戴?城?陳志強(qiáng)

工業(yè)軟件是指應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，以提高工業(yè)企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理水平和工業(yè)裝備性能的應(yīng)用軟件，是工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)最重要的核心技術(shù)，被譽(yù)為“工業(yè)皇冠上的明珠”。

在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，高端專業(yè)軟件不僅是企業(yè)的核心競爭力，還是傳統(tǒng)油氣行業(yè)信息化升級(jí)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)，代表著高效率、高收益，是市場爭奪的有利錨點(diǎn)。盡管全球能源轉(zhuǎn)型持續(xù)加快，但在今后相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，石油和天然氣的主體能源地位不會(huì)改變。油氣勘探開發(fā)工業(yè)軟件通過對(duì)地震數(shù)據(jù)、井筒數(shù)據(jù)、油藏?cái)?shù)據(jù)等進(jìn)行處理計(jì)算、模擬分析，使得勘探開發(fā)業(yè)務(wù)變得可計(jì)算、可量化，從而提高勘探開發(fā)決策的科學(xué)性，保障業(yè)務(wù)成果的準(zhǔn)確性。隨著國家大力推進(jìn)油氣勘探開發(fā)，全力發(fā)展并解決一系列“卡脖子”技術(shù)，減少對(duì)國外專業(yè)軟件的過度依賴，是今后油氣行業(yè)在技術(shù)發(fā)展方面的一項(xiàng)重要工作。

國內(nèi)外油氣藏工業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國工業(yè)軟件行業(yè)受到政府的高度重視和國家產(chǎn)業(yè)政策的支持。2015年國務(wù)院發(fā)布《中國制造2025》，提出要突破高端工業(yè)軟件核心技術(shù)，開發(fā)高端工業(yè)平臺(tái)軟件和重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用軟件，推進(jìn)中國工業(yè)軟件體系化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2020年8月，國務(wù)院發(fā)布《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，將工業(yè)軟件納入重點(diǎn)支持的范疇。2021年，習(xí)近平總書記在兩院院士大會(huì)上指出，“要從國家急迫需要和長遠(yuǎn)需求出發(fā)，在石油天然氣、基礎(chǔ)原材料、高端芯片、工業(yè)軟件等方面關(guān)鍵核心技術(shù)上全力攻堅(jiān)”。

目前，西方國家工業(yè)軟件發(fā)展時(shí)間較長，基本上掌控著國際上最先進(jìn)的研發(fā)技術(shù)和軟件產(chǎn)品。海外石油公司高度重視工業(yè)軟件技術(shù)研發(fā)，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(jīng)費(fèi)投入強(qiáng)度，持續(xù)進(jìn)行高端軟件研發(fā)，形成主導(dǎo)高端技術(shù)與軟件產(chǎn)品的格局。其主要軟件產(chǎn)品包括Petrel、Eclipse、OLGA、Landmark等，覆蓋了勘探開發(fā)領(lǐng)域的全流程核心業(yè)務(wù)。

除此之外，一些國際石油公司也在內(nèi)部開發(fā)了一些模擬器，一方面將自己公司沉淀的技術(shù)產(chǎn)品化，另一方面也是減少對(duì)外部軟件的依賴，降低成本，比如?？松梨诘腅mpower，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(gè)石油公司自己的技術(shù)和流程整合在一個(gè)平臺(tái)下，并依據(jù)實(shí)際案例不停的迭代更新優(yōu)化，形成了系列特色技術(shù)，其應(yīng)用效果不亞于國際主流軟件產(chǎn)品。

2000年以來，針對(duì)勘探開發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化的發(fā)展趨勢，國外大型油服公司啟動(dòng)了針對(duì)從地震資料處理、地質(zhì)建模、油藏模擬、工程設(shè)計(jì)等全領(lǐng)域的軟件整合，逐步形成了油氣勘探開發(fā)全業(yè)務(wù)流程的一體化軟件平臺(tái)。同時(shí)，這些全流程的一體化軟件平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)國際范圍的市場化，并逐步構(gòu)建了穩(wěn)定的軟件生態(tài)，對(duì)于外部軟件的研發(fā)造成了技術(shù)與市場壁壘。

