國產數智化核心工業軟件為油氣勘探開發賦能

戴 城 陳志強

?在油氣勘探開發領域，高端專業軟件不僅是企業的核心競爭力，還是傳統油氣行業信息化升級、數字化轉型的重點，代表著高效率、高收益，是市場爭奪的有利錨點

?目前，西方國家工業軟件發展時間較長，基本上掌控著國際上最先進的研發技術和軟件產品，海外石油公司高度重視工業軟件技術研發，以斯倫貝謝、哈里伯頓為代表的國際油服公司，每年保持3%的科研投入強度，持續進行高端軟件研發

?中國石化“十條龍”科技攻關項目—油氣藏開發一體化軟件COMPASS Plus研發于2023年正式立項，該項目以COMPASS軟件為基礎，對標國外一流商業軟件，研發具有中國油氣開發特色的一體化軟件，實現軟件特色功能領跑

工業軟件是指應用于工業領域，以提高工業企業研發、生產、管理水平和工業裝備性能的應用軟件，是工業設計和生產最重要的核心技術，被譽為“工業皇冠上的明珠”。

在油氣勘探開發領域，高端專業軟件不僅是企業的核心競爭力，還是傳統油氣行業信息化升級、數字化轉型的重點，代表著高效率、高收益，是市場爭奪的有利錨點。盡管全球能源轉型持續加快，但在今后相當長時期內，石油和天然氣的主體能源地位不會改變。油氣勘探開發工業軟件通過對地震數據、井筒數據、油藏數據等進行處理計算、模擬分析，使得勘探開發業務變得可計算、可量化，從而提高勘探開發決策的科學性，保障業務成果的準確性。隨著國家大力推進油氣勘探開發，全力發展并解決一系列“卡脖子”技術，減少對國外專業軟件的過度依賴，是今后油氣行業在技術發展方面的一項重要工作。

國內外油氣藏工業軟件發展現狀

近年來，我國工業軟件行業受到政府的高度重視和國家產業政策的支持。2015年國務院發布《中國制造2025》，提出要突破高端工業軟件核心技術，開發高端工業平臺軟件和重點領域應用軟件，推進中國工業軟件體系化發展和產業化應用。2020年8月，國務院發布《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》，將工業軟件納入重點支持的范疇。2021年，習近平總書記在兩院院士大會上指出，“要從國家急迫需要和長遠需求出發，在石油天然氣、基礎原材料、高端芯片、工業軟件等方面關鍵核心技術上全力攻堅”。

目前，西方國家工業軟件發展時間較長，基本上掌控著國際上最先進的研發技術和軟件產品。海外石油公司高度重視工業軟件技術研發，以斯倫貝謝、哈里伯頓為代表的國際油服公司，每年保持3%的科研經費投入強度，持續進行高端軟件研發，形成主導高端技術與軟件產品的格局。其主要軟件產品包括Petrel、Eclipse、OLGA、Landmark等，覆蓋了勘探開發領域的全流程核心業務。

除此之外，一些國際石油公司也在內部開發了一些模擬器，一方面將自己公司沉淀的技術產品化，另一方面也是減少對外部軟件的依賴，降低成本，比如埃克森美孚的Empower，殼牌的MORES，雪佛龍的Chears，康菲的Sensor，沙特阿美的Powers。這些模擬器將各個石油公司自己的技術和流程整合在一個平臺下，并依據實際案例不停的迭代更新優化，形成了系列特色技術，其應用效果不亞于國際主流軟件產品。

2000年以來，針對勘探開發一體化、地質工程一體化的發展趨勢，國外大型油服公司啟動了針對從地震資料處理、地質建模、油藏模擬、工程設計等全領域的軟件整合，逐步形成了油氣勘探開發全業務流程的一體化軟件平臺。同時，這些全流程的一體化軟件平臺已實現國際范圍的市場化，并逐步構建了穩定的軟件生態，對于外部軟件的研發造成了技術與市場壁壘。

目前斯倫貝謝研制的Petrel平臺是國際上最先進的油氣藏開發一體化工業軟件，由最初的地質建模專業軟件逐漸發展成油氣藏勘探開發一體化綜合軟件平臺，已整合Eclipse（數模）、Kinetix（壓模）、Visage（地應力）等軟件模塊，在全球油氣行業得到了廣泛應用。

在工業軟件自主化、產業化緊迫形勢下，國內科研院所、高校、企業紛紛投入自主工業軟件研發，掀起了自主工業軟件研發與應用熱潮。目前，國內各大石油石化企業已形成共識，以中國石化、中國石油等大型企業為“鏈長”，聯合應對“卡脖子”挑戰，協同開展工業軟件研發攻關工作，目前已取得一定進展。

