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本文選自《中國工程院學報》《Engineering》 2022年第11期

作者：李國新，冼成剛，劉鶴來源：中國非常規(guī)油氣經(jīng)濟開發(fā)“一機六檔”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)，亟需提高抗風險能力和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。中國工程院劉鶴院士研究團隊在《中國工程院學報《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。 “六個現(xiàn)代化”系統(tǒng)工程方法在吉木薩爾陸相頁巖油等國家示范區(qū)得到了很好的應用。文章指出，以“非常規(guī)并不意味著低效率”、“非常規(guī)并不意味著回收率低”等顛覆性觀點，管理者和開發(fā)專家必須始終將效率目標扎根于心中，必須推動管理革命通過觀念轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)大幅降本增效，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展。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)模化高效利用，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。

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)或指標已達到美國主流水平。但我國非常規(guī)油氣開發(fā)規(guī)模卻遠遠落后于美國。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。迫切需要提高抗風險能力和可靠性。可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。為此，本文提出基于理論分析和實踐指導的“一對一、六位一體”的系統(tǒng)工程方法論，以助力我國非常規(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)量達到7.668107t油當量，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4.101010） 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，重質(zhì)油）石油1.5107噸，油砂2.0106噸）。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遠超過常規(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)面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：基礎(chǔ)地質(zhì)認識不足，平面上建立“甜點區(qū)”和縱向“甜蜜區(qū)間”分級評價標準難以規(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三維發(fā)展模式的應用和推廣； ? 巖性特征、巖石組構(gòu)、多尺度非均質(zhì)性和微滲流機制復雜，儲層改造材料和工藝技術(shù)適應性差異較大，極大限制了體積壓裂效果，單井產(chǎn)量難以提高并預測最終累計產(chǎn)量（歐元）； ? 薄互層和高度非均質(zhì)儲層難以高分辨率、高精度建模，基于混合井型或多層水平井的三維開發(fā)。精準布井、產(chǎn)能預測和多維度協(xié)同優(yōu)化的不確定性較高，開發(fā)方案和部署策略的適應性差異較大； ? 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗相對薄弱，多學科數(shù)據(jù)存在“孤島”現(xiàn)象，智能化裝備率不高。地下井網(wǎng)系統(tǒng)、地上井場及集輸系統(tǒng)、遠程操作與決策系統(tǒng)的集成共享技術(shù)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頁巖油將達到52美元/桶，準噶爾盆地吉木薩爾蘆草溝組頁巖油將達到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/頁巖油盆地石油標準化桶成本按年產(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。及時投入機制、動態(tài)反饋機制、及時調(diào)整機制還不完善。各學科之間很難實現(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、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）理念挑戰(zhàn)與常規(guī)油氣資源相比，非常規(guī)油氣資源雖然屬于相對“低品位、劣質(zhì)”的資源，但不能簡單地將非常規(guī)油氣資源等同于低采收率、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”。默認恢復率設(shè)置為低于10%。加上一定油價下的低收益甚至負收益，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。總體來看，我國非常規(guī)油氣經(jīng)濟發(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，進行全流程優(yōu)化，進而突破高成本的表象。因此，我們必須以創(chuàng)新理念為指導，以管理改革為突破口和關(guān)鍵抓手，推進管理革命，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、服務(wù)國家能源安全戰(zhàn)略、適應“碳達峰” “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行詳細計算和評估，追求關(guān)鍵優(yōu)化指標最大化。由于非常規(guī)油氣開發(fā)具有獨特的地質(zhì)和工程約束，在項目推進過程中，需要各部門、各學科、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)和管理學習曲線，針對關(guān)鍵需求及其動態(tài)變化做出快速前瞻響應、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)濟指標下實現(xiàn)回收最大化的最終目標（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

