【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核测井，具体涉及一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法。
技术介绍
1、地层密度在储层评价和油气评价中起着至关重要的作用。多年来，利用cs-137进行裸眼地层密度测井，建立了一套岩石性质和储层的综合定量评价系统。随着深井数量和复杂井轨迹的增加，给钻井期间通过测量获取油藏数据带来了操作风险和挑战。为了提高测井的安全性，减少放射性风险，过套管测量得到了广泛的应用。过套管地层密度测量是指在井下通过安装数千米金属套管，并填充水泥固井后，仪器发射cs-137射线经过套管、水泥介质，实现地层密度测量。这种在井中安装套管、浇筑水泥后进行测井的方法可以有效防止孔壁坍塌、隔离地层、封闭漏水层/油气层，为钻探提供一条稳定的通道。过套管密度测量能降低作业难度、规避一些潜在工程风险并减少工期，对于井下石油勘探具有重要意义。
2、在过套管密度测量中，由于光子需要穿过套管、水泥等介质，因此相较于裸眼而言，井下环境更为复杂。为了获得不同测井场景下的仪器响应，节省建立及开展真实实验室的工作量，常规方案是采用蒙特卡罗方法建立高保真度的仪器模型，来进行相关的仪器响应研究。但是，蒙特卡罗方法极其耗费时间成本和计算资源成本，对于计算机硬件性能和算例要求高。如：模拟一个直径为4英寸的密度仪器。在孔隙度为10％的石灰岩中，需要计算5*108个粒子，获得计数误差小于5％的理想结果。为实现这一目标，蒙特卡罗方法则需要在单线程计算机上花费1350小时。
3、近年来随着计算硬件的新发展而受到越来越多的关注。并行计算通常是通过消息传递
4、因此，基于geant4工具研究一种针对加速蒙特卡罗计算的强大工具，对解决常规蒙特卡罗耗时问题具有积极意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：提供一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，以解决过套管密度测量过程中蒙特卡罗模拟的计算资源成本高，耗时时间长的问题，实现井下不同测量环境的大规模批量快速模拟，从而构建蒙特卡罗仿真数据库。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，主要包括以下步骤：
4、步骤s1、基于计算机硬件平台搭建geant4并行环境；
5、步骤s2、实现geant4的g4-mpi和g4-mt混合并行功能在过套管密度测井模型中的开发植入，并行功能具体开发过程如下：
6、s2.1、基于geant4内核，设置套管井内的密度仪器计算模型；
7、s2.1.1通过主程序定义g4mtrunmanager和g4mpimanager、g4mpisession头文件函数并调用相关基类，使其通过geant4的runmanager运行管理器进行管理执行；
8、s2.1.2、根据用户定义的程序接口，定义模型中常用的蒙特卡罗参数，实现基本蒙特卡罗仿真运行框架；蒙特卡罗参数包括：几何体尺寸、材料，物理过程，源类型、方向、大小，粒子数；
9、s2.1.3、开发用于部署用户执行并行接口功能的脚本，该脚本用于在不同模式之间传输信息，帮助建立一个桥梁，将并行计算功能与基于geant4的过套管密度测井模型联系起来；执行并行接口功能的脚本包括：根据需求选择定义运行节点和线程的数量、为主节点分配粒子数并设置加权因子、输出多文件信息的自动合并；
10、s2.2、根据s2.1设置完成的套管井内的密度仪器计算模型，使用yhrun指令提交并行运行模拟程序文件至指定的高性能计算平台上，根据高性能计算平台的硬件性能，设置节点线程，进行蒙特卡罗仿真计算，获得相应仪器的结果响应；所述高性能计算平台上是指线程数达上千核数及以上计算平台。
11、进一步的，所述s1并行环境搭建包括子步骤如下：
12、s1.1、在计算机平台上安装mpich-3.1.4，通过在本地计算机平台解压、配置、编译，获取geant4软件与计算机的通信联系媒介；
13、s1.2、基于geant4自带的g4-mpi source文件夹，进入任意新建的文件夹，指定geant4安装绝对路径、g4-mpi source绝对路径、安装位置绝对路径，进行cmake预编译、make install编译安装、至此实现并行环境的搭建。
14、进一步的，所述s2.1.3针对分配粒子数还包括根据设置主节点的粒子分配权重占比，调整粒子数的分配。
15、进一步的，所述所述s2.1.3中输出多文件信息的自动合并设置如下：针对跨节点多线程运行中由用户自定义的runactionmaster()类进行合并，输出文件按使用的直方图格式进行，通过g4analysis类将子线程直方图数据合并至对应的子节点中，实现某一节点下多个线程的合并，然后将各个子节点直方图数据通过g4run合并至主节点中，至此实现跨节点多线程的数据合并功能。
16、进一步的，所述高性能计算计算平台为hpc。
17、进一步的，上述针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，还包括在节点线程设置时，筛选最有佳进程-线程组合步骤；最佳进程-线程组合筛选方法如下：
