國之重器 科技相托
——記中國石油勘探開發研究院智能控制與裝備研究所團隊

祝傳海

從工業4.0、中國制造2025，到智慧城市、智能交通，再到數字銀行、電力物聯網，各行各業都在進行數字化轉型。在云計算、物聯網、人工智能等新一代信息技術的驅動下，以數字化為基礎的數字經濟更是成為新時代眾多領域發展的趨勢。身處新一輪工業革命，油氣行業同樣面臨著信息技術與行業深度融合的新形勢與新挑戰。

“作為油氣行業中最基礎的領域，裝備是油氣數字化轉型的重要抓手和著力點，也是保障國家能源安全及未來整個行業數字化進程具體成果落地的關鍵所在?！敝袊涂碧介_發研究院智能控制與裝備研究所所長曹剛認為，目前，世界油氣工業已經走過近160年的發展歷史，油氣資源的高質量發展已成為保障國家能源安全的重要途徑。然而，隨著主力油田全面進入產量遞減期，我國油氣資源勘探開發的重心逐步轉向低滲透、陸相深層、深水油氣藏，以及非常規油氣藏等難動用儲量。油氣資源品質劣質化程度不斷加劇，開采難度不斷加大，也給油氣裝備的研發與應用帶來前所未有的機遇和挑戰。他說：“特別是在數字化轉型與綠色低碳的大背景下，一方面，要采用新技術、新材料、新工藝，完成設備智能化、高端化的轉型；另一方面，造就大國重器不能拘泥于傳統基礎學科的束縛，要以交叉學科研究為抓手，不斷創新突破，用顛覆性科研成果突破關鍵技術瓶頸，滿足保障國家能源安全供應的迫切需求?！?/p>

裝備升級是立所之基

“鉆頭不到，油氣不冒?！庇蜌庋b備從來都是制約油氣行業發展的關鍵，20世紀70年代開始，我國油氣裝備與工具大部分依賴進口，油氣開采因此非常受限。

工欲善其事，必先利其器。始建于1976年的智能控制與裝備研究所（以下簡稱“智能裝備所”）就是在這樣的環境下誕生的，其前身為石油機械研究所，隸屬于中國石油勘探開發研究院（以下簡稱“勘探院”），主要從事油氣開采裝備與工具的技術研發、技術支持、技術服務及宏觀戰略決策研究，是我國油氣田開發重要的裝備與工具研究機構，為我國油氣裝備的發展建設作出了重要貢獻。

2006年，油氣“低成本時代”到來。同年9月，“石油機械研究所”更名為“采油采氣裝備研究所”，研究方向從石油鉆井裝備轉向采油采氣裝備及工具，形成了分層注采、人工舉升、修井作業系列新技術新裝備，先后研發出頂驅、盤剎、電子司鉆、第四代分層注水工藝技術等重大油氣裝備，填補了多項國內技術空白。

“智能裝備所取得的成績，主要得益于之前的積累，是前幾任領導和同事共同努力的結果，是他們一起奮斗，研發出了有影響力的產品。”曹剛介紹說，多年來，在全所同仁的共同努力下，包括膨脹管井筒綜合治理工具、纜控分層注水實時監測與控制技術、分段壓裂系列工具、電潛直驅螺桿泵無桿舉升技術，以及增材制造和先進表面處理技術等在內的一系列具有自主知識產權的新技術、新工具，相繼在各油田推廣應用，成效顯著。

曹剛

其中，纜控分層注水實時監測與控制技術實現了單井/區塊分層注水參數和注水動態的實時監測、實時調配及優化分析，在大慶等油田開辟了5個示范區，支撐了我國細分注水技術持續保持國際領跑地位。分段壓裂系列工具集成了可溶金屬材料體系、可溶高分子密封材料體系、快速可溶解橡膠、可溶卡瓦等關鍵技術，僅鉆塞就為油田節省費用近千萬元，且大幅度降低了壓裂施工風險。膨脹管井筒綜合治理工具適用于全系列套管規格的膨脹管補貼工具，滿足脹撈一體快速作業、大通徑封堵調層、350℃高溫熱采井和水平段重復壓裂井筒再造等生產需求，并在13家油氣田應用超過1700井次，成功率超過98%。電潛直驅螺桿泵無桿舉升技術能有效解決桿管磨損問題，為中國石油天然氣集團有限公司（以下簡稱“中石油”）機械采油降本增效增添了新利器。增材制造采用EOS M290金屬3D打印機，可實現模具鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金等材料高質量3D打印。先進表面處理技術包括表面織構和先進涂層處理技術，解決了摩擦磨損、結垢結蠟、腐蝕沖蝕等系列問題，已在往復和旋轉運動的多個案例中成功應用。

