面向油气开发、CCUS注入、天然气输送、深水油气、石油炼化、油田特种车辆、钻采设备和能源装备长期服役中的高载荷、高压力、强腐蚀、强振动、复杂控制与智能运维需求，整合机械结构设计、热流固耦合仿真、可靠性评价、寿命预测、传感检测、嵌入式控制、国产化板卡和多源融合感知技术，形成大型设备研发、试验验证、优化设计和智能运维协同体系。该方向突出机械院与电工院交叉优势，在密相CO₂注入泵、能源装备焊接寿命、油液磨粒监测、油田特种车辆感知、连续管作业装备、清检管道机器人和国产化控制板卡等方面形成工程化成果，为智慧油田和重大能源装备自主可控提供支撑。该方向突出跨学院协同：机械院侧重装备结构、流体机械、可靠性和现场作业系统，电工院侧重感知、控制、信号处理和国产化硬件。二者共同支撑大型装备从概念设计、仿真优化、样机研制、传感接入到运行维护的全流程升级，使装备研发由单机设计转向系统级智能化。

【核心技术突破】

高压流体机械与CCUS注入装备优化：针对CCUS工程中CO₂注入泵效率低、设计理论不足、可压缩介质非定常流动难以预测等问题，构建CO₂物性数据库，建立柱塞泵内CO₂非定常流动的热流固耦合模型，突破动网格、非定常间隙流、阀组启闭和可压缩介质相态变化耦合求解难题。通过介质条件、阀组参数和运行参数对泵效影响规律分析，为密相CO₂注入泵、压裂泵、泥浆泵及氢气等特殊介质泵设计提供理论依据。模型还能扩展到多相介质和极端工况泵送问题，为油气压裂、新能源储运和高压注入装备提供通用设计工具。

能源装备关键区域原位评估与寿命预测：围绕石油炼化装备、长输油气管道、深水海洋平台等大厚板、多层多道焊结构，建立制造和服役过程对焊接接头力学性能影响的评价方法。通过原位评估、断裂损伤分析、环境与力学因素协同劣化机理研究，预测焊接接头和关键薄弱区域剩余寿命，为在役能源装备全寿命周期安全评定、维修决策和延寿改造提供支撑。通过建立服役损伤数据库和试验评价流程，可把单次强度校核提升为面向剩余寿命的长期安全管理。

大型传动装备状态监测与智能运维：针对齿轮箱、钻采设备和大功率传动系统磨损早期识别难、润滑油中磨粒信息提取困难的问题，设计装备磨损油液磨粒传感器，研发离线式、在线式和便携式监测仪器，利用反射光视觉信息提取金属磨粒浓度、粒度、形态和谱片特征。配合智能监测软件、气泡识别、图像分割和上位机通讯，实现齿轮箱异常磨损预警和大型装备预测性维护。仪器可与设备运行数据库联动，形成磨损趋势曲线和报警阈值，使检修计划从定期拆检转向按状态维护。

油田特种车辆多源融合感知：依托油田特种车辆与非常规能源技术装备研究基础，建立目标框融合、时序融合、卷积高效特征提取网络、雷达－相机动态融合策略和BEV特征生成方法。该技术改善沙尘、雨雪、夜间、井场障碍物密集等恶劣工况下的环境感知效果，为油田车辆无人化、自主作业、风险预警和连续作业效率提升提供核心感知能力。融合感知结果可进一步接入车辆控制系统和作业管理平台，服务压裂、修井、运输和井场巡检等多类装备。

连续管作业工程装备一体化技术：面向修井、冲砂、酸化、排液、压裂辅助和复杂井筒干预等连续管作业需求，构建连续管作业装备、管柱力学、疲劳寿命、作业参数监测和实时预警一体化技术。该技术将连续管注入头、滚筒、井口防喷、地面控制和井下工具协同考虑，通过管柱受力分析、摩阻预测、疲劳损伤评价和作业过程数据采集，提高连续管作业安全性、效率和复杂井适应能力。该技术强调地面注入、井口防控、管柱受力和作业参数协同，可缩短作业准备时间并降低连续管疲劳失效风险。

