——记中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师吴淑红及HiSimPro软件研发团队

李白薇  祝传海

　　2025年7月29日，我国首套地下地面一体化（油气藏-井筒-管网）动态仿真引擎软件HiSimPro正式发布。“它如同油田的‘数字大脑’和‘模拟沙盘’，为地下油田装了一套‘天气预报+交通导航+工程规划’智能系统，大大提高了导航的精度与广度，为工程师‘三维’展现出整个油田从几千米地下到地面管网的真实运行情况，从而助力其做出最优决策。”作为HiSimPro软件研发团队负责人，中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师吴淑红掷地有声。这款凝聚着她与团队十余年心血的软件，从最初1.0版本迭代升级到今天的Pro版本，实现了核心业务工业软件从无到有、从小到大、从大到强的跨越。经专家认证，HiSimPro软件总代码量达223万余行，核心模块代码自研率超96%，为我国油气开发工业软件装上了“中国芯”。

　　HiSimPro数值模拟技术曾两次入选中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中国石油”）十大科技进展，1次获得中国石油科技进步奖一等奖。但在吴淑红眼中，最可贵的并不是奖项，而是作为我国油气工业软件领域的“破冰之作”，HiSimPro的横空出世具有更深层的意义——这标志着我国在油气田开发核心技术领域，终于摆脱了对国外商业软件的依赖，要知道在此之前我国油气开发行业长期面临“卡脖子”困境。

技术攻坚：从“0到1”的突破与革新

　　从大庆油田的高含水开发到页岩油的压裂设计，300余个油气田区块的方案设计、生产调控全依赖进口软件，一套核心系统采购成本超千万元，关键算法被封锁，甚至应急调峰的核心参数都需“看他人脸色”。而HiSimPro以完整的自主知识产权打破了垄断，实现了从地下油气藏到地面管网的全链路动态仿真，为国家能源安全筑起“数字防线”。

　　十年磨一剑，只有吴淑红深知这一路的艰辛。早在2010年，当她接手国产油藏数值模拟软件研发项目时，我国油气工业软件领域还是一片“空白地带”。彼时，工业软件自主化列为保障产业链安全的关键任务，而油气开发作为能源行业的核心领域，长期依赖国外商业软件，让“断供风险”如悬顶之剑。吴淑红和团队接到的任务目标很明确——“打造备胎，在关键时候能顶上去”，这个看似低调的目标，却开启了国产油气工业软件从无到有的突破之路。

　　为了实现这一目标，吴淑红和团队摸索出“翻扑克牌”式的模块化研发策略：将软件研发拆解为模型、算法、技术、软件、应用五列，每完成一个模块就像“翻一张牌”，积少成多、逐步推进。“那时候团队里大多是二三十岁的年轻人，冲劲十足。我与他们并肩前行，认定破晓就在眼前，勇往无前地奔向同一个梦想。”吴淑红回忆，初期研发没有现成经验可借鉴，他们只能“摸着石头过河”。为了确定软件的总体架构，她每天清晨5点就坐在梳妆台前手绘模块图，从油气藏工程的核心模型到地面管网的仿真逻辑，一张图往往要修改十几遍，最终在2010年的第一次专家论证会上，这些图纸挂满了整个会议室的墙面。这种“务实到极致”的态度，成为团队攻克技术难关的底色。

　　“HiSimPro软件研发总体可划分为4个阶段。”吴淑红告诉记者，2011—2013年，团队完成了HiSim1.0及HiSim2.0的研发，将基础模型建立起来，并解决了黑油模拟难题及陆相沉积特殊问题；2014—2017年，团队完成了HiSim3.0的研发，相继攻克了化学驱模拟、地质建模等难题；2018—2021年，团队完成了HiSim4.0的研发，软件具备10大功能，单项模拟规模突破千万节点；2021—2025年，团队完成了HiSimPro的研发，软件包括五大一级功能模块、24个二级功能模块，支持亿级网格规模、千口井仿真模拟。“相对于HiSim4.0，2025年发布的HiSimPro更加聚焦‘一体化’，在油气藏模拟基础上增加了针对井筒-管网的协同仿真。”

