智能開采始于 20 世紀(jì)八九十年代的自動采礦技術(shù)（Automated mining）和遙控采礦技術(shù) （Telemining /Distance mining），1992年芬蘭提出智能礦山（Intellimine）計劃，煤炭智能開采的概念基本確定。當(dāng)前我國老油田、非常規(guī)、深層、深水等油氣勘探開發(fā)亟需利用智能化裝備與材料，對油氣田生產(chǎn)動態(tài)進(jìn)行智能調(diào)控，以降低開發(fā)成本、 提高油氣產(chǎn)量和采收率。智能開采是指在不需要人工直接干預(yù)的情況下，通過開采環(huán)境的智能感知、 開采裝備的智能調(diào)控、開采作業(yè)的自主巡航，由開采裝備獨(dú)立完成的回采作業(yè)過程。煤炭與油氣的智能化開采是在機(jī)械化開采、自動化開采的基礎(chǔ)上， 通過信息化與工業(yè)化的深度融合提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的革命性技術(shù)。
1）煤炭智能開采關(guān)鍵工程技術(shù)、裝備與材料。 它是環(huán)境感知、智能決策、自動控制三個技術(shù)單元的深度整合，涉及工程環(huán)境感知、數(shù)字礦山、礦山 物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計算、裝備控制自動化五個分支。 工程環(huán)境感知是針對井下設(shè)備、人員和災(zāi)害三個方面的自動探測與傳輸技術(shù)，旨在解決復(fù)雜地質(zhì)條件 下采煤作業(yè)全過程監(jiān)控自動化與精細(xì)化問題。澳大利亞側(cè)重于以熱紅外成像為基礎(chǔ)的煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)智能探測；中國聚焦于采煤裝備位置與姿態(tài)的智能探測。我國智能開采裝備水平與國外相當(dāng)，具有采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)、機(jī)器故障參數(shù)、機(jī)器姿態(tài)參數(shù)等在線感知能力，具有采煤機(jī)截割滾筒記憶截割、機(jī)載無線收發(fā)信號功能，能夠構(gòu)建采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 國外主流電液控制液壓支架可完成綜采工作面設(shè)備 遠(yuǎn)程控制和系統(tǒng)故障診斷等功能，國內(nèi)液壓支架電液控制系統(tǒng)可靠性仍與國外技術(shù)存在一定差距。目前，我國自主研發(fā)的刮板輸送機(jī)智能化主要體現(xiàn)為 軟啟動控制、刮板鏈自動張緊和運(yùn)行工況監(jiān)測技術(shù)。綜采工作面智能化集成系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)綜采工作面采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)、組合開關(guān)、移動變電站等設(shè)備的智能化集成控制及協(xié)同互鎖，在一些煤礦應(yīng)用之后實(shí)現(xiàn)了綜采工作面自動化和少人化。裝備控制自動化是指在不需要人工直接干預(yù)情況下，采掘裝備通過預(yù)編程序?qū)崿F(xiàn)自主調(diào)控、采掘作業(yè)的自主巡航，由采掘裝備獨(dú)立完成的回采作業(yè)。澳大利亞重點(diǎn)發(fā)展采煤機(jī)的記憶割煤與自主導(dǎo)航技術(shù)，中國聚焦于井下采掘裝備遠(yuǎn)程遙控技術(shù)。
2）數(shù)字礦山與礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵工程技術(shù)、裝備與材料。它是以礦山空間數(shù)據(jù)與模型為中心，是空間信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及可視化技術(shù)在礦山企業(yè)綜合應(yīng)用的集中體現(xiàn)，其基本任務(wù)是通過統(tǒng)一時空 基準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一集成平臺，為礦山生產(chǎn)全過程的可視化、精細(xì)化、智能化管控提供數(shù)據(jù)保障與技術(shù)支持。數(shù)字礦山未來的主攻方向?yàn)椋旱V山空間數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)更新技術(shù)、礦山數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)、真 3D 實(shí)體建模與虛擬采礦技術(shù)。