数值模拟云应用平台的研究与应用

宫 臣

（辽河油田勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

0 引言

随着辽河油区的开发逐步深入，老油田已进入吞吐开发末期，油藏描述的精度要求越来越高。Petrel 软件可实现精细的三维地质建模，在辽河油田基础地质研究、三维地质模型建立、精细油藏描述等方面得到了广泛应用。搭建一套以Petrel为主要应用软件的数值模拟云应用平台，能有效提升地质建模和油藏工程设计的精度和效率，同时也能简化软件部署过程，实现软硬件资源高效运行。

1 数值模拟云应用平台的研究

Petrel 软件是基于Windows 平台的一体化多学科综合油藏研究软件，具有以地质模型为中心的综合油藏描述的完整工作流程，允许地质、地震、测井、油藏、数据管理多专业共享数据和成果的开发环境。辽河油田地质条件复杂，储层岩性多样，物性多样，非均质性强，通过利用Petrel 实现单砂体精细刻画，可以为剩余油藏研究奠定坚实的基础。辽河油田通过依托综合性强、兼容性强的软件建立多角度、多方位、多学科的一体化数字平台，可以实现油田直观、便捷、高效的科学研究。

Petrel 软件只有在硬件资源配置较高的工作站上才能顺畅运行，在数值模拟过程中需要消耗中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、内存和图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）资源。辽河油田勘探开发研究院硬件配置高的工作站比较紧缺，难以满足日常研究工作，致使Petrel 软件使用效率低。在云技术飞速发展的今天，引入先进技术来改变传统应用模式，在提高研究人员工作效率的同时，也可以提升现有软硬件资源的利用效率。

1.1 云应用平台技术的研究

搭建云应用平台包含3 个层次的服务，IaaS(Infrastructureas-a-Service，基础设施即服务)、PaaS(Platform-as-a-Service，平台即服务)、SaaS(Software-as-a-Service，软件即服务)。

IaaS 层的主要作用是为用户提供虚拟资源，如计算（虚拟化或裸机）、存储、网络和网络服务（如防火墙），是用于访问、监控以及管理远程数据中心基础架构的自助服务模型。

搭建云应用平台依赖于虚拟化技术。虚拟化是运用在IaaS层的一种技术。虚拟化技术不仅能够扩展对硬件的使用，而且能使软件重新配置过程变得简单。因此，目前虚拟化技术已经成为全球计算机领域最热门的技术之一。虚拟化指的是用户业务不在真实的物理资源基础上运行，而是在虚拟化的资源上进行执行和处理，其优势是一个物理节点上可以允许多个操作系统同时运行，并且能够保证各个系统均能独立地进行业务响应，从而实现虚拟数据中心对资源的高效利用和对业务的高效处理。

1.2 数值模拟云应用平台的搭建

数值模拟云应用平台的搭建，采用IaaS 服务，整合现有的应用服务器为科研用户提供虚拟资源，通过利用VMWare 虚拟化技术创建虚拟机。虚拟机指运行于物理计算机上的、由软件模拟出来的计算机，或称为逻辑上的计算机。这些虚拟机上可以和真正的计算机一样，拥有自己独立的CPU、硬盘、内存及其他硬件，并安装操作系统。这些虚拟机上的操作系统称为虚拟子系统，它们建立在正在运行的操作系统上。当然，虚拟机中的硬件都是通过模拟产生的，它的硬盘是原有操作系统中的一个文件，而内存则是从物理内存、虚拟内存中划分的一部分。

搭建数值模拟云应用平台，首先需要搭建平台的硬件服务器集群，将3 台联想3650 工作站作为虚拟化服务器集群，CPU为Cpu:E5-2667 v4 @ 3.20GHz，内存为256 G，硬盘为2 T，显卡NVIDIA Tesla M60。这样选择是因为硬件配置相同的服务器，便于组建虚拟化服务器集群，避免出现性能溢出造成资源浪费的情况。选择VMware 虚拟化系统，采用ESXI 6.0.0 标准版，配合虚拟化服务器管理软件VMware vCenter Server 6.0.0 使用。将3 台虚拟化服务器系统安装完毕后，对其进行管理员账号、口令、网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址、相关功能的配置。

平台的硬件服务器集群搭建好后，需要搭建管理集群的vCenter 服务器，选择一台Windows Server 2008 系统安装VMware vCenter Server 6.0.0 管理软件及vSphere Client 管理软件客户端。通过管理软件添加3 台虚拟化服务器后，即可对虚拟化服务器进行划分资源、创建虚拟机等操作。通过vCenter 服务器的管理工具，建立虚拟化集群，将3 台虚拟化服务器添加进集群，组成虚拟资源池，并设置集群的VMware HA、VMware DRS 功能，并配置参数保证集群开启的可用性。

搭建好集群管理服务器后，接下来通过vSphere Client 软件为虚拟化集群创建虚拟机，实现服务器虚拟化，确保虚拟机的性能可以满足Petrel 软件的流畅应用。通过对Petrel 软件的性能测试，虚拟节点的配置确定为CPU 8 个内核数，内存32 G，硬盘500 G，m60-4q 4 GB 显存。虚拟节点在此配置下可流畅运行地质研究软件。划分好硬件资源，接下来为虚拟节点安装Windows 7 64 位系统、驱动程序、Petrel 软件等，通过一系列配置，使虚拟节点上平稳运行数值模拟软件，具体操作步骤如下。

①在创建的虚拟节点上安装VMware View Agent、VMware View Agent Direct-Connection 程序，允许客户端通过程序连接虚拟节点。②在无法流畅运行地质综合研究软件的工作站上安装连接虚拟节点的客户端程序，选择一台Windows XP 32 位系统，一台Windows 7 64 位系统作为实验对象，经过测试，在Windows XP 32 位系统安装VMware Horizon Client x86 3.3.3 程序，在Windows 7 64 位系统上安装VMware Horizon Client x64 4.3.0 程序。③安装完成后，在VMware Horizon Client 程序中输入虚拟节点的IP 地址，通过系统账号、密码的认证就可以连接虚拟节点进行数值模拟研究，至此数值模拟云应用平台搭建完成，其整体架构如图1 所示。

2 数值模拟云应用平台应用效果分析

通过数值模拟软件云应用平台的研究与应用，可以将现有的计算资源虚拟化、存储资源整合，最大限度地利用现有硬件资源，为研究人员提供稳定、高效的研究环境。通过云应用平台开展研究数值模拟工作，使用的是平台服务器集群的硬件资源，完全不占用本地硬件资源，这就解决了单位个人计算机配置年代久远、硬件资源不足的情况，在不增加成本的前提下让更多的数值模拟用户有效开展工作。

云应用平台加快了服务器和应用的部署，大幅降低服务器重建和应用加载时间，便于快速进行硬件的维护和升级，减少了单位引用软件的运维工作量，并提高了效率。云端存储也将分散的研究数据和成果数据集中管理备份，提高了数据安全性。数值模拟云应用平台效果显著，如图2 所示。

3 结语

数值模拟云应用平台可以将已有研究成果进行优化，对在研究方案构建真正意义的数值油藏，依托综合性强、兼容性强的Petrel 软件建立多角度、多方位、多学科的一体化数字平台，取代仅靠平面图、剖面图的二维展示，实现油田直观、便捷、高效的科学研究，在提升科研水平的同时，通过充分利用原有设备可以降低构建高可用系统的成本，也可以减少服务器、应用软件运维的成本和工作量，简化软件应用部署过程，提升应用效果和效率。数值模拟云应用平台今后应在更多专业软件中推广应用。