雖比高飛雁，猶未及青云。盡管已經取得了諸多成績，但是智能裝備所團隊在院領導的指導下，始終緊跟時代步伐，不斷開拓進取，關注國際前沿技術發展趨勢。近年來，油氣行業面臨勘探難度加大、開發成本上漲、油價不穩定、安全節能環保以及“雙碳”目標等一系列挑戰，根據油氣行業轉型升級的形勢需要，2022年4月，采油采氣裝備研究所更名為智能控制與裝備研究所（交叉學科研究中心），以智能化油氣開采工具和裝備的技術研發、技術支持、技術服務及宏觀戰略決策研究為主要任務，同時負責交叉學科融合與協同發展。

裝備升級是立所之基。作為油氣行業中最基礎的領域，裝備是油氣數字化轉型的重要抓手和著力點，也是保障國家能源安全以及未來整個行業數字化進程具體成果落地的關鍵所在。曹剛告訴記者，目前，油氣行業面臨數字化轉型，而作為具有最基本支撐作用的領域，所有的科技創新和發明創造最終能否發揮作用，關鍵要通過相應的裝備和工具來實現驗證。所以，必須通過裝備的數字化升級、復合型團隊建設和多學科研究的顛覆性交叉融合，來加快數字化轉型的步伐?！霸跀底只途G色低碳的大背景下，智能裝備所將以數字化設計和先進制造方法為手段，以交叉學科研究和應用為基礎，開展油氣開采智能裝備研究，形成以智能分層注采、數字化采油、智能化修井為代表的關鍵技術裝備，支撐公司穩油增氣、數字化轉型、綠色低碳的發展戰略?！?/p>

數字轉型是未來之重

作為世界第一大制造業國家，我國石油天然氣裝備的應用規模位居世界前列。但我國油氣裝備行業大而不強，存在運行效率低、維護成本高、高端裝備大量依賴進口等“短板”。抓住新一輪科技革命與產業變革深度融合、加速演進的發展機遇，將現代信息技術與石化工業深度融合，通過數字化轉型構建石化產業數字經濟發展新格局，助力國家“雙碳”目標的實現，是油氣裝備行業高質量發展的關鍵。

事實上，早在2000年，中石油信息化建設就堅持“六統一”原則，按照信息技術總體規劃持續推進?！笆濉币詠?，中石油更是不斷深化對數字化轉型的認識，圍繞數字化轉型、智能化發展進行頂層設計、前瞻布局，建設“數字中國石油”被提到了前所未有的高度。

2017年11月，曹剛從大慶油田采油工程研究院來到中國石油勘探開發研究院，也帶來了大慶石油人的“三敢三嚴”精神?！拔沂?1月23日從大慶開車到北京，晚上11點多到的勘探院，第二天報到?！敝钡浇裉?，他依然清晰記得初到勘探院時的情景，“領導的殷切關懷、同事們的團結協作，以及團隊那種敢于開拓創新、勇闖無人區的科研氛圍都讓我備感振奮”。這期間，他在劉合院士的指導下，開始從事人工智能在采油采氣工程應用場景的研究，積累了數字化轉型的經驗。2022年5月，他通過勘探院公開遴選，成為智能裝備所正式更名后的第一任所長。

同井注采實驗系統

“面對數字化轉型和綠色低碳發展的大趨勢，既要不斷提高油氣田采收率水平，又要控制生產運營成本，就必須有大的顛覆性技術做支撐。”曹剛介紹說，目前，作為勘探院數字化轉型的重要組成部分，智能裝備所有兩個重點項目正在推進攻關。

