美國留學(xué)選擇什么專業(yè)好?留學(xué)美國熱門專業(yè)推薦
2019-06-26
更新時間:2024-06-07 03:48作者:小樂
本文選自《中國工程院學(xué)報》《Engineering》 2022年第11期
作者:李國新、冼成剛、劉鶴
資料來源:中國非常規(guī)油氣經(jīng)濟(jì)發(fā)展“一機(jī)六檔”系統(tǒng)工程方法[J]工程,2022,18(11):105-115。
編者注
我國非常規(guī)油氣資源豐富,油氣勘探開發(fā)已進(jìn)入“非常規(guī)油氣并舉”時代。非常規(guī)油氣已成為我國油氣增儲上產(chǎn)最重要的現(xiàn)實資源,是我國油氣工業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。然而,目前非常規(guī)油氣的生產(chǎn)規(guī)模與巨大的資源量和快速增長的探明地質(zhì)儲量不匹配。技術(shù)、成本、管理、理念等方面的挑戰(zhàn)制約了非常規(guī)油氣資源規(guī)模效益開發(fā),亟需提高抗風(fēng)險能力和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?
中國工程院劉鶴院士研究團(tuán)隊在《中國工程院學(xué)報《Engineering》2022年第11期發(fā)表文章《中國非常規(guī)油氣開發(fā)的“一全六化”系統(tǒng)工程方法論》。文章基于系統(tǒng)工程,提出“一- “六六”非常規(guī)油氣效益開發(fā)方法論,包括全生命周期管理、一體化規(guī)劃、專業(yè)協(xié)同、市場化運作、社會化支持、數(shù)字化管理和綠色發(fā)展七大要素;文章指出,通過實施“一全面、六化”,可以提質(zhì)增效、降低桶油成本、大幅提高采收率和綠色發(fā)展,實現(xiàn)資源規(guī)?;咝Ю貌⒋蠓忍岣吣戤a(chǎn)量。將極大拓展非常規(guī)油氣發(fā)展空間,服務(wù)國家油氣供應(yīng)安全和國家“雙碳戰(zhàn)略”。
一、簡介
經(jīng)過十多年的探索,我國非常規(guī)油氣開發(fā)取得了重要突破和重大進(jìn)展。主要技術(shù)與美國的差距迅速縮小和接近,部分單項技術(shù)參數(shù)或指標(biāo)已達(dá)到美國主流水平。但我國非常規(guī)油氣開發(fā)規(guī)模卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國。與我國龐大的非常規(guī)油氣資源也極不相符。此外,一些非常規(guī)油氣項目的桶油成本仍然居高不下。迫切需要提高抗風(fēng)險能力和可靠性??沙掷m(xù)發(fā)展?jié)摿Α榇耍恼略诶碚摲治龊蛯嵺`指導(dǎo)的基礎(chǔ)上,提出了“一對一、六位一體”的系統(tǒng)工程方法論,以促進(jìn)我國非常規(guī)油氣效益開發(fā)。
2、我國非常規(guī)油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及存在挑戰(zhàn)
我國非常規(guī)油氣資源豐富。根據(jù)“十三五”全國油氣資源評價結(jié)果,我國陸上頁巖油資源量為2.831010t,致密油資源量為1.391010t。截至2020年底,我國頁巖油、致密油探明地質(zhì)儲量分別為7.580108t、2.758109t;陸上頁巖氣資源量1.221014 m3,技術(shù)可采資源量2.21013 m3。此外,還有豐富的致密氣、煤層氣資源。非常規(guī)油氣資源已成為國內(nèi)油氣增儲上產(chǎn)最重要的實踐領(lǐng)域。 2019年,國內(nèi)非常規(guī)油氣產(chǎn)量達(dá)到7.668107 t油當(dāng)量,占油氣總產(chǎn)量的23%,其中非常規(guī)天然氣產(chǎn)量占天然氣總產(chǎn)量的35%(其中致密砂巖氣4.10) 1010 m3、頁巖氣1.541010 m3、煤層氣5.90109 m3),非常規(guī)石油產(chǎn)量占國內(nèi)原油總產(chǎn)量的11%(其中致密油2.3106 t、油頁巖油1.5106 t) 、重油1.5107t、油砂2.0106t)。國家能源局在2021年12月24日召開的“2022年全國能源工作會議”上公布的數(shù)據(jù)顯示,2021年國內(nèi)頁巖油、頁巖氣產(chǎn)量和煤層氣利用量分別達(dá)到2.4106t和2.3。 1010 立方米和7.7 109 立方米。非常規(guī)油氣產(chǎn)量占國內(nèi)油氣總產(chǎn)量的比重將逐年提高。致密油氣和頁巖油氣產(chǎn)量的年增長率和年增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)油氣資源。將對國內(nèi)油氣基礎(chǔ)生產(chǎn)發(fā)揮關(guān)鍵作用,保障國家油氣供應(yīng)安全。盈利也變得越來越重要。但技術(shù)、成本、管理、理念四個層面的瓶頸挑戰(zhàn)制約著我國非常規(guī)油氣資源的高效開發(fā)。 (一)技術(shù)挑戰(zhàn)我國非常規(guī)油氣資源主要分布在陸相,實現(xiàn)效益開發(fā)面臨較大技術(shù)挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在:基礎(chǔ)地質(zhì)認(rèn)識不足、平面和縱向上建立“甜點區(qū)” “甜蜜區(qū)間”分級評價標(biāo)準(zhǔn)難以規(guī)范;水平井鉆探難度明顯增加,表現(xiàn)為優(yōu)質(zhì)油藏鉆遇率低、鉆井周期長、工程成本高,制約了大型井叢平臺立體開發(fā)模式。