　　深耕笃行，功在不舍。回顾HiSimPro软件的4个阶段研发历程，从基础模型搭建到功能模块完善，真正推动其实现质的飞跃的，是团队对三大关键技术的持续攻坚突破。第一个突破是一体化油气渗流数学模型——油气藏类型复杂多样，从常规的中高渗油藏到非常规的页岩油气藏，从直井开发到水平井体积压裂，模型必须精准还原地下油气的运行规律。吴淑红凭借10年油气田开发方案编制的经验，结合博士期间对热力采油数值模拟的研究，带领团队反复校验不同油藏的物理参数，最终构建出能覆盖多类型油气藏、多开发方式的一体化模型，这一成果在后续鉴定中被认定为“国际领先”。

　　第二个突破是超大规模数值求解技术。油气藏仿真需要处理海量数据，尤其是面对亿级节点的网格计算时，其自由度可达千亿级，且方程存在“强耦合高病态”的特点，求解难度极大。2014—2015年，团队与美国一位知名数学教授合作，初期却陷入困境——对方虽精通数学理论，却不了解油气藏的物理特性。吴淑红清晰地记得，那段时间她每天晚上推开餐具就钻研教授的数学报告，“3个月里，感觉身体都被掏空了，好几次想放弃”，直到某天突然“恍然大悟”，厘清了数学算法与油气渗流规律的结合点。最终，融合双方优势，团队攻克了这一难题，如今HiSimPro的求解速度已超越部分国外商业软件，能轻松应对亿级网格的仿真需求。

　　第三个突破是亿级节点动态仿真可视化技术。油气藏藏于地下，仿真结果的可视化直接影响方案设计的准确性。团队研发的可视化系统，不仅能呈现地表的三维模型，还能任意“切片”查看地下油、气、水的分布状态，甚至能动态演示油气在井筒、管网中的流动轨迹。这一技术让HiSimPro跻身“亿级节点俱乐部”，成为世界上少数能实现该规模可视化的油气仿真软件之一。

　　2020年，随着人工智能技术的兴起，吴淑红带领团队组建人工智能研究中心，开启了软件与AI技术的融合探索。他们用神经网络技术优化计算流程，让反复运算的问题提速30%以上；用AI算法辅助剩余油分析，能快速定位地下剩余油富集区；还尝试攻关油气渗流大模型，目前已实现二维两相（如水、气两相）的突破，三维模型也进入测试阶段。“AI是辅助工具，不能替代严谨的科学计算。”吴淑红始终强调，传统数值模拟是软件的“根”，AI则是“翅膀”，二者结合才能既保证精度，又提升效率。

　　可以说，HiSimPro的行业价值，最终是体现在一个个实打实的应用案例中。在华北油田巴彦兴华11区块，软件用于注二氧化碳提高采收率的方案设计，精准预测采收率突破40%，方案制订效率成倍提升；在西南油气田相国寺储气库，它能精细化模拟供气工况，界定每口井的安全供气量与时间窗口，为冬季应急调峰提供保障；在新疆油田玛湖油区MH区块，通过超前注二氧化碳方案优化，监测井复开产量大幅度跃升。更重要的是，这款软件直接替代了4款国外商业软件，单套采购成本节省超千万元，每年为国家减少数亿元的软件采购支出，真正实现了“从0到1”的突破，填补了国内空白。

初心溯源：从石油学子到工业软件“破局者”

　　吴淑红与石油行业的缘分，始于高中班主任的一句建议。“当时班主任说‘石油工业需要人，去读石油大学吧’，我就把石油工程填成了第一志愿。”1989年，她考入中国石油大学（华东）采油工程专业，主攻油气田开发采油工程技术，也开启了自己的油气人生。在本科学习期间，吴淑红成为首届孙越崎科技教育基金会优秀学生奖获得者。