目前斯倫貝謝研制的Petrel平臺(tái)是國際上最先進(jìn)的油氣藏開發(fā)一體化工業(yè)軟件，由最初的地質(zhì)建模專業(yè)軟件逐漸發(fā)展成油氣藏勘探開發(fā)一體化綜合軟件平臺(tái)，已整合Eclipse（數(shù)模）、Kinetix（壓模）、Visage（地應(yīng)力）等軟件模塊，在全球油氣行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

在工業(yè)軟件自主化、產(chǎn)業(yè)化緊迫形勢下，國內(nèi)科研院所、高校、企業(yè)紛紛投入自主工業(yè)軟件研發(fā)，掀起了自主工業(yè)軟件研發(fā)與應(yīng)用熱潮。目前，國內(nèi)各大石油石化企業(yè)已形成共識(shí)，以中國石化、中國石油等大型企業(yè)為“鏈長”，聯(lián)合應(yīng)對(duì)“卡脖子”挑戰(zhàn)，協(xié)同開展工業(yè)軟件研發(fā)攻關(guān)工作，目前已取得一定進(jìn)展。

在地震數(shù)據(jù)采集處理解釋方面，中國石化石油物探技術(shù)研究院自主研發(fā)了地震數(shù)據(jù)解釋平臺(tái)News和地震處理系統(tǒng)PAI，已經(jīng)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(fā)了地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)GeoEast，具有完備的多工區(qū)聯(lián)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(zhì)一體化、解釋建模一體化的綜合地震地質(zhì)解釋系統(tǒng)。

在地質(zhì)建模和油藏模擬方面，中國石化石油勘探開發(fā)研究院（以下簡稱石勘院）相繼研發(fā)了數(shù)值模擬軟件COMPASS、壓裂模擬軟件HiFrac、地質(zhì)建模軟件iDRS等軟件，其中COMPASS軟件工業(yè)化程度最高，目前已發(fā)布3.0版本，黑油和組分模型達(dá)到主流商業(yè)軟件水平，能滿足常規(guī)油藏衰竭開發(fā)、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(xiàng)特色技術(shù)，軟件在涪陵、川南等頁巖油氣開發(fā)領(lǐng)域已逐步替代國外同類產(chǎn)品。石勘院研發(fā)了油氣藏?cái)?shù)值模擬軟件HiSim、“地質(zhì)—工程”一體化壓裂軟件FrSmart，輔助油藏工程師進(jìn)行油氣藏精細(xì)油藏描述、層系井網(wǎng)部署和調(diào)整、水力壓裂施工參數(shù)設(shè)計(jì)、開發(fā)方案優(yōu)化和提高采收率等研究。

COMPASS Plus—石勘院油氣藏開發(fā)一體化工業(yè)軟件探索與實(shí)踐

“地質(zhì)—油藏—工程”一體化是當(dāng)代油氣藏開發(fā)的核心理念，與傳統(tǒng)接力棒式的工作模式不同，一體化的工作模式要求地質(zhì)模型、油藏模型、人工裂縫模型數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享、模型動(dòng)態(tài)更新，油氣藏開發(fā)一體化軟件是實(shí)現(xiàn)不同模型高頻互動(dòng)的關(guān)鍵，是支撐“地質(zhì)—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(fā)一體化軟件研發(fā)，石勘院相繼研發(fā)了多款軟件，并成立了建模—數(shù)模一體化軟件攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，博士占比超80%。2023年，中國石化“十條龍”科技攻關(guān)項(xiàng)目—油氣藏開發(fā)一體化軟件COMPASS Plus研發(fā)正式立項(xiàng)，該項(xiàng)目以COMPASS軟件為基礎(chǔ)，對(duì)標(biāo)國外一流商業(yè)軟件，研發(fā)具有中國油氣開發(fā)特色的一體化軟件COMPASS Plus，實(shí)現(xiàn)軟件特色功能領(lǐng)跑，主體功能可替代，其余功能逐步縮小差距。