一個項目是由劉合院士牽頭、裴曉含首席和賈德利專家主要負責的智能分層注采技術攻關。此項目可以說是分層注采工藝智能化、數字化的升級?！斑@個技術最早發源于大慶油田，經過了多年的迭代，目前發展到第四代分層注水技術。”此技術的突破將充分發揮數字油田的降本提效潛力，通過研發應用智能互聯產品和技術，深度挖掘油田開發過程中產生的海量數據，實現基于油藏分析、采油工程、修井作業等多學科、跨部門數據充分共享和高效協同條件下的科學決策與分析，不斷提高油藏開發方案的設計和實施水平。和傳統分層注水開發模式相比，此技術在控制綜合成本和提高采收率挖潛空間等方面具有突出優勢。同時，此技術與我國能源行業降本增效、數字化轉型和綠色低碳的發展規劃高度契合。目前，已在大慶油田第四采油廠初步建成智能分層注采工程示范區，為我國水驅老油田的數字化建設起到重要示范引領作用。

另一個是由鄭立臣專家主導的井下流量波項目，也是由智能裝備所主導的一個解決“卡脖子”問題的項目。井下流量波技術，是基于流動液體的連續性原理和質量守恒定律，通過獨特的編碼算法，將注水系統的采集和控制信息加載到流量波上，實現注水井的井下無線遠程通信與控制。經過多年攻關，項目組突破了兩大科學難題：一是信號與水流的耦合與解耦難題；二是井下數據低功耗、高精度傳輸技術。目前，此項目現場先導試驗取得初步成效，為水驅老油田低成本開采提供重要技術儲備。

在裝備升級方面，智能裝備所也是“兩條腿走路”：一方面要將原有的硬件設備打造成智能互聯的裝備；另一方面是打造油氣裝備的信息管理平臺。智能裝備所數字化轉型的重點任務之一就是搭建“設備信息管理平臺”。當前，由張立新博士負責的數字化轉型重點項目——石油設備信息管理平臺，正在加緊籌備中?！安还馐怯布O備，還要把核心的有價值數據管起來，讓數據資產的價值能夠充分被挖掘出來?！辈軇傉f，平臺首先要滿足業務上的需求，滿足整個集團公司的設備管理需求，提供全面、準確、真實的數據，實現全生命周期的運維管理。其次，作為集團總部的技術支撐單位，平臺建成后能夠對整個行業的設備應用水平、應用現狀做出宏觀分析與梳理、預測，為最終決策做好支撐儲備。最后，從科研創新的角度，技術人員必須時刻關注在用設備的運行狀況，以及核心裝備、核心部件與核心產品的失效形式和失效機理，通過對關鍵數據的長期跟蹤和深入分析，及時發現油氣裝備在實際生產中面臨的痛點和難點，從而找到科研創新的切入點?！拔蚁嘈?，這個平臺建成后將成為智能裝備所一個新的技術增長點，以后也將是我們的核心技術?！?/p>

中國石油勘探開發研究院智能控制與裝備研究所團隊部分成員合影

交叉融合是強所之本

重任未變，情懷不改。

“我為祖國獻石油”的主旋律回蕩在大慶油田，融入所有石油人的血液里，也激蕩在曹剛心底。20多年大慶油田的工作經歷深深感染著他，也讓他將這種精神傳遞給了智能裝備所的團隊成員。如今，一個機構兩塊牌子，向著同一個目標奔赴，用他的話來說就是“所有的工藝技術和創新技術能不能起作用，最后得通過裝備工具來實現”。

隨著油田開發不斷深入，面對近年來油藏類型及開發矛盾呈現多元化和復雜化趨勢，常規采油技術“單打獨斗”的優勢正在遭遇挑戰，為老油田挖潛增效和新油田高效開發成為擺在所有石油人面前的首要任務。

如何為高效益、高效率的油氣田勘探開發提供一流裝備？對智能裝備所來說，不僅要持續提升傳統油氣裝備的性能水平，更要通過開展多學科交叉融合攻關研究，實現油氣裝備的轉型升級。為此，勘探院早已布局謀篇，用“數字化+智能化”融合賦能，實現油田高質量可持續發展；以交叉融合引領學科發展，實現未來技術的突破。為此，智能控制與裝備研究所的第二塊牌子就是“交叉學科研究中心”。

“這是院里給智能裝備所的新定位，希望團隊能突破傳統工藝的束縛，有創新、有突破、有顛覆，解決現在面臨的技術難題。既然是學科研究，從字面定義來看，就不是簡單地將不同領域知識加以綜合應用，而是對不同學科一起融合應用后產生的新學科開展研究，這與目前油氣裝備的發展也是很契合的?！痹诮邮懿稍L時，曹剛告訴記者。