礦山物聯(lián)網(wǎng)由感知層、傳輸層、分析層和應(yīng)用層組成，依托覆蓋礦山井上井下的高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)礦山傳感網(wǎng)，通過多種傳感器將礦山環(huán)境、 設(shè)備及人員實(shí)時聯(lián)接起來，對礦山災(zāi)害環(huán)境、設(shè)備健康狀況、人員安全態(tài)勢的實(shí)時監(jiān)測、感知、交流與控制。礦山物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的重點(diǎn)為：多網(wǎng)融合 傳輸技術(shù)、多參量信息分析處理技術(shù)。隨著礦山物聯(lián)網(wǎng)覆蓋的范圍越來越廣，“人、機(jī)、物”三元世界在信息空間中交互、融合所產(chǎn)生并在互聯(lián)網(wǎng)上可獲得的數(shù)據(jù)也越來越大，這些數(shù)據(jù)的內(nèi)在價值的提取和利用需要用超大規(guī)模、高可擴(kuò)展的云計算技術(shù)來支撐。煤礦大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)尚處于起步階段， 需要在統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)建模兩方面著力發(fā)展。
3）智能化鉆井關(guān)鍵工程技術(shù)、裝備與材料。 智能化鉆井通過結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等，利用超前探測、閉環(huán)調(diào)控、精準(zhǔn)制導(dǎo)，可有效規(guī)避鉆井風(fēng)險， 形成高質(zhì)量井眼，提高鉆井速度、鉆遇率，降低鉆 井成本，是保證完井、生產(chǎn)順利開展的基礎(chǔ)。智能化鉆井需要基于鉆井過程大數(shù)據(jù)，通過分析實(shí)時工況，對鉆井破巖參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化，智能調(diào)控井眼軌跡。其中智能化鉆井關(guān)鍵工程技術(shù)主要涉及數(shù)據(jù)雙向高效傳輸技術(shù)、閉環(huán)智能調(diào)控技術(shù)、鉆井智能導(dǎo)向技術(shù)。鉆井過程會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，為了確保地面控制系統(tǒng)與井下信息的動態(tài)交互，需要利用智能鉆桿等裝備進(jìn)行更高效的數(shù)據(jù)傳輸。利用對鉆井?dāng)?shù)據(jù)的智能分析，通過信號反饋，優(yōu)化鉆井參數(shù)，形成鉆井信息閉環(huán)調(diào)控，顯著提高了鉆井?dāng)?shù)據(jù)處理效率，具體涉及無人化鉆臺、智能控壓、一體化司鉆控制等裝備。智能導(dǎo)向是根據(jù)地層條件與地面控制指令，控制鉆頭鉆速進(jìn)行靶點(diǎn)定向鉆進(jìn)，具體涉及智能鉆頭等裝備。為了提高復(fù)雜條件下工具性能， 碳纖維復(fù)合材料、高熵合金、超級鋼、純相多晶金剛石等材料受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。同時，仿生鉆井液、超分子聚合物鉆井液等作為井眼鉆進(jìn)與順利進(jìn)行的重要載體在國內(nèi)外得到了廣泛研究。當(dāng)前，挪威已將高度靈活、可執(zhí)行多任務(wù)無人化鉆臺應(yīng)用于 現(xiàn)場。貝克休斯首款 TerrAdapt 自適應(yīng)鉆頭，通過自動化控制來大幅減小井下故障發(fā)生頻率。英國北海 Babbage 油田通過智能閉環(huán)控制，利用智能鉆桿的數(shù)據(jù)高效傳輸，使機(jī)械鉆速提高了近200%。斯倫貝謝、貝克休斯、威德福、哈里伯頓等相繼將智 能導(dǎo)向技術(shù)用于鉆井現(xiàn)場。
