雪佛龙与哈里伯顿在科罗拉多州非常规资产成功部署了全球首个全自动闭环压裂系统，实现了无需人工干预的井下数据驱动实时优化。该系统涵盖传感、决策逻辑与执行三大核心层，能够将传统人工决策所需的数分钟或数小时缩短至数秒。在部署过程中，表面自动化使现场人工决策减少约90%，计算机决策增加14倍。该成果于2025年2月在SPE水力压裂技术会议与展览上正式发布（SPE 230613）。系统的成功应用标志着水力压裂作业从人工操作向全自主化、智能化方向迈出了关键一步。
 
项目背景与部署目标
 
该闭环系统的开发被定位为一项持续改进工程而非科研项目。雪佛龙落基山业务单元完井工程师Jason Bell在SPE会议上表示，部署的核心目标是快速验证技术价值：“我们试图快速部署系统、验证技术，并且需要在有限边界内工作。我们要说服公司这是一项有用且重要的技术，必须快速完成，不能打乱作业计划，也不能影响资产运行。”

雪佛龙与哈里伯顿联合开发的这一项目，旨在非常规资产中创建并部署一套完全自主、传感器驱动的闭环压裂系统。在科罗拉多州的部署中，系统需要展示三项核心能力：持续可靠的自主执行能力、在不中断作业的前提下通过非侵入式诊断获取可操作的地下洞察，以及证明自动化工作流如何将地下反馈转化为井场的动态调整。

系统的部署分为三个渐进阶段。第一阶段聚焦于诊断，通过非侵入式诊断工具获取数据，建立对当前压裂性能的全面理解。第二阶段为效率优化，在此阶段压裂作业实现自动化运行。第三阶段是集成井下反馈，使闭环能力能够自主执行压裂参数的动态调整。
从技术定位来看，该系统被定义为一种自我调节、自包含的过程，利用反馈信息控制自身性能表现。当反馈被持续集成到系统中而无需任何人工干预时，该过程即被视为完全闭环。雪佛龙落基山业务单元副总裁Kim McHugh表示：“在雪佛龙，我们专注于通过主题专家的创新、新技术和战略合作，持续安全地推进资产性能。这种实时自适应反馈循环预计将进一步提升效率并改善整体资产表现。”
 
传感层：低成本非侵入式诊断获取地下实时数据
 
传感层是闭环压裂系统的数据基础。团队采用一次性光纤作为诊断工具，成本低廉且为非侵入式，能够持续监测裂缝系统的行为与扩展状态，收集关键绩效指标的基线数据。这些数据被连续输入系统，为决策逻辑层提供实时地下信息。在科罗拉多州的部署中，传感层成功实现了在不干扰作业的前提下获取可操作的地下洞察。

数据采集的规模相当可观。Bell介绍道：“我们在超过1500个压裂段中收集了背景数据，整个压裂程序持续推进，我们只是采集数据、发送至云端、进行分析、编目和定义。在此期间，我们没有对压裂程序做任何更改——相同的段设计、相同的所有参数，只是采集背景数据、编目、表征。”通过对数据的表征分析，团队得以确定哪些区域具有“快速”传播的裂缝系统，哪些区域具有“慢速”传播的裂缝系统。这一表征过程为后续的自动化决策奠定了坚实的数据基础。

哈里伯顿的Sensori™裂缝监测服务为系统提供了必要的闭环反馈与监测能力。传感层的数据采集使整个闭环系统建立在真实的地层响应之上，而非依赖地质模型的理论预测。团队将传感数据持续馈入系统，系统基于预定义逻辑利用这些信息做出决策。值得注意的是，系统的模块化设计使得传感组件可以根据实际需求灵活替换。Navaiz指出：“你可以用其他诊断工具替换光纤观测，如果光纤不是最佳方案，你可以更换其他诊断工具。这就是系统的力量所在。”
 
决策逻辑层：条件工作流将地下反馈转化为动态指令
 
决策逻辑层是闭环系统的“大脑”，负责将传感层获取的地下数据转化为可执行的指令。研究团队开发了条件工作流，将传感、逻辑与执行三个独立层串联起来：观察地下诊断数据、判断应采取何种行动、触发压裂车队执行相应调整，全程无需任何人工介入。雪佛龙的水力压裂与地下知识被内置到算法中，以实现先进的自主决策能力。
决策逻辑层的核心创新在于能量工程工作流。该工作流将诊断反馈与表面自动化连接起来，Navaiz称其为“在闭环方面树立的第一个里程碑”。团队开发的第一个工作流主要目标是基于裂缝扩展反馈动态地重新分配地层中的能量。其基本原理是：在设计压裂段时，工程师假设所有参数都是等距的——等距的簇、等距的段、等距的井和平台，目标是实现完全均匀的裂缝扩展。然而现实情况截然不同。

