云技術(shù)在油氣田勘探開發(fā)系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用研究

◆李 慧 李志剛 王 茹 劉 銳 孫 超

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云技術(shù)在油氣田勘探開發(fā)系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用研究

◆李 慧 李志剛 王 茹 劉 銳 孫 超

(中海油研究總院有限責(zé)任公司信息數(shù)據(jù)中心 北京 100028)

油氣勘探需要先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行有力支撐，三維可視化圖形工作站、海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備以及各類專業(yè)應(yīng)用軟件，為更加精準(zhǔn)的儲(chǔ)量預(yù)測、更加高效的綜合決策提供技術(shù)保障。隨著石油勘探不斷深入，綜合研究需要多學(xué)科的協(xié)同，業(yè)務(wù)倍增使得科研人員流動(dòng)性增大，異地的研究與協(xié)同等應(yīng)用需求對科研軟硬件運(yùn)行環(huán)境提出亟待解決的問題。本文利用云計(jì)算、虛擬化、三維圖像遠(yuǎn)程交互處理等技術(shù)，構(gòu)建滿足科研應(yīng)用需要的云應(yīng)用系統(tǒng)。云計(jì)算中心的建立，促進(jìn)信息化建設(shè)步伐，節(jié)約信息化建設(shè)資金投入，同時(shí)能提升數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的安全與性能。

綜合研究；云計(jì)算三維圖像；協(xié)同；許可證管理

0 引言

近年來，油氣勘探開發(fā)綜合研究具有范圍廣和難度大的特點(diǎn)，為滿足研究對數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)和高精度圖形顯示應(yīng)用的需要，由60余套專業(yè)應(yīng)用軟件、多種操作系統(tǒng)以及為滿足高性能計(jì)算、高精度圖形處理需求的服務(wù)器、工作站、并行計(jì)算集群組成的科研軟硬件運(yùn)行環(huán)境為勘探開發(fā)綜合研究提供著強(qiáng)大的技術(shù)支持。綜合研究專業(yè)應(yīng)用技術(shù)已達(dá)到較高的水平，多人多專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)更有助于提高效率，然而，各專業(yè)領(lǐng)域軟件應(yīng)用分散，數(shù)據(jù)流和工作流不能有效銜接，已經(jīng)給綜合研究工作效率帶來一定影響。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使得勘探開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境得到改善,而且朝著一體化、精細(xì)化、共享化、可視化、專業(yè)化方向發(fā)展[1]。油氣勘探開發(fā)協(xié)同工作環(huán)境，其建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)多學(xué)科、多層次、多業(yè)務(wù)對象、多業(yè)務(wù)階段的協(xié)同工作和成果共享，提高油氣勘探開發(fā)決策效率和成功率[2]。面對當(dāng)前低迷的油價(jià)和復(fù)雜的商業(yè)環(huán)境，如何能夠降低成本，增加效益是各個(gè)油公司共同面對的難題[3]。石油勘探開發(fā)研究專業(yè)軟件具有多專業(yè)、多學(xué)科和系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)，在對石油行業(yè)勘探研究應(yīng)用模式深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了油田勘探研究中所涉及的協(xié)同工作的需求，提出了建立勘探協(xié)同研究云平臺(tái)[4]。隨著油氣等資源勘探開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了諸多地球物理、地質(zhì)等專業(yè)性軟件。這些軟件一般都具有很強(qiáng)的專業(yè)性且各具特色。為了更高效、快捷地解決勘探項(xiàng)目中的難點(diǎn)，充分利用這些先進(jìn)的技術(shù)手段是非常必要的。因此，不少科研院所引進(jìn)了相應(yīng)的地質(zhì)、地球物理等專業(yè)軟件系統(tǒng)。多套常用的主流地球物理軟件系統(tǒng)在油氣、水合物勘探中的聯(lián)合應(yīng)用問題，并得出了相應(yīng)的技術(shù)流程[5]。針對石油勘探開發(fā)綜合研究專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)種類多，導(dǎo)致用戶登錄賬號多的問題，結(jié)合Linux系統(tǒng)NIS與Windows系統(tǒng)AD管理不同的特點(diǎn)，提出基于單點(diǎn)登錄技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶統(tǒng)一認(rèn)證，已在油田勘探開發(fā)綜合研究多個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用，效果良好[6]。

隨著公司從事綜合研究科研人員數(shù)量不斷增多，外部交流與合作項(xiàng)目不斷增加以及三維地震技術(shù)的推廣應(yīng)用，這些新的變化對現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)安全、硬件設(shè)備利用率以及跨平臺(tái)協(xié)同研究等提出挑戰(zhàn)。研究針對云計(jì)算、虛擬化等信息技術(shù)，從數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)環(huán)境進(jìn)行改造，對用戶、軟硬件、許可證等資源進(jìn)行合理部署、科學(xué)管理，云計(jì)算環(huán)境的建設(shè)與應(yīng)用是一種有效的解決方案。

