人类会迎来一场能源革命吗？大量尖端科技已开始“入侵”石油业了

当下，跨界创新已成为油气行业的最重要命题之一，因为局限于行业内部的创新，已不足以满足油气行业发展需求。在这一趋势下，人工智能、量子计算等高新技术，无不在加速“入侵”传统油气行业。

为了促进油气行业同跨界高新科技的融合发展，同时让油气从业者看到一个更广阔的世界，“石油Link”同《石油商报》在联合推出“当代油气行业十大技术突破”榜单（点击链接查看）后，又推出了“影响油气行业未来的十大跨界科技”榜单。

“影响油气行业未来的十大跨界科技”展现了当下一些在油气领域发展迅速的跨界新兴科技，尽管这些科技并不源自油气行业，但却在改变着油气行业的传统生产方式。油气行业该如何打破边界更上层楼？认识下这些新兴科技或许可获得更多启发。

影响油气行业未来的十大跨界科技▼▼

以下为榜单详细内容及技术解读:

01

人工智能

如果要问油气行业的第一生产力是什么，人的智能可能是最佳的答案之一。“石油存在于地质学家的大脑里”，这句广为流传的名言正好反映了这一观念。

倘若能够提高油气行业的智能力量，无疑可让油气行业跃升到一个新水平。而当下，人工智能技术则提供了这样一种契机。

人工智能技术集合了计算机、心理学、生物学等众多领域科技，其目的在于使机器承担那些通常需要人类智能才能完成的工作。在某些时候，人工智能甚至可表现出超越人类智能的水平。

已有应用表明，人工智能所具备的“深度学习能力”，能够发现一些人类所不能发现的关联或规律。谷歌的人工智能程序阿尔法狗在同人类的围棋大战中屡次获胜，充分展现了这一点。

在油气领域，人们也在试图利用人工智能寻找一些现实的石油人所“看不见”的规律。利用这些规律，可找到一些地质工程师无法找到的隐秘油气藏、预知一些普通工人无法预见的设备故障。

目前，人工智能也已经开始在油气领域蔓延。例如2018年谷歌就和道达尔开展了战略合作，研发用人工智能技术处理地质数据；GE贝克休斯公司已推出了用于优化油气生产的人工智能软件，并在北美的油田开始了实际应用。

技术主要研究者：微软、谷歌、C3 IoT、IBM、NVIDIA、Belmont Technology、埃森哲、甲骨文

02

增材制造

诸如定向井钻井、深水油气生产等作业，都需要使用一些极其特殊的装备。这些装备的生产对精密度有极高要求，而且生产工序复杂，无形中增加了石油公司的经营成本和风险。

为了简化特殊装备的生产过程，增材制造技术越来越多地进入了油气行业的视野。

增材制造技术目前也被广泛称为“3D打印”，这一技术采用材料逐渐累加的方法制造实体零件，可实现特殊零件或者复杂形状的快速制造。

3D打印目前在工业领域推进颇有成果，已被应用于飞机零件生产等高端制造领域，在石油领域也有不错的商业化应用。

例如通用电气就借助增材制造技术生产燃气轮机的部件，将产品测试和验证的时间缩短了近50%；中石油还和南风股份合作，利用重型金属3D打印技术制造高压长输管线的三通，解决了手工焊接三通效率低、焊缝冲击韧性差的传统问题。

3D打印对装备制造过程的改变，未来可能重塑整个装备供应链结构。这种定制化的生产方式，可减少石油企业的产品库存，大大降低其经营风险。

技术主要研究者：通用电气、澳洲Aurora Labs、中国南方增材、西门子、德国eos公司。

03

增强现实

油气设备的维修保养，一直是令企业头疼的问题，因为其拆解组装过程复杂，往往需要经验丰富的人员到现场指导，费时费力。而借助增强现实技术（AR）则有望改善这一情况。

增强现实技术，是指把原本在现实世界中难体验到的信息，通过计算机模拟仿真后叠加到真实世界当中的技术。佩戴上AR装备，虚拟信息可被转化成视觉、听觉等信息，由此被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

例如借助增强现实技术，可将油气设备维修工作程序导入AR智能眼镜工作辅助系统内，使用者可获得生动、形象的维修教程，为维修工作提供实时指导，减少人为差错、提高维修质量。

不仅如此，资深工程师还可以通入AR系统远程对现场人员进行指导，无需再千里迢迢远赴现场。

目前，AR技术在油气行业的应用也已开始。2019年4月，壳牌石油公司公布计划，将在12个国家推广AR耳机应用，实现对员工作业的远程指导。GE贝克休斯也已尝试应用AR头盔，开展燃气轮机的远程维修工作。