應(yīng)用及推廣;巖性特征、巖石組構(gòu)、多尺度非均質(zhì)性和微滲流機(jī)制復(fù)雜,儲層改造材料和工藝技術(shù)的適應(yīng)性差異較大,在很大程度上限制了體積壓裂的效果,提高了單次改造的效率。級壓裂。油井生產(chǎn)和最終累計產(chǎn)量(歐元)預(yù)測困難;薄互層和高度非均質(zhì)儲層的高分辨率、高精度模擬存在困難。基于混合井型或多層水平井三維開發(fā)的精準(zhǔn)布井、產(chǎn)能預(yù)測和多維度協(xié)同優(yōu)化不確定性較大,開發(fā)方案和部署策略的適應(yīng)性差異較大;數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗相對薄弱,多學(xué)科數(shù)據(jù)存在“孤島”現(xiàn)象,設(shè)備裝備智能化率不高,地下井、地上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成和共享技術(shù)井場和集輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作和決策系統(tǒng)有待完善。 (2)成本挑戰(zhàn)非常規(guī)油氣的地質(zhì)特征決定了需要持續(xù)鉆探以維持產(chǎn)能,整個生命周期需要持續(xù)投入大量的資源、人力、技術(shù)和資金。因此,只有不斷降低每桶油的成本,不斷突破成本極限,才能增強項目的抗風(fēng)險能力和盈利能力?,F(xiàn)階段我國非常規(guī)油氣開發(fā)每桶油當(dāng)量成本較高,距離規(guī)模效益的開發(fā)要求還存在較大差距。據(jù)國內(nèi)相關(guān)公司報道,在鉆井深度和水平段長度相似的條件下,國內(nèi)頁巖油井鉆井周期和單井建設(shè)投資遠(yuǎn)超北美。
以頁巖油項目完整成本為例,到2020年,鄂爾多斯盆地青城油田長7頁巖油將達(dá)到52美元/桶,準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾蘆草溝組頁巖油將達(dá)到52美元/桶。為72美元/桶。由于處于開發(fā)和測試初期,價格高達(dá)90美元/桶以上。相比之下,2017年以來,美國主要致密油/頁巖油盆地石油標(biāo)準(zhǔn)化桶成本按年產(chǎn)量已降至50美元/桶以下,普遍低于WTI原油價格。到2020年,美國致密油/頁巖油每桶成本再創(chuàng)新低。 (3)管理挑戰(zhàn)以資產(chǎn)項目為基本單元實施全生命周期管理,是國際石油公司經(jīng)過長期實踐證明的有效管理模式,也是非常規(guī)油氣高效利用最有效的組織模式資源。該模型特別注重系統(tǒng)性的前期研究,利用充足的時間和資金投入產(chǎn)生更大的價值影響,為整個資產(chǎn)項目價值鏈的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)(圖1)。目前,我國非常規(guī)油氣開發(fā)項目仍采用傳統(tǒng)的學(xué)科、專業(yè)接力管理。不同階段、流程、環(huán)節(jié)之間存在銜接不暢甚至脫節(jié)的問題。及時投入機(jī)制、動態(tài)反饋機(jī)制、及時調(diào)整機(jī)制還不完善。各學(xué)科之間很難實現(xiàn)交叉融合。各個專業(yè)子系統(tǒng)的局部優(yōu)化并不能保證整個系統(tǒng)的全局優(yōu)化。全生命周期管理尚未實現(xiàn),不再適合非常規(guī)油氣行業(yè)的快速響應(yīng)、及時調(diào)整、整體優(yōu)化。要求(參見附錄A 中的圖S1)。
圖1 油氣資產(chǎn)項目成本價值曲線示意圖。需要強調(diào)的是,穩(wěn)定的流程總比沒有流程好。 (四)概念挑戰(zhàn)與常規(guī)油氣資源相比,非常規(guī)油氣資源雖然是相對“低品位、劣質(zhì)”的資源,但非常規(guī)油氣不能簡單地等同于低采收率、低效率。國外實踐表明,非常規(guī)油氣完全可以實現(xiàn)高采收率;北美在油價劇烈波動的情況下,通過不斷降低每桶石油成本,實現(xiàn)了非常規(guī)油氣的規(guī)模效益開發(fā)。在我國,很多非常規(guī)油氣開發(fā)項目在油田層面規(guī)劃甚至總部層面頂層設(shè)計時都被等同于“采收率低、效率低”。默認(rèn)恢復(fù)率設(shè)置為低于10%。加上一定油價下的低收益甚至負(fù)收益,還原論的層層分解、條塊分割和傳統(tǒng)思維的僵化,自我限制了發(fā)展和創(chuàng)新的空間??傮w來看,我國非常規(guī)油氣經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的四個層面的挑戰(zhàn)中,技術(shù)挑戰(zhàn)是現(xiàn)狀,成本挑戰(zhàn)是表象,管理挑戰(zhàn)是癥結(jié),觀念挑戰(zhàn)是核心(圖2)。只有解決理念問題,才能理順管理癥結(jié),堅持成本底線思維,實施全生命周期管理,進(jìn)行全流程優(yōu)化,進(jìn)而突破高成本的表象。因此,我們必須以創(chuàng)新理念為指導(dǎo),以管理改革為突破口和關(guān)鍵抓手,推進(jìn)管理革命,加快我國非常規(guī)油氣規(guī)模高效開發(fā),保障國內(nèi)油氣供應(yīng)、服務(wù)國家能源安全戰(zhàn)略、適應(yīng)“碳達(dá)峰” “碳中和”是國家戰(zhàn)略的新要求。
圖2 我國非常規(guī)油氣受益發(fā)展“挑戰(zhàn)金字塔”的四個層次。
三、非常規(guī)油氣效益開發(fā)“一全六化”方法論
