国之重器中的中科院力量

让油气软件“硬”起来

李清宇团队在讨论问题

中国科大渗流力学实验室成员合影

近日，中石油宣布，准噶尔盆地东部康探1井获重大突破。第三次油气资源评价结果显示，准噶尔盆地常规、非常规石油资源量近100亿吨。这一发现改写了准噶尔盆地近30年无重大油气勘探发现的历史。

“康探1井就是用我们的软件进行解释评价的。”中国科学技术大学教授李清宇对《中国科学报》说，“油气开发中，评价储层物性参数，确定储量及评价开发效果不可或缺，没有这类软件就会受到制约。”

粗放开采时代过去了

“上天有路，入地无门。”大庆油田测试分公司副总工程师杨景海说，石油行业用这句话形容油气勘探开采看不见摸不着，分析起来困难重重。

更遗憾的是，目前易于开采储层中的油气基本上被采完了，而页岩油气、深井油藏或致密油藏等非常规油气藏和“老化”油井的开采技术要求高、难度大。

“上世纪50年代，不少油井往下挖百十米就喷出油来。现在这种油藏条件好的油井基本上都采完了。”李清宇说，“我国非常规油气藏储量很大，但传统技术无法开采或得不到很好的利用，粗放开采和凭经验生产的时代过去了。”

油气开采中，如果不加干预，刚开始产量会特别大，但一段时间后就无法稳定生产了。如果对油井进行一些调控，用技术手段控制压力，让它每天少喷点油，就能比之前多开采四五倍的时间，从而达到总产量更高，故障率更低的目标。

此外，油气井产能预测、开发措施评价、注水量调配、生产数据分析等更离不开各类分析软件和技术。

“油井也要不断‘体检’才能保持良好的生产状态。”李清宇说，“油气软件中，试井软件的作用就是给油井‘诊脉’，从而科学合理地开采开发。”

有它才能有底气

上世纪20年代，试井技术（利用井底压力反推油气流动参数并预测油气产能等）在美国产生，至80年代发展形成软件。至今，全球油气行业仍在使用美国的软件。但该软件主要用于解决美国油井的问题，中国的油气藏条件和美国差别较大，在实际应用中会碰到很多“疑难杂症”。

“我国油气藏地质特征复杂，国外软件公司无法提供专门的解决方案，他们只在每年一次的软件更新中，提供部分解决办法，但并不能保证问题就得到解决。”李清宇说，“没办法，技术就握在他们手里。”

价格昂贵、态度傲慢，软件不符合自己的油藏条件，遇到问题不能及时解决等诸多仰人鼻息的难处，让中国萌生了自主研发试井软件的想法。

1983年，受石油工业部委托，中国科大和石油类高校联合，围绕石油勘探与开发中的关键科学问题开展理论与应用研究，开始了我国第一代试井软件研发。

软件开发伊始，因为没有任何借鉴和参考，研发工作举步维艰。中国科大渗流研究室创始人孔祥言教授带着大家从翻译、学习文献开始，先吃透基本理论，再开展微分方程求解。短短几年，中国科大的理论推导就跟国外接轨了。

“难的是将理论形成算法程序，再由算法形成应用软件的过程。刚开始，我国计算机普及程度还很低，我们在系里只能‘排机时’来写代码。”李清宇说。

1990年，中国科大推出第一代试井软件后，才发现更严峻的考验是工业化应用时，软件面临千差万别的地质特征、开采工艺、数据格式等多学科交叉问题。

“软件是个黑匣子，只能应用，无法了解其内部算法和细节。因此软件的正确性验证是难以逾越的鸿沟。”孔祥言说，“幸亏石油部非常重视，特别是大庆油田非常支持。”

1993年，大庆油田决定拿出几口井应用中国科大的软件，实际上是给这款软件一个对比验证的机会。应用中，各种问题不断出现并反馈过来，研究人员在大庆油田一待就是十多天，有一次在现场待了近两个月。功夫不负有心人，研发人员常驻生产一线，不仅完善了软件，而且构思出软件新构架，为研发新一代软件提供了保障。

2000年前后，中国科大开发的新一代软件基本上可以替代国外软件，并在大庆勘探领域全面推广。2005年，中国科大开始研发油气开发软件，并形成数万个偏微分方程解的强大算法类库。大庆油田组织了一大批专家，历时数年与国外软件进行数万个算例的对比，为软件的工业化应用奠定了基础。

“现在已经推出第8代软件了，增加了我国页岩气、煤层气、稠油热采等模型，软件功能已超越国外同类软件。现在大庆油田所有油气井压力资料分析都用我们的软件。”李清宇说，“为满足需要，目前我们开发的软件有十多种，如生产数据、产能分预测及优化等，可对油气井进行综合评价，从而实现油气经济高效开发。”

“我们还研发出基于云端的油气计算平台，数据分析也部分实现了人工智能。”中国科大教授卢德唐说，“目前云平台上已集成多款计算软件，未来可扩展到交通、水力等工业领域，致力成为工业计算云平台。”

突破技术“制约”

“光纤测井是油气井测试的发展方向，但其技术难度极高，国外只有少数油服公司掌握。”李清宇说，国外公司的单井服务费约100万美元，且只提供软件解释，不销售软件。

数据送到国外后，一两个月后才能出结果，还要收取总服务费的40%。而光纤测井设备、现场施工都由中国提供，测试期间仪器损失、施工失败及环境污染等全由国内公司负责。更可怕的是，国内油气井地质情况及单井产能等重要数据也完全被国外掌握，对国家油气安全构成极大威胁。

上世纪90年代初，中国科大与国外合作研发过类似软件，此后不断深入研发，目前该软件处于测试阶段，不仅有望打破国外光纤测井的技术垄断，更能有效保护我国油气井数据。

“大庆油田将我们软件与国外软件进行对比，发现我们的软件不论是从功能上还是模型上，均已超过国外软件。”卢德唐说，“比如康探1井，国外软件和我们软件得出了不同的结论，试产期间的产量证实了我们软件的正确性。”

该团队已4次获省部级一等奖及国家奖，研发的系列油气勘探开发大型软件及设备在国内外油田得到广泛使用，其中全球井场数据采集、传输、解释一体化平台是中石油“十二五”十大工程利器之一，试井分析等软件仅大庆油田每年处理3万多口油气井测试数据，还承担所有致密油开发井动态监测分析。在新疆油田，承担近6年的所有探井储量及产能评价，为新疆发现10亿吨级页岩油作出重要贡献。

瞄准油气行业迫切需求

“以前是跟着国外做，现在更针对中国的油藏区块，专门进行研发。”李清宇说，“最近我们研发了国外没有的‘停泵压裂分析软件’，直接利用泵车上的压力就可以分析油气井压裂后的裂缝形态。”

几年前，新疆发现一个新型油藏（缝洞型油藏），这种油藏能稳产多年，用国外软件解释后发现结果完全对不上，中石化公司找到中国科大，专门针对缝洞型油藏进行了4年研发，形成一套专用软件交付使用。

“我们对中国重要区块都进行了定制，技术适用性很好，得到了现场专家的认可。”李清宇说，“我们要想立足中科院、立足中国科大，保证实验室良好运作，为国家重大需求多做点事。”