　　本科毕业后，吴淑红在中国石油大学（北京）攻读油气田开发工程硕士学位，研究方向转向油气藏工程；1999年，她到中国石油勘探开发研究院（以下简称“勘探院”）攻读博士研究生，师从郭尚平院士和刘翔鹗教授。博士阶段，她选择了难度极高的热力采油数值模拟技术研究——当时国内在这一领域的研究尚处于起步阶段，资料匮乏，实验条件有限。“那是最难啃的骨头。”她回忆道，“我的博士导师团队像一个联合舰队，他们采用了‘多专业融合’的指导模式：有人指导渗流力学，有人指导稠油热力开采技术，有人指导数值模拟软件技术，还有人指导热力学。”这种跨学科的培养，让她构建起涵盖石油工程、数学、计算机的知识体系，也为她后来研发工业软件打下坚实基础。“而博士期间编代码的经历，让我知道怎么把理论变成能落地的软件。”

　　“上学时，勘探院是我的梦想；工作时，勘探院是我的骄傲。”吴淑红与勘探院有着深厚的情感。最初的10年，她一直在做油气田开发方案编制，足迹遍布辽河、新疆、大庆、吉林等油田，还参与过国外油田的热力采油项目。这段经历让她深刻体会到国外商业软件的“卡脖子”之痛：一套软件要花上千万元，更新升级还要额外付费；关键功能被限制，比如想调整某个油气藏模拟的功能，必须向软件公司申请；甚至在国际合作中，软件数据的安全性都无法保障；项目攻关的关键时刻，常因国外软件的核心模块授权问题而被迫中断，不得不经历长达数周甚至更久的等待，这不仅是项目进度表上冰冷的延迟数字，更在无形中消耗着团队的热情与锐气。也是从那时起，“研发国产工业软件”的想法在吴淑红的心里扎了根。

　　2010年，中国石油启动新一代油藏数值模拟软件研制项目，吴淑红成为研发负责人。当时，勘探院原院长沈平平找她谈话：“油气是工业的血液，工业软件就是血脉里的‘造血干细胞’，我们必须有自己的软件。”袁士义院士也多次指导，强调“要从基础做起，一步一个脚印”。这些前辈的嘱托，让吴淑红更加坚定了信念。她记得，项目启动初期，团队梳理国内技术储备时发现，虽然有一些高校、科研院所做过相关研究，但大多是“实验室级”的成果，无法满足工业化应用需求。“我们的目标不是做一个‘玩具’，而是做一个能在油田实际应用的‘工具’。”吴淑红说，为了实现这一目标，她带领团队从最基础的模型、算法做起，每年制订明确的“翻牌”计划，确保每个模块都能经得起工业检验。

　　值得一提的是，在正式接手HiSimPro软件研发前，吴淑红还经历了一次重要的角色转变。2009年，她从勘探院热力采油研究所调到科研管理处工作了6个月，这段科研管理经历让她跳出“技术岗”的局限，看到了油气田开发全产业链的需求。“以前只关注油气藏本身，到了科研管理处才知道，采油气工程和地面集输工程同样重要，软件必须实现地下地面一体化，才能真正解决油田的实际问题。”这一认知，为后来HiSimPro的“油气藏-井筒-管网”一体化设计奠定了基础。2010年年初，她调到油气软件研发中心，全身心投入软件研发中，从“石油工程师”正式转型为“工业软件破局者”。

　　“把青春献给了热爱的石油事业。”采访中，吴淑红提到一位朋友对她的评价，“怀揣家国情怀，勇于担当责任”，她觉得“所有努力都值了”。她深知，自己正站在沈平平、袁士义等老一代科学家的肩上。从当年的石油学子，到如今的工业软件研发团队带头人，她的成长轨迹，正是几代中国石油科技工作者接力奋进的足迹，是中国石油人“为国铸器”初心的鲜活传承。

团队锻造：从“单兵作战”到“协同攻坚”

　　“一个工业软件的研发，不是靠一个人能完成的，需要一支多学科融合、能打硬仗的团队。”吴淑红始终认为，HiSimPro的成功，核心在于团队的力量。这支团队的核心成员，涵盖了石油工程、数学、软件工程、人工智能、IT五大专业背景，形成了“互补共生”的人员结构。“每个人都是不可或缺的一环，少了任何一个专业，软件都做不出来。”吴淑红说。

　　石油工程专业的成员是团队的“灵魂”，他们懂油藏、懂开发，负责将油气田的实际需求转化为软件功能，吴淑红自己就是这一领域的专家；数学专业的成员来自国内顶尖高校，负责攻克复杂的数值求解算法；软件工程专业的成员承担代码编写与软件架构搭建，确保软件的稳定性与易用性；人工智能专业的成员则专注于AI技术与软件的融合，其中不乏世界顶尖院校的毕业生；IT专业的成员则保障大规模计算的硬件支持与数据安全。

