石油圈
世界上第一塊芯片是為石油工業設計的；研制世界第一塊芯片的過程，實際上是一種石油儀器的研發過程。所以，石油工業科研項目組織模式，對于國家振興國產芯片事業具有重要的參考意義。
作者 | 郭永峰
近來中興遭美國封殺引發了一系列關于“中國芯”的熱議。有痛惜體制的，有批判在國家“造芯”大計中渾水摸魚的，還有揭露美國“醉翁之意”直指“中國智造2025計劃”的，甚至有網友扒出美國封殺中興，只不過是美國重演“東芝機床事件”使用過的套路。
迄今為止，國內媒體還無石油行業從業人員發聲。其實，國內電子芯片行業所遭遇的切膚之痛，與國內石油工業也息息相關。
石油與世界第一塊電子芯片
說來令人難以置信，世界上第一塊電子芯片的起源，是緣于石油工業的測井作業需要。國際上聞名遐邇的英特（Intel）公司，其于多年前為法國Schlumberger(斯倫貝謝)公司的子公司，專門設計制造石油測井使用的電子芯片。英特（Intel）公司后被Schlumberger(斯倫貝謝)公司出售。
關于Schlumberger(斯倫貝謝)公司，國內了解得不多，國內石油行業人員也僅知道此為全球最大的石油服務公司。其實，Schlumberger(斯倫貝謝)公司是2008年北京奧運會的電子記分儀器供貨與贊助商。當中國中央電視臺公布奧運會電子贊助商名單時，國人很難想到，這家包攬奧運會如此“利潤豐厚”業務的公司，竟是一家國際石油服務公司，而且還是世界頂級芯片制造商、英特（Intel）公司的原“東家”。Schlumberger(斯倫貝謝)公司在2008年生產的磁卡產量，占當年全世界磁卡總產量的1/3（詳見《漫談西方石油工業與軍事工業的關系》，《石油知識》，2004年第1期）。
所以，當國家電子通訊行業遭遇芯片“瓶頸”時，關注電子芯片的起源，及其研制與開發過程，汲取西方國家與公司，包括石油公司在研發芯片時，所采取的各種組織形式與研發資金的投入與分配形式，這些對于振興國產芯片行業，推動國產芯片的量產，將有積極意義。
中國石油行業的“芯”之痛
美國政府封殺中興的決定，對于國內中興公司這類高科技企業的正?？蒲信c生產，無疑是巨大的沖擊。而對于國內其他依賴于美國等西方高科技公司的高科技產品的企業，也無疑是一個警鐘，引發國內石油行業相關人士的深刻思考。
盡管中國的石油行業并沒有面臨著像中興那樣險被對手“一招封喉”的“芯”之痛，但中國的石油行業也存在著一些技術與裝備上的“短板”，需要在今后技術研發中逐步彌補。
這些短板，究其原因是，相對于西方發達國家來說，我國石油行業起步較晚。加之上世紀80年代改革開放前，西方發達國家對于我國石油工業的技術與信息封鎖，使得國內石油行業相對于主要發達國家石油行業，技術研發方面底子薄，基礎差，故而形成石油勘探開發技術與裝備方面的一些“短板”。
形成技術與裝備“短板”的另一個原因，是由于國內機械，電子與有色金屬材料工業，相對于西方發達國家也存在著差距。這樣，即形成這樣一種現象，既使石油行業科技人員有了新的創意，繪出設計圖紙，國內相關行業也未必能夠按照石油技術人員愿望，制造出相應裝備或儀器來。
因此，與國內電子通訊行業類似，國內石油行業也存在如下這幾大方面的技術與裝備上的“短板”。國內石油行業應當在今后技術研發中，明確自身不足，利用科研人員的創新精神，逐步加以彌補。
1） 國內石油行業使用的計算芯片，基本上均產自于國外。
石油行業屬于技術密集性行業，各種裝備與儀器，均安裝有各種用途、各種尺寸與形狀的計算芯片。這些芯片基本上全部來自西方發達國家。至目前為止，國內石油行業使用具有中國獨立知識產權的計算芯片的情況，非常少。甚至在某些比較特殊石油部門，還沒有開始嘗試使用國產芯片。