18、当g4-mpi和g4-mt混合并行计算时，选择在一个具有32线程的节点上，测试多组不同的组合并进行比较，得到在单个节点下混合并行计算中最佳的线程-进程组合。
19、进一步的，上述针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，还包括对混合并行功能在过套管密度测井模型中的开发植入的正确性验证和性能评估；
20、所述正确性验证方法为：利用过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法所得并行计算模型，进行常规单线程串行、多节点并行仿真，计算仿真结果与实测结果之间的误差，若误差在收敛蒙特卡罗模拟的统计不确定性范围内,则说明并行并行计算模型正确；
21、所述性能评估方法包括：
22、设计不同的线程-进程并行场景；针对每组线程-进程并行场景分别计算加速比和并行效率；
23、根据计算得到的加速比和并行效率评价g4-mpi或g4-mt分别单独工作下的性能。
24、更进一步的，采用多个节点的并行计算模拟，评估基于最佳进程-线程组合设置的线程节点扩展性；评估分为强扩展性评估和弱扩展性评估，其中强扩展性指的是整个系统的计算速率，弱扩展性则是指系统的稳定性。
25、更进一步的，所述强扩展性评估采用方法为：
26、在确保各组线程模拟均达到蒙特卡罗收敛前提下，不断增加对应于多个节点的线程数，以获取适当的加本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，所述S1并行环境搭建包括子步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于：所述S2.1.3针对分配粒子数还包括根据设置主节点的粒子分配权重占比，调整粒子数的分配。
4.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，所述S2.1.3中输出多文件信息的自动合并设置如下：针对跨节点多线程运行中由用户自定义的RunActionMaster()类进行合并，输出文件按使用的直方图格式进行，通过G4Analysis类将子线程直方图数据合并至对应的子节点中，实现某一节点下多个线程的合并，然后将各个子节点直方图数据通过G4Run合并至主节点中，至此实现跨节点多线程的数据合并功能。
5.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于：所述高性能计算计算平台为HPC。p>
6.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，该混合并行计算设计方法，还包括在节点线程设置时，筛选最有佳进程-线程组合步骤。
7.根据权利要求6所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，所述最佳进程-线程组合筛选方法如下：
8.根据权利要求7所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，上述针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，还包括对混合并行功能在过套管密度测井模型中的开发植入的正确性验证和性能评估；
9.根据权利要求8所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，采用多个节点的并行计算模拟，评估基于最佳进程-线程组合设置的线程节点扩展性；评估分为强扩展性评估和弱扩展性评估，其中强扩展性指的是整个系统的计算速率，弱扩展性则是指系统的稳定性。
10.根据权利要求9所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，所述强扩展性评估采用方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，所述s1并行环境搭建包括子步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于：所述s2.1.3针对分配粒子数还包括根据设置主节点的粒子分配权重占比，调整粒子数的分配。
4.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于，所述s2.1.3中输出多文件信息的自动合并设置如下：针对跨节点多线程运行中由用户自定义的runactionmaster()类进行合并，输出文件按使用的直方图格式进行，通过g4analysis类将子线程直方图数据合并至对应的子节点中，实现某一节点下多个线程的合并，然后将各个子节点直方图数据通过g4run合并至主节点中，至此实现跨节点多线程的数据合并功能。
5.根据权利要求1所述的一种针对过套管地层密度测量的混合并行计算设计方法，其特征在于：所述高性能计...
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