技术主要研究者：RealWear、VRMedia、Upskill、MIT、Fieldbit、Microsoft

04

量子计算

三维地震勘探、随钻测井，这些油气行业关键技术无不是基于计算机诞生的。计算机技术一旦迎来大变革，油气行业势必也将随之风起云涌。而商用量子计算机的问世，正在掀起这样一场风暴。

在传统计算机中，信息单元为比特位，其不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态。而二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于“ 0” 态或“1” 态外，还可处于叠加态。配合量子力学演化的并行性，量子计算机计算速度可达到传统计算机难以企及的程度。

量子计算机未来除了影响地质勘探、油藏模拟等涉及大量数据处理的领域，对石油化工行业也可能带来一次颠覆。

目前，量子计算机一个极被看好的商用领域是用于分子模拟，通过精确建模找到化学反应的最佳结构，这有望大大提高石化产品的生产效率。

在2019年1月，埃克森美孚宣布和IBM开启合作，探索量子计算在油气领域的应用。同期，IBM也推出了全球首款可商用的量子计算系统Q System One。

技术主要研究者：IBM、中国科学技术大学、D-Wave、Rigetti、Lockheed Martin

05

金属有机框架材料

天然气的存储运输，一直是这种能源发展的重大阻碍。因为相对于液体和固体，气体的运输存储极为不便，尽管液化天然气（LNG）产业的出现改善了这一局面，但储运的便捷程度仍是有限的。

天然气的储运未来还会有突破吗？金属有机框架材料（MOFs）可能就是未来。

MOFs是一种具有微孔结构的结晶有机--无机杂化物，由于其微孔特性，这种材料具有很大的内比表面积，可吸附大量气体，能在有限体积内储存高密度的气体。这种材料的出现，未来有望让天然气的储存更加便捷。

目前在汽车领域，天然气的存储主要通过压缩方式（CNG）或者LNG。但CNG方式存储量十分有限，限制了汽车的续航能力，而LNG储罐的体积较大，不适用于小型汽车，所以天然气燃料汽车至今难以普及。

目前有不少研究者在攻坚MOFs存储气体技术，尝试用其取代传统的CNG和LNG存储方式。此外，还不少研究人员在探索用MOFs进行天然气的净化处理，即利用吸附作用去除硫化氢、二氧化碳，以降低天然气的生产处理成本。

技术主要研究者：巴斯夫公司、Immaterial Labs Ltd、Immaterial、新加坡国立大学、佛罗里达州大学、劳伦斯伯克利国家实验室、匹兹堡大学

06

区块链

石油是全球贸易量最高的大宗商品，不仅贸易规模大，且贸易环节多、频率高。这意味着，石油贸易的执行需要消耗大量时间，且石油公司和投资者难以实时追踪贸易数据。

如果能够简化石油贸易的流程，并提高贸易数据的透明度，将为石油公司和投资者节省巨大成本。区块链技术因此备受油气行业青睐。

区块链是一种去中心化的数据库，也被称之为分布式账本技术。采用这种技术可实现数据库共享，自动实时更新，并可借助计算机演算法在极短时间内处理交易并结算，无需第三方验证。在过去一年，全球不少大型石油公司都已尝试应用区块链优化贸易流程。

在2018年，荷兰银行、柯氏集团、贡渥集团、摩科瑞、BP、壳牌、Equinor等公司，联合推出了基于区块链的大宗商品交易平台Vakt，雪佛龙、道达尔、印度信诚实业也在2019年加入了该平台。据Vakt的组建者表示，该平台预计可将石油交易效率提高30%-40%，并把能源交易费用降低40%。

同年，阿布扎比国家石油公司也推出了基于区块链的自动记账系统，该系统适用于油气全产业链。从油气出井到消费终端，中间每一个环节的交易都可利用该系统进行跟踪、确认和执行，从全产业链上提高石油公司的运作效率。

技术主要研究者：Linux基金会、蚂蚁金服、以太坊基金会、EthHub、摩根大通、R3CEV

07

新一代工业机器人技术

提高生产的无人化水平，一直是油气行业所热衷追求的。因为这不仅可将石油工人从一些艰苦的岗位中解放出来，还能够降低企业运营成本。近年来新一代工业机器人技术发展的加速，为实现这一目标打开了新窗口。