输油气清检一体化智能管道机器人：面向长输油气管道清管、检测、缺陷识别和定位需求，研发输油气清检一体化智能管道机器人，集成驱动、清管、检测、定位、通讯和缺陷识别功能，覆盖不同管径、弯头、沉积物和复杂介质工况。通过机械结构适配、传感检测、运动控制和数据分析协同，支撑管道内检测、风险分级和维修决策，提高管网完整性管理效率。检测结果可与管道完整性数据库衔接，形成清管、检测、缺陷识别、定位和维修建议的闭环。

井下工具与钻井固控装备集成优化：围绕旋转－滑动离合式控制工具、可变径稳定器、钻井固控装备优化设计与智能监控等成果，形成井下工具结构设计、地面固控系统、现场工况适配和智能监控协同优化技术。该技术通过工具结构参数、控制逻辑、井筒摩阻、泥浆处理效率和设备运行状态联合分析，提高井下工具可靠性、钻井固控效率和复杂作业场景下的装备适应性。井下工具与固控装备集成思路强调模块化和工况适配，可缩短新工具现场试验周期，提高不同油气田环境下的可推广性。

国产化电控平台与边缘计算支撑：围绕装备控制与信号处理自主可控需求，研发FMQL45T-900+FMT6678m全国产核心板卡和基于Xilinx RFSoC XCZU47DR的高性能射频处理核心板卡，形成控制、实时处理和算法加速一体化能力。该类成果可与大型设备传感监测、油田巡检、雷达通信、工业机器视觉和智能控制系统结合，为机械装备研发优化提供电工院协同支撑。硬件平台与算法模型结合后，可在装备端完成部分识别、控制和预警任务，降低对远程网络和进口硬件的依赖。

清洁能源动力装备低排放燃烧与氢能掺混稳定性调控： 面向油气动力装备、燃气轮机及清洁能源动力系统低碳化运行需求，构建新型低排放燃烧系统，建立碳烟生成动力学模型，提出流场扰动调控与拓扑优化相结合的“流动－燃烧－声学”多物理场耦合调控方法。该技术可将氢气掺混比例由20%提升至60%，在提升燃烧稳定性的同时降低NOx及颗粒物排放，为油气动力装备低排放改造、燃气轮机掺氢燃烧和清洁能源动力系统优化提供支撑。

智慧能源装备创新研究：智慧能源装备创新研究围绕智能油气装备、低碳新能源装备和高效检测储能装备，形成井筒完整性评价、关键设备损伤识别、装备寿命预测、数字井场与数字孪生井筒建设等平台支撑能力，可为大型能源装备研发优化、井筒安全评价和智能运维系统集成提供团队与条件支撑。

【成果支撑】

该方向具备从理论建模、仿真分析、样机研制、传感检测到现场试用的完整支撑。油液磨粒传感器探测精度小于10μm，黑油环境下可获取磨粒图像，生产成本降低约30%，监测性能提升2倍以上，误报率不高于10%，检修效率提升50%以上；管道机器人覆盖Φ40-1219mm全口径，缺陷识别率95%，定位误差不超过2m，已完成200余次进管检测、覆盖复杂管道近2万公里；国产核心板卡实现100%国产自主可控，性能提升3-5倍。成果服务矿用齿轮箱、油田特种车辆、天然气管网和智慧油田装备场景。管道机器人、磨粒监测、国产板卡和复杂天然气管网输差管控等成果已形成论文、专利、软著、样机和企业应用组合支撑，其中复杂天然气管网输差管控系统2024年在陕西省天然气股份有限公司上线运行。

【应用前景】

CCUS装备领域：可用于CO₂注入泵、压裂泵、泥浆泵和特殊介质泵的国产化设计与运行参数优化，支撑碳捕集封存工程装备升级。

能源装备服役领域：适用于炼化装备、深水平台、长输油气管道和焊接结构的原位评估、寿命预测、维修决策和延寿改造。

智慧油田装备领域：油田特种车辆感知、连续管作业装备、管道机器人和井下工具可支撑无人化作业、智能巡检和复杂工况自主决策。

国产控制平台领域：国产核心板卡与射频处理板卡可推广至工业控制、雷达通信、安防监测、医疗成像和油田装备边缘计算。

清洁动力装备领域：可用于油气动力装备、燃气轮机和清洁能源动力系统的低排放燃烧组织、掺氢燃烧稳定性提升和NOx/颗粒物排放控制，支撑传统油气动力装备向低碳、高效、宽燃料适应性方向升级。