其中原因，一是石油行業的計算芯片工作條件非常惡劣，常用于地下數千米深的井眼當中，高溫與高壓環境，經受強烈的沖擊與振動。有的石油專家做出形象比喻，認為在石油行業使用的電子芯片，其可抵抗的外界環境，基本上與軍用導彈的運行環境差不多，多數家用電器上使用的常溫與常壓電子芯片，均無法在石油行業使用。
二是國產芯片還存在一些技術指標的薄弱環節，例如芯片的溫漂，即隨溫度變化的指標漂移問題，還有待于完善與解決。
三是石油行業的作業環境，常常是國際化性，即多個國家作業階段共同協作；其他國家作業團隊使用的計算芯片，必定是某幾個西方公司生產的，而我國作業團隊使用的芯片，若是僅具有國內特點，對于作業現場多方合作，必然帶來不諧調與不方便之處。當然，此計算芯片問題的解決，還有待于國產芯片質量與性能穩定性的進一步提高，以及國內石油行業作業團隊對國產芯片性能與用途的進一步熟悉。當然，這其中需要一個較為漫長的過程。
2） 國內石油行業在特殊油氣井的勘探與開發作業方面，使用西方發達國家制造的特殊設備。
以極深井為例，比如井深超過10000米的勘探井，其鉆完井使用的防噴器，地面井口等，目前還不能實現國產化生產。再有，高溫高壓條件下的勘探與開發井，即溫度超過150?C(攝氏度)，壓力超過700個大氣壓，這樣井的作業過程中，相關井口裝置，測井與完井儀器機具等，基本上不能完全實現國產化生產。
3） 國內石油行業在深?？碧脚c開發作業中，使用西方發達國家制造的各種裝備與工具。
例如，在海洋水深超過300米的深海區域進行勘探開發作業，以及在水深超過1000米的超深海區域進行勘探開發作業，其相關裝備，包括海床井口，水下BOP（防噴器），鉆井用隔水管，LMRP(下部隔水管總成)，鉆井作業使用的絞車，井架頂部驅動裝置，以及相關儀器與設備等，至今均無法進行國產。其他深水鉆完井作業的輔助設備，如70馬力以上的大型水下機器人（ROV），MQC（深水臍帶纜快速聯接器），深水用臍帶纜等裝備與機具，迄今無法國產化。
這其中原因，除了深水海域的石油鉆探代表當今世界最前沿的科技水平，我們在較短時期無法趕上之外，另一個原因是深水石油鉆探裝備與海軍的重型裝備改進密切相關。故西方國家對于深水石油勘探的相當部分裝備的研發與制造技術，實行嚴格的禁運措施。
例如，西方國家對我國的禁運裝備中，包括100馬力以上的水下機器人（ROV），就是認為這一裝備既能應用在深海石油勘探上，也有可能應用在軍事方面。雖然近年國產大馬力水下機器人已經有國內廠商研制出來，但距離成熟深海應用，還有一段距離。
關于國內石油行業的國產裝備應用方面，有個觀念性問題易于被人誤解。即不少石油裝備，國內廠商已經試生產出來，但是石油行業在作業中，還是無法或不敢應用。這其中主要存在國產石油裝備的可靠性問題。實際情況是，若國產石油裝備達不到很高的運行可靠性，則石油業界人士就不敢使用。
例如，一條深水鉆井平臺在海上作業時，每天的作業費用約為100萬美元。這樣，每小時作業費用約為4萬美元。如果國內廠商提供某種石油裝備，在平臺作業過程中發生故障，這家廠商需要每小時向鉆井平臺支付耽誤作業費用，約30萬人民幣。
顯然，這對于國內廠商來說都無法承受的。所以，有關石油行業使用的裝備或儀器，若無法做到運行絕對可靠，作業過程中“萬無一失”，是不敢運到鉆井平臺使用的。這也是國內石油行業在海洋石油勘探與開發時，使用國產裝備與儀器的比率不太高的原因之一。