基于系統(tǒng)工程,提出中國石油天然氣集團(tuán)公司非常規(guī)油氣效益開發(fā)“一六”方法論,包括全生命周期管理、統(tǒng)籌規(guī)劃、專業(yè)協(xié)同、市場化運作、社會化七大要素。支撐、數(shù)字化管理和綠色發(fā)展(圖3)。
圖3.“一個完整的六個現(xiàn)代化”系統(tǒng)工程方法的簡化圖。以資產(chǎn)項目為基本單元,在具體運營中實施全生命周期管理。項目投資按照全流程進(jìn)行詳細(xì)計算和評估,追求關(guān)鍵優(yōu)化指標(biāo)最大化。由于非常規(guī)油氣開發(fā)具有獨特的地質(zhì)和工程約束,在項目推進(jìn)過程中,需要各部門、各學(xué)科、各系統(tǒng)相互銜接、協(xié)調(diào),同時需要與政府密切互動。社會、環(huán)境、第三方單位。要不斷積累和更新知識,持續(xù)迭代完善技術(shù)和管理學(xué)習(xí)曲線,針對關(guān)鍵需求及其動態(tài)變化做出快速前瞻響應(yīng)、及時調(diào)整。 “六個現(xiàn)代化”方法論運用整體思維、辯證思維,從探索階段就開始頂層設(shè)計,充分聚焦技術(shù)、管理、人員、市場等各個方面,推動規(guī)劃、流程、技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新。管理機(jī)制。本文提出方法論的目的是最大限度提高油氣最終采收率,創(chuàng)新組織各類資源優(yōu)化運行,以規(guī)模效益提高我國非常規(guī)油氣開發(fā)能力。 (1)全生命周期管理全生命周期管理是指貫穿資產(chǎn)項目全過程,在合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下實現(xiàn)回收最大化的最終目標(biāo)(圖4)。實施過程中,資產(chǎn)區(qū)塊內(nèi)設(shè)置獨立項目,邊界清晰。采用“單項設(shè)計、單項投資、單項方案審查、單項成本核定、單項產(chǎn)量測算、單項效益評價”的逆向倒逼機(jī)制,綜合考慮底線成本、收益率和回收率,測算項目全壽命循環(huán)效益,結(jié)合跨責(zé)任部門的一體化管理,在從勘探到處置各階段可接受的成本偏差條件下,優(yōu)化各子階段的重點任務(wù)(表1),真正做到“事前算利、事中制勝、真正之后獲勝“”。
圖4. 非常規(guī)油氣開發(fā)推薦的生命周期優(yōu)化模型。歐元:預(yù)測最終累計產(chǎn)量; IRR:內(nèi)部收益率; f:函數(shù)。表1 非常規(guī)油氣開發(fā)全生命周期管理框架
非常規(guī)油氣項目作為一個系統(tǒng),必須從系統(tǒng)工程的角度進(jìn)行分析和理解,了解其完整性、層次性、復(fù)雜性、開放性和動態(tài)性。項目中以“點、線、面”的思路組織多學(xué)科跨學(xué)科、多部門協(xié)作。 “點”明確關(guān)鍵技術(shù)問題,“線”保證各階段、各流程的程序銜接,“面”形成實施應(yīng)用機(jī)制?;跀?shù)據(jù)融合和知識共享,實現(xiàn)各要素、階段、過程的無縫連接,構(gòu)建物理-物理-人文系統(tǒng)的學(xué)習(xí)曲線,達(dá)到利用現(xiàn)有理論和技術(shù)形成可靠、可靠的目標(biāo)。有效的大系統(tǒng)初級階段和高級階段的目的是利用先進(jìn)的理論和技術(shù)形成高效、優(yōu)秀的大系統(tǒng)。為此,提出了通用的生命周期管理概念模型。模型的X軸定義了資產(chǎn)項目的各個階段及其明確的任務(wù)清單,Y軸確定了研究和規(guī)劃程序,Z軸對應(yīng)了地質(zhì)工程一體化的每個關(guān)鍵任務(wù)過程?;诖髷?shù)據(jù)和人工智能優(yōu)化賦能,地質(zhì)工程一體化模型和方法貫穿多學(xué)科融合、跨部門協(xié)作、多目標(biāo)優(yōu)化、流程再造、分層決策和全生命周期優(yōu)化,支撐地質(zhì)工程地質(zhì)工程一體化模型和方法的應(yīng)用。資產(chǎn)項目整體優(yōu)化。優(yōu)化并獲得最優(yōu)路徑(圖5)。
圖5. 全生命周期管理的一般概念模型。 (2)綜合規(guī)劃綜合規(guī)劃圍繞控制資源、建設(shè)產(chǎn)能、獲取產(chǎn)出三大業(yè)務(wù)線,以資產(chǎn)項目為單位,綜合考慮內(nèi)外部系統(tǒng),掌握系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的關(guān)系。其要素之間互聯(lián)互通,進(jìn)行總體設(shè)計和流程規(guī)劃,在國家石油公司現(xiàn)有管理架構(gòu)和運營架構(gòu)下建立新的、可操作的組織管理架構(gòu)和運營模式,推進(jìn)跨系統(tǒng)、跨部門、跨學(xué)科、跨學(xué)科、跨層次的協(xié)作。一體化規(guī)劃包括勘探開發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化、地面地下一體化、科研生產(chǎn)一體化、生產(chǎn)經(jīng)營一體化、設(shè)計監(jiān)理一體化六大重點內(nèi)容??碧介_發(fā)一體化:加強頂層規(guī)劃和總體布局,隨著勘探評價進(jìn)展動態(tài)調(diào)整開發(fā)規(guī)劃和部署策略,提高決策效率,降低項目技術(shù)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險。在總結(jié)昭通國家頁巖氣示范區(qū)實踐的基礎(chǔ)上,提出了勘探開發(fā)一體化總體路線圖(見附錄A,圖S3),可針對不同非常規(guī)油氣類型量身定制具體詳細(xì)的技術(shù)內(nèi)容。地質(zhì)工程一體化:明確項目不同運營階段各子系統(tǒng)的流程和關(guān)鍵要素,打破學(xué)科執(zhí)念、專業(yè)壁壘和管理邊界,通過迭代學(xué)習(xí)不斷完善整體系統(tǒng)和各子系統(tǒng),提高計劃達(dá)標(biāo)率和技術(shù)有效性和運營效率,管理地質(zhì)不確定性,降低工程風(fēng)險,并支持全生命周期管理優(yōu)化(圖6)。