　　同人于野，利涉大川。这样一支专业多元的团队，正是在吴淑红兼具技术洞察力与凝聚力的带领下，打破专业壁垒、凝聚攻坚合力，将石油工程的现场经验、数学的算法逻辑、软件工程的开发能力等优势深度融合，最终在攻克超大规模数值求解、一体化渗流模型等关键技术中发挥出“1+1>2”的协同效能，成为推动软件从技术雏形走向工业化落地的核心动力。

　　团队更难能可贵的是稳定性——从2010年项目启动至今，有几位核心成员始终坚守，他们见证了软件从雏形到成熟的全过程。“刚开始的时候，大家都是二三十岁的年纪，现在已经成为团队的‘顶梁柱’。”吴淑红说，初期团队条件有限，没有现成的研发模板，大家就一起查资料、做实验，经常在会议室加班到深夜，“有时候为了一个模块的参数，能争论到凌晨”，但正是这种“较真”的态度，让软件的每一个功能都经得起考验。

　　抱朴守拙，行稳致远。在团队管理上，吴淑红也有着一套行之有效的方法。“师带徒”是她最看重的制度，每个核心成员都要带1～2名年轻工程师，不仅教技术，还教解决问题的思路。团队每年都会涌现出优秀的“师带徒”案例，比如一位数学专业的年轻工程师，在师父的指导下，用半年时间攻克了AI求解偏微分方程的难题，后来还获得了勘探院“十大青年科技进展”。“老带新不仅能传承技术，还能让年轻人快速融入团队。”吴淑红说。

　　“压担子促成长”是另一项重要举措。吴淑红敢于让年轻人承担超出其年龄段的任务，比如让工作3年的工程师负责某类油气藏模型的研发，让刚毕业的博士参与AI大模型的攻关。“年轻人有冲劲，给他们机会，他们就能创造惊喜。”有一位年轻工程师，刚入职时对油气藏仿真一窍不通，吴淑红让他负责油气藏仿真模块的产量预测，还派他去油田现场调研，两年后，他不仅成了该模块的专家，还提出了优化生产的预测预警的新算法。目前，团队已有3位年轻人被调到中国石油总部工作，成为行业的骨干力量。

　　“产学研用一体化”则是团队保持活力的关键。从软件研发初期，吴淑红就邀请中国石油下属16家油田公司的技术人员驻场参与需求分析，“油田需要什么功能，我们就开发什么功能”。在研发过程中，团队还与中国石油大学（华东）、中国石油大学（北京）、中国科学院等高校和科研院所合作，解决基础研究难题；与行业内的民企合作，完善软件的市场化功能。这种“多方协同”的模式，让软件既能满足工业需求，又能跟踪技术前沿。比如在华北油田注二氧化碳项目中，团队与油田技术人员、高校教授共同攻关，最终形成的方案相比传统方法，大幅提高了采收率。

　　“团队文化是凝聚人心的‘黏合剂’，‘家国情怀’是团队运行的核心驱动力。因为大家都清楚，研发国产工业软件是为了保障国家能源安全，所以不计较个人得失。”吴淑红介绍说，有一次，为了赶在项目验收前完成软件首版次测试，团队连续一个月每天加班到深夜，没有一个人抱怨；疫情期间，为了不耽误油田的应用进度，团队成员带着电脑去油田驻场服务，最长的一次待了两个月。在软件的研发与推广过程中，吴淑红团队始终坚持扎根油田一线，将“纸上技术”落到“井下实践”里。寒来暑往，十多年间，团队的足迹遍布全国数十个油田，行程累计数万里。他们不是在油田现场调研需求，就是在解决油田实际问题的路上——井场临时板房和油田工程师一起分析生产数据，趴在井场的绘图板上标注仿真参数，甚至跟着巡检队伍走遍管网沿线，只为精准捕捉油气开发中的真实痛点，让软件功能更贴合现场需求。从软件雏形的测试验证，到成熟版本的推广应用，每一次功能迭代、每一个参数优化，都离不开团队在油田一线的奔波与坚守，这份“扎进现场找问题”的务实，也成了软件能真正服务油气生产的关键。