在全世界范圍內看，富國不一定是產油大國，也不一定是石油工業強國，然而產油大國或石油工業強國，就一定是富國。所以，盡力發展石油工業，對于強國計劃來說，是極為重要途徑。世界各大國均下大力氣發展石油工業。美國，英國、法國、意大利、挪威、俄羅斯與荷蘭分別是產油大國，或者石油工業強國，或者兼而有之。僅從石油行業來說，全世界沒有任何國家可以自己單獨生產全部石油裝備與機具。石油工業有著典型的“全球化”裝備與機具生產問題。所以，單純追求我國的石油裝備與機具國產化，并不是最優選擇，也不符合石油工業發展的自身規律。
中國石油工業的“自主”之“芯”
令人欣慰的是，中國的石油工業已經取得巨大成績，并不存在類似中興公司那樣的致命短板。原因是石油工業起步于改革開放前，經歷“白手起家”，積累了足夠多的自主知識產權和自主研發能力，有了自主之“芯”。
1.自主知識產權
與中興公司條件相比，國內石油行業擁有較高的自主知識產權份額。
國內電子通訊行業，特別是國內芯片制造行業，是伴隨著改革開放而興起的新型行業。相比較來說，國內石油行業則在國家改革開放前20年，就形成較為完善與強勁的石油裝備與技術的自主研發能力。
從宏觀上看，新中國的石油工業是“從無到有”，“從小到大”，經歷了系列大型油田的發現與開發，如1959年發現大慶油田、1964年發現勝利油田與大港油田，以及1976年發現華北油田。這些國內大型油田的發現與開發，共同特點為均處于西方國家對于新中國的經濟技術封鎖時期，故均為“貨真價實”地為中國自主研發與勘探，并且成功進行油氣開發，成為中國現階段的國民經濟支柱產業，即能源工業的強大與牢固的基礎。
由于中國石油工業的這一特殊背景，故國內石油工業，與以中興公司為代表的中國電子通訊行業，特別是國內計算機芯片行業相比，中國石油行業主體的裝備、工藝與技術，均印有很深的“自主研發”、“自主生產”，以及“中國特色”印跡。
當前，中國石油行業不僅使用具有中國自主知識產權的各種石油勘探與開發技術，工藝與裝備，而且從上世紀末開始，還毅然走出國門，在世界的約70個國家和地區進行油氣勘探與開發。
具體說來，涉及3個方面。
1） 陸地地球物理勘探工藝與裝備，以及鉆完井作業能力，包括10000 米以內井深的勘探井與生產井的鉆完井工藝編制與作業能力，以及相關裝備的設計制造能力。
2） 淺海地球物理勘探工藝與裝備，以及鉆完井作業能力，包括水深在300米以內的海洋勘探井與生產井的鉆完井工藝編制與作業能力，以及大部分相關裝備的設計制造能力；包括海洋自升式鉆井平臺與半潛式鉆井平臺的設計與制造能力，部分鉆完井水下井口，水下防噴器，以及采油樹等。
3） 在陸地10000米以內井深的勘探井與開發井，在海洋水深300米以內的勘探井與開發井的范圍內，大部分配套油田服務工藝與裝備，包括測井，錄井，鉆井液，各種油田增產措施等，以及陸地油田所需的各類特種工程車，與海洋油田所需的各類鉆完井作業支持船等。
作為國內石油行業的自主創新與科技研發支持基地，主要表現在石油行業科研院所、大型裝備制造基地，以及成套石油儀器的開發與生產基地。例如，國內石油大學、西南石油大學、大慶石油大學，西安石油大學等院校不僅培養高質量石油專業人才，而且還與各油田科研人員一起，承擔解決勘探開發現實問題的重任；陜西寶雞成為生產陸地石油鉆機與大型裝備的基地；西安則成為石油儀器研發與生產的基地；甘肅蘭州則成為石油化工重型裝備制造基地等。