面对这一挑战，闭环能量工程工作流提供了一种动态解决方案。其核心逻辑是：不是将浆液持续注入快速扩展的段，而是限制其注入量，直到遇到表现更好的段，然后将“储存”的浆液重新注入该段。当计算机判断正在发生慢速裂缝扩展时，它会从“储水池”中抽取浆液体积并应用于慢速扩展段（图2）。这种动态能量再分配策略旨在促进裂缝的均匀性，从而提高整体完井效果。决策逻辑层的另一个关键特征是模块化。Navaiz强调，系统的观察、决策或执行部分都可以独立替换：“你可以更换其中的任何部分。想改变观测方式、改变执行动作或改变决策逻辑，都可以。”Bell补充道，系统的模块化赋予其即插即用的特性，能够轻松适应不同场景。这种灵活性使得系统可以在不同盆地、不同地质条件下快速部署和调整。
 
执行层与能量工程工作流：表面自动化驱动精准作业
 
执行层是闭环系统的最终输出端，负责将决策逻辑层的指令转化为实际的压裂作业行动。表面自动化是整个项目的重要基础，通过电动压裂机组的精确控制，实现了泵送设备的可重复执行。决策指令被发送至现场并由压裂泵组执行，整个过程中没有任何人工介入。
哈里伯顿的ZEUS IQ™智能压裂平台是该系统的核心技术支撑。该平台从井场到云端整合了多项技术，使智能完井的新方法成为可能。系统能够基于地表响应和井下反馈自主调整泵送计划、注入量和注入速率。Navaiz指出：“计算机能够在设定的边界条件下，日复一日、以完全相同的方式执行数千个压裂段。而人类操作总是存在变异性。”

能量工程工作流是连接传感层与执行层的关键桥梁。该工作流利用裂缝扩展反馈动态地重新分配地层中的能量，以促进裂缝的均匀性（图1）。图1展示了闭环能量工程工作流的整体架构：从地下诊断数据采集开始，经过云端处理与决策，最终触发压裂车队的自动化执行。整个流程形成一个完整的反馈回路，无需人工干预。
 
图1：具有体积/能量再分配的“储钱罐”完井方式（带绿色轮廓的黄色圆圈表示在显示出较慢裂缝扩展的压裂段中增加的体积）。来源：SPE 230613。
 
图2则展示了能量再分配的具体执行机制。当系统判定某一段为慢速扩展时，计算机从“储水池”中抽取浆液体积并应用于该段。这一动态调整策略取代了传统固定参数设计，使压裂作业能够根据地下实际响应进行实时优化。Bell指出：“我们完成并展示了一个完全自主的、地下驱动的压裂应用，具有闭环反馈。没有任何人工干预。系统采集传感数据，在云端处理，做出决策，将决策发送回压裂车队，压裂设备自动执行变更。”
 
图2：闭环井场上外围井的体积储库。来源：SPE 230613。
 
现场部署成果与未来展望
 
在科罗拉多州的部署中，系统首先在开环模式下运行，随后才进行闭环部署。在首次闭环应用中，团队以全端到端自动化模式泵送了超过90%的压裂段。这种方法使团队能够对系统进行风险排除和压力测试，并应用于同步压裂配对井。
从量化成果来看，表面自动化使现场人工决策减少约90%，计算机决策增加了14倍。决策时间从人工所需的数分钟或数小时压缩至数秒。这些数据充分验证了全自主闭环压裂在商业规模上的技术可行性。
作者总结指出，由井下测量引导的智能化表面压裂作业可以触发动态完井决策，从而优化完井程序。未来工作将涉及更复杂的决策逻辑架构，同时正在考虑将更多诊断工具纳入工作流。Navaiz表示，团队当前的首要议程围绕维持作业效率展开：“我们现在正努力解决的局限是使作业具有足够的通用性，以便能够在同步压裂、三井同步压裂中对独立井进行变更。”
从更广泛的行业视角来看，该系统的成功部署具有多重深远意义。首先，它验证了全自主闭环压裂在商业规模上的技术可行性，为行业提供了一个可复制、可扩展的技术模板。其次，系统所展示的实时自适应能力。基于实际地层响应而非预设模型进行作业调整，代表了压裂作业从“预测驱动”向“响应驱动”的根本性范式转变。雪佛龙在闭环自动化方面的工作正在改变页岩和致密岩层水力压裂的方法，作业现在能够通过实时适应局部地质环境做出反应，而非依赖性能预测。此外，人工决策减少约90%、计算机决策增加14倍的量化成果，为数字自动化在油气开采领域的价值提供了有力佐证。
展望未来，随着电动压裂机组的普及和数字基础设施的完善，闭环压裂技术有望在更多非常规盆地获得规模化部署。Navaiz将连接诊断反馈与表面自动化的能量工程工作流定义为“在闭环方面树立的第一个里程碑”。这一里程碑不仅标志着技术层面的突破，更预示着油气行业开采方式正在进入一个由数据驱动、自主决策的全新时代。