方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种电阻率正演仿真方法、装置及计算机可读存储介质，应用GPU正演仿真平台，包括：获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；根据所确定的每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；在每个仿真节点并行处理多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；输出包括测量响应的仿真结果。通过本发明的方案，可以提高电阻率正演仿真的速度。
Description
技术领域
本发明涉及测井领域，尤其涉及电阻率正演仿真方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
目前电磁场数值模拟仿真研究对于测井仪器研制和后期资料处理起到越来越关键的作用，在测井仪器研制过程中通过模拟仿真各仪器结构参数对仪器测量响应的影响，帮助优化仪器结构参数，给出仪器的最优探测性能，为仪器研制提供指导性建议，而在资料解释方面其可模拟仿真各种环境因素对仪器测量响应的影响，帮助测井解释人员掌握仪器的测井响应规律及建立各种环境影响校正图版等，同时对于实际测井中遇到的特殊储层的响应规律，也可以通过数值模拟仿真进行验证说明，为测井解释提供一定的理论指导。关于电阻率测井正演仿真模拟研究，目前常用的方法是有限元素法，该有限元素法的特点为适合于复杂边界形状形成的几何物体，并适合含有复杂边界条件和复杂媒质的定解问题求解，但该方法所存在的问题是计算速度比较慢。
因此，针对现有技术中的电阻率测井正演仿真模拟计算中所存在的问题，如何在保证电阻率测井正演仿真模拟计算精度的情况下，实现一种可提高电阻率正演仿真速度的仿真方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电阻率正演仿真方法、装置及计算机可读存储介质，可以提高电阻率正演仿真计算的速度。
本发明提供了一种电阻率正演仿真方法，应用GPU正演仿真平台，包括：
获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；
根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；
分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；
当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；
输出包括测量响应的仿真结果。
一种示例性的实施例中，所述GPU正演仿真平台包括：具有独立显卡的GPU计算机，该GPU计算机包括多个仿真节点。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：
根据所获取的地层模型参数、待仿真处理区域的大小和预先设置的初始网格的划分，确定每个仿真节点并行处理区块的份数。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：
预先获取每个仿真节点的性能参数；
确定每个仿真节点并行处理区块的份数之后，根据每个仿真节点的性能参数、所述并行处理区块的份数以及所述待仿真处理区域的数量，确定待仿真处理区域并行处理的个数；
所述地层模型参数包括：测量点的数量；
所述输出包括测量响应的仿真结果包括：
根据待仿真处理区域并行处理的个数输出多个测量点的仿真结果。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块，包括：
根据每个仿真节点并行处理区块的份数N和所述初始网格的划分对待仿真处理区域进行剖分；
分别将剖分后N个区块中的每个区块边界的值插入到相应的径向、纵向和周向边界初始网格中，得到网格剖分后的N个区块。
一种示例性的实施例中，所述在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值，包括：
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，针对每个区块分别执行以下操作：
根据径向、纵向和周向网格剖分的份数，确定每个区块构建区块元素时的循环顺序；
按照循环顺序依次构建离散的区块元素，并对所构建的区块元素进行编号；
根据每个区块元素的编号和所获取的地层模型参数分别对每个区块元素进行电阻率赋值。
一种示例性的实施例中，所述分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元，包括：
对每个区块中的区块元素进行电导阵的计算；
从区块的边界顶点向区块的边界处进行区块元素安装及消元；
当只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。
一种示例性的实施例中，所述当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应包括：
对每个区块完成安装及消元后，得到待仿真处理区域的总电导阵；
根据该待仿真处理区域的总电导阵确定仪器的测量响应。
本发明还提供了一种电阻率正演仿真装置，所述装置包括：存储器和处理器；
所述存储器用于保存用于电阻率正演仿真的程序；
所述处理器用于读取执行所述用于电阻率正演仿真的的程序，执行如下操作：
获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；