這些國內石油裝備的科研與制造基地，與當今國際上發達國家的石油工業科技水平相比，雖然也有一定差距，但沒有國內電子芯片行業與國際頂尖芯片行業，所表現出的那么大的差距。用百姓容易理解的話說，國內外石油行業的科技水平，是“大與小”之別，而不像國內外電子芯片業的科技水平，幾乎是“有與無”之別。
2.自主研發能力
由于國內石油行業起源于西方國家對新中國的封鎖時期，故石油行業的各級領導與專家，將大部分精力放在依靠國內自身能力，刻苦鉆研，奮發圖強，研制具有中國特色的石油作業工藝與裝備，形成行業內較為健全的自主知識產權體系。
1） 國內石油行業的某些科技術研發水平，已經接近或達到世界石油行業的前列。
例如，近年來中海油服自主研發的石油鉆井作業使用的旋轉導向系統與隨鉆測井系統，聯合在渤海與南海完成鉆井作業。這兩項技術可以引導鉆頭像“貪吃蛇”一樣，在地下幾千米堅硬的巖石里自由穿行，準確命中油藏。
這兩項技術代表著當今世界石油鉆井、測井技術的最高水平，我國在這兩個技術領域打破了國際壟斷，成為全球第二個同時擁有這兩項技術的國家。中國海洋石油總公司（簡稱“中國海油”）也成為全球第四、國內第一個同時擁有這兩項技術的企業。
此外，今年4月22日，中海油服油田技術事業部（油技）收到了道達爾（Total）公司總部發來的電纜測井資質預審證書，標志著油技電纜測井服務成功通過了道達爾全球資質審核。由此，油技將獲得參與道達爾在全球范圍內（陸地、海上、深水）探井、開發井技生產井的電纜測井及套管井服務資質。
電纜測井體現了海洋石油科技水平，也代表著中國石油界科研水平。不僅能獲得國外服務，還能把設備賣回當年的師傅，這是海洋石油測井歷經幾代人取得的成果。
2） 國內石油行業的相當部分研發成果，已經以申請國內外專利形式，取得法律形式上的保留或保護。
國內石油工業經過多年努力，獲得一大批具有中國自主知識產權的國內外技術發明專利。根據美國專利及商標局（USPTO）網站顯示，目前國內大型石油企業在美國成功獲批的石油方面技術專利約40項，專利內容多為石油裝備某一結構的發明與改進。
更值得關注的是，作者原來所在中海油服的南海深水鉆井團隊成功申請并獲得授權的專利，涉及到一種全新的整套深水鉆井工藝與裝備（美國專利號US 8,899,333 B2，2014年）。此石油專利在美國的申請過程長達8年，期間經過3次美國專利局組織的答辯，美國方面指定的首席答辯專家為2011年美國總統石油顧問、美國墨西哥灣漏油事故政府調查組主要成員K.K.Milheim先生（參見《美國政府墨西哥事故調查委員會得到的啟示》，《石油知識》，2011年第4期）。此專利同時獲得澳大利亞專利（2008342468）與印尼專利（IDP000034481）。此專利被業界人士譽為中海油總公司系統最有價值的西方發達國家專利之一。
由于國內石油行業的各級領導與專家高度重視在自主研發的基礎上，盡可能將石油勘探與開發的核心技術，在中國及西方發達國家，特別是在美國申請發明專利，使得我國石油行業相當部分經過技術人員嘔心瀝血研發出來的技術創新成果，以各種發明專利形式在各國專利局進行展示，從而使中國自主知識產權受到國內外法律形式的保護。
石油行業為“中國芯”引路
正如一開始提及的，世界上第一個電子芯片是源于石油測井儀器的需要，而世界上第一個芯片的制造商，也曾從屬于一家石油服務公司。
目前世界上無處不在的電子芯片，僅是千千萬萬石油行業儀器組件中的一個。從世界石油行業來看，其近200年的歷史，即是各種石油儀器的研發與制造史。世界石油行業儀器產品的創新與制造歷史，當然能夠為當前的國產芯片途徑，開辟一條新的思路。
（1）推進國產芯片量產工程，應當回顧或參考國內外石油行業的科研方式，特別是歐美石油行業的科研方式。