COMPASS Plus預(yù)期達(dá)到以下目標(biāo)：一是整合建模、壓模、數(shù)模3大模塊，實(shí)現(xiàn)建模數(shù)模數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化，業(yè)務(wù)流程無縫銜接；二是主體功能模塊對(duì)標(biāo)國外主流商業(yè)軟件，非常規(guī)油氣領(lǐng)域形成系列特色技術(shù)；三是在中國石化代表性常規(guī)/非常規(guī)油氣藏開展示范性應(yīng)用，為油田成體系培訓(xùn)建模數(shù)模技術(shù)人才；四是在國外軟件發(fā)生斷供時(shí)，能夠滿足中國石化油氣藏開發(fā)需求。

COMPASS系列軟件未來分三步走，最終實(shí)現(xiàn)COMPASS由國內(nèi)市場向海外市場的擴(kuò)展，將COMPASS打造成全球化的石油石化核心工業(yè)軟件。

智能化轉(zhuǎn)型—未來油氣勘探開發(fā)工業(yè)軟件的發(fā)展趨勢

人工智能技術(shù)日新月異，國產(chǎn)軟件智能化水平亟待提升。工業(yè)軟件智能化轉(zhuǎn)型是大勢所趨，主流工業(yè)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(chǎn)品競爭力，同時(shí)人工智能技術(shù)的應(yīng)用將成為油氣數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，在數(shù)據(jù)分析與挖掘、優(yōu)化決策與支持等方面發(fā)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(tài)的數(shù)字化勘探平臺(tái)，整合機(jī)器學(xué)習(xí)以分析油藏?cái)?shù)據(jù)，自動(dòng)化建模工作流程，并優(yōu)化油藏管理策略。貝克休斯研發(fā)了JewelSuite AI，處理大量的油藏?cái)?shù)據(jù)，并從中提取模式、趨勢和關(guān)聯(lián)，具有自動(dòng)化的工作流程，用于執(zhí)行歷史擬合和模型校準(zhǔn)等任務(wù)。這些智能化實(shí)踐已初見實(shí)效，提高了油氣勘探開發(fā)效率，為整個(gè)油氣行業(yè)提供了新的思路和解決方案。

隨著油氣開發(fā)由平面開發(fā)向立體動(dòng)用轉(zhuǎn)變，計(jì)算規(guī)模逐年增加，對(duì)工業(yè)軟件計(jì)算效率提出了更高的要求。借助國家超算中心，研發(fā)面向新一代國產(chǎn)超算的油氣藏勘探開發(fā)軟件系統(tǒng)，是未來重要的發(fā)展方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)千萬核級(jí)并行計(jì)算，支持10億以上網(wǎng)格超大規(guī)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(duì)象，圍繞建立整體油氣藏模型、體現(xiàn)儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性、滿足三次采油精準(zhǔn)模擬的需求，研發(fā)精細(xì)地質(zhì)模型構(gòu)建技術(shù)，實(shí)現(xiàn)億級(jí)網(wǎng)格模型構(gòu)建，完成精細(xì)油氣藏模型案例。開展精細(xì)化數(shù)值模擬參數(shù)的表征方法研究，實(shí)現(xiàn)在實(shí)際油藏區(qū)塊的10億級(jí)網(wǎng)格的精細(xì)化數(shù)值模擬，為新區(qū)立體開發(fā)方案編制、老區(qū)剩余油氣挖潛提供精細(xì)化技術(shù)支撐。

第一作者系中國石化石油勘探開發(fā)研究院研究員，第二作者系該院高級(jí)工程師；兩位作者分別系“油氣藏一體化軟件研發(fā)”十條龍項(xiàng)目技術(shù)首席、專題負(fù)責(zé)人