根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；
分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；
当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；
输出包括测量响应的仿真结果。
一种示例性的实施例中，所述GPU正演仿真平台包括：具有独立显卡的GPU计算机，该GPU计算机包括多个仿真节点。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：
根据所获取的地层模型参数、待仿真处理区域的大小和预先设置的初始网格的划分，确定每个仿真节点并行处理区块的份数。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：
预先获取每个仿真节点的性能参数；
确定每个仿真节点并行处理区块的份数之后，根据每个仿真节点的性能参数、所述并行处理区块的份数以及所述待仿真处理区域的数量，确定待仿真处理区域并行处理的个数；
所述地层模型参数包括：测量点的数量；
所述输出包括测量响应的仿真结果包括：
根据待仿真处理区域并行处理的个数输出多个测量点的仿真结果。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块，包括：
根据每个仿真节点并行处理区块的份数N和所述初始网格的划分对待仿真处理区域进行剖分；
分别将剖分后N个区块中的每个区块边界的值插入到相应的径向、纵向和周向边界初始网格中，得到网格剖分后的N个区块。
一种示例性的实施例中，所述在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值，包括：
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，针对每个区块分别执行以下操作：
根据径向、纵向和周向网格剖分的份数，确定每个区块构建区块元素时的循环顺序；
按照循环顺序依次构建离散的区块元素，并对所构建的区块元素进行编号；
根据每个区块元素的编号和所获取的地层模型参数分别对每个区块元素进行电阻率赋值。
一种示例性的实施例中，所述分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元，包括：
对每个区块中的区块元素进行电导阵的计算；
从区块的边界顶点向区块的边界处进行区块元素安装及消元；
当只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。
一种示例性的实施例中，所述当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应包括：
对每个区块完成安装及消元后，得到待仿真处理区域的总电导阵；
根据该待仿真处理区域的总电导阵确定仪器的测量响应。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行如下操作：
获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；
根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；
分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；
当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；
输出包括测量响应的仿真结果。
与现有技术相比，本发明提供了一种电阻率正演仿真方法、装置及计算机可读存储介质，应用GPU正演仿真平台，包括：获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；输出包括测量响应的仿真结果。通过本发明的方案，应用GPU正演仿真平台，有效提高电阻率正演仿真的速度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例的电阻率正演仿真方法的流程图；
图2为一个示例中待仿真地层模型示意图；
图3为一个示例中区块元素形成、安装及消元示意图；
图4为一个示例中基于GPU平台进行电阻率正演仿真计算效率对比示意图；
图5为一个示例中电阻率正演仿真测量响应示意图，其中RA1,RA2,RA3,RA4表示四种不同电流聚焦模式测量响应曲线。
图6为本发明实施例的电阻率正演仿真装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本申请的电阻率正演仿真方法流程图，该电阻率正演仿真方法，应用GPU正演仿真平台。
一种示例性的实施例中，该GPU正演仿真平台可以包括：具有独立显卡的GPU计算机，该GPU计算机可包括多个仿真节点。该GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)正演仿真平台，包括：具有独立显卡的GPU计算机，该GPU计算机，可根据内存划分为多个节点，每个节点作为仿真平台的一个仿真节点，并在每个仿真节点上采用PGI(Portland GroupIncorporated)编译器。每个GPU计算机所划分的节点的数量不同，可以为32个、64个或128个等。
如图1所示的电阻率正演仿真方法流程图，实现流程可包括：
步骤100.获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数。