　　此外，“既要脚踏实地，也要仰望星空”是团队的另一项文化理念——在保证软件能在油田实际应用的同时，时刻关注国际技术前沿。吴淑红带领团队定期组织学习，跟踪数值模拟技术、AI、大数据的最新进展，还与美国斯坦福大学、宾夕法尼亚州立大学、休斯敦大学、加拿大卡尔加里大学等开展合作，紧跟国际油气仿真软件的发展趋势。

　　面对研发中的挫折与质疑，团队始终保持“坚韧不拔”的精神。软件研发初期，有声音说“国产软件不如国外软件好用”，甚至有人建议“直接买国外软件更省事”。吴淑红没有辩解，而是带领团队去油田做对比测试，用数据证明软件的优势；在GPU并行计算路径选择失误时，团队没有气馁，而是集体复盘，重新选择更优的技术路线。“做工业软件，就要耐得住寂寞，守得住初心，经得起挫折。”这是吴淑红常对团队说的话。作为行业的前辈，吴淑红对年轻科研工作者有殷切的期望：“科研工作者既要坚韧不拔地攻克技术难关，又要砥砺创新地跟踪前沿；既要仰望星空，树立远大目标，又要脚踏实地，解决实际问题。”她自己也用行动践行着这些理念——每天坚持跑步5千米，用运动调节工作压力；在写报告、编代码时听音乐，让自己保持良好的状态。“科研工作虽然辛苦，但看到软件能在油田发挥作用，看到国家能源安全有了更多保障，就觉得一切都值得。”

　　吴淑红还计划在团队内部加强青年人才的培养，建立“老中青”结合的人才梯队，同时推动与高校的合作，设立工业软件相关的奖学金、实习岗位，吸引更多年轻人投身油气工业软件领域。“中国工业软件的自主化之路，需要一代又一代人的接力。”她说。

行业担当：从“软件研发”到“能源自主”

　　作为HiSimPro软件研发团队的核心带头人，吴淑红完成了从石油学子到工业软件“破局者”的蜕变。她经历了团队从攻坚到为行业赋能的历程，而这段历程也正是中国工业软件自主化之路的生动缩影。

　　“当前油气行业面临的挑战，比我们研发软件时更复杂。”吴淑红坦言，老油田高含水、非常规油气开发难、“双碳”目标压力，是摆在行业面前的三大难题。以大庆油田为例，部分区块含水率已超过95%，采出100立方米液体中只有5立方米是油，提高采收率难度极大；页岩油气、致密油气等非常规资源开发，需要更精细的方案设计；而“双碳”目标则要求油气开发既要保证产量，又要降低碳排放。

　　HiSimPro在应对这些挑战中发挥着关键作用。在老油田开发中，软件能通过精细的数值模拟，优化井网布局与注采参数，帮助老油田延长稳产期；在非常规油气开发中，它能模拟体积压裂的效果，提高压裂效率；在“双碳”方面，软件支持二氧化碳埋存（CCUS）的仿真，能优化注气方案，既提高采收率，又实现碳封存。华北油田巴彦区块的应用就是典型案例，通过HiSimPro设计的注二氧化碳方案，不仅采收率突破40%，还实现了二氧化碳的地下封存，每年减少碳排放数万吨。

　　行业对HiSimPro的评价是“填补空白、打破垄断，保障了油气工业软件产业链供应链韧性”。吴淑红认为，这不仅是对软件的认可，更是对团队责任担当的肯定。“作为央企的科研团队，我们有责任为国家能源安全保驾护航。”目前，HiSimPro已在大庆、长庆、塔里木等300余个油气田区块、3万口井、200个集输管网上进行了应用，还推广到中国石油化工集团有限公司等企业和石油类高校，仅在某气田开发中，就通过软件优化方案新增产气量42.24亿立方米。

