云技术在油气田勘探开发系统建设中的应用研究

◆李 慧 李志刚 王 茹 刘 锐 孙 超



云技术在油气田勘探开发系统建设中的应用研究

◆李 慧 李志刚 王 茹 刘 锐 孙 超

(中海油研究总院有限责任公司信息数据中心 北京 100028)

油气勘探需要先进的信息技术进行有力支撑，三维可视化图形工作站、海量的数据存储设备以及各类专业应用软件，为更加精准的储量预测、更加高效的综合决策提供技术保障。随着石油勘探不断深入，综合研究需要多学科的协同，业务倍增使得科研人员流动性增大，异地的研究与协同等应用需求对科研软硬件运行环境提出亟待解决的问题。本文利用云计算、虚拟化、三维图像远程交互处理等技术，构建满足科研应用需要的云应用系统。云计算中心的建立，促进信息化建设步伐，节约信息化建设资金投入，同时能提升数据与系统的安全与性能。

综合研究；云计算三维图像；协同；许可证管理

0 引言

近年来，油气勘探开发综合研究具有范围广和难度大的特点，为满足研究对数据计算、存储和高精度图形显示应用的需要，由60余套专业应用软件、多种操作系统以及为满足高性能计算、高精度图形处理需求的服务器、工作站、并行计算集群组成的科研软硬件运行环境为勘探开发综合研究提供着强大的技术支持。综合研究专业应用技术已达到较高的水平，多人多专业联合攻关更有助于提高效率，然而，各专业领域软件应用分散，数据流和工作流不能有效衔接，已经给综合研究工作效率带来一定影响。计算机技术的进步使得勘探开发的计算机软硬件环境得到改善,而且朝着一体化、精细化、共享化、可视化、专业化方向发展[1]。油气勘探开发协同工作环境，其建设目标是实现勘探开发多学科、多层次、多业务对象、多业务阶段的协同工作和成果共享，提高油气勘探开发决策效率和成功率[2]。面对当前低迷的油价和复杂的商业环境，如何能够降低成本，增加效益是各个油公司共同面对的难题[3]。石油勘探开发研究专业软件具有多专业、多学科和系统复杂等特点，在对石油行业勘探研究应用模式深入调研的基础上，分析了油田勘探研究中所涉及的协同工作的需求，提出了建立勘探协同研究云平台[4]。随着油气等资源勘探开发技术的不断发展，出现了诸多地球物理、地质等专业性软件。这些软件一般都具有很强的专业性且各具特色。为了更高效、快捷地解决勘探项目中的难点，充分利用这些先进的技术手段是非常必要的。因此，不少科研院所引进了相应的地质、地球物理等专业软件系统。多套常用的主流地球物理软件系统在油气、水合物勘探中的联合应用问题，并得出了相应的技术流程[5]。针对石油勘探开发综合研究专业应用系统种类多，导致用户登录账号多的问题，结合Linux系统NIS与Windows系统AD管理不同的特点，提出基于单点登录技术实现用户统一认证，已在油田勘探开发综合研究多个系统中应用，效果良好[6]。

随着公司从事综合研究科研人员数量不断增多，外部交流与合作项目不断增加以及三维地震技术的推广应用，这些新的变化对现有系统运行环境的数据安全、硬件设备利用率以及跨平台协同研究等提出挑战。研究针对云计算、虚拟化等信息技术，从数据中心的基础环境进行改造，对用户、软硬件、许可证等资源进行合理部署、科学管理，云计算环境的建设与应用是一种有效的解决方案。

1 云应用系统环境建设

1.1云应用系统门户建设

专业软件一个特点就是运行环境复杂，既包括windows系统又包括linux系统，要将异构系统下的专业软件在同一平台上应用，必须建立统一门户，解决用户访问和应用便利性的问题，最基本要求就是能用浏览器访问一个统一的门户，能按需进行相关专业应用。

1.2统一认证和单点登录

勘探开发综合研究每个业务系统均使用各自独立的用户认证体系。这样同一个用户在登录每个业务系统均需要使用不同的账号。这种情况导致用户使用不便，且加剧系统间的割裂，通过云计算技术建设异构系统统一身份认证机制，用户使用一个统一的账号使用所有的云资源和服务，实现单点登录。

1.3云数据安全

云应用系统为科研数据的应用提供共享环境,提升数据应用的便利性，但也给系统安全带来了巨大挑战，云应用系统将从两方面确保系统的安全性：

数据安全性：采用数据集中存储的方式，避免应用数据的分散和因磁盘损坏而导致科研数据丢失的问题。在数据存储区中，通过设定ACL（访问控制列表）实现数据访问的严格控制，不同项目、用户的数据区严格隔离，保证了数据访问的安全性。

传输安全性：科研数据集中在数据中心，其数据计算、图像图形渲染、压缩均在数据中心服务器端完成，利用二、三维图像远程交互处理技术保证客户端传输的只是图片，而非真实的科研数据，确保数据的应用安全。

