胜利油田自主研发的神通地震成像软件正式投入生产应用

      近日，由胜利油田自主研发的神通地震成像软件在曙光国产高性能计算机上完成的沙1井工区地震成像处理资料，正式投入生产应用。神通软件在曙光高性能计算机的助攻下，如虎添翼。神通软件的主创者、胜利油田物探研究院地球物理勘探方法研究室党支部书记张猛说：“地震资料成像处理软硬件的国产化替代，实现了石油勘探领域软硬件的独立自主，我国石油企业在国际主流物探软件领域有了话语权。”

地下“逐光”

      过去十几年，张猛心里始终有一个执念——研发中国自己的地震成像处理软件，给石油勘探装上“中国芯”。这源自40年前的一段经历。20世纪80年代，我国石油勘探90%的软件长期依赖进口，国外软件公司出于知识产权保护，在机房安装软件时，专门搭建了一间玻璃房，把中方人员拒之门外。花钱买得到软件，却买不到技术。回想起这段经历，张猛仍觉得“扎心”：“国外软件核心技术源代码掌握在别人手里，只能使用，不能改动，而且只能在限定地点的指定计算机上使用。”从那时起，“研发自主可控的地震成像处理软件”的想法就像一粒种子在张猛心里扎根了。其实早在2002年，胜利油田成功自主研发地震成像处理软件——神通软件，实现了零的突破，但由于成像细节和处理效率都无法达到国外软件水平，一直未投入生产实践。

      2018年，胜利油田物探研究院成立技术团队开展实用化攻关。采集、处理和解释是物探工作三部曲。地震资料处理工作相当于“给地球拍CT”，把野外采集回来的地震信号通过地球物理方法处理成高清的地震剖面，勾勒出地下的面貌，帮助地质家寻找油气资源。地震资料的处理烦琐而复杂，涉及数据解编、去噪、速度分析等20余道流程，其中，叠前偏移处理运算量大、技术难度大，运算时间占整个地震资料处理周期的70%以上。团队只有十余人，如果贪大求全拉长研发战线，整个研发过程有可能变成一场持久战，只有毕其功于一役，集中优势兵力解决最核心的问题，才能快速实现突破。科研的道路没有捷径可走。最初，他们翻遍了国外主流软件操作手册和技术文档，试图找到攻克关键核心技术的突破口，但由于国外极其严密的技术保护“壁垒”，没有留下任何突破的可能。

      关键核心技术不可复制，只能依靠自主创新。失败，调整思路；再失败，改变方向……技术团队在不断试错中前进。“物探人员是‘地下工作者’，工作对象在地下，长年与黑暗相伴，我们的使命就是在黑暗中追逐光明。”张猛说。终于，历时两年，技术团队通过海量试验攻克诸多技术瓶颈和难点，捅破了“玻璃房”，填补了一个个空白，成功研发出新一代神通软件。

“软硬”结合

      2020年，团队成员满怀期待地拿着草桥北地震资料在新一代神通软件上测试，软件处理好的地震剖面图竟是一半清晰一半模糊的“阴阳脸”，心中的喜悦瞬间被浇灭。草桥北地震资料包含新老资料，分开处理，成像没问题；放在一块处理，结果就是“阴阳脸”。“这说明神通软件具有局限性，不同品质的地震资料在处理过程中无法实现完美融合。”张猛解释，“问题出在反假频算法。”反假频算法就是防止数据由于不均匀采集而产生虚假信息。反复试验后，团队找到了症结所在。调整后，“阴阳脸”不见了，一张清晰的地震剖面图跃然纸上。草桥北地震资料处理，是神通软件研发20多年来首次完成的全工区生产实践，标志着神通软件完全具备生产能力，正式从科研成果走向生产应用，终结了胜利油田长期依赖进口软件处理地震资料的历史。如果软件是人的灵魂，那么硬件就是人的躯体，只有“软硬”结合才能实现真正的独立自主。从二维地震到三维地震再到单点高密度地震，勘探开发60余年，随着物探技术的进步，地震资料采集的数据量呈现几何式增长。原来，一个工区的地震数据量只有几十GB，如今，一个工区动辄上百TB。急剧增长的数据量考验的是计算机的运算能力。2019年，胜利油田全年处理地震数据量约为125TB， 2022年预计新采集数据量超500TB，远超现有的计算能力和空间存储承载能力，阻碍和影响了勘探进程。超级计算机堪称国之重器，可高速运算大量数据。2021年，技术团队牵手国内最大的高性能计算机研发与生产企业曙光公司，攻克了神通软件的移植和测试工作。

      地球物理专业出身的胜利油田物探研究院地球物理勘探方法研究室主任师隆文韬，自学成才掌握了各种编程语言。“软件移植，就是要适应曙光国产高性能计算机的硬件环境，改变编程方式，把代码翻译成曙光计算机能够识别的语言，既要保证运算的正确性，又要兼顾运算的高效率。”他说，“这个过程就像让淡水鱼学会在大海里生存。”2022年2月，应用曙光国产高性能计算机，神通软件顺利完成了钱1井工区51TB地震资料处理任务，处理结果比肩国际先进商业软件，开中国纯国产化软件和硬件完成地震资料成像处理先河。

沙漠种草

      任何一款软件从诞生走向成熟都是一个发现问题、解决问题的过程。沙1井工区的地震波记录量高达100亿道，2022年9月，在资料处理过程中，每当计算运行到一个节点，运算就会异常中止。“科研，今天做不了，可以明天做，可生产等不了。”张猛说，“地质人员在等我们的处理结果部署井位。”在100亿道记录中寻找异常数据，无异于大海里捞针。查找问题、研究共性、思考算法……在一遍遍筛查中，他们发现软件的缺陷，修正了算法，堵住了漏洞，系统实现了对异常数据的自动过滤。神通软件和曙光高性能计算机的结合可谓强强联合，大幅提高了胜利油田地震资料的处理能力，缩短了勘探周期。沙1工区的地震数据量高达125TB，按照以往的成像处理速度，至少需要耗时10个月；如今，神通软件在国产高性能计算机的加持下，仅用15天就完成了地震资料处理任务。“搞科研容不得半点花拳绣腿，大家习惯了把论文写在纸上、发表在刊物上，但是只有把论文写在大地上，科研成果才能从‘实验室’走向‘应用场’。”张猛说，他十分喜欢我国著名地球物理学家马在田院士“沙漠种草”的格言——在科技无人区里搞研究，一定要有沙漠种草精神，稳住心神，耐住性子，脚踏实地，才能让沙漠变绿洲。在石油勘探领域耕耘，技术团队“在沙漠里种出了草”。2021年，神通软件在国产超级计算机中的移植和应用成果被搬上全国高性能计算机大会展厅，引起业内专家和学者的关注，有人抛来橄榄枝寻求合作，意欲将团队研究的核心算法硬件化，进一步提高资料处理效率。地震成像软件取名“神通”，代表着老一辈物探人员希望它神通广大。眼下，研究团队正在开辟新的“种草”领地，他们一边专注新算法的研究，进一步提高地震资料处理成像精度；一边丰富拓展神通软件的功能，让其真正成为一款神通广大的软件，实现物探人“物本探源，为国找油”的志向。

      如果第一代神通软件实现了零的突破，解决了有没有的问题，那么新一代神通软件实现了从零到1的跨越，解决了好不好的问题，未来，要实现由1到N的裂变，完成地震资料处理的全流程国产化，实现产业化应用，增强关键核心技术的自主可控能力。”胜利油田物探研究院副院长尚新民说。