CCUS:碳捕獲、利用和封存； EOR: 提高采收率。非常規(guī)油氣項目作為一個系統(tǒng)，必須從系統(tǒng)工程的角度分析和理解其完整性、層次性、復雜性、開放性和動態(tài)性。項目中以“點、線、面”的思路組織多學科跨學科、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”形成實施應用機制?；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)的學習曲線，達到利用現(xiàn)有理論和技術(shù)形成可靠、可靠的目標。有效的大系統(tǒng)初級階段和高級階段的目的是利用先進的理論和技術(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科融合、跨部門協(xié)作、多目標優(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，推進跨系統(tǒng)、跨部門，以及跨學科、跨專業(yè)、跨層次的交叉協(xié)作（參見附錄A中的圖S2）。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。 ? 勘探開發(fā)一體化：加強頂層規(guī)劃和總體布局，隨著勘探評價滾動進展，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)濟風險。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，打破學科執(zhí)念、專業(yè)壁壘和管理邊界，通過迭代學習不斷完善整體系統(tǒng)和各子系統(tǒng)，提高方案合規(guī)性率、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。 ? 地表地下一體化：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。 ? 科研生產(chǎn)一體化：專門針對該項目建立多學科綜合研究團隊，支撐從勘探到開發(fā)利用各個階段的全流程優(yōu)化?？蒲腥藛T應盡可能靠前部署，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，以基層ERP系統(tǒng)為抓手，從頂層設(shè)計、計劃部署到各項工程運營，精細化計劃設(shè)計、過程控制和成本管理，不斷提高經(jīng)濟效益、降低成本，增強抗風險能力和盈利能力。 ? 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)督監(jiān)督控制，確保任務(wù)明確、責任明確、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、風險共擔、合作共贏的理念和機制，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)化再造的相應變化，使油氣行業(yè)的快速響應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、預測預警、協(xié)同研究、全生命周期多目標多層次優(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)標準化建設(shè)和井場一體化、預制化建設(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，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)又可以進一步細分為無數(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；各利益相關(guān)方通過包容協(xié)調(diào)、合作共贏，促進自身發(fā)展，增強共同利益的“蝴蝶效應”，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)，進一步服務(wù)于國家油氣供應安全的復雜系統(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茫戤a(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”有效應對非常規(guī)油氣開發(fā)體系的復雜性。非常規(guī)油氣開發(fā)系統(tǒng)除了其固有的復雜性外，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，適應性理論和技術(shù)進入了“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責；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（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)境約束更為復雜，需要考慮油氣供應的長期穩(wěn)定、對當?shù)貒窠?jīng)濟發(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）適應復雜系統(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)層面預期的穩(wěn)產(chǎn)目標，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)，學習和利用其他行業(yè)的先進技術(shù)和組織管理經(jīng)驗，加強和提高系統(tǒng)學習能力，更加有效地保證規(guī)模經(jīng)濟的發(fā)展。

“一全面六化”方法論倡導運營商和服務(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)化建立各種學習曲線，適應非常規(guī)石油和天然氣的開放要求。天然氣開發(fā)系統(tǒng)?？傊?，“一個完整的六個現(xiàn)代化”方法論是針對非常規(guī)油氣開發(fā)體系的整體性、層次性、復雜性、開放性，著眼于把握全局、整體優(yōu)化來解決問題。這是一種從定性到定量的綜合方法。集成系統(tǒng)工程思想和方法。遵循多學科多領(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、實施的科學性、預見性、適應性、有效性和準確性。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)當前條件下實施方案的總體目標和優(yōu)化時間；通過系統(tǒng)學習，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. 應用案例：吉木薩爾地面照片頁面

巖油示范區(qū) （一）項目概況吉木薩爾凹陷面積1170 km2，2010年實現(xiàn)了陸相頁巖油勘探突破，其后獲批建設(shè)我國第一個國家級頁巖油示范區(qū)。經(jīng)過10年“三起三落”的曲折探索，到2020年示范區(qū)未能完全達到“技術(shù)上可行，經(jīng)濟上也必須可行”的要求，未能實現(xiàn)效益開發(fā)的整體性突破。從2020年開始，中國石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司轉(zhuǎn)變思路和機制，運用“一全六化”系統(tǒng)工程方法論，在2021年實施的58號小井距立體開發(fā)平臺，從管理、技術(shù)到經(jīng)濟指標上取得了決定性突破，掌握了打開全面效益開發(fā)大門的技術(shù)和管理兩把鑰匙。（二）“一全六化”系統(tǒng)工程方法論主要實踐示范區(qū)以“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、方法和手段各個方面進行變革；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、安全環(huán)保、社會責任等目標上實施整體權(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“不限額、不封頂、不托底、責權(quán)利對等”的競爭機制，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?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能力及管理效率，有力保障了“低能耗、低風險、低人工、高效率、高可靠性”的目標；著力打造綠色環(huán)保低碳油氣開發(fā)新模式，通過技術(shù)進步強化工程子系統(tǒng)的節(jié)能、降耗和減排，逐步擴大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，按照市場化價格單井投資下降54%（圖8），其中，單位進尺鉆井費用下降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)方案進行調(diào)整，預計新區(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?！耙蝗狈椒ㄕ搹?021年開始實施。 六、結(jié)論和建議 在當前條件下，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)濟上也可行”的目標。在總結(jié)過去實踐和認識的基礎(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)濟指標下最大化采收率的全生命周期優(yōu)化目標。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用效果，表明理念轉(zhuǎn)變帶來的管理變革、全局與局部有機結(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“碳達峰”“碳中和”國家戰(zhàn)略下，實現(xiàn)大幅度進口替代是油氣從業(yè)者必須要有的信心、決心和使命。“一全六化”系統(tǒng)工程方法論在其他類型油氣資源開發(fā)中以及包括地熱等地質(zhì)能源開發(fā)中，均具有一定的借鑒意義。通過不斷實踐與認識完善，加強政策與制度保障，構(gòu)建相應的大數(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展，不代表《中國工程科學》雜志社的觀點。