圖6. 地質(zhì)工程一體化推薦的一般流程。地上地下一體化:在最大限度地有效利用資源的同時,首要考慮的是地面上的人文地理條件、環(huán)境生態(tài)約束以及由此帶來的工程復(fù)雜性。從全局角度優(yōu)化基地、倉儲、供水、電力、交通、道路等基礎(chǔ)設(shè)施布局,加強地面子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)、供應(yīng)鏈子系統(tǒng)與總體發(fā)展規(guī)劃的協(xié)調(diào)性和動態(tài)靈活性,從而提高項目安全能力并降低相關(guān)成本??蒲猩a(chǎn)一體化:專門針對該項目建立多學(xué)科綜合研究團(tuán)隊,支撐從勘探到開發(fā)利用全流程的優(yōu)化??蒲腥藛T應(yīng)盡可能靠前部署,融入生產(chǎn)一線,與各工程子系統(tǒng)緊密結(jié)合,及時互動。根據(jù)重大現(xiàn)場需求和實施變化,整合內(nèi)外部研究力量開展階段性研究,及時高效調(diào)整研究重點,進(jìn)一步提高解決方案部署水平和項目實施效率(圖7)。
圖7 多學(xué)科研究與運行協(xié)同工作框架。生產(chǎn)運營一體化:遵循項目全生命周期的整體質(zhì)量要求和關(guān)鍵指標(biāo),以基層ERP系統(tǒng)為抓手,從頂層設(shè)計和計劃細(xì)化各階段的計劃設(shè)計、過程控制和成本部署到各種工程操作。管理上,不斷提高經(jīng)濟(jì)效益,降低成本,增強抗風(fēng)險能力和盈利能力。設(shè)計監(jiān)理一體化:運用強有力的監(jiān)理手段,嚴(yán)格落實、高質(zhì)量落實相關(guān)技術(shù)方案;石油公司確保經(jīng)過系統(tǒng)論證和決定的項目計劃得到毫不妥協(xié)的實施;加強過程管理和監(jiān)督控制,做到任務(wù)明確、責(zé)任明確、反饋迅速、決策及時。 (3)專業(yè)協(xié)作一個非常規(guī)油氣開發(fā)項目通常需要多個專業(yè)子公司、多個單位和部門共同完成。來自不同方面的人員具有不同的專業(yè)背景和經(jīng)歷,涉及多個服務(wù)團(tuán)隊、多個專業(yè)流程、數(shù)十項業(yè)務(wù)活動、數(shù)百個工作環(huán)節(jié)或工作流程,此外還要支持集中營地、鉆完井壓裂材料、通訊網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急救援等。因此,技術(shù)方案和實施流程必須優(yōu)化、組合、有針對性地選擇專業(yè)服務(wù)團(tuán)隊,在資源共享、技術(shù)共享、流程共享的基礎(chǔ)上實施專業(yè)協(xié)作,從而大大提高項目效率和效果,保護(hù)相關(guān)服務(wù)方的利益。附錄A圖S4是壓裂子系統(tǒng)專業(yè)協(xié)作示意圖。它包括多個業(yè)務(wù)流程,每個業(yè)務(wù)流程又包含多個業(yè)務(wù)活動,每個業(yè)務(wù)活動又包含多個工作流。 (四)市場化運作:充分發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用,大力組織推進(jìn)市場化運作,既是國家改革的方向,也是非常規(guī)石油盈利發(fā)展的必然選擇和氣體。從我國非常規(guī)油氣開發(fā)體系來看,必須建立運營商與服務(wù)商利益共享、風(fēng)險共擔(dān)、合作共贏的理念和機(jī)制,培育市場化的良性競爭環(huán)境。石油公司首先要開放內(nèi)部技術(shù)服務(wù)市場,石油公司之間也要逐步開放技術(shù)服務(wù)市場。最終,各石油公司必須逐步向社會開放其非常規(guī)油氣領(lǐng)域的技術(shù)服務(wù)市場。以資產(chǎn)項目為基礎(chǔ),創(chuàng)新管理機(jī)制、考核評價體系和商業(yè)模式,確保優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù),促進(jìn)各利益相關(guān)方和參與者共同發(fā)展,共同實現(xiàn)各方降本增效,形成市場化運作。協(xié)作范例。 (五)社會支持依托地方政府和社會“輕量化”管理,是實現(xiàn)非常規(guī)油氣效益開發(fā)的重要舉措。開發(fā)項目的運作模式要求充分利用社會網(wǎng)絡(luò)和公共資源獲得專業(yè)服務(wù),提高基礎(chǔ)設(shè)施支撐能力,優(yōu)化供應(yīng)鏈配置,獲得公眾支持,避免形成“大綜合、小綜合”但缺乏專業(yè)性和效率。 Febi的自循環(huán)支持服務(wù)體系。充分利用社會支持,從外部獲得高效率、高質(zhì)量的服務(wù)成為一種理念和項目運作常態(tài),從購買設(shè)備和產(chǎn)品到購買服務(wù)或租賃服務(wù),從內(nèi)部完全獨立到完全依靠可靠的服務(wù)服務(wù)提供商將部分投資轉(zhuǎn)化為成本,并盡可能減少項目的固定資產(chǎn)投入。 (六)數(shù)字化管理數(shù)字化、數(shù)字化智能化正在推動社會和行業(yè)加速變革。組織管理架構(gòu)和流程優(yōu)化再造的相應(yīng)變化,使油氣行業(yè)的快速響應(yīng)能力成倍甚至提高了數(shù)量級。運營效率和決策可靠性。