自中興公司事件發生后，國內民眾在媒體上對于繁榮國產芯片提出的善意建議，無非是兩個途徑，一是由國家巨額投資，振興國產芯片產業；二是引入民營資本，重建國產芯片產業。實際上，歐美公司在推進類似芯片工程時，使用的是第三種途徑。這一途徑是利用國家（大型投資商）與民營資本，共同進行國產芯片的振興事業。
歐美石油公司在進行新的裝備或儀器研發時，既不是我們國內這樣全部由國家（大型投資商）出資，也不是全部由民營資本（小型資本）出資，而是建立一套嚴格程序，共同出資完成。這套程序，至今美國能源部仍在使用（美國石油行業歸美國能源部管理）。
具體方法是，例如，國家要完成芯片的產業化項目，可以將程序進行過程分為10個階段或更多。在第一階段，找到有意愿、且有資格的20家廠商，每家撥款10萬元（舉例），廠商自籌10萬元。半年以后，對20家廠商進行階段性成果檢查，篩選出完成進度并獲得滿意成果的15家廠商，其余5家淘汰。進入第二階段，15家廠商每個廠商撥款200萬元，廠商自籌200萬元……最后第10階段，留下最后一個廠商，同樣是撥款與廠商自籌，最終完成項目。
其中每個階段的淘汰依據，按照專家評審結果。美國的石油行業科技項目運作，基本上依靠此程序。由于美國的石油行業與軍工行業重大科研項目，均統一在美國能源部管理之下，所以，實際上美國軍工行業，比如美國的隱形軍機工程，也是采用這一科研協作模式。
實施這一科研協作模式的重點，是對于階段項目評審專家選聘、審查與淘汰制度。擔任評審專家的名單，是在固定網站進行公布；一旦某位專家的評審結果失誤或不理想，則項目主持部門會通過某一途徑，向全行業進行通報，不會再找這位專家作評審。類似國內前些年開展芯片項目，項目啟動時，評審專家是這幾位，項目失敗，國家巨額科研經費打了水漂，新的項目啟動，評審專家還是這幾位。這種情況在歐美科技界是不可能發生的。至今，美國的軍用飛機等重大項目，均是美國能源部按照這一程序逐級進行，直至最后完成。
（2）推進國產芯片量產工程，要嚴格審查海外歸國相關技術人員的資歷
歐美科研人員分工非常細，汽車研究院技術人員工作10年，從沒見過整車測試的例子比比皆是。還要考慮歐美科研部門實際存在的種族歧視“潛規則”。無論是從膚色考慮，還是從華人“安全系數”考慮，華人工程師在歐美的芯片研發與制造部門，做到要害部門總管可能性微乎其微。前些年國內的芯片工程受阻，原因之一是主管部門用看待國內研究人員的眼光，看待歐美歸國人員，以為他們應是芯片工程的“全才”。實際情況不是這樣。
（3）推進國產芯片量產工程，要將研發團隊組織結構，由現有的“金字塔”結構，改變為網格結構（或稱矩陣結構）
歐美石油行業的科研團隊，一直是采用“網格”結構。實際上，歐美的各行業科研團隊，均是近似網格結構形式，只不過歐美石油行業更為典型而已。
而國內的科研團隊，從大專院校到各家公司，基本上均為“金字塔”結構。所謂“金字塔”結構，是類似政府機構那樣的管理體系，由頂層領導到中層領導，直至底層員工。而“網格結構”，則是研發團隊各位成員全方位溝通，原則上是各個成員均處于同等重要位置，層級不同，僅是團隊內部分工不同而已。
美國能源部在管理某一石油科研項目，或者某一軍工科研項目時，管理人員會拿到一份項目網格圖，項目推進中各個結點的工程師聯系方式，管理人員會一清二楚。美國能源部管理人員若想要查詢項目進展，或者對項目進展情況存在疑問，則會隨時打電話給項目某一結點工程師，予以查詢或核對。這種歐美的項目管理方法，被用于其駐各國大使館對于申請簽證人員的審查方面。國人都知道，當歐美某國使館需要核對某申請簽證人情況時，會按照申請人所填表格的聯系方式，直接打電話給申請人的單位或家人，以核對資料的真偽。
