东方物探计算机技术引领地震勘探提质增效综述

  打造勘探利器的引擎
  [中国石油新闻中心2020-06-04]
  今年初以来，东方物探持续推进云计算、物联网、人工智能等新技术在物探领域的应用，加快数字化转型，持续打造大道数节点采集技术、井中勘探特色技术、横波源矢量勘探技术、OBN处理技术、信息化地震队技术，依靠科技创新全面推进勘探生产提质增效。这些科技创新方略的实施无不得益于计算机技术的飞速发展。
  油气勘探对计算能力提出更高要求
  随着“两宽一高”地震勘探采集技术的推广应用，野外采集点数密度越来越高。一方面，数据量会越来越大，对计算机的配置要求越来越高；另一方面，油田公司对处理技术的要求越来越高，越来越多复杂算法投入生产使用，如各向异性叠前深度成像、逆时偏移、全波形反演等，对计算能力提出更高要求。
  近年来，我国计算、存储等技术发生了巨大变化，如基于CPU+GPU(图形处理器)的异构并行计算、MIC众核CPU计算技术，为高密度计算提供了强大的计算能力。基于并发I/O的高性能、大容量、稳定的并行存储突破了大数据处理的I/O瓶颈。而SSD(固态硬盘)以其存取数据延迟低、速度快、故障率低、可靠性高和重量轻、功耗低等优越性能，在海量地震数据处理和解决复杂的算法中起到了非常关键的作用。
  东方物探作为中国最大的计算机软件国际工程中心和国家甲级工程咨询单位，为整个中国石油提供石油勘探、海量数据处理等方面的服务，是国内商业领域计算机应用规模最大、运算速度最快、处理能力最强的超级计算机用户。
  计算机技术助推地震处理技术发展
  长期以来，计算机技术对提升我国油气勘探能力发挥了不可替代的作用。计算机技术的发展，引领大数据助推石油勘探走进新时代。东方物探伴随计算机技术发展壮大，找油找气能力得到全面提升。
  地震勘探是钻探前勘测石油和天然气资源的重要手段，包括地震采集、处理和解释三大部分。其中，处理需要利用高性能超级计算机。处理的质量和地震成像的准确度、清晰度，直接决定了油气资源发现的成败和勘探成功率。随着勘探技术的发展，地震数据处理量越来越大。我国应用计算机进行地震资料数字处理大体经历了以下三个阶段。
  一是应用百万次计算机阶段。1973年我国将研制的第一台150型百万次计算机首次用到地震资料数字处理中，开创了地震资料数字处理工作的新纪元。应用这台计算机处理了近10万千米的二维地震资料，发现了任丘、中原和辽河等油田。
  二是应用千万次和亿次计算机阶段。为了适应数字地震勘探大发展的需要，自20世纪70年代后期以来，我国从国外引进了运算速度千万次及亿次的大型计算机复合系统和先进的处理技术，同时将我国自行研制的第一台亿次银河巨型计算机用于地震资料数字处理，开创了我国三维地震资料数字处理工作，处理技术和处理质量都有明显提高，为西部塔克拉玛干大沙漠等地区发现大油气田做出了重要贡献。
  三是应用大型并行机和分布式微机集群阶段。这个阶段地震资料数字处理能力得到快速提升，用于地震资料数字处理的计算机系统CPU就超过3万颗，年处理能力达到可处理二维地震资料40万千米，三维地震资料10万平方千米。多年来，东方物探大力推广应用计算机技术，为持续打造勘探利器提供了强有力的硬件支撑。
  数据为油气勘探开发提供依据
  东方物探业务链与大数据休戚相关。地震资料的核心是数据，通过数据反映地质结构、地层变化，通过数据为油气勘探开发提供依据。
  地震数据处理技术直接反映地震勘探技术水平。高密度、高覆盖、宽方位采集的大数据能提供更加丰富的地质信息资料，有利于地震精确成像，更有利于叠前多维数据的裂缝检测。“两高一宽”的采集处理解释已成为新的趋势。
  近年来，东方物探实施“两宽一高”地震采集方法，采集覆盖次数由几十次增至几千次，每炮数据量由十几MB增至数百MB，数据体越来越大。可控震源滑动扫描高效采集作业，每天可产生几个TB或更多的野外原始数据，对海量原始数据转储技术和效率提出了更高要求。
  计算机技术发展为物探新技术应用创造了条件。东方物探GeoEast处理系统经过不断完善、新技术集成，特别是高密度宽方位处理技术的研发成功，为海量数据的处理奠定了坚实的基础。东方物探自主研发的KLSeisⅡ新一代开放式地震采集系统，具备快速处理70GB以上的高精度遥感数据能力，实现了10万道地震数据的快速实时质量监控，日转储并质控地震数据可达6TB以上。
  针对海量地震数据处理，东方物探及时扩充计算资源，在国内首先搭建了多套1664CPU、13888核的海量地震数据处理系统。这一系统采用最先进的至强E5-2600系列处理器，配备128GB或256GB的内存，全部采用全线速无阻塞的万兆高速网络，以及20PB超大容量并行存储系统，为高密度采集海量数据处理，确保勘探生产高效运作提供了强大的计算和存储资源。
  同时，东方物探高度重视现有软硬件资源的优化配置，充分利用现有软硬件资源。通过优化GeoEast系统磁带读写模块单次传输道数，由100道增加到2万道后，磁带读写效率大幅提升，备份800GB的数据由30小时降低到13小时。
  东方物探国际业务持续强化作业现场海量地震数据的转储技术研发，丰富和完善海量地震数据质量控制软件和COPYSTAR软件系统，实现每天超过6.5TB数据的快速转储及格式转换，现场处理900GB数据所用时间由过去32小时缩短为3.6小时，效率提高9倍。
  东方物探拥有完全自主知识产权、行业先进的GeoEast处理解释一体化软件系统，截至目前，推广应用率超过总资料处理解释工作量的80%。多年来，东方物探处理解释业务在强大计算机软硬件支撑下，为油田增储做出了突出贡献。