传统的工业机器人大都只能在流水线上工作，且可控性十分有限，而新一代工业机器人则突破了这些限制。新材料、物联网等技术的进步，使新一代工业机器人可具备更强的环境感知力和灵活性，这使得机器人可以进入复杂的环境中从事更精准细致的操作。

在2018年，ANYbotics公司就推出了一款自动机器人——ANYmal，用于在海上平台执行巡检工作。

ANYmal拥有灵巧的四足和自动导航系统，可以奔跑、跳跃或上下台阶。这款机器人可以替代人工在海上平台进行日常巡检，包括监测机器运行状况、监测油气泄露等。

除了用于巡检，机器人取代部分钻工也在成为趋势。通常情况下，在钻台上完成一次钻具的抓取组装操作至少需要3名以上钻工，而借助更灵活的机器人，只需要一名操控人员就可以了。NOV、Canrig Robotics等公司，目前都已生产出此类机器人。

技术主要研究者：ANYbotics、Canrig Robotics、NOV、Eelume AS、Kongsberg Maritime、Oceaneering、Taurob、MIT

08

5G通信

物联网是油气行业未来最重要的基础设施之一，但传统物联网主要采用有线方式连接设备，这使得物联网的建设成本较高。并且按照传统的信息传输方式，信息的传输速度仍旧是较低的。

受制于这些因素，虽然油气行业物联网建设已呼吁多年，但成效和规模目前还十分有限。而5G通信的兴起，有望扭转这一局面。

相比4G网络，5G网络不仅具有高带宽、低时延的“增项能力”，更具有低能耗、大连接、深度覆盖的低成本优势，这一特点更符合物联网所需要的基本特性。

借助5G网络，油气领域的物联网建设可承载更多设备连接、传输更大流量，这将推进油气行业物联网建设进入真正的大规模时代。

目前，中石油等公司已开始探索5G通信在物联网建设中的应用。在2018年，华为展示了基于4.5G面向5G的无线窄带离散频谱聚合创新技术-eLTE-DSA离散载波聚合解决方案，助力油气行业构建能源物联网。

技术主要研究者：华为、爱立信、中兴、高通、诺基亚、三星、英特尔

09

石墨烯材料

提高油气装备材料抗高温、高压、腐蚀性气体和液体的能力，一直是油气行业技术研发的热点。近年来石墨烯材料的出现，为实现这一目标提供了全新可能。

石墨烯是目前已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲，并具备良好的阻隔性能和屏蔽性能。

研究适用于油气管道的石墨烯防腐涂层，是油气行业当下的一大技术热点。在2018年，曼彻斯特大学就公布了一种将石墨烯掺入聚合物衬里的方法，可适用于海底油气管道内部防腐。

研究人员通过将石墨烯纳米层压到一种常用油气管道塑料衬里——聚酰胺11（PA11）之上，生产出了一种阻隔性能极好的结构。

测试结果显示，这种阻隔结构将二氧化碳渗透率降低了90%以上，硫化氢的渗透率则降到了无法检测的水平。

除了应用于油气管道，石墨烯防腐材料在钻井、采油领域也有广阔的应用前景，尤其是用于增强井下工具的耐腐蚀能力。

技术主要研究者：GRAPHENEA、北京碳世纪科技有限公司、AGM、HAYDALEGRAPHENE、NanoXplor

10

智能材料

阀门、管道等常见油气设备在遭受意外损坏时，能否实现自我修复，而不依靠人工检测和维修？这一设想听起来不可思议，但智能材料的出现，有望将其变为现实。

智能材料是指可感知外部环境，并随环境变化做出可控响应的新型材料，具有自诊断、自修复、自适应等能力。

例如随着外界温度、压力的改变，智能材料可自动改变其形状；当材料出现裂缝或损坏时，智能材料可像生物一样自动“愈合伤口”。

目前，智能材料已在油气行业有初步的应用。例如一些油服公司，利用了记忆材料生产完井工具和设备。

贝克休斯公司曾利用具有记忆性的聚合物，开发出了新型的防砂系统。压缩后的多孔记忆性聚合物在下入到井底后，可在井底温度、液体条件下膨胀并贴合井壁，起到防砂功能。这相比传统砾石防砂作业，流程大大简化。

类似的记忆性智能材料，还可能用于实现无水地层压裂、输油管道修复等。除了记忆材料，智能材料种类还包括电（磁）致流变流体、电致伸缩材料等，这对制造新型的油气阀门、传感器、灵巧石油机器人等都提供了可能。

技术主要研究者：麻省理工大学、Stratasys Ltd.、惠普、ExOne Co.

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