前些年國內個別海歸人員，利用開發芯片，騙取國家巨額科研資金，幾年內都沒有敗露。究其原因，是研發團隊采用的是“金字塔”形式結構。若此團隊放在歐美石油行業，則研發團隊采用的是“網格”結構，則負責項目的美國能源部管理人員，可以直接打電話給項目某一結點的工程師，詢問項目進展情況；這樣，騙取國家科研資金的行為會很快暴露無遺。
（4）推進國產芯片量產工程，研發人員要講究奉獻精神，為民族振興而努力奮斗
實施國產芯片的量產工程，當然需要國家與社會各方面資金，還需要巨額資金。但是在工程實施中，還是需要研發人員要講究奉獻精神，為民族振興而努力奮斗。即使在歐美石油行業研發團隊中，也不是事事要求科研經費到位，事事向上級管理者要錢。
在與中國海洋石油系統共同工作的海上鉆井平臺歐美工程師，工作間隙時間都在寫技術論文，申報技術專利，這些都是沒有專門科研經費的。歐美的石油工程師，每年申請大量專利與發表大量論文，多數是利用工作間隙進行的，不像國內那樣，遇到發明創造，首先想的是要國家撥款經費，有的甚至是拿到經費還不做科研事情。這種情況在歐美科技界是無法想像的。
中國海洋石油系統，近20年來部分人員利用工作間隙，研究國際石油價格預測的計算機算法問題，于2017年1月，在《石油圈》網站聯絡下，有關專家赴上海、廣州與深圳的15個基金與金融公司，進行2018年國際油價預測講座（包括招商、摩根及南方基金等全國最大的10家基金公司）。講座提出國際油價的40年曲線，經過數學處理后，存在6～8年一個正弦周期問題，并預測2018年國際油價為70美元/桶，為一個新的油價周期的開始（詳見《用廣義離散傅立葉變換解析國際油價（WTI）曲線以探討國際油價的周期性》，《天津科技》，2017年11期）。聽講座的一位學者說，國內多個單位為此課題立項撥經費，還沒有做到這種程度。
（5）推進國產芯片量產工程，應從較為簡單與實用芯片做起，積累經驗，爭取全面突破
推動國產芯片的量產，是個宏大的工程。需要有關方面仔細規劃，分頭實施?？梢詮妮^為簡單、實用，并且可以迅速收到效益的項目開始做起。例如，2017年Schlumberger(斯倫貝謝)公司在加拿大重油油田，推廣一種“微流控”芯片技術（詳見《微流控芯片-可放在手掌上的微縮油藏實驗室》，《石油科技論壇》，2018年第1期）。
其原理是在電子計算芯片基礎上，開出一個流道，將原油或天然氣的“微滴”注入流道，從而直接獲得油或氣的各項物理特性參數，例如，溫度，壓力，飽和度，滲透率及氣液比率等。以前世界各地的油氣田都設置專門的“油藏實驗室”，首先將從地下油氣層采集的原油或天然氣進行化驗分析，然后將參數送入計算機進行計算，再提供給油氣田管理者使用。
這種方法不僅將原來數天的油氣化驗縮短到一瞬間，還提高油氣化驗精度。微流控芯片的出現，使芯片不僅具有計算功能，還有分析解讀功能。類似這樣的電子芯片種類還很多。雖然其復雜程度與目前常用的電子計算芯片不能相比，但是非常實用，可以在工農業生產中發揮出意想不到的作用。
國內在開發這類實用性電子芯片的同時，集中力量，攻克常規電子芯片的難關。在不遠的將來，定會研制成功具有中國特色，功能強大的新型電子計算芯片。從而為中國智造“補芯加魂”，為世界科技發展，做出中國人自己的貢獻。
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