在地震數據采集處理解釋方面，中國石化石油物探技術研究院自主研發了地震數據解釋平臺News和地震處理系統PAI，已經形成替代能力，并完成了智能化改造。中國石油東方地球物理公司研發了地震數據處理系統GeoEast，具有完備的多工區聯合解釋、多波解釋和深度域解釋能力，形成了疊前疊后一體化、地震地質一體化、解釋建模一體化的綜合地震地質解釋系統。

在地質建模和油藏模擬方面，中國石化石油勘探開發研究院（以下簡稱石勘院）相繼研發了數值模擬軟件COMPASS、壓裂模擬軟件HiFrac、地質建模軟件iDRS等軟件，其中COMPASS軟件工業化程度最高，目前已發布3.0版本，黑油和組分模型達到主流商業軟件水平，能滿足常規油藏衰竭開發、注水開采、注氣提高采收率的模擬要求，特別是在頁巖油氣方面形成了多項特色技術，軟件在涪陵、川南等頁巖油氣開發領域已逐步替代國外同類產品。石勘院研發了油氣藏數值模擬軟件HiSim、“地質—工程”一體化壓裂軟件FrSmart，輔助油藏工程師進行油氣藏精細油藏描述、層系井網部署和調整、水力壓裂施工參數設計、開發方案優化和提高采收率等研究。

COMPASS Plus—石勘院油氣藏開發一體化工業軟件探索與實踐

“地質—油藏—工程”一體化是當代油氣藏開發的核心理念，與傳統接力棒式的工作模式不同，一體化的工作模式要求地質模型、油藏模型、人工裂縫模型數據實時共享、模型動態更新，油氣藏開發一體化軟件是實現不同模型高頻互動的關鍵，是支撐“地質—油藏—工程”一體化工作模式的重要保障。

中國石化高度重視油氣藏開發一體化軟件研發，石勘院相繼研發了多款軟件，并成立了建模—數模一體化軟件攻關團隊，博士占比超80%。2023年，中國石化“十條龍”科技攻關項目—油氣藏開發一體化軟件COMPASS Plus研發正式立項，該項目以COMPASS軟件為基礎，對標國外一流商業軟件，研發具有中國油氣開發特色的一體化軟件COMPASS Plus，實現軟件特色功能領跑，主體功能可替代，其余功能逐步縮小差距。

COMPASS Plus預期達到以下目標：一是整合建模、壓模、數模3大模塊，實現建模數模數據格式標準化，業務流程無縫銜接；二是主體功能模塊對標國外主流商業軟件，非常規油氣領域形成系列特色技術；三是在中國石化代表性常規/非常規油氣藏開展示范性應用，為油田成體系培訓建模數模技術人才；四是在國外軟件發生斷供時，能夠滿足中國石化油氣藏開發需求。

COMPASS系列軟件未來分三步走，最終實現COMPASS由國內市場向海外市場的擴展，將COMPASS打造成全球化的石油石化核心工業軟件。

智能化轉型—未來油氣勘探開發工業軟件的發展趨勢

人工智能技術日新月異，國產軟件智能化水平亟待提升。工業軟件智能化轉型是大勢所趨，主流工業軟件均已推出智能化輔助分析工具，大幅提升了工作效率與產品競爭力，同時人工智能技術的應用將成為油氣數字化轉型的關鍵，在數據分析與挖掘、優化決策與支持等方面發揮巨大作用。目前，斯倫貝謝推出智能化輔助分析模塊GAIA，搭建于DELFI軟件生態的數字化勘探平臺，整合機器學習以分析油藏數據，自動化建模工作流程，并優化油藏管理策略。貝克休斯研發了JewelSuite AI，處理大量的油藏數據，并從中提取模式、趨勢和關聯，具有自動化的工作流程，用于執行歷史擬合和模型校準等任務。這些智能化實踐已初見實效，提高了油氣勘探開發效率，為整個油氣行業提供了新的思路和解決方案。

隨著油氣開發由平面開發向立體動用轉變，計算規模逐年增加，對工業軟件計算效率提出了更高的要求。借助國家超算中心，研發面向新一代國產超算的油氣藏勘探開發軟件系統，是未來重要的發展方向，進而實現千萬核級并行計算，支持10億以上網格超大規模、超高精度、超高效率的油氣藏直接模擬。以深層碳酸鹽巖油氣藏、大型頁巖油氣藏、高含水期碎屑巖油藏為研究對象，圍繞建立整體油氣藏模型、體現儲層內部非均質性、滿足三次采油精準模擬的需求，研發精細地質模型構建技術，實現億級網格模型構建，完成精細油氣藏模型案例。開展精細化數值模擬參數的表征方法研究，實現在實際油藏區塊的10億級網格的精細化數值模擬，為新區立體開發方案編制、老區剩余油氣挖潛提供精細化技術支撐。