步骤101.根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；
步骤102.在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；
步骤103.分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；
步骤104.当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；
步骤105.输出包括测量响应的仿真结果。
在步骤100中，获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数。
在本实施例中，该地层模型的建立是根据待仿真的测井的相关地层情况进行创建，该地层模型的相关参数可包括井眼参数、侵入带参数、原状地层参数和测量点信息；其中，井眼参数可包括井径和泥浆电阻率；侵入带参数可包括侵入半径和侵入带电阻率；原状地层参数可包括原状地层电阻率。该电阻率是为了在执行后续步骤中为每个元素进行赋值。测量点信息可包括起始深度、采样间隔、测量点个数，根据测量点信息可以确定测井的整体待仿真区域，一个测量点确定一个待仿真节点的仿真处理区域。如图2所示的待仿真的地层模型，该地层模型中Rs表示上下层围岩电阻率，Rt表示目的层电阻率，Ri表示侵入半径，Rxo表示侵入带电阻率，Rm表示泥浆电阻率，DH表示井眼直径。
在步骤101中，根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块。
在本实施例中，根据每个仿真节点并行处理区块的份数N对待仿真处理区域进行网格剖分得到N个网格剖分区块。其中，每个仿真节点并行处理N个区块可称为内并行，内并行即每个仿真节点内部并行仿真处理多个区块，该多个区块是一个测量点所确定的一个待仿真节点的仿真处理区域被网格剖分后的多个区块。
一种示例性的实施例中，根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：根据所获取的地层模型参数、待仿真处理区域的大小和预先设置的初始网格的划分，确定每个仿真节点并行处理区块的份数。在本步骤中，内并行是指每个仿真节点内部并行仿真处理多个区块，一个待仿真区域可划分为多个区块，一个测量点可作为一个待仿真区域的中心点。比如以一个测量点为准，以该测量点为中心，以100米测量半径形成一个待仿真区域，该待仿真区域的径向和纵向均为100米。可以按照默认设置将内并行的份数设置为4份即并行仿真处理区块的份数为4份，也就是说把100*100米大小的待仿真区域划分为4份。
在本实施例中，确定每个仿真节点并行处理区块的份数实现步骤可以包括步骤1011-步骤1012：
步骤1011.获取预先设置的待仿真节点的计算机的性能参数，该计算机的性能参数包括内存参数。
步骤1012.根据待仿真区域的大小、预先设置的初始网格划分的稀疏程度以及待仿真节点的内存参数，确定并行处理区块的份数即内并行的份数。其中，该初始网格划分的稀疏程度与测井仪仪器的工作原理相关，初始网格划分的稀疏程度一般是靠近仪器部分(电磁场变化剧烈)网格划分越密集，远离仪器部分(电磁场变化平缓)网格划分稀疏。确定内并行的份数，例如：待仿真处理区域中，径向划分2份，纵向划分2份，将该待仿真区域划分为2*2＝4份，即每个仿真节点的仿真处理区域划分为4份，该内并行为4份也就是4个线程同时进行正演仿真计算。如果待仿真处理区域对于周向也进行剖分，例如：径向划分2份，纵向划分2份，周向划分2份，将该待仿真区域划分为2*2*2＝8份，即每个仿真节点的仿真处理区域划分为8份，该内并行为8份也就是8个线程同时进行正演仿真处理。
其中，关于该内并行的划分份数可根据待仿真区域的大小、预先设置的初始网格划分的稀疏程度以及待仿真的节点的计算机的性能参数来确定；也可以通过相应的实验测试等方式进行确定，选择通过实验测试达到最优的计算效率的划分份数作为内并行的划分份数；也可以将内并行的份数设置为默认值为四份。
一种示例性的实施例中，根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块，包括：根据每个仿真节点并行处理区块的份数N和所述初始网格的划分对待仿真处理区域进行剖分；分别将剖分后N个区块中的每个区块边界的值插入到相应的径向、纵向和周向边界初始网格中，得到网格剖分后的N个区块。在本实施例中，根据所确定的每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块的实现过程可以包括步骤11～步骤13：
步骤11.根据内并行的份数和初始网格的划分对待仿真处理区域进行初始剖分，得到N个区块，其中，N等于内并行的份数；比如N＝4。
步骤12.对初始剖分得到的N个区块，分别将每个区块边界的值插入到相应的径向、纵向和周向边界初始网格中，确定各个区块径向、纵向和周向边界，得到最终网格剖分后的N个区块。例如：在初始剖分得到的区块1中，区块1径向边界为3米，而初始剖分径向网格中没有此边界，初始网格中存在2.5米和3.3米两个剖分线，将3米的径向网格边界值插入初始网格2.5米和3.3米两个剖分线之间，将该3米的径向网格剖分线确定为区块1径向的边界。针对于周向剖分和纵向剖分采用同样的方式来确定边界。
步骤13.分别对各个区块的网格剖分节点进行编号；如图3所示，可以将待仿真区域划分为区块1、2、3和4。
在步骤102中，在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值。
一种示例性的实施例中，所述在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对区块元素进行电阻率赋值，包括：在每个仿真节点并行处理多个区块的过程中，针对每个区块分别执行以下操作：根据径向、纵向和周向网格剖分的份数，确定每个区块构建区块元素时的循环顺序；按照循环顺序依次构建离散的区块元素，并对所构建的区块元素进行编号；根据每个区块元素的编号和所获取的地层模型参数分别对每个区块元素进行电阻率赋值。其中，在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值，实现过程可以包括步骤21～步骤23：
步骤21.按照径向、纵向和周向网格剖分的份数，确定构建区块元素的循环顺序。在本实施例中，径向、纵向和周向网格剖分份数最多的位于最外层循环，网格剖分份数最少的位于最内层循环；其中，该循环顺序是指针对于每个区块构建区块元素的循环顺序，每个区块包括径向、纵向和周向的剖分。例如：区块1中径向剖分10份、纵向剖分12份、周向剖分6份，按照径向、纵向、周向等变量嵌套循环时纵向位于最外层、其次是径向、最后是周向，而实际形成区块元素时的顺序与该变量嵌套顺序相反，按照先周向，再径向，最后纵向的顺序进行构建区块元素。
在本实施例中，采用该循环顺序是为了在前线解法中形成的前线长度最短，减少内存的占用，提高计算效率。
步骤22.按照循环顺序依次构建离散的区块元素，并对所构建的区块元素进行编号。在本步骤中，可以按照“蛇形”排列方式依次进行构建区块元素，并对构建的区块元素进行编号。按照“蛇形”排列方式依次进行构建区块元素的目的是为了将待仿真区域采用三角形或四面体区块元素进行离散。在本实施例中，以构建三角形区块元素为例，首先是初始形成的矩形元素，其次先将第一个矩形通过连接对角线的方式将其划分为两个三角形元素，第三，对于第二个矩形元素，根据第一个矩形形成元素的方式，将其划分为两个三角形元素，如第一个矩形连接的对角线为右下，则第二个矩形为左上，第三个矩形为右下，第四个为左上…，即奇数均为右下，偶数为左上，该排列方式为“蛇形排列”。该嵌套循环是为了形成区块元素时将各节点的顶点连接起来，形成四边形或六面体。图3所示，在图3中三角形表示已形成的区块元素且已安装的元素，四边形表示未形成和未安装的元素。
步骤23.根据每个区块元素的编号和所获取的地层模型参数分别对每个区块元素进行电阻率赋值。
本实施例中，根据每个区块元素的编号，获取各顶点的节点的位置坐标，根据该位置坐标确定区块元素的所对应的地层模型的区域，再赋予相应的电阻率。例如：区块元素处于井眼之内，则将区块元素赋予井眼泥浆电阻率，若区块元素处于侵入带，则赋予侵入带电阻率。
在步骤103中，分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元。
一种示例性的实施例中，所述分别对每个区块进行区块元素安装及消元，包括：对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行电导阵的计算；从区块的边界顶点向区块的边界处进行区块元素安装及消元；当只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。在本实施例中，对内并行中每个区块并行进行区块元素安装及消元的实现过程可以包括步骤31～32：
步骤31.对每个区块中的每个区块元素进行电导阵的计算；
在本步骤中，对于每个区块中的每个区块元素电导阵的推导过程可以包括：
采用四面体元素，其四个顶点坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)，顶点的电位分别为u1,u2,u3,u4。
四面体元素中的任意一点p(x,y,z)，其电位u由四个顶点的电位通过线性插值得到，该插值函数如下：
u＝l1u1+l2u2+l3u3+l4u4 (1)
其中，l1,l2,l3,l4为插值系数，这里用p点在四面体元素中的自然坐标作为插值系数。
元素e中，p点的自然坐标为；
式中
Ve为四面体元素的体积，计算式如下：
自然坐标与直角坐标的关系为；
其中
由(1)式与(3)式计算得到：
式(4)为元素中插值函数的另一种表达式。将其进行简化即得
其中：
B＝(u1 u2 u3 u4)T
A＝(a1 a2 a3 a4)T
X＝(x,y,z)T
由(5)式，求电位u对X的导数，得
元素e对φ1的贡献为；
在公式(7)中，σ为每个区块元素的电导率值，该电导率值可根据每个区块元素的电阻率进行换算得到；
对公式(7)进行变形处理得到：
将式(6)代入式(8)，得：
由(9)式，求φ1 e对B的导数，即得泛函特征式；
其中：
该即为区块元素e的电导阵。
步骤32.根据网格节点的编号，针对每个区块从区块边界顶点开始向区块边界进行区块元素安装及消元。
在本实施例中，针对每个区块分别进行中的区块元素电导阵计算、安装、消元，对每个区块执行的是区块元素安装及消元的过程是并行处理的。当对每个区块经安装消元后仅剩区块交接处的节点未消元时进入步骤73。其中，区块元素消元的含义是：在每个区块中，一个网格节点会被多个区块元素共同占有，当占有这个网格节点的所有区块元素均安装完成后，这个节点就可以被“消掉”即从总体电导矩阵中移除，称为消元。该消元操作步骤也是有限元前线解法中的一个实现步骤。例如：一个区块中包含100个区块元素，每个区块元素的电导阵是一个3*3的矩阵，区块元素的安装是将100个区块元素逐次的安装，并且在安装结束后进行消元，通过上述操作得到该区块电导阵，即100*100的电导矩阵。步骤33.当只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。
