问道未知 谋定前沿｜中石大期刊发布石油科学100个难题

近日，中石大《石油科学》期刊正式发布“石油科学100个难题”（100 Grand Challenges in Petroleum Science）。100个难题涵盖勘探与开发、储运与管网、炼油与石化、石油材料科学、碳捕集利用与封存—地热—氢能，以及能源经济与数字化转型六个领域，具有科学原创性、实践紧迫性、变革潜力、跨学科性质、学科平衡等特征。这项里程碑式编辑成果，有望在未来数十年间持续影响石油科学的发展轨迹。

其中十项最具颠覆性的挑战包括：超深层（>8000米）油气成藏与保存的多因素耦合理论——该问题的突破有望将有效勘探深度延伸至10000米，极大拓展全球油气资源；超深层液态烃生存极限与液态窗下延的控制机制——可能改写有机地球化学，将液态窗扩展至250°C甚至更深；超临界CO₂无水压裂的相变控制与支撑剂输运增效机理——可实现零淡水压裂，使碳捕集利用与封存（CCUS）从成本中心变为利润中心；储层纳米示踪剂的表界面设计及其运移—吸附—解吸行为反演——有望实现“地下CT”级别的孔隙剩余油分布成像；增强型地热系统中人工与天然裂缝网络的动态相互作用——可消除诱发地震的社会接受障碍，推动地热安全商业开发；枯竭储层储氢中氢的地球化学与微生物消耗机制及调控——这是氢经济商业化的关键一步，可将枯竭储层储氢的工作气比例从低于50%提升至80%以上；干热岩取热用超长重力热管的工作流体选择与相变传热极限——可将干热岩地热发电平均化成本降至0.05–0.08美元/千瓦时；基于多源卫星数据的全球油轮运力实时监测与运费预测——建立首个日度独立库存监测系统；油气数据的价值构成、所有权与定价机制——将数据从“记录”提升为“生产要素”；基于数据—机理融合的油藏数字孪生实时构建与演化理论——将油藏管理从离线经验操作转变为实时自适应优化。

深入分析100个挑战，可归纳为三种类型。机理导向型问题（68项）寻求多尺度耦合的统一理论，构成整个知识体系的“根基”，回答“为什么会发生”的根本问题——例如超深层油气成藏多因素耦合理论、多相催化中气—液—固界面传递统一理论等。技术导向型问题（13项）在极端条件下推高工程极限，例如超深层储层高精度地球物理预测极限、超高温高压钻井液流变学控制等。系统层级问题（19项）处理全链条集成与能源转型，涉及多主体、多尺度、多目标下的集成与优化——如CCUS全链条效率、全球油气供应链韧性演化、油气数据资产价值与定价机制。

人工智能已从赋能者演变为核心驱动力，超过30%的挑战将数据、算法或智能系统作为关键解决路径。AI正在改变石油科学的认知方式——数据驱动与机理驱动路径趋向融合；通过数字孪生重塑研究链条，在虚拟空间实现高保真模拟；同时重新定义价值标准——数据正成为独立的生产要素。物理信息神经网络（PINNs）、可微分编程和神经算子等“灰盒”方法，代表了未来计算石油科学的重要方向，它们将物理知识嵌入算法结构，既保留数据驱动的灵活性，又提供部分可解释性。

同样具有变革力的是低碳转型，这体现在30余项挑战中，涵盖CCUS、地热、氢能、生物质转化和低碳炼化。低碳转型正在重构学科的价值标准——油气资产需考虑碳风险、搁浅风险与合规成本；时间尺度从年—十年拓展至百年—千年（CCUS与地下储氢）；空间尺度从油藏/井筒扩展至全球碳循环与分子级CO₂—矿物界面反应；学科边界也被拓宽，与地球化学、热力学、电化学、微生物学等深度交叉。低碳转型与人工智能共同构成石油科学范式变革的“双引擎”。

早在2021年10月，《石油科学》期刊召开主题研讨会，启动面向全球征集“石油科学100个难题”活动。经过多轮专家研讨、广泛外部评审，并从科学原创性、实践紧迫性、变革潜力、交叉性、时间影响力和学科平衡六个维度进行评估，作者团队最终凝练出100个基础科学问题清单。

石油科学正从“资源开采科学”迈向“智慧综合能源科学”——一个涵盖地下空间利用、多能耦合、碳循环管理与智能决策的宏大体系。这一转变要求对知识体系、教育模式和研究组织方式进行系统性重构。这份学科路线图旨在指导未来数十年的科研规划、投资决策与人才培养，同时促进全球范围内的跨学科协作。正如作者所言，任何重大科学问题清单都是开放且动态的——随着理论突破与工程实践的推进，旧问题将被解决，新问题会不断涌现。但此刻，清晰界定“我们未知什么”，是迈向未来的必要一步。

石油科学100个难题

内容来源：中国石油大学（北京）

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