技術創新始終是世界石油工業發展進步的動力源泉，要高效勘探、效益開發、降本增效，就要有顛覆性的新技術出現?；A研究是顛覆性技術創新乃至整個創新體系的關鍵源頭，“新材料、新工藝、新手段等全都要跟得上，所以我們需要從基礎開始，從材料和工藝上入手來做”。曹剛坦言，難度非常大，但團隊成員將全力以赴。

為了滿足交叉學科研究的需求，智能裝備所相繼引進了不同學科的人才，涉及智能裝備所下設5個研究部的4大研究方向：井筒控制與仿生技術研究、采油裝備研究、井下工具研究、基礎實驗研究。另外，組建的“井下流量波遠程通迅項目部”由鄭立臣專家帶隊，主攻關鍵技術?！暗谒拇謱幼⑺夹g”由賈德利專家帶隊，重點攻關高含水油田分層注水開發技術難題。“我們團隊中有清華大學機械、摩擦專業的，有北京科技大學冶金、控制專業的，有哈爾濱工業大學電器電子專業的，還有德國、美國留學回來的專業人才，碩士博士占比多，人員素質很高?！边@支年輕精干的高素質優秀團隊也是智能裝備所最大的財富。

目前，全所共有員工55名，黨員占比63.6%，年齡主要集中在31～40歲，平均年齡39歲，碩士以上占比87.3%，高工以上占比60%?！拔覀冊邳h建工作中注重以高質量黨建引領高質量發展。大家都很有沖勁，很有想法，每個人都有自己獨立的課題。”作為團隊的領頭雁，曹剛希望能為大家做好“溝通協調橋梁”“后勤服務保障”的角色，搭建好這個凝心聚力、團結協作的平臺，也希望能整合全所資源，集中力量做大事。

智能控制與裝備實驗室全景

在大慶油田深耕多年的曹剛，先后擔任采油工程研究院的舉升工藝室主任、海外中心主任、副總師、企業技術專家，以及大慶油田海外提高石油采收率項目經理部總工程師等職，經歷過多種角色的轉變，也曾親歷團隊從0到1、從無到有，所以在管理中也有自己獨有的方法。2022年5月初到智能裝備所，曹剛做的第一件事就是組織制訂全所的數字化轉型戰略規劃。經過科委會全體成員一個多月的深入研究和論證，明確了數字化轉型戰略的目標、原則和實施路徑。大家一致認為，數字化轉型的目的絕不是拋棄傳統業務，而是進一步強化、提升和拓展核心業務能力。目標和原則明確了，今后的工作方向和具體抓手就清晰了。在此基礎上，統一規范部門管理制度和業務流程，突出管理崗位的服務保障功能，讓科研工作者集中精力思考和解決生產一線的關鍵難題，盡量少一些時間花在溝通協調、跑業務流程等輔助性工作上，所謂“好鋼用在刀刃上”。

公平公正、公開透明也是管理一個團隊需要遵循的原則，“所有工作擺在桌面上，特別是涉及個人利益時需要與本人充分溝通，為團隊每一位成員著想”，這也是曹剛作為更名后第一任所長的初心。曹剛不計較個人的付出，但他在乎團隊成員對他的信任，他希望這個團隊的每一個人“不是打著自己的小算盤”，而是一個大家庭，家庭和諧是個人發展的堅實后盾。

萬事開頭難。經歷半年多的磨合，團隊運行基本走入預期的正軌。曹剛坦言，團隊成員有著不同的專業背景，專業跨度大導致溝通融合的難度更大。開展綜合性、智能互聯項目時，很多傳統的設計理念、目標和路徑都需要推倒重來。一切都是新的，“交叉融合也不是說說就能實現的，需要更深入的交流、更多的融合”。

立足當下，布局未來。

將我國油氣產量長期保持在4億噸油當量的年產量水平，需要年均新增地質儲量不低于20億噸油當量，這不是一件輕而易舉的事情。這是我國油氣行業上游板塊“十四五”面臨的主要矛盾和必須面對的戰略選擇。曹剛說，希望智能裝備所在勘探院的總體部署規劃下，勠力同心，攻堅克難，努力打造國際一流的油氣裝備研發中心，用科技創新推動油氣裝備的升級換代，用數字化手段提高生產管理與決策支撐水平，為保障我國能源安全供應打造高水平的裝備利器。