Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка высокоточных вычислительных методов и комплексной программно-алгоритмической системы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых сейсмическими и электромагнитными методами в шельфовой зоне Арктики

Номер контракта: 14.575.21.0084

Руководитель: Петров Игорь Борисович

Должность: ведущий научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
сейсмическая разведка, электромагнитная разведка, геофизические исследования арктического шельфа, математическое моделирование, численные методы, параллельные алгоритмы, супер-эвм

Цель проекта:
Проект направлен на решение задачи повышения точности определения структуры и объёмов нефтегазовых месторождений, в особенности применительно к трудноизвлекаемым ресурсам (месторождения Арктического шельфа). Целью проекта является разработка инновационных методов, технологий и комплексной системы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых сейсмическими и электромагнитными методами в шельфовой зоне Арктики для создания максимально достоверных геологических моделей перспективных нефтегазовых структур и повышения эффективности поискового бурения.

Основные планируемые результаты проекта:
К основным планируемым результатам проекта относятся:

1) Методы и алгоритмы получения и комплексной обработки сейсмических и электромагнитных данных, регистрируемых на акватории шельфа, в том числе в шельфовой зоне Арктики, для создания максимально достоверных геологических моделей перспективных нефтегазовых структур и повышения эффективности поискового бурения.

2) Высокоточные численные методы и параллельные алгоритмы для решения прямых задач сейсмической разведки с явным учётом разномасштабных неоднородностей (полости, слои, трещины, включения).

3) Численные методы и алгоритмы для решения прямых задач электромагнитных исследований.

4) Математические подходы и вычислительные алгоритмы для совместного решения обратных задач сейсмической и электромагнитной разведки.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате данного проекта будет разработан экспериментальный образец программного комплекса по высокоточному компьютерному моделированию задач сейсморазведки, по моделированию задач электроразведки с активным источником, а также по решению совместной обратной задачи сейсморазведки и электроразведки. Внедрение программного комплекса в промышленность позволит повысить точность геолого-геофизического прогноза и снизить риски непродуктивного бурения.
Полноволновое обращения сейсмических данных является в настоящее время чрезвычайно востребованным направлением, в рамках которого высока публикационная активность ведущих мировых коллективов. Перспективным считается направление, связанное с решением совместных обратных задач. Проведенное в рамках первого этапа проекта аналитическое исследование показывает, что построенная согласованная совместная модель акустики и электродинамики на основе условия структурного подобия будет соответствовать передовым мировым достижениям в этой области.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Планируемые результаты будут иметь важное значение для разведочной геофизики и нефтегазовой индустрии в целом. Так, получение модели электропроводности, согласованной с данными сейсморазведки позволит сделать выводы о типе флюидонасыщения перспективных структур. Применение полученных наработок при выполнении геолого-геофизических работ позволит в ряде случаев существенно сократить риски непродуктивного бурения.
Разработанные алгоритмы совместной минимизации могут быть применены для создания промышленного программного обеспечения для выполнения совместного обращения реальных данных. Также они могут быть применены совместно с другими операторами прямой задачи (например, часто используемые конечно-разностные схемы). Так или иначе, это позволит получать согласованные модели скорости звука и электропроводности. Поскольку сейсмическая скоростная модель будет получена в результате решения обратной задачи на низких частотах, и, к тому же, будет согласована с данными электроразведки, то использование этой модели при сейсмической миграции повысит качество получаемых изображений среды. Кроме того, привлечение данных электроразведки позволит судить о типе флюидонасыщения коллектора. Представляется, что внедрение разработанных научных результатов приведёт к повышению качества геолого-геофизического прогноза.
Потенциальными потребителями разработанного экспериментального образца автоматизированной системы являются геологоразведочные подразделения компаний нефтегазового комплекса: Газпром, Лукойл, Роснефть и др. Разработанные алгоритмы будут также представлять интерес для компаний, связанных с добычей рудных полезных ископаемых. Возможны применения полученных результатов в строительстве (например, исследование грунтов при строительстве). На внешних рынках потенциальными заказчиками могут быть компании ExxonMobil, Chevron, Shell, BP, Statoil и др.
Разработанный программный код может быть использован для развития следующих научных направлений в геофизике и смежных областях:
1) Развитие методов моделирования процессов распространения акустического и электромагнитных полей.
2) Развитие методов решения обратных задач сейсмической и электромагнитной разведки.

Выполнение ПНИ откроет возможности для:
- поиска и разведки месторождений нефти и газа в осложнённых условиях Арктического шельфа;
- повышения точности оценки объёмов запасов месторождений;
- оптимизации процедуры разработки месторождений с целью максимизации коэффициента извлечения углеводородов.

Текущие результаты проекта:
1) Разработан и реализован в виде компьютерной программы алгоритм решения прямой задачи акустики во временной области на основе сеточно-характеристического метода [Khokhlov et al. «Solution of Large-scale Seismic Modeling Problems» // Procedia Computer Science, 2015].
Поддерживаются двумерные и трехмерные структурные блочные сетки с наличием неоднородностей. Для численного интегрирования применяются сеточно-характеристические и конечно-объемные методы 2-4 порядка точности. Код распараллелен с применением технологии MPI. Реализована низкоуровневая оптимизация кода с использованием потоковых SIMD инструкций центральных процессоров SSE и AVX. В настоящее время достигнута эффективность распараллеливания до 70%, используя технологию MPI, при масштабировании до 16 тысяч вычислительных ядер.

2) Разработан алгоритм нахождения конечно-разностного решения уравнений электромагнетизма в среде с произвольным трёхмерным распределением электропроводности. Используемая дискретизация является консервативной и имеет второй порядок точности. Применимость разработанных методов подтверждена на примерах моделирования электромагнитного стримера на геологических моделях, построенных на основе данных из Печорского моря.
С целью эффективного использования ресурсов современных ЦПУ и кластерных систем, была произведена параллелизации алгоритма расчёта электромагнитных полей для архитектуры с общей и распределённой памятью. Так как при моделировании в частной области самым трудоёмким шагом является решение возникающих сеточных систем уравнений, то алгоритмы параллелизации нацелены на разбиение этого шага на максимально независимые блоки.

3) Разработан алгоритм решения совместной обратной задачи.

Научная новизна разработанного подхода заключается в том, что впервые стабилизатор на основе структурного подобия для распределения параметров двух видов применён для полноволновой инверсии данных сейсморазведки и электроразведки с активным источником.