Xây dựng hệ thống tính toán mô phỏng thăm dò địa chất trong ngành dầu khí

- ĐẶNG KHÁNH TRUNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG THĂM DÒ ĐỊA CHẤT TRONG NGÀNH DẦU KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 2013B Hà Nội – Năm 2016 TRANG PHỤ BÌA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- ĐẶNG KHÁNH TRUNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG THĂM DÒ ĐỊA CHẤT TRONG NGÀNH DẦU KHÍ Chuyên ngành : Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1.
- 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH THU NỔ ĐỊA CHẤN.
- Bài toán phân tích địa tầng dựa vào thu nổ địa chấn.
- Bài toán thăm dò dầu khí sử dụng phương pháp thu nổ địa chấn.
- Mô phỏng thu nổ địa chấn trong phòng thí nghiệm.
- Mô hình xử lý dữ liệu trong madagascar.
- Các mô hình địa chấn trong madagascar.
- 26 CHƯƠNG 3: PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM HỖ TRỢ THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG ĐỊA CHẤN.
- Khung ứng dụng mô phỏng địa chấn.
- Mô hình kiến trúc ứng dụng mô phỏng.
- Quy trình mô phỏng sử dụng các công cụ của madagascar.
- Lựa chọn công nghệ, cài đặt triển khai phần mềm mô phỏng.
- 35 CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM BÀI TOÁN MÔ PHỎNG ĐỊA CHẤN TRÊN NHIỀU HỆ THỐNG.
- Kết quả thực nghiệm bài toán mô phỏng.
- Em xin chân thành cảm ơn ! DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HPC High Performance Computing Hệ thống tính toán hiệu năng cao Shot Một lần thực hiện nổ và thu dữ liệu địa chấn CMP Common mid point Điểm giữa chung Trace Băng địa chấn CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm GPU Graphics Processing Unit Bộ xử lý đồ họa MPI Message Passing Interface Giao diện truyền thông điệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 sức mạnh tính toán của hệ thống HPC đo bằng công cụ linpack.
- 42 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình vẽ 1.1 phương pháp địa chấn phản xạ.
- 4 Hình vẽ 1.2 thực nghiệm thu nổ địa chấn thăm dò dầu khí trên biển.
- 5 Hình vẽ 1.3 mô hình thu nổ luân phiên 8 dây thu.
- 6 Hình vẽ 1.4 mô hình vận tốc trong không gian hai chiều.
- 8 Hình vẽ 1.5 mô hình vận tốc trong không gian ba chiều.
- 9 Hình vẽ 1.6 hình vẽ mô tả đứt gãy thuận.
- 9 Hình vẽ 1.7 hình vẽ mô tả đứt gãy nghịch.
- 10 Hình vẽ 1.8 mô phỏng thí nghiệm thu nổ hai chiều với 8 dây thu, mỗi dây thu 120 điểm thu.
- 11 Hình vẽ 1.9 video lan truyền sóng địa chấn.
- 11 Hình vẽ 1.10 dữ liệu băng địa chấn thu được sau thí nghiệm.
- 12 Hình vẽ 1.11 dữ liệu băng địa chấn sau khi sorting.
- 12 Hình vẽ 2.1 các bước xử lý dữ liệu trong Madagascar.
- 17 Hình vẽ 2.2 mô hình vận tốc trong không gian 2 chiều.
- 19 Hình vẽ 2.3 mô hình vận tốc trong không gian ba chiều.
- 19 Hình vẽ 2.4 dữ liệu sóng tại một thời điểm trong không gian ba chiều.
- 20 Hình vẽ 2.5 biểu đồ băng địa chấn vẽ bằng công cụ sfwiggle.
- 21 Hình vẽ 2.6 mô hình vận tốc đầu vào cho awefd2d.
- 22 Hình vẽ 2.7 sóng lan truyền tại một thời điểm trong không gian hai chiều.
- 22 Hình vẽ 2.8 hình ảnh băng địa chấn thu được qua mô hình awefd2d.
- 23 Hình vẽ 2.9 ảnh băng địa chấn thu được cắt theo không gian hai chiều của mô hình awefd3d.
- 23 Hình vẽ 2.10 biểu diễn đồ họa của nguồn nổ trong mô hình ewefd2d.
- 24 Hình vẽ 2.11 mô hình vận tốc và độ rắn bề mặt địa tầng.
- 25 Hình vẽ 2.12 ảnh chụp sóng lan truyền tại một thời điểm và băng địa chấn thu được .
- 26 Hình vẽ 2.13 biểu diễn nguồn nổ trong không gian ba chiều trong mô hình ewefd3d .