與2014年相比,2020年美國頁巖油氣產(chǎn)量增長近一倍,數(shù)字化智能在大幅提高勞動生產(chǎn)率和運營效率、降低成本方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。我國油氣行業(yè)數(shù)字化目前正處于快速發(fā)展階段。實施非常規(guī)油氣工程全面數(shù)字化建設(shè),應(yīng)基于數(shù)字油氣田和大數(shù)據(jù)系統(tǒng),實現(xiàn)全面的知識感知與發(fā)現(xiàn)、自動化生產(chǎn)、實時監(jiān)測與診斷、預(yù)測預(yù)警、協(xié)同研究、全生命周期多目標(biāo)多層次優(yōu)化、一體化運營、節(jié)能碳減排、智能決策。在大數(shù)據(jù)和人工智能賦能驅(qū)動下,推動生產(chǎn)方式、管理架構(gòu)、運營模式和流程模式再造更加高效、優(yōu)質(zhì)。附錄A 中的圖S5 提出了非常規(guī)石油和天然氣開發(fā)項目的簡化數(shù)字管理架構(gòu)。 (七)綠色發(fā)展綠色發(fā)展是新時代油氣行業(yè)的重要使命。與常規(guī)油氣項目相比,非常規(guī)油氣項目由于需要持續(xù)高強度的鉆井和壓裂,面臨著更大的環(huán)境和碳減排壓力。在“碳達(dá)峰”和“碳中和”的硬約束下,非常規(guī)油氣項目必須從一開始就樹立綠色發(fā)展理念,通過技術(shù)進(jìn)步和管理轉(zhuǎn)型,實現(xiàn)項目與自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一。綠色發(fā)展體現(xiàn)在五個方面:清潔生產(chǎn)過程,應(yīng)用綠色環(huán)保材料和清潔生產(chǎn)技術(shù),從源頭上減少廢物產(chǎn)生; 廢棄物資源化利用,確保廢水、固體廢棄物、廢氣等資源的循環(huán)利用和“無廢”工程建設(shè); 集約化道路用地,大力推廣大井叢平臺開發(fā)方式,實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和井場一體化、預(yù)制化建設(shè); 場地生態(tài)建設(shè),加快油氣田、礦區(qū)綠化和生態(tài)恢復(fù),開展碳匯林和碳中和林建設(shè); 產(chǎn)業(yè)鏈低碳化,通過技術(shù)裝備的完善升級和數(shù)字化、智能化賦能,對項目建設(shè)和運營流程進(jìn)行閉環(huán)改造,以綠色新能源替代項目建設(shè)和運營能源等一系列推動非常規(guī)油氣項目與二氧化碳封存利用(CCUS)融合,實現(xiàn)節(jié)能降耗、節(jié)約水資源、控制溫室氣體和揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)排放。
四、“一個完整六化”系統(tǒng)工程方法論對非常規(guī)油氣效益開發(fā)的意義
非常規(guī)油氣開發(fā)是一個由眾多跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨層次組成部分相互聯(lián)系、相互依存、相互制約、相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)。要實現(xiàn)非常規(guī)油氣的盈利開發(fā),必須遵循系統(tǒng)工程方法。 “一個全面、六個現(xiàn)代化”理念的提出,是非常規(guī)油氣開發(fā)系統(tǒng)工程方法論的具體體現(xiàn),主要體現(xiàn)在以下四個方面。 (一)“一、全、六現(xiàn)代化”體現(xiàn)了非常規(guī)油氣開發(fā)體系的完整性。非常規(guī)油氣開發(fā)項目主要涉及國家石油公司勘探生產(chǎn)板塊和工程服務(wù)板塊兩個內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)。每個系統(tǒng)又可以進(jìn)一步細(xì)分為無數(shù)相關(guān)的子系統(tǒng)。工程生產(chǎn)方面,涉及規(guī)劃、地質(zhì)、評價、鉆井、采油、地面、運營、維護(hù)等專業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)活動;在組織管理方面,涉及設(shè)計單位、科研院所、技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)、鉆井工程企業(yè)、開發(fā)公司、油田建設(shè)、采油單位、政府部門等職能機(jī)構(gòu);外部環(huán)境系統(tǒng)涉及地方政府、服務(wù)企業(yè)、環(huán)境生態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施、物流運輸、物資保障等利益相關(guān)方。項目中各部分通過一體化規(guī)劃、專業(yè)協(xié)作、社會化運作,相互作用、相互依存、分工協(xié)作、一體化發(fā)展,共同促進(jìn)項目整體優(yōu)化。非常規(guī)油氣開發(fā)項目也是一個共生系統(tǒng)項目。通過實施“一全面、六化”,進(jìn)行要素重組、系統(tǒng)優(yōu)化整合,構(gòu)建互利共生、一體化共生模式和環(huán)境,實現(xiàn)“1+12”系統(tǒng)涌現(xiàn)效應(yīng);各利益相關(guān)方通過包容協(xié)調(diào)、合作共贏,促進(jìn)自身發(fā)展,增強共同利益的“蝴蝶效應(yīng)”,體現(xiàn)了整體優(yōu)化思維和系統(tǒng)工程整體性原理。 (二)“一全六化”實現(xiàn)非常規(guī)油氣開發(fā)體系分層優(yōu)化。非常規(guī)油氣開發(fā)項目包括多個子系統(tǒng),如鉆完井工程子系統(tǒng)、壓裂工程子系統(tǒng)等,以及較低層次。元素;同時,它是國有大型企業(yè)整個油氣勘探生產(chǎn)體系的一個子系統(tǒng),進(jìn)一步服務(wù)于國家油氣供應(yīng)安全的復(fù)雜系統(tǒng),具有鮮明的層級體系結(jié)構(gòu)。 “六化一全”針對非常規(guī)油氣開發(fā)系統(tǒng)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨層次的普遍特點,優(yōu)化系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu),確保各子系統(tǒng)各司其職、高效運轉(zhuǎn)高質(zhì)量,實現(xiàn)我國非常規(guī)油氣開發(fā)體系。規(guī)范油氣開發(fā)規(guī)模效益。我國油氣勘探開發(fā)進(jìn)入“常規(guī)與非常規(guī)油氣并舉”時代。非常規(guī)油氣資源是我國穩(wěn)定原油產(chǎn)量、擴(kuò)大天然氣產(chǎn)量最現(xiàn)實、最重要的增量部分。它們是我國油氣工業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。非常規(guī)油氣資源產(chǎn)量占國內(nèi)油氣年產(chǎn)量的比重將逐年增加。通過實施“一全面、六化”,提質(zhì)增效,降低桶油成本,顯著提高采收率,實現(xiàn)綠色發(fā)展,實現(xiàn)資源規(guī)?;咝Ю?,年產(chǎn)量顯著提高,將極大拓展非常規(guī)油氣開發(fā)空間,服務(wù)國家油氣供應(yīng)安全和國家“雙碳戰(zhàn)略”。此外,從國家石油公司發(fā)展空間、發(fā)展利益、發(fā)展戰(zhàn)略等多個維度來看,“一全面、六現(xiàn)代化”方法論也體現(xiàn)了非常規(guī)油氣開發(fā)體系分層耦合優(yōu)化的要求。
(三)“一全六化”有效應(yīng)對非常規(guī)油氣開發(fā)體系的復(fù)雜性。非常規(guī)油氣開發(fā)系統(tǒng)除了其固有的復(fù)雜性外,還包括系統(tǒng)的整體和局部、子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和要素及其定性和定量的模型演化,子系統(tǒng)和要素之間的相互作用存在不確定性、非線性和模糊性。我國非常規(guī)油氣開發(fā)也有其特殊的復(fù)雜性。首先,我國非常規(guī)油氣“多源、多階段、多方向”的地質(zhì)特征,給開發(fā)帶來了巨大的理論和技術(shù)挑戰(zhàn);古龍純頁巖油開發(fā)尚無先例,因此山脊高原英雄山型頁巖油也不同于其他,適應(yīng)性理論和技術(shù)進(jìn)入了“無人區(qū)”。其次,在組織管理上,主要沿襲目前常規(guī)油氣開發(fā)項目的模式,各階段由不同部門負(fù)責(zé);同一部門不同專業(yè)背景的員工和專家沒有有效的協(xié)作,缺乏互動和溝通;管理實行層層落實。垂直管理,規(guī)劃方案為各子系統(tǒng)、下屬部門、下屬單位在不同階段或時間段設(shè)定獨立的目標(biāo)(圖1)。同時,國家石油公司勘探生產(chǎn)子系統(tǒng)與工程技術(shù)子系統(tǒng)由于歷史原因,關(guān)聯(lián)交易較為扎實,缺乏彈性和靈活性,也值得關(guān)注。三是我國非常規(guī)油氣開發(fā)項目外部環(huán)境約束更為復(fù)雜,需要考慮油氣供應(yīng)的長期穩(wěn)定、對當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐、環(huán)境生態(tài)的承載能力以及約束條件等?;A(chǔ)設(shè)施。針對這些復(fù)雜性,“一整體六化”方法論通過全生命周期管理和一體化規(guī)劃,實現(xiàn)時間和空間維度的整體優(yōu)化,協(xié)調(diào)整體與部分的關(guān)系,用專業(yè)協(xié)作分解問題。打破學(xué)科、專業(yè)、領(lǐng)域壁壘,加強交叉融合,利用市場化運作和社會支持與外部系統(tǒng)構(gòu)建共生發(fā)展,利用數(shù)字化管理全面整合基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系、組織管理體系、知識經(jīng)驗理、事、人理及其相互作用統(tǒng)一起來,運用綠色低碳可持續(xù)發(fā)展理念,實現(xiàn)人與自然的和諧共處。 (四)適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)的“一、六化”開放性。非常規(guī)油氣開發(fā)系統(tǒng)也是一個對外部環(huán)境和其他系統(tǒng)開放的系統(tǒng),主要體現(xiàn)在幾個方面。一是非常規(guī)油氣開發(fā)項目固有的開發(fā)模式。首先,需要不斷降低桶油成本,增強項目的抗風(fēng)險能力,其次需要不斷完善理論技術(shù)體系和組織管理體系;其次,需要連續(xù)鉆孔。為了實現(xiàn)油田、盆地、行業(yè)層面預(yù)期的穩(wěn)產(chǎn)目標(biāo),在此過程中需要持續(xù)大規(guī)模的人力、技術(shù)、資金和資源投入,需要大量的數(shù)據(jù)信息、知識和信息。