1.4许可证释放

云应用系统改变传统许可证使用的无序状态，实现许可证有序化管理和使用，保证许可证利用率的最大化和最优化。通过建立许可证共享中心，实现许可证服务的高可靠性、容错性，实现许可证智能化、按需分配和共享应用。对于长期占用许可证的恶意行为，通过强制释放的方式保证许可证的应用效率。

1.5统计分析

云应用系统具有庞大、复杂、资源类型繁多且开放的IT环境特点，一套完整且有效的监控系统，监控所有资源的运行情况，及时发现和解决问题，并根据监控的数据，管理员和决策者可随时掌握“云系统”资源的利用率。

2 构建计算资源池

2.1集中统一调度管理

为解决计算资源利用率的问题，按照专业软件计算类型将硬件设备进行分类，分为CPU消耗型、内存消耗型、图形显卡消耗型等，改变传统孤岛式的IT架构，多个不同时期引进的业务系统各自独立运行，彼此之间不能共享；而图形工作站目前的单机使用模式，导致工作站长期利用率偏低和使用不便。组成资源池将所有计算资源能够按需分配和合理使用。

图1 云应用系统架构图

2.2智能化调度分配

针对专业软件对计算硬件设备消耗的情况，参考多个负载指标，利用定性问题定量化的方法实现达到服务器负载均衡效果。平台根据监测的服务器负载数据，进行运算。根据计算获取的结果，将计算资源分为三组，分别是内存，CPU，显卡。三组中的计算资源在组内根据资源进行排队，最好的资源靠前。

当用户使用显卡密集型应用时，平台将会调用当前显卡组中最优的计算资源。当用户使用内存密集型应用时，平台将会调用当前内存组中最优的计算资源。同理，CPU密集型应用将会调用CPU组中的最优计算资源。

通过服务器资源池调度策略，实现服务器合理、高效地使用。保证应用总是运行在最适合该应用的服务器上，保证每种应用以最高效的方式运行。

3 构建专业应用云

3.1远程三维可视化

通过远程三维可视化技术，可以将工作站放到服务器端，让用户可以方便地进行任何设备的远程访问和使用。用户可以通过客户机或PC机使用远程的大型三维地质模型在本地进行交互解释工作，远程三维可视化也可以极大地改善用户的工作环境。

3.2三维显示能力的按需调度

根据用户的数据、模型大小和对三维显示能力的要求，对图形工作站进行按需调度。当用户进行一般性三维解释时，自动按共享模式分配调度用户任务，这种模式下，多个用户可以共享一台图形工作站；当用户需要进行大区块三维解释，极高的三维处理能力的时候，又可以自适应将应用从共享模式切换为独享模式，让用户独享一台图形工作站，按需为该用户提供极端的三维处理能力。

4 基于云的协同工作环境

4.1协同研究

对各学科的科研人员构造协同科研平台。不同学科的研究人员可以随时相互邀请或者创建会议的方式，实现在会议室或者在各自工位上，共同研究，参与研讨等。

4.2协同决策

支持将不同地域，学科的专家和领导虚拟集中或物理集中起来，共同对一个地质区块进行分析决策， 如：定井位，确定开采方案，确定储量等。

图2 三维图像远程交互处理示意图

4.3数据共享与流动

在协同过程中，更多不同格式的数据可以自动转换，从而确保更多数据在不同学科用户间的按需流动。例如：在协同工作模式下，地震处理人员完成数据处理后，只需要点击“完成”，他的相关数据就可以自动转换为解释软件所能读取的格式，并传递给解释人员等等。

5 结论

云计算技术与勘探开发综合研究的结合，解决应用数据安全、提高设备利用率、突破跨平台协同工作的难题，实现了数据中心硬件、软件资源的集中管理和共享应用，降低了IT系统建设和运维成本，提高了信息处理能力，为油田勘探开发研究与生产管理提供三维可视化系统管理和服务、勘探开发数据管理和应用服务、勘探开发专业软件管理和服务以及应用开发平台服务。以新技术、新的服务形式提供专业软件“一站式”服务，满足科研人员的应用需要。

[1]杨耀忠，赵铭海.胜利油田勘探开发计算机应用技术进展[J].油气地质与采收率，2010.

[2]李大伟，刘万伟，陈哲等.油气勘探开发协同工作环境建设与应用[J].石油工业计算机应用，2011.

[3]李志刚，王俊琴.基于Studio的Petrel数据共享环境建设与应用[J].网络安全技术与应用，2016.

[4]于会松.勘探协同研究云平台的设计及应用[J].计算机仿真，2014.

[5]万晓明，张康寿，李锐等.多软件系统在油气勘探中的联合应用研究[J].南海地质研究，2013.

[6]李志刚，刘锐，孙超等.异构系统单点登录在油田综合研究中的设计与应用[J].电脑知识与技术，2017.