　　谈及未来，吴淑红有清晰的规划。短期目标是完善HiSimPro的功能，实现“地质建模-数值模拟-生产优化-风险预警”的全流程一体化，深化AI技术的融合，比如将油气渗流大模型推向软件中应用，进一步提升软件的效率与精度。中期目标是拓展软件的应用场景，覆盖油气勘探、开发、工程等更多环节，打造“全链条”的油气开发仿真系统。长期目标则是构建“智能油气田开发管理系统”，通过实时数据采集、专业软件解释、AI动态分析，实现油气田开发的“实时认识、实时优化、实时管控”，预计能将开发方案设计效率提升5～10倍，大幅度降低生产成本。“这个目标我从毕业时就有了，现在已经实现了一部分，剩下的还要继续努力。”吴淑红说。

　　对于我国能源自主创新体系建设，吴淑红也提出了自己的建议。首先，要加强“创新友好型”科研环境建设，给工业软件研发更多的容错空间与激励政策。“工业软件研发周期长、投入大，过程中失误是常有的事，不能因为一次失误就否定整个项目。”她建议国家设立专项基金，支持工业软件的长期研发。其次，油气工业软件的研发要推动“央企+高校+民企”的协同创新模式，石油央企发挥资源整合优势，央企研究院负责软件技术攻关，高校负责基础研究，民企提供市场化技术，油田提供应用场景，形成“研发—应用—反馈—优化”的闭环。最后，要重视工业软件的知识产权保护，充分发挥发明专利和技术秘密的作用，“有些技术申请专利保护，有些技术尤其是核心技术申请技术秘密保护”，同时要加强知识产权的转化与应用，让科研成果真正落地。

　　回首来路，吴淑红曾因《工业软件简史》的序言而泪流满面：“每一句话都感同身受，所有的委屈艰辛瞬间涌上心头。”正是这种共鸣，让她在科研路上始终坚守。清晨的晨光里，她刚跑完5千米，手机屏幕弹出“山河已无恙，吾辈当自强”。她翻出团队登上央视采访的照片，忽然想起一句话：“我们守护的山河，从来不只在疆域之上。”

　　从2010年手绘软件架构图，到2025年HiSimPro在全国300余个油气田区块应用；从最初“打造备胎”的朴素愿望，到如今“打破垄断、国际领先”的行业标杆，吴淑红与团队用15年时间，完成了中国油气工业软件的“破冰之旅”。这款凝聚着智慧与汗水的软件，不仅为国家节省了数亿元的软件采购成本，更筑起了能源安全的“数字防线”，成为“高水平科技自立自强”的生动实践。

　　实际上，HiSimPro的故事不仅是一款软件的研发史，更是一代中国科研人“为国铸器”的精神史。吴淑红带领团队攻坚突破的这段历程，再次印证了一个道理：自主创新的道路或许漫长，但只要坚守初心、砥砺前行，就一定能实现突破。

　　如今，吴淑红仍在奔跑——在清晨的跑道上，在软件研发的一线，在推动能源自主创新的征程中。她知道，HiSimPro只是起点，未来还有更多的技术难关要攻克，还有更多的国产工业软件要研发。而她与团队的坚守与突破，也将激励更多科研人投身国家能源事业，用代码守护工业山河，用创新书写中国工业软件新篇章。正如HiSimPro发布会的主题“破冰·圆梦”，中国油气工业软件的“圆梦”之路，才刚刚开启。

专家简介

　　吴淑红，中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师、博士生导师，HiSimPro软件研发团队负责人和首席技术专家，中国石油“巾帼建功”先进个人，国家高层次人才。中国石油天然气集团有限公司人工智能技术研发中心副主任、技术委员会秘书长。兼任中国工业与应用数学学会（CSIAM）大数据与人工智能专业委员会委员、北京计算数学学会常务理事、国际石油工程师协会（SPE）亚太会议技术委员会委员。

　　长期扎根于科研生产一线，致力于油气田开发、油气藏数值模拟及智能化油气开发专业软件方面的理论、技术和软件研究，先后承担并主持多项国家、北京市、中国石油重大科研和国际合作研发项目30余项，主持研发新一代油藏数值模拟软件HiSim和油气藏-井筒-官网动态仿真软件HiSimPro。先后培养博士、硕士十余人。研究成果荣获省部级科技进步奖10项，授权国家发明专利10件，软件著作权40余项。发表论文100余篇，专著4部。