- 26 Hình vẽ 2.14 mô hình vận tốc trong không gian ba chiều của mô hình ewefd3d.
- 26 Hình vẽ 2.15 ảnh chụp sóng tại một thời gian trong không gian ba chiều kết quả của mô hình ewefd3d.
- 27 Hình vẽ 3.1 kiến trúc khung ứng dụng mô phỏng.
- 29 Hình vẽ 3.2 tương tác giữa thành phần giao diện và mã xử lý ngầm.
- 31 Hình vẽ 3.3 luồng xử lý dữ liệu của ứng dụng mô phỏng.
- 32 Hình vẽ 3.4 quy trình tạo mô hình vận tốc đầu vào.
- 34 Hình vẽ 3.5 tổng hợp dữ liệu các lần nổ và sorting CMP.
- 35 Hình vẽ 3.6 trang đăng nhập ứng dụng mô phỏng.
- 36 Hình vẽ 3.7 trang danh sách các dự án thí nghiệm mô phỏng địa chấn.
- 36 Hình vẽ 3.8 trang thông tin chi tiết dữ liệu đầu vào của mô hình mô phỏng.
- 37 Hình vẽ 3.9 công cụ vẽ địa tầng.
- 37 Hình vẽ 3.10 các bước để tạo và chạy dự án.
- 38 Hình vẽ 3.11 trang kết quả đầu ra sau khi chạy mô hình.
- 39 Hình vẽ 3.12 trang kết quả dữ liệu băng địa chấn thu được từ ứng dụng.
- 40 Hình vẽ 4.1 tải CPU khi chạy bài toán được hiển thị bằng công cụ đồ họa Ganglia.
- 46 Hình vẽ 4.2 băng địa chấn thu được khi chạy mô hình dài 50km.
- Một trong các hướng nghiên cứu thu hút được nhiều sự quan tâm đó là hướng nghiên cứu các bài toán mô phỏng.
- Các bài toán mô phỏng thường yêu cầu sức mạnh tính toán rất lớn mà các hệ thống trước đây không thể đáp ứng nổi.
- Bài toán mô phỏng lan truyền sóng địa chấn theo phương pháp sóng phản xạ để thăm dò địa chất là một bài toán thú vị và có ý nghĩa thực tế.
- Bài toán sẽ thực hiện mô phỏng lại quá trình kích nổ và thu sóng phản xạ để thăm dò địa chất.
- Việc nghiên cứu bài toán này sẽ trợ giúp cho công tác thăm dò địa chất bằng các kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm bổ sung cho các kết quả thu được thực tế ngoài thực địa.
- Kết quả của nghiên cứu sẽ góp phần giảm thiểu chi phí khi tiến hành thực nghiệm thăm dò địa chất tại thực địa và góp một phần công sức vào việc thúc đẩy tính toán hiệu năng cao trong nước.
- Trên cơ sở đó tôi đã lựa chọn đề tài: "Xây dựng hệ thống tính toán mô phỏng thăm dò địa chất trong ngành dầu khí".
- Đề tài nhằm tập trung nghiên cứu xây dựng phần mềm mô phỏng lại quá trình thu nổ địa chấn để thăm dò địa chất chạy trên hệ thống máy tính hiệu năng cao.
- Mục đích nghiên cứu 2 - Nghiên cứu tổng quan về bài toán mô phỏng để thăm dò địa chất - Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình trên hệ thống tính toán hiệu năng cao [4].
- Đối tượng nghiên cứu - Bài toán mô phỏng lan truyền sóng địa chấn [5].
- Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu bài toán lan truyền sóng địa chấn thực hiện thăm dò địa chất trên biển theo mô hình hai chiều và ba chiều [6].
- Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu về mô hình thu nổ để khảo sát địa tầng thực tế bằng phương pháp sóng phản xạ và mô hình thu nổ thăm dò dầu khí.
- Mô phỏng thu nổ thực tế trong phòng thí nghiệm.
- Chương 2: Tổng quan về madagascar mã nguồn mở hỗ trợ các thí nghiệm địa chấn và các mô hình áp dụng trong thu nổ địa chấn bằng phương pháp sóng phản xạ.
- Chương 3: Phát triển phần mềm mô phỏng thu nổ địa chấn.
- Chương 4: Thử nghiệm bài toán mô phỏng lan truyền sóng địa chấn.
- Đây là hướng nghiên cứu khá mới mẻ và trong khuôn khổ luận văn tôi đã xây dựng được hệ thống phần mềm mô phỏng lại các bài toán lan truyền sóng địa chấn để thăm dò địa chất.
- Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết toán học giải bài toán lan truyền sóng địa chấn để thăm dò địa chất.
