油藏模擬軟件的算法分析以及圖形工作站/服務器硬件配置推薦
油藏模擬(Reservoir Simulation)是一種高度復雜的多相流體、多孔介質(zhì)中的數(shù)學建模與數(shù)值仿真問題,核心目標是預測油氣藏中油水氣的流動分布與采收率。涉及求解非線性偏微分方程組(Darcy定律 + 物質(zhì)守恒),屬于高計算量仿真。
藏模擬軟件有Schlumberger的ECLIPSE、CMG的STARS、Chevron的CHEARS、Landmark的tNavigator、Open Porous Media Initiative的OPM,以及一些開源軟件如MRST,每個軟件的主要算法,例如ECLIPSE使用有限差分法,IMPES和全隱式方法。NEXUS也是有限差分和全隱式。CMG的STARS和GEM可能用有限體積法,隱式求解,特別是STARS處理熱采。CHEARS基于有限元或有限差分。tNavigator使用有限體積法,并支持全隱式。OPM和MRST作為開源工具,使用有限體積或有限差分,MRST用MATLAB實現(xiàn)。
油藏模擬軟件在算法、硬件需求和計算效率方面各有特點,以下是主要軟件及其計算特點概述:
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軟件名稱 |
算法 |
CPU核數(shù) |
GPU支持 |
內(nèi)存需求 |
硬盤與IO |
1 |
Schlumberger ECLIPSE |
基于有限差分法(FDD),支持IMPES(隱式壓力-顯式飽和度)和全隱式求解器(FIM),處理黑油、組分及熱采模型 |
MPI,推薦16~64 核最佳 |
不支持 |
百萬網(wǎng)格約需數(shù)十GB,十億級模型需TB級分布式內(nèi)存 |
需高速存儲(SSD/NVMe),并行文件系統(tǒng)(如Lustre)優(yōu)化IO,臨時文件可達數(shù)百GB |
2 |
INTERSECT |
控制體積有限差分(CVFDM),非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格支持 |
MPI+OpenMP,推薦 64~256 核+ |
基于CUDA的線性求解器 |
大規(guī)模模型需TB級內(nèi)存 |
高速存儲 |
3 |
CMG (IMEX/STARS/GEM) |
IMEX:全隱式FDM、分裂法 STARS:有限體積法(FVM),全隱式求解,專長熱采(如蒸汽驅(qū))。 GEM:組分模型,支持EOS(狀態(tài)方程)。 |
MPI,受限于算法,可能最優(yōu)核數(shù)為24-128核 GEM模塊并行效果更好 |
GEM部分版本支持GPU加速(如CUDA) |
十億網(wǎng)格需數(shù)百GB至TB級 |
依賴高速存儲,輸出文件可能達TB級 |
4 |
tNavigator(Rock Flow Dynamics) |
有限體積法,全隱式求解,支持代理模型(如流線法)加速 |
強GPU, CPU需求較低(如32-64核) |
廣泛支持NVIDIA GPU,顯著加速求解過程,4塊GPU |
依賴GPU顯存(如多塊A100),模型較大時需高顯存配置 |
需高速IO,SSD陣列推薦,臨時數(shù)據(jù)規(guī)模中等 |
5 |
開源軟件OPM |
有限差分,全隱式求解,支持黑油模型 |
并行擴展性一般(≤16核) |
不支持 |
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6 |
開源軟件MRST |
基于MATLAB的有限體積法,適用于快速原型開發(fā)。 |
單核為主 |
無GPU支持 |
內(nèi)存需求低(中小模型) |
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通用硬件建議
(1)GPU加速:tNavigator和CMG GEM部分模塊支持較好,適合大規(guī)模隱式求解。GPU模型依賴顯存容量(如NVIDIA A100 80GB)。
軟件 |
支持 GPU |
GPU 加速功能 |
ECLIPSE |
不支持 |
無 GPU 支持 |
INTERSECT |
支持部分 |
基于CUDA的線性求解器 |
CMG |
實驗性 |
不正式支持生產(chǎn)級GPU加速 |
tNavigator |
完全支持 |
完整CUDA支持,主要算法均有GPU實現(xiàn) |
OPM Flow |
不支持 |
CPU-only |
(2)內(nèi)存:十億網(wǎng)格模型需TB級分布式內(nèi)存,
模型規(guī)模 |
內(nèi)存需求 |
特殊說明 |
小模型 <10M網(wǎng)格 |
32~64GB |
標準配置即可 |
中型模型 10M~100M 網(wǎng)格 |
128~256GB |
含大量井/組分場更吃內(nèi)存 |
大模型/全場開發(fā) |
≥512GB |
INTERSECT、CMG 多采用高密度集群 |
(3)存儲:NVMe SSD或并行文件系統(tǒng)(Lustre/GPFS)應對高IO需求,臨時存儲需數(shù)TB空間。
項目 |
建議配置 |
原因 |
磁盤容量 |
≥2TB SSD |
模擬過程會生成大量 restart/data/log 文件 |
I/O 類型 |
NVMe SSD或閃存陣列(更佳) |
迭代與中間數(shù)據(jù)頻繁寫入,影響仿真效率 |
(4) 核數(shù)平衡:超500核可能因通信開銷導致效率下降,需結(jié)合網(wǎng)格規(guī)模和算法隱式程度優(yōu)化。
本地工作站或集群配置建議
本地高端工作站(中型模型)
資源 |
配置建議 |
CPU |
Intel Xeon W-3565X ≥32 核,AMD Threadripper 7900 |
GPU |
NVIDIA A100 80GB/RTX 4090 48GB,數(shù)量1~2塊 (僅tNavigator有用) |
內(nèi)存 |
256~512 GB DDR5 ECC |
存儲 |
NVMe SSD ≥2TB,建議 RAID-0 |
網(wǎng)絡(集群版) |
InfiniBand ≥100Gbps,RDMA支持(如INTERSECT) |
如果你有具體的模擬場景,比如聚合物驅(qū)、熱采、頁巖氣多孔裂縫系統(tǒng)、井網(wǎng)優(yōu)化等,我可以針對場景推薦適合的配置清單。
CMG油藏數(shù)值模擬工作站硬件配置方案2024v2
http://www.jwwsc.com/article/e8/2438.html
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