1 云應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境建設(shè)

1.1云應(yīng)用系統(tǒng)門戶建設(shè)

專業(yè)軟件一個(gè)特點(diǎn)就是運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，既包括windows系統(tǒng)又包括linux系統(tǒng)，要將異構(gòu)系統(tǒng)下的專業(yè)軟件在同一平臺(tái)上應(yīng)用，必須建立統(tǒng)一門戶，解決用戶訪問和應(yīng)用便利性的問題，最基本要求就是能用瀏覽器訪問一個(gè)統(tǒng)一的門戶，能按需進(jìn)行相關(guān)專業(yè)應(yīng)用。

1.2統(tǒng)一認(rèn)證和單點(diǎn)登錄

勘探開發(fā)綜合研究每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)均使用各自獨(dú)立的用戶認(rèn)證體系。這樣同一個(gè)用戶在登錄每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)均需要使用不同的賬號。這種情況導(dǎo)致用戶使用不便，且加劇系統(tǒng)間的割裂，通過云計(jì)算技術(shù)建設(shè)異構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)一身份認(rèn)證機(jī)制，用戶使用一個(gè)統(tǒng)一的賬號使用所有的云資源和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄。

1.3云數(shù)據(jù)安全

云應(yīng)用系統(tǒng)為科研數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供共享環(huán)境,提升數(shù)據(jù)應(yīng)用的便利性，但也給系統(tǒng)安全帶來了巨大挑戰(zhàn)，云應(yīng)用系統(tǒng)將從兩方面確保系統(tǒng)的安全性：

數(shù)據(jù)安全性：采用數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)的方式，避免應(yīng)用數(shù)據(jù)的分散和因磁盤損壞而導(dǎo)致科研數(shù)據(jù)丟失的問題。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，通過設(shè)定ACL（訪問控制列表）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問的嚴(yán)格控制，不同項(xiàng)目、用戶的數(shù)據(jù)區(qū)嚴(yán)格隔離，保證了數(shù)據(jù)訪問的安全性。

傳輸安全性：科研數(shù)據(jù)集中在數(shù)據(jù)中心，其數(shù)據(jù)計(jì)算、圖像圖形渲染、壓縮均在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器端完成，利用二、三維圖像遠(yuǎn)程交互處理技術(shù)保證客戶端傳輸?shù)闹皇菆D片，而非真實(shí)的科研數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的應(yīng)用安全。

1.4許可證釋放

云應(yīng)用系統(tǒng)改變傳統(tǒng)許可證使用的無序狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)許可證有序化管理和使用，保證許可證利用率的最大化和最優(yōu)化。通過建立許可證共享中心，實(shí)現(xiàn)許可證服務(wù)的高可靠性、容錯(cuò)性，實(shí)現(xiàn)許可證智能化、按需分配和共享應(yīng)用。對于長期占用許可證的惡意行為，通過強(qiáng)制釋放的方式保證許可證的應(yīng)用效率。

1.5統(tǒng)計(jì)分析

云應(yīng)用系統(tǒng)具有龐大、復(fù)雜、資源類型繁多且開放的IT環(huán)境特點(diǎn)，一套完整且有效的監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控所有資源的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，并根據(jù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)，管理員和決策者可隨時(shí)掌握“云系統(tǒng)”資源的利用率。

2 構(gòu)建計(jì)算資源池

2.1集中統(tǒng)一調(diào)度管理

為解決計(jì)算資源利用率的問題，按照專業(yè)軟件計(jì)算類型將硬件設(shè)備進(jìn)行分類，分為CPU消耗型、內(nèi)存消耗型、圖形顯卡消耗型等，改變傳統(tǒng)孤島式的IT架構(gòu)，多個(gè)不同時(shí)期引進(jìn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行，彼此之間不能共享；而圖形工作站目前的單機(jī)使用模式，導(dǎo)致工作站長期利用率偏低和使用不便。組成資源池將所有計(jì)算資源能夠按需分配和合理使用。

圖1 云應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2智能化調(diào)度分配

針對專業(yè)軟件對計(jì)算硬件設(shè)備消耗的情況，參考多個(gè)負(fù)載指標(biāo)，利用定性問題定量化的方法實(shí)現(xiàn)達(dá)到服務(wù)器負(fù)載均衡效果。平臺(tái)根據(jù)監(jiān)測的服務(wù)器負(fù)載數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)計(jì)算獲取的結(jié)果，將計(jì)算資源分為三組，分別是內(nèi)存，CPU，顯卡。三組中的計(jì)算資源在組內(nèi)根據(jù)資源進(jìn)行排隊(duì)，最好的資源靠前。