在本实施例中，针对一个区块安装消元后，只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。通过安装后即消元可以节省每个仿真节点的内存空间。
在步骤104中，当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应。
在本实施例中，当安装及消元所有区块后，得到待仿真处理区域的总电导阵；根据每个区块的总电导阵及仪器工作原理计算得到待仿真处理区域的测量响应。
一种示例性的实施例中，对每个区块完成安装及消元后，得到待仿真处理区域的总电导阵；根据该待仿真处理区域的总电导阵确定仪器的测量响应。在本实施例中，当执行完所有区块的安装消元后，获得该待仿真处理区域的总电导阵。例如：4个区块中每个包含100个区块元素，每个区块元素的电导阵是一个3*3的矩阵，区块元素的安装是将100个区块元素逐次的安装，并且在安装结束后进行消元，通过上述操作得到该每个区块电导阵，即100*100的电导矩阵；再根据边界消元，获得380*380的总电导矩阵。根据所得到总电导阵即380*380的总电导阵，以及仪器的工作原理获得仪器的测量响应。该内并行的仿真处理方法可以适用现有的测井仪器，以阵列侧向为例，阵列侧向仪器测量响应如图5所示RA1-RA4即为仪器的测量响应，其计算公式为：
上述公式中，KALi为仪器常数、VM0(ALi)为监督电极M0的电位，该电位即待仿真处理区域的总电导阵所确定的电位，I0(ALi)为主电极施加的电流，该电流一般是预先设置的电流值。
在步骤105中，输出包括测量响应的仿真结果。
在本实施例中，输出包括测量响应的仿真结果包括：根据待仿真处理区域并行处理的个数输出多个测量响应的仿真结果。
一种示例性的实施例中，所述根据每个节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：预先获取每个仿真节点的性能参数；确定每个仿真节点并行处理区块的份数之后，根据每个仿真节点的性能参数、所述并行处理区块的份数以及所述待仿真处理区域的数量，确定待仿真测井的仿真处理区域并行处理的个数。所述地层模型参数包括：测量点的数量。在本实施例中，外并行是指多个深度测量点并行进行仿真处理。外并行是多个仿真点并行处理正演仿真计算处理，其中，每个测量点对应一个仿真节点进行仿真计算。外并行的份数是根据GPU平台中的待仿真节点的性能、所确定的内并行份数和待仿真测井的测量点个数确定外并行的份数。该待仿真节点的性能一般是指仿真节点的内存。例如：当GPU平台中的内存为N＝16G；根据所确定的内并行份数为M＝4；N/M＝4，因此，外并行的数量要小于等于4，外并行的份数可以根据实际深度测量点的数量相结合进行确定，当实际测量点的数量为10个时，所执行的外并行数量可以为4份、4份、2份，分三次执行完10个测量点的仿真处理。
一种示例性的实施例中，根据外并行的份数输出测量响应结果。在本步骤中，按照格式化输出测量响应结果。该测量响应结果可以一次性输出包括多个深度测量点的测量结果。图4为传统CPU串行计算方法与GPU区块并行计算方法计算效率对比图，单点即针对每个仿真节点所执行的内并行正演仿真处理的计算效率提高2.72倍，多点(以40点为例)即多个测量点执行外并行处理，并且每个测量点执行内并行正演仿真处理计算效率提高22.8倍。
本申请实施例还提供了一种电阻率正演仿真装置，如图6所述，装置包括：存储器和处理器；该存储器用于保存用于电阻率正演仿真的程序；该处理器用于读取执行所述用于电阻率正演仿真的的程序，执行如下操作：获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；输出包括测量响应的仿真结果。
一种示例性的实施例中，所述GPU正演仿真平台包括：具有独立显卡的GPU计算机，该GPU计算机包括多个仿真节点。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：根据所获取的地层模型参数、待仿真处理区域的大小和预先设置的初始网格的划分，确定每个仿真节点并行处理区块的份数。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：预先获取每个仿真节点的性能参数；确定每个仿真节点并行处理区块的份数之后，根据每个仿真节点的性能参数、所述并行处理区块的份数以及所述待仿真处理区域的数量，确定待仿真处理区域并行处理的个数；所述地层模型参数包括：测量点的数量；
所述输出包括测量响应的仿真结果包括：根据待仿真处理区域并行处理的个数输出多个测量点的仿真结果。
一种示例性的实施例中，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块，包括：根据每个仿真节点并行处理区块的份数N和所述初始网格的划分对待仿真处理区域进行剖分；分别将剖分后N个区块中的每个区块边界的值插入到相应的径向、纵向和周向边界初始网格中，得到网格剖分后的N个区块。
一种示例性的实施例中，所述在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值，包括：在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，针对每个区块分别执行以下操作：根据径向、纵向和周向网格剖分的份数，确定每个区块构建区块元素时的循环顺序；按照循环顺序依次构建离散的区块元素，并对所构建的区块元素进行编号；根据每个区块元素的编号和所获取的地层模型参数分别对每个区块元素进行电阻率赋值。
一种示例性的实施例中，所述分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元，包括：对每个区块中的区块元素进行电导阵的计算；从区块的边界顶点向区块的边界处进行区块元素安装及消元；当只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。
一种示例性的实施例中，所述当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应包括：对每个区块电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元后，得到待仿真处理区域的总电导阵；根据所述总电导阵确定仪器的测量响应。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行如下操作：获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；分别对每个区块电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；输出包括测量响应的仿真结果。
下面用一个示例进行说明电阻率正演仿真方法。
步骤1.建立正演仿真平台。
在本步骤中，该电阻率正演仿真方法应用GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)正演仿真平台。在本实施例中，预先建立该GPU正演仿真平台，其中，该仿真平台包括：具有独立显卡的GPU计算机，该GPU计算机，可以根据内存划分为多个节点，每个节点作为仿真平台的一个仿真节点，并在每个仿真节点上采用PGI(Portland GroupIncorporated)编译器。
步骤2.获取待仿真处理区域的地层模型的相关参数。
在本步骤中，该地层模型是根据待仿真处理区域的相关地层情况所建立的。该地层模型的相关参数包括井眼参数、侵入带参数和原状地层参数；进一步的，井眼参数包括井径和泥浆电阻率；侵入带参数包括侵入半径和侵入带电阻率；原状地层参数包括原状地层电阻率；该电阻率是为了后续给每个元素进行赋值。测量点信息包括起始深度、采样间隔、测量点个数，根据该测量点信息可以确定待仿真区域，并且根据该测量点的个数可以确定外并行的份数。
步骤3.确定每个仿真节点内并行的份数。
在本实施例中，每个仿真节点并行处理区块的份数即每个仿真节点内并行的份数。内并行是指每个仿真节点内部并行运行多个仿真处理区块，一个待仿真区域划分为多个区块。比如以一个测量点为准，以该测量点为中心，以100米半径所确定的该测量点的待仿真处理区域，将该待仿真处理区域按照默认设置内并行的份数为4份时，是把100*100米的待仿真处理区域划分为4份。
其中，确定每个仿真节点并行处理区块的份数的实现过程可以如下：
步骤31.获取预先设置的待仿真的节点的计算机的性能参数，主要是独显的内存参数。
步骤32.根据待仿真区域的大小、预先设置的初始网格划分的稀疏程度以及待仿真节点的计算机性能参数，确定内并行的份数。其中，该初始网格划分的稀疏程度与测井仪仪器的工作原理相关，初始网格划分的稀疏程度一般是靠近仪器部分(电磁场变化剧烈)网格划分越密集，远离仪器部分(电磁场变化平缓)网格划分稀疏。确定内并行的份数，例如：待仿真处理区域中，径向划分2份，纵向划分2份，将该待仿真区域划分为2*2＝4份，即每个仿真节点的仿真处理区域划分为4份，该内并行为4份也就是4个线程同时进行正演仿真计算。如果待仿真处理区域对于周向也进行剖分，例如：径向划分2份，纵向划分2份，周向划分2份，将该待仿真区域划分为2*2*2＝8份，即每个仿真节点的仿真处理区域划分为8份，该内并行为8份也就是8个线程同时进行正演仿真处理。
步骤4.确定外并行的份数。
在本步骤中，根据步骤3所获得的待仿真节点的性能和内并行份数，以及步骤2所获取的地层模型参数中待仿真的测量点个数，确定外并行的份数。外并行是指多个深度测量点并行仿真处理。
预先获取每个仿真节点的性能参数；确定每个仿真节点并行处理区块的份数之后，根据每个仿真节点的性能参数、所述并行处理区块的份数以及所述待仿真处理区域的数量，确定待仿真处理区域并行处理的个数。所述地层模型参数包括：测量点的数量。在本实施例中，外并行是指多个深度测量点并行进行仿真处理。外并行是多个仿真点同时进行仿真计算处理，其中，每个测量点对应一个仿真节点进行仿真计算。外并行的份数是根据GPU平台中的待仿真节点的性能、所确定的内并行份数和待仿真的测量点个数确定外并行的份数。该待仿真节点的性能一般是指仿真节点的内存。例如：当GPU平台中的内存为N＝16G；根据所确定的内并行份数为M＝4；N/M＝4，因此，外并行的数量要小于等于4，外并行的份数可以根据实际深度测量点的数量相结合进行确定，当实际测量点的数量为10个时，所执行的外并行数量可以为4份、4份、2份，分三次执行完10个测量点的仿真处理。
步骤5.根据内并行的份数对待仿真处理区域进行网格剖分。
在本步骤中，根据内并行的份数对待仿真处理区域进行网格剖分的具体实现过程包括：
步骤51.根据内并行的份数对待仿真处理区域进行初始划分得到N个区块，其中，N等于内并行的份数；比如N＝4。如交底书中的图3所示，分为区块1、2、3和4。
步骤52.根据初始所划分的N个区块，分别将每个区块边界的值插入到相应的径向、纵向和周向边界初始网格中，确定各个区块径向、纵向和周向边界；确定各个区块径向、纵向和周向边界后，得到最终的内并行网格剖分区块。
步骤53.分别对各个区块的网格剖分节点进行编号。
步骤6.针对每个区块，根据编号后的网格剖分节点构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对每个区块元素进行电阻率赋值；
在本实施例中，针对每个区块，根据编号后的网格剖分节点构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对每个区块元素进行电阻率赋值的实现过程包括：
步骤61.按照径向、纵向和周向网格剖分的份数，确定构建区块元素时的循环顺序，其中，网格剖分份数最多的区块位于最外层循环，网格剖分份数最少的区块的位于最内层循环；
该循环顺序是指针对于每个区块构建区块元素的循环顺序，每个区块包括径向、纵向和周向的剖分，例如区块1的径向剖分10份，纵向剖分12份，周向剖分6份，此时做径向、纵向、周向等变量嵌套循环时纵向位于最外层、其次是径向、最后是周向，而实际形成区块元素时则顺序更好相反，先周向再径向最后纵向，这样设置的目的是为了前线解法中形成的前线长度最短，减少内存的占用，提高计算效率。
步骤62.按照“蛇形”排列方式依次进行构建区块元素，并对构建的区块元素进行编号。
在本步骤中，按照“蛇形”排列方式依次进行构建区块元素的目的是为了将待仿真区域采用三角形或四面体元素进行离散。在本实施例中，以构建三角形区块元素为例，首先是初始形成的矩形元素，其次先将第一个矩形通过连接对角线的方式将其划分为两个三角形元素，第三，对于第二个矩形元素，根据第一个矩形形成元素的方式，将其划分为两个三角形元素，如第一个矩形连接的对角线为右下，则第二个矩形为左上，第三个矩形为右下，第四个为左上…，即奇数均为右下，偶数为左上，该排列方式为“蛇形排列”。该嵌套循环是为了形成区块元素时将各节点的顶点连接起来，形成四边形或六面体。图3所示，在图3中三角形表示已形成的区块元素且已安装的元素，四边形表示未形成和未安装的元素。
步骤63.根据每个区块元素的编号和所获取的地层模型参数分别对每个区块元素进行电阻率赋值。
在这个步骤中，根据每个区块元素的编号，获取各顶点的节点的位置坐标，根据该位置坐标确定区块元素的所对应的地层模型的区域，再赋予相应的电阻率，比如区块元素赋予泥浆电阻率或原状地层电阻率等。
步骤7.对每个仿真节点内并行中的每个区块并行进行区块元素安装及消元。
在本实施例中，对每个仿真节点内并行中每个区块并行进行区块元素安装及消元，每个区块执行以下操作：
步骤71.对区块中的每个区块元素进行电导阵的计算；
在本步骤中，对于每个区块中的每个区块元素电导阵的推导过程可以包括：
采用四面体元素，其四个顶点坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)，顶点的电位分别为u1,u2,u3,u4。
四面体元素中的任意一点p(x,y,z)，其电位u由四个顶点的电位通过线性插值得到，该插值函数如下：
u＝l1u1+l2u2+l3u3+l4u4 (1)
其中，l1,l2,l3,l4为插值系数，这里用p点在四面体元素中的自然坐标作为插值系数。
元素e中，p点的自然坐标为；
式中
Ve为四面体元素的体积，计算式如下：
自然坐标与直角坐标的关系为；
其中
由(1)式与(3)式计算得到：
式(4)为元素中插值函数的另一种表达式。将其进行简化即得
其中：
B＝(u1 u2 u3 u4)T
A＝(a1 a2 a3 a4)T
X＝(x,y,z)T
由(5)式，求电位u对X的导数，得
根据(5)式，元素e对φx的贡献为；
在公式(7)中，σ为每个区块元素的电导率值，该电导率值可根据每个区块元素的电阻率进行换算得到；
对公式(7)进行变形处理得到：
将式(6)代入式(8)，得：
由(9)式，求φ1 e对B的导数，即得泛函特征式；
其中：
该即为元区块素e的电导阵。
步骤72.根据网格节点的编号，针对每个区块从区块边界顶点开始向区块边界进行区块元素安装及消元。
在本实施例中，针对四个区块元素同时进行电导阵计算、安装、消元，每个区块经安装消元后仅剩区块交接处的节点未消元时进入步骤73。区块元素消元的含义是：在每个区块中，一个网格节点会被多个区块元素共同占有，当占有这个网格节点的所有区块元素均安装完成后，这个节点就可以被“消掉”即从总体电导矩阵中移除，称为消元。该消元操作步骤也是有限元前线解法中的一个实现步骤。
步骤73.当只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。
在本实施例中，针对一个区块安装消元后，只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。例如：一个区块中包含100个区块元素，每个区块元素的电导阵是一个3*3的矩阵，区块元素的安装是将100个区块元素逐次的安装，并且在安装结束后进行消元，通过上述操作得到该区块总的电导阵，即100*100的电导矩阵。通过安装后即消元可以节省每个仿真节点的内存空间。
步骤8.对该待仿真区域中每个区块均安装及消元完成后所得到的待仿真区域的总电导阵，计算得到待仿真处理区域的测量响应。
在本步骤中，对该待仿真区域中每个区块均安装及消元完成后所得到的待仿真区域的总电导阵，根据仪器的工作原理获得仪器的测量响应。
该内并行的仿真处理方法可以适用现有的测井仪器，以阵列侧向为例，阵列侧向仪器测量响应如图5所示RA1-RA4即为仪器的测量响应，其计算公式为：
上述公式中，KALi为仪器常数、VM0(ALi)为监督电极M0的电位，该电位即待仿真区域总的电导阵所确定的电位，I0(ALi)为主电极施加的电流，该电流一般是预先设置的电流值。
步骤9.根据外并行的份数输出测量响应结果。在本步骤中，按照格式化输出测量响应结果。该测量响应结果可以一次性输出包括多个深度测量点的测量结果。当外并行的份数为4，即一次性可以输出包含4个深度测量点的测量响应结果。图4为传统CPU串行计算方法与GPU区块并行计算方法计算效率对比图，单点即针对每个仿真节点所执行的内并行正演仿真处理的计算效率提高2.72倍，多点(以40点为例)即多个测量点执行外并行处理，并且每个测量点执行内并行正演仿真处理计算效率提高22.8倍。
本发明提出一种基于GPU的区块并行电阻率正演仿真平台搭建及实现方法，在保证仪器计算精度的同时，充分利用现有的计算资源和创新技术，有效的提高了有限元电阻率正演仿真的速度，为测井仪器研制和后续的快速测井评价提供了保障，该正演仿真方法适用于多种电阻率测井模拟方法中。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (10)
1.一种电阻率正演仿真方法，其特征在于，应用GPU正演仿真平台，包括：
获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；
根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；
分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；
当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；
输出包括测量响应的仿真结果。
2.根据权利要求1所述的电阻率正演仿真方法，其特征在于，所述GPU正演仿真平台包括：具有独立显卡的GPU计算机，该GPU计算机包括多个仿真节点。
3.根据权利要求2所述的电阻率正演仿真方法，其特征在于，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：
根据所获取的地层模型参数、待仿真处理区域的大小和预先设置的初始网格的划分，确定每个仿真节点并行处理区块的份数。
4.根据权利要求3所述的电阻率正演仿真方法，其特征在于，
所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分之前，还包括：
预先获取每个仿真节点的性能参数；
确定每个仿真节点并行处理区块的份数之后，根据每个仿真节点的性能参数、所述并行处理区块的份数以及所述待仿真处理区域的数量，确定待仿真处理区域并行处理的个数；
所述地层模型参数包括：测量点的数量；
所述输出包括测量响应的仿真结果包括：
根据待仿真处理区域并行处理的个数输出多个测量点的仿真结果。
5.根据权利要求4所述的电阻率正演仿真方法，其特征在于，所述根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块，包括：
根据每个仿真节点并行处理区块的份数N和所述初始网格的划分对待仿真处理区域进行剖分；
分别将剖分后N个区块中的每个区块边界的值插入到相应的径向、纵向和周向边界初始网格中，得到网格剖分后的N个区块。
6.根据权利要求1所述的电阻率正演仿真方法，其特征在于，所述在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值，包括：
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，针对每个区块分别执行以下操作：
根据径向、纵向和周向网格剖分的份数，确定每个区块构建区块元素时的循环顺序；
按照循环顺序依次构建离散的区块元素，并对所构建的区块元素进行编号；
根据每个区块元素的编号和所获取的地层模型参数分别对每个区块元素进行电阻率赋值。
7.根据权利要求6所述的电阻率正演仿真方法，其特征在于，所述分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元，包括：
对每个区块中的区块元素进行电导阵的计算；
从区块的边界顶点向区块的边界处进行区块元素安装及消元；
当只剩下该区块边界处的区块元素时，对该边界处的区块元素进行消元。
8.根据权利要求7所述的电阻率正演仿真方法，其特征在于，所述当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应包括：
对每个区块完成安装及消元后，得到待仿真处理区域的总电导阵；
根据该待仿真处理区域的总电导阵确定仪器的测量响应。
9.一种电阻率正演仿真装置，所述装置包括：存储器和处理器；其特征在于：
所述存储器，用于保存用于电阻率正演仿真的程序；
所述处理器，用于读取执行所述用于电阻率正演仿真的的程序，执行如下操作：
获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；
根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；
分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；
当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；
输出包括测量响应的仿真结果。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行如下操作：
获取待仿真处理区域中，与仿真处理相关的地层模型参数；
根据每个仿真节点并行处理区块的份数对待仿真处理区域进行网格剖分，得到多个区块；
在每个仿真节点并行处理所述多个区块的过程中，对每个区块分别构建区块元素，并根据所获取的地层模型参数对所述区块元素进行电阻率赋值；
分别对每个区块中电阻率赋值后的区块元素进行安装及消元；
当安装及消元所有区块后，计算得到待仿真处理区域的测量响应；
输出包括测量响应的仿真结果。
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