經(jīng)驗、理論和技術(shù)就產(chǎn)生了。三是各子系統(tǒng)、各學(xué)科、各專業(yè)、各領(lǐng)域需要共享數(shù)據(jù)信息、知識經(jīng)驗,相互反饋,不斷優(yōu)化。例如,大井叢平臺多層立體開發(fā)的出現(xiàn),需要轉(zhuǎn)變開發(fā)理念,轉(zhuǎn)變方案優(yōu)化模式,創(chuàng)新發(fā)展鉆完井工程、壓裂生產(chǎn)等工程技術(shù),建立適應(yīng)性組織管理體系和相關(guān)流程。非常規(guī)油氣開發(fā)必須充分適應(yīng)社會和行業(yè)的發(fā)展趨勢和需求變化,充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù),學(xué)習(xí)和利用其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和組織管理經(jīng)驗,加強和提高系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力,更加有效地保證規(guī)模經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
“一全面六化”方法論倡導(dǎo)運營商和服務(wù)商共生共贏的發(fā)展模式,強調(diào)新型組織管理方法的構(gòu)建,通過迭代優(yōu)化建立各種學(xué)習(xí)曲線,適應(yīng)非常規(guī)石油和天然氣的開放要求。天然氣開發(fā)系統(tǒng)。 “六個現(xiàn)代化”方法論以非常規(guī)油氣開發(fā)體系的完整性、層次性、復(fù)雜性、開放性為目標(biāo),以把握全局、整體優(yōu)化解決問題為目標(biāo)。它是一個從定性到定量的綜合集成系統(tǒng)。工程思維和方法論。遵循多學(xué)科多領(lǐng)域、宏觀與微觀、整體與局部、理論與技術(shù)與知識與經(jīng)驗相結(jié)合、工程生產(chǎn)與組織管理相結(jié)合的原則,能夠有效保障非常規(guī)油氣規(guī)?;?、高效開發(fā)。規(guī)劃、決策、部署、實施的科學(xué)性、預(yù)見性、適應(yīng)性、有效性和準(zhǔn)確性。著眼整體,統(tǒng)籌考慮,從局部入手,協(xié)調(diào)各方,力爭用最少的人力、物力、財力,在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)當(dāng)前條件下實施方案的總體目標(biāo)和優(yōu)化時間;通過系統(tǒng)學(xué)習(xí),理論技術(shù)體系、組織管理體系、知識經(jīng)驗體系不斷迭代更新,實現(xiàn)全生命周期條件下的動態(tài)優(yōu)化。
5、應(yīng)用案例:吉木薩爾大陸頁巖油示范區(qū)
(一)項目概況吉木薩爾凹陷面積1170平方公里。 2010年,實現(xiàn)陸相頁巖油勘探突破,隨后獲批建設(shè)我國首個國家級頁巖油示范區(qū)。經(jīng)過10年“三上三下”的曲折探索,到2020年示范區(qū)未能完全達(dá)到“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)可行”的要求,未能實現(xiàn)效益發(fā)展的全面突破。從2020年開始,中國石油天然氣集團(tuán)公司新疆油田分公司將轉(zhuǎn)變思路和機(jī)制,運用“一全六化”系統(tǒng)工程方法論,實施2021年58號小井距立體開發(fā)平臺,從管理、技術(shù)到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)取得了決定性突破,掌握了打開綜合效益發(fā)展大門的技術(shù)和管理兩大關(guān)鍵。 (二)“一個全面六個現(xiàn)代化”系統(tǒng)工程方法論的主要實踐示范領(lǐng)域是“
底線油價、效益倒算”的原則,按照全生命周期管理模式的要求,在管理組織架構(gòu)、目標(biāo)、方法和手段各個方面進(jìn)行變革;在全生命周期組織管理架構(gòu)下,組建頁巖油項目經(jīng)理部,按照系統(tǒng)工程項目管理原則推進(jìn)技術(shù)方案到生產(chǎn)實施的一體化統(tǒng)籌;以頁巖油項目經(jīng)理部為核心,從管理線和技術(shù)線對利益相關(guān)方在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全環(huán)保、社會責(zé)任等目標(biāo)上實施整體權(quán)衡,充分發(fā)揮專業(yè)隊伍在其專業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢,實現(xiàn)跨部門、跨層級和跨領(lǐng)域的專業(yè)化協(xié)同。示范區(qū)突破了傳統(tǒng)關(guān)聯(lián)交易的桎梏,對各項服務(wù)需求推行系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)外的全面市場化,推進(jìn)“不限額、不封頂、不托底、責(zé)權(quán)利對等”的競爭機(jī)制,加快和持續(xù)培育良性競爭市場;地方政府、本地企業(yè)和當(dāng)?shù)爻邪淘诨A(chǔ)設(shè)施、供水供電、道路交通、后勤保障、倉儲物流等提供公共支撐和社會化服務(wù),降低成本、重復(fù)利用資源、節(jié)能降耗,同時減輕環(huán)保壓力。