- Phương pháp thực nghiệm, phân tích kết quả: thực nghiệm bài toán lan truyền sóng địa chấn bằng các công cụ mô phỏng trên nhiều hệ thống khác nhau kết hợp phân tích kết quả thu được.
- 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH THU NỔ ĐỊA CHẤN Chương đầu tiên giới thiệu về bài toán phân tích địa tầng bằng thu nổ địa chấn bằng phương pháp sóng phản xạ.
- Phương pháp này được áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực địa chất, địa cầu học và trong tìm kiếm thăm dò dầu khí.
- Chương này cũng sẽ nêu bật các thực nghiệm thu nổ địa chấn để thăm dò dầu khí trong thực tế.
- Mô hình thực nghiệm thực tế, cách thức thực hiện và kết quả của quá trình thực nghiệm.
- Trên cơ sở đó đề xuất mô hình thu nổ trong phòng thí nghiệm sử dụng một số mô hình toán và sử dụng phần mềm nguồn mở Madagascar [1] "Bộ công cụ phần mềm hỗ trợ tính toán khoa học".
- Bài toán phân tích địa tầng dựa vào thu nổ địa chấn Thăm dò địa chấn là một lĩnh vực quan trọng trong địa vật lý.
- Trong thăm dò địa chấn thực tế người ta sử dụng các kích động nhân tạo như nổ mìn rung dập để kích thích vào môi trường địa chất các xung lực.
- Người ta tiến hành thu nhận và ghi giữ các dao động sóng trên các băng địa chấn.
- Băng địa chấn chính là số liệu gốc, sử dụng để phân tích và quan sát lát cắt dưới sâu.
- Phương pháp địa chấn phản xạ được dùng trong một vài lĩnh vực của khoa học trái đất trong đó có tìm kiếm thăm dò dầu khí.
- Mỗi máy thu ghi nhận cho ta một đường địa chấn (trace).
- Bố trí dãy máy thu trên không gian cần phân tích địa tầng ta thu được nhiều đường địa chấn tương ứng với số máy thu lắp đặt.
- Tập hợp các đường địa chấn này cho ta mặt cắt địa chấn.
- Dựa trên các số liệu thu thập được này thông qua việc xử lý dữ liệu địa chấn và minh giải địa chấn cho ta bản đồ địa tầng cần khảo sát.
- Phương pháp thăm dò địa chấn đã được dùng trong một vài lĩnh vực của khoa học trái đất.
- Một trong các ứng dụng chuyên sâu của nó là sử dụng trong tìm kiếm thăm dò dầu khí.
- Bài toán thăm dò dầu khí sử dụng phương pháp thu nổ địa chấn Phương pháp thực nghiệm cho nổ trên bề mặt địa chất để thu được sóng phản xạ, dữ liệu băng địa chấn thu được sẽ qua quá trình xử lý minh giải để suy diễn các lớp địa tầng cần khảo sát được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực.
- Một trong những lĩnh vực quan trọng và rất quan tâm đến các kết quả thí nghiệm của phương pháp đó là trong lĩnh vực tìm kiếm thăm dò dầu khí.
- Việc thăm dò dầu khí hiện tại được thực hiện bằng cách cho tàu chạy trên biển và tiến hành kích nổ để thu các sóng phản xạ dưới nước.
- Các dữ liệu băng địa chấn thu được này rất lớn được lưu trữ vào băng từ để đem về xử lý.
- Hình vẽ 1.1 phương pháp địa chấn phản xạ 5 Hình vẽ 1.2 thực nghiệm thu nổ địa chấn thăm dò dầu khí trên biển Thí nghiệm được tiến hành bằng việc tàu sẽ kéo theo dãy dây cáp là các đầu thu để thu tín hiệu sóng phản xạ trở lại.
- Các thí nghiệm thực tế tại Trung tâm tìm kiếm và thăm dò dầu khí thường thực hiện với khoảng cách hai điểm kích nổ là 12.5m.
- Hình vẽ 1.3 mô hình thu nổ luân phiên 8 dây thu Trên hình là một thí nghiệm thu nổ trên biển 2 nguồn nổ luân phiên đặt cách nhau 50m.
- Việc tiến hành các thực nghiệm để tìm kiếm thăm dò dầu khí bằng cách sử dụng sóng phản xạ rất tốn kém thời gian và tiền bạc.
- Quá trình xử lý dữ liệu thu được sau khi tiến hành thực nghiệm cũng là một bài toán rất khó khăn do nhiễu và kết quả thu được sau khi minh giải là nhiều địa tầng khác nhau cùng ứng với một dữ liệu gốc địa chấn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt