[发明专利]基于GPU分布式并行计算的多尺度孔隙网络多相渗流模拟方法

说明书

本发明涉及基于GPU分布并行计算的多尺度孔隙网络多相渗流模拟方法，包括：计算孔隙网络模型中个管束传导率、求解模型压力场和模型边界条件；根据孔隙网络模型的结构建立矩阵形式的数据体并进行区域分解；通过GPU分布式计算确定各区域内注入水可流动的管束通道，时间步长，计算个区域内流体界面在最小时间步长Δt_min内的位移，更新各个区域内管束传导率和流体压力场，计算模型含水饱和度以及出口端的流体流速；达到终止条件后则输出模拟结果。本发明的优点在于：将GPU作为孔隙网络渗流模拟计算的分布式工作节点，CPU用于收集GPU计算结果进行全局同步处理，从而大幅度提高模拟计算的效率。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术，尤其涉及一种基于GPU分布式并行计算的多尺度孔隙网络多相渗流模拟方法。

背景技术

目前，现有的孔隙网络建模和模拟技术主要的研究和应用对象是基于CT扫描技术构建的孔隙网络模型，这类模型的特点是建模结果相对较为精确，但是尺度很小，模型的长宽高均小于1毫米；相应地，孔隙网络模型中流体流动的模拟算法较为原始，多数模拟算法仅考虑孔喉的毛管力对流体流动的影响；而且油藏尺度孔隙网络模型与渗流模拟方法相结合将产生大规模(1亿以上)稀疏矩阵数据体，导致传统的计算方法无力胜任后续的模拟研究和分析工作，阻碍了油气开采技术的进一步发展。

在现有的高性能计算框架中，工作节点都是与CPU的物理核心相对应的，在硬件上CPU的物理核心较为有限，目前消费级计算机的中高端CPU通常也不超过8个物理核心，如果要增加工作节点的数量，就需要增加CPU的数量才能实现，而通过这种方式增加工作节点无疑增加了成本且管理起来也比较复杂，而且增加的工作节点也很有限，远远不足以达到大规模并行计算的要求；因此，如何将孔隙网络多相渗流模拟方法与多GPU并行计算方法相结合来实现多尺度孔隙网络模型多相渗流的快速模拟是现阶段需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种于GPU分布并行计算的多尺度孔隙网络多相渗流模拟方法，以单机CPU-GPU高性能异构计算系统(1个CPU，8个GPU)为依托，设计编写对应GPU分布式计算算法，将GPU作为大尺度孔隙网络非稳态渗流模拟的分布式工作节点，从而大幅度提高模拟计算效率，使得本发明涉及的多尺度孔隙网络多相非稳态渗流模拟技术能够得以实现。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：基于GPU分布并行计算的多尺度孔隙网络多相渗流模拟方法，所述模拟方法包括：

计算孔隙网络模型中个管束传导率、根据质量守恒定律求解模型压力场和模型边界条件；

根据孔隙网络模型的结构建立矩阵形式的数据体，并将该数据体进行区域分解和COO稀疏矩阵压缩存储转换；

在区域分解的基础上通过GPU分布式计算确定各区域内注入水可流动的管束通道，并根据流体界面的位置和压力计算时间步长；

在区域分解的基础上通过GPU分布式计算个区域内流体界面在最小时间步长Δt_min内的位移，更新各个区域内管束传导率；

在流体界面发生位移后通过GPU分布式计算求解更新流体压力场；

在区域分解的基础上GPU分布式计算模型含水饱和度以及出口端的流体流速；

达到终止条件后则输出模拟结果。

进一步地，所述模拟方法还包括如果没有达到终止条件，则回到在区域分解的基础上通过GPU分布式计算确定各区域内注入水可流动的管束通道，并根据流体界面的位置和压力计算时间步长步骤继续执行。

进一步地，所述计算孔隙网络模型中个管束传导率、根据质量守恒定律求解模型压力场和模型边界条件包括：