2024 年 6 月 30 日，河北上善石油机械有限公司与上海交通大学在上海正式签订技术开发合同，启动基于人工智能与仿生控制的固井工程材料自诊自愈技术联合研发项目。该项目总投入 230 万元，研发周期为 2024 年 7 月 1 日至 2027 年 6 月 30 日，聚焦深地极端环境固井工程痛点，打造集智能感知、AI诊断、分级自愈、全闭环评估于一体的前沿技术体系，助力我国深地油气开发提质增效、安全长效。

当前，我国油气勘探开发持续向深地、深层、非常规领域迈进，固井水泥环长期面临 150℃以上高温、80MPa 以上高压、高矿化度及 H₂S/CO₂酸性环境侵蚀，易出现微裂纹、界面脱粘、流体窜漏等问题。传统固井技术以被动防护、事后检修为主，存在损伤难感知、诊断不精准、修复不及时等短板，严重制约井筒长期完整性与油气井服役寿命。此次校企联合攻关，正是瞄准行业核心技术瓶颈，推动固井工程从 “被动修补”向“主动智能管控”跨越式升级。

该技术以碳纳米管导电网络为核心，构建固井材料“仿生神经系统”，形成四大创新突破：

（一） 自感-自修复一体化仿生感知层：

研发碳纳米管高效分散技术，构建三维导电逾渗网络，使水泥石具备压阻、热电、电化学多模态感知能力，搭配裂纹导向微胶囊，形成第一道被动修复屏障。

（二） 井场-井下多源智能感知网络：

集成耐高温特种光纤、高温高压阵列超声成像装置，基于 DAS/DSS/DTS 技术实现全井段微震动、微应变、温度场连续监测，结合边缘AI芯片完成亚毫米级缺陷成像解译。

（三） 物理信息驱动 AI 智能诊断：

将高温高压损伤力学嵌入神经网络，可智能识别裂缝类型、量化损伤程度、定位三维坐标，综合安全阈值触发分级预警，剩余寿命预测误差≤10%。

（四） 仿生分级协同自修复机制：

按损伤程度分级响应——微裂纹触发微胶囊被动固化，中度损伤启动碳纳米管焦耳热电热修复，严重渗漏采用电化学沉积封堵，修复后自动完成效能评估，形成感知—诊断—决策—触发—修复—评估全闭环。

项目核心技术指标行业领先：

(1) 碳纳米管网络裂缝检测分辨率≤5μm，

(2) AI损伤识别准确率≥95%，

(3) 安全预警准确率≥98%；

(4) 主动修复响应时间≤60 秒，

(5) 修复后强度恢复率≥90%、

(6) 渗透率恢复率≥95%；

(7) 整套系统可在180℃/120MPa极端井下环境长期稳定工作，系统整体故障率≤0.8 次 /(100 点・年)。

根据研发计划，项目分四阶段推进：2024 年完成材料配方与感知模型标定；2025 年研制核心装置并完成单模式修复闭环实验；2026 年完成全系统集成联调与高温高压仿真井测试；2027 年完成专利申报、论文发表及现场先导井试验方案制定，打通技术转化路径。

河北上善石油机械有限公司作为委托方，将提供足额研发经费与试验场地支撑；上海交通大学作为研发方，发挥材料科学、人工智能、井下测控等学科优势，负责全套技术研发、装置研制与系统集成。双方约定，项目专利申请权共有，技术成果优先用于石油工程现场应用，助力成果快速产业化落地。

此次合作是产学研深度融合的重要实践，既发挥企业工程应用与市场转化优势，又依托高校基础研究与技术创新能力，有望填补我国深地固井工程自诊自愈智能技术空白，大幅提升井筒安全保障能力、降低修井作业成本、延长油气井服役周期，为我国深地能源高效开发、石油装备智能化升级提供关键技术支撑，树立校企协同攻克行业 “卡脖子” 技术的新标杆。