4）智能化完井關(guān)鍵工程技術(shù)、裝備與材料。 智能化完井是借助先進(jìn)的傳感、傳輸、自動化控制設(shè)備，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等，可對油氣生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制，為智能生產(chǎn)的進(jìn)行提供有力支撐。智能化完井是利用結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等，通過自動化裝備，進(jìn)行層間隔離、永久監(jiān)測、流量控制、出砂控制，為智能化生產(chǎn)提供有效支撐。其中智能化完井關(guān)鍵工程技術(shù)主要涉及油井開采入流控制技術(shù)、完井參數(shù)智能優(yōu)化技術(shù)。當(dāng)前，一體化完井管理控制系統(tǒng)集井下監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、分層流量控制于一體，可以實(shí)現(xiàn)油藏信息管理、動態(tài)數(shù)據(jù)共享和流量智能調(diào)控， 受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，具體涉及井下傳感器、井下生產(chǎn)控制器、多通道封隔器等裝置。當(dāng)前，貝克休斯 InCharge 完井系統(tǒng)利用電力液壓驅(qū)動，可控制多達(dá) 12 個產(chǎn)層，實(shí)現(xiàn)無級節(jié)流。斯倫貝謝 Manara 完井系統(tǒng)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸、多通道封隔、分層監(jiān)控。此外，哈里伯頓、中石油等也相繼推出了SmartWell、EIC-Riped完井系統(tǒng)。同時， 結(jié)合納米材料與完井液的多功能智能化納米完井液體系，可對井下復(fù)雜情況或事故進(jìn)行自動識別與處理，已成為未來發(fā)展趨勢。
5）智能化生產(chǎn)關(guān)鍵工程技術(shù)、裝備與材料。 智能化生產(chǎn)是基于大數(shù)據(jù)、嘗試學(xué)習(xí)等對油氣田全生命周期的生產(chǎn)進(jìn)行動態(tài)管理與優(yōu)化。利用研究分支間協(xié)同工作，通過資料數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備、施工作業(yè)等有效整合，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)油氣開采智能化。智能化生產(chǎn)利用傳感裝置采集井下數(shù)據(jù)，然后傳輸至地面系統(tǒng)進(jìn)行智能分析和信號反饋，通過地面與井下裝備執(zhí)行控制指令，對井下工況進(jìn)行智能管理與優(yōu)化。其中，智能化生產(chǎn)關(guān)鍵工程技術(shù)主要涉及油藏生產(chǎn)動態(tài)實(shí)時四維解釋技術(shù)、智能驅(qū)替提高油田采收率技術(shù)、多元海量數(shù)據(jù)智能分析利用技術(shù)。油氣智能化生產(chǎn)主要涉及油田智能監(jiān)測裝備，獲取各個環(huán)節(jié)動態(tài)信息，為油氣藏實(shí)時解釋、油氣開采智能分析提供支撐。同時，在油氣田生產(chǎn)中會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，需要利用深度學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘等進(jìn)行信息的智能分析，對大數(shù)據(jù)儲存、計算裝備的性能也提出了更嚴(yán)苛的要求。此外，納米智能驅(qū)油劑由于可以顯著提高低滲透油藏的采收率，已得到了國內(nèi)外高度關(guān)注。當(dāng)前，Anadarko 石油公司基于 Delaware 盆地微生物 DNA 正在構(gòu)建龐大監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，用于分析油氣藏生產(chǎn)動態(tài)。油藏機(jī)器人可以準(zhǔn)確監(jiān)測復(fù)雜條件下溫度、壓力等信息，已成為國內(nèi)外研究前沿，阿美石油公司在該領(lǐng)域開展了積極研究。而殼牌公司利用大數(shù)據(jù)、云計算建立了油田管理系統(tǒng)， 初步實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動調(diào)控。為了提高油田采收率，中石油、中石化等在智能精細(xì)注水、智能納米驅(qū)油劑提高采收率方面進(jìn)行了積極探索。加拿大自然資源公司也開展聚合物納米微球提高采收率先導(dǎo)試驗(yàn)。此外，中國在超級計算機(jī)方面發(fā)展迅速，已達(dá)到國際先進(jìn)水平，為油氣開采中海量數(shù)據(jù)存儲、計算、分析等方面研究奠定了重要基礎(chǔ)。
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