示范區(qū)打造數(shù)字化油田,覆蓋從建產(chǎn)到生產(chǎn)全過程,大幅度降低了操作成本,提高了快速決策與響應(yīng)能力及管理效率,有力保障了“低能耗、低風(fēng)險、低人工、高效率、高可靠性”的目標(biāo);著力打造綠色環(huán)保低碳油氣開發(fā)新模式,通過技術(shù)進(jìn)步強化工程子系統(tǒng)的節(jié)能、降耗和減排,逐步擴(kuò)大CO2前置壓裂、CO2吞吐等技術(shù)試驗,實現(xiàn)提高采收率與CO2地下封存一體化;強化環(huán)境保護(hù)工程和流程優(yōu)化,確保鉆屑不落地,泥漿和壓裂液資源化重復(fù)利用,創(chuàng)新發(fā)展微生物綠色循環(huán)低成本增效開發(fā)技術(shù),提升示范區(qū)的綠色化效益開發(fā)能力。(三)應(yīng)用效果吉木薩爾陸相頁巖油示范區(qū)從2020年開始推行“一全六化”系統(tǒng)工程方法論以來,迄今已經(jīng)見到良好效果。第一是投資管控成效顯著;2021年投產(chǎn)的8口井折算到2019年工藝指標(biāo),按照市場化價格單井投資下降54%(圖8),其中,單位進(jìn)尺鉆井費用下降57%,單方液壓裂費用下降42%。第二是按照地質(zhì)工程一體化設(shè)計施工的58#平臺生產(chǎn)效果逐步顯現(xiàn);該平臺2021年5月下旬開井生產(chǎn),與前期投產(chǎn)井同期對比,相同油嘴制度下日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量、含水下降速度都達(dá)到了最好水平。第三是通過市場化自主經(jīng)營,堅持事前算贏、量效兼顧,示范區(qū)原開發(fā)方案指標(biāo)可以大幅度提升,在每桶45美元底線油價下,可以在2026年實現(xiàn)項目扭虧為盈,預(yù)測項目利潤66.66億元(見附錄A中的圖S6);按照市場化對新區(qū)開發(fā)方案進(jìn)行調(diào)整,預(yù)計新區(qū)2027年實現(xiàn)正現(xiàn)金流、累計現(xiàn)金流134.6億元,預(yù)計新老區(qū)合計2028年實現(xiàn)正現(xiàn)金流、累計現(xiàn)金流96.8億元。與原方案相比,按市場化調(diào)整后的方案的盈利能力大幅度提升。 圖8. 2017—2021年建井費用對比(“一全六化”方法論從2021年開始實施)。 六、結(jié)論和建議 在當(dāng)前條件下,通過理念變革,推動管理革命,引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新,從而實現(xiàn)非常規(guī)油氣效益開發(fā)“技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上也可行”的目標(biāo)。在總結(jié)過去實踐和認(rèn)識的基礎(chǔ)上,提出了“一全六化”系統(tǒng)工程方法論,是針對非常規(guī)油氣開發(fā)系統(tǒng)、以資產(chǎn)項目為基本單元的系統(tǒng)工程管理理念和技術(shù);適應(yīng)我國非常規(guī)油氣的獨特性和開發(fā)特點,提出了在合理經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下最大化采收率的全生命周期優(yōu)化目標(biāo)。為實現(xiàn)我國非常規(guī)油氣規(guī)模效益開發(fā),管理者和開發(fā)專家務(wù)必根植效益信念?!耙蝗毕到y(tǒng)工程方法論在非常規(guī)油氣開發(fā)實踐中取得了良好的應(yīng)用效果,表明理念轉(zhuǎn)變帶來的管理變革、全局與局部有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)優(yōu)化,能夠?qū)Ψ浅R?guī)油氣效益開發(fā)產(chǎn)生革命性驅(qū)動力并引領(lǐng)和推動技術(shù)發(fā)展,證明了“非常規(guī)油氣不代表低效益、非常規(guī)油氣不代表低采收率”的顛覆性觀點,堅定了我國非常規(guī)油氣能夠在堅持底線成本條件下實現(xiàn)大規(guī)模效益開發(fā)的信心。在保障國家能源供給安全和“碳達(dá)峰”“碳中和”國家戰(zhàn)略下,實現(xiàn)大幅度進(jìn)口替代是油氣從業(yè)者必須要有的信心、決心和使命?!耙蝗毕到y(tǒng)工程方法論在其他類型油氣資源開發(fā)中以及包括地?zé)岬鹊刭|(zhì)能源開發(fā)中,均具有一定的借鑒意義。通過不斷實踐與認(rèn)識完善,加強政策與制度保障,構(gòu)建相應(yīng)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng),培養(yǎng)具有系統(tǒng)工程思想和方法論的人才隊伍,“一全六化”能夠成為國家油公司乃至整個油氣行業(yè)的重要方法論。 注:本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整,若需可查看原文。 改編原文:Guoxin Li, Chenggang Xian, He Liu. A “One Engine with Six Gears” System Engineering Methodology for the Economic Development of Unconventional Oil and Gas in China[J]. Engineering,2022,18(11):105-115. 作者介紹 劉合 能源與礦業(yè)工程管理專家,中國工程院院士。主要從事采油工程技術(shù)及裝備研發(fā)、工程管理創(chuàng)新與實踐研究。 注:論文反映的是研究成果進(jìn)展,不代表《中國工程科學(xué)》雜志社的觀點。