當(dāng)用戶使用顯卡密集型應(yīng)用時(shí)，平臺(tái)將會(huì)調(diào)用當(dāng)前顯卡組中最優(yōu)的計(jì)算資源。當(dāng)用戶使用內(nèi)存密集型應(yīng)用時(shí)，平臺(tái)將會(huì)調(diào)用當(dāng)前內(nèi)存組中最優(yōu)的計(jì)算資源。同理，CPU密集型應(yīng)用將會(huì)調(diào)用CPU組中的最優(yōu)計(jì)算資源。

通過服務(wù)器資源池調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器合理、高效地使用。保證應(yīng)用總是運(yùn)行在最適合該應(yīng)用的服務(wù)器上，保證每種應(yīng)用以最高效的方式運(yùn)行。

3 構(gòu)建專業(yè)應(yīng)用云

3.1遠(yuǎn)程三維可視化

通過遠(yuǎn)程三維可視化技術(shù)，可以將工作站放到服務(wù)器端，讓用戶可以方便地進(jìn)行任何設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問和使用。用戶可以通過客戶機(jī)或PC機(jī)使用遠(yuǎn)程的大型三維地質(zhì)模型在本地進(jìn)行交互解釋工作，遠(yuǎn)程三維可視化也可以極大地改善用戶的工作環(huán)境。

3.2三維顯示能力的按需調(diào)度

根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)、模型大小和對三維顯示能力的要求，對圖形工作站進(jìn)行按需調(diào)度。當(dāng)用戶進(jìn)行一般性三維解釋時(shí)，自動(dòng)按共享模式分配調(diào)度用戶任務(wù)，這種模式下，多個(gè)用戶可以共享一臺(tái)圖形工作站；當(dāng)用戶需要進(jìn)行大區(qū)塊三維解釋，極高的三維處理能力的時(shí)候，又可以自適應(yīng)將應(yīng)用從共享模式切換為獨(dú)享模式，讓用戶獨(dú)享一臺(tái)圖形工作站，按需為該用戶提供極端的三維處理能力。

4 基于云的協(xié)同工作環(huán)境

4.1協(xié)同研究

對各學(xué)科的科研人員構(gòu)造協(xié)同科研平臺(tái)。不同學(xué)科的研究人員可以隨時(shí)相互邀請或者創(chuàng)建會(huì)議的方式，實(shí)現(xiàn)在會(huì)議室或者在各自工位上，共同研究，參與研討等。

4.2協(xié)同決策

支持將不同地域，學(xué)科的專家和領(lǐng)導(dǎo)虛擬集中或物理集中起來，共同對一個(gè)地質(zhì)區(qū)塊進(jìn)行分析決策， 如：定井位，確定開采方案，確定儲(chǔ)量等。

圖2 三維圖像遠(yuǎn)程交互處理示意圖

4.3數(shù)據(jù)共享與流動(dòng)

在協(xié)同過程中，更多不同格式的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而確保更多數(shù)據(jù)在不同學(xué)科用戶間的按需流動(dòng)。例如：在協(xié)同工作模式下，地震處理人員完成數(shù)據(jù)處理后，只需要點(diǎn)擊“完成”，他的相關(guān)數(shù)據(jù)就可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換為解釋軟件所能讀取的格式，并傳遞給解釋人員等等。

5 結(jié)論

云計(jì)算技術(shù)與勘探開發(fā)綜合研究的結(jié)合，解決應(yīng)用數(shù)據(jù)安全、提高設(shè)備利用率、突破跨平臺(tái)協(xié)同工作的難題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心硬件、軟件資源的集中管理和共享應(yīng)用，降低了IT系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維成本，提高了信息處理能力，為油田勘探開發(fā)研究與生產(chǎn)管理提供三維可視化系統(tǒng)管理和服務(wù)、勘探開發(fā)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用服務(wù)、勘探開發(fā)專業(yè)軟件管理和服務(wù)以及應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)服務(wù)。以新技術(shù)、新的服務(wù)形式提供專業(yè)軟件“一站式”服務(wù)，滿足科研人員的應(yīng)用需要。

[1]楊耀忠，趙銘海.勝利油田勘探開發(fā)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展[J].油氣地質(zhì)與采收率，2010.

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[3]李志剛，王俊琴.基于Studio的Petrel數(shù)據(jù)共享環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2016.

[4]于會(huì)松.勘探協(xié)同研究云平臺(tái)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真，2014.

[5]萬曉明，張康壽，李銳等.多軟件系統(tǒng)在油氣勘探中的聯(lián)合應(yīng)用研究[J].南海地質(zhì)研究，2013.

[6]李志剛，劉銳，孫超等.異構(gòu)系統(tǒng)單點(diǎn)登錄在油田綜合研究中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2017.