页岩气地质工程一体化管理实践与展望

何 骁 周 鹏 杨洪志 闻 雯 吴建发 黄浩勇 王 梅

1. 中国石油西南油气田公司 2. 中国石油大学（华东）经济管理学院 3.中国石油西南油气田公司页岩气研究院

0 引言

世界能源发展已经进入从化石能源向新能源转换的关键期[1]，天然气作为一种清洁能源在推进能源转型与应对全球气候变化中扮演着重要角色。目前，常规天然气藏的勘探开发进度难以满足国内天然气日益增长的需求，页岩气等低品质油气资源的开发已经成为我国天然气储量及产量的新增长点。但是，页岩气单井产量低、递减率高，需通过“水平井＋水力压裂”的方式才能实现经济开采，规模开发具有资金需求大、投资风险高、回报周期长等经济特征[2-3]。此外，页岩气开发是一项多学科集成、多部门参与的复杂系统工程，常规气开发中技术条块分割、管理接力进行的管理模式难以实现页岩气的规模效益开发。因此，探索统筹协调的一体化工作流程，实现管理方式从“优化的简单相加”向“集成的、有机的优化”的转换，成为促进页岩气开采“降本增效”的必然途径。

笔者通过文献梳理与调研访谈，系统总结了页岩气地质工程一体化的内涵与管理实践内容，厘清了目前页岩气开发中地质工程一体化管理的不足与挑战，并提出了页岩气地质工程一体化管理优化方案，以期为推动地质工程一体化的研究、实现页岩气高效开发提供参考。

1 地质工程一体化理论辨析

1.1 地质工程一体化的起源

1974年，Von Bertalanffy等[4]在《一般系统理论基础、发展和应用》中进一步强调系统内要素相互关联、相互作用、不可分割，奠定了一体化思想的基础。“一体化管理”则脱胎于质量管理理论[5]，但直到20世纪90年代才逐渐受到各界专家学者的关注，进而被广泛应用于战略管理、物流、信息等领域。

20世纪70年代以前，国内外油气的勘探开发主要采用“勘探—评价—方案编制—开发”的接力作业模式，开发管理的割裂、信息壁垒等弊端逐渐显现，对油气田开发效益产生的负面影响日益增强。70年代后期，国外学者提出了“油藏管理”理念，突出了油藏工程重要性[6-7]。80年代，油藏管理进一步发展，强调油藏描述与油藏工程结合，油气田开发管理模式发生关键性转变。90年代以后，油气勘探开发工作日益深入，为应对非常规油气开发难度大、经济效益低的挑战，创新油气田组织管理模式成为新的研究趋势。自Alderman等[8]于1994年将“一体化管理体系”引入油气领域之后，经过持续探索实践，集地质、工程、经济、管理于一体的“勘探开发一体化”得以不断发展完善，逐渐成为油气勘探开发的重要途径。

20世纪90年代，我国油气企业逐步引入“一体化管理”理念，并于东部地区油田进行试点性探索与实践。21世纪以来，我国油气公司通过借鉴国外先进经验，积极推进一体化管理实践，促进勘探、开发的紧密结合和有效衔接。2013年，国家能源局发布的《页岩气产业政策》指出要加强对示范区页岩气勘探开发一体化管理[9]，引导我国科研学者和管理工作者为油气发展寻求高效的地质工程一体化组织管理措施。

1.2 地质工程一体化概念及内涵

为了避免昂贵的“学习曲线”，我国油气工作者结合国内油气田开发的实际情况，逐步探索形成了符合中国国情的“地质工程一体化”的理念。吴奇团队首先提出针对中国南方海相页岩气开发的地质工程一体化实施路线，明确给出地质工程一体化理念的定义[10]。胡文瑞院士团队进一步提出了地质工程一体化作业模式，指出具有一体化思想的决策者和团队、一体化管理构架以及以多学科数据为基础的一体化工作平台是地质工程一体化实施的核心要素[11]。

综合相关概念，地质工程一体化是以地质认识为核心、围绕油气开发效益目标、各环节紧密结合的系统化高效运作模式，其内涵是运用系统思维打破部门间、流程间、学科间壁垒，依托一体化团队、一体化管理和一体化平台推动油气勘探开发的滚动优化，通过整体部署、统筹管理和紧密跟踪促进地质研究与工程实施的有机结合，进而实现产能增加、效率提高、成本降低、经济效益最大化（图1）。

图1 地质工程一体化内涵架构图

1.3 页岩气地质工程一体化特点

页岩气储层致密，具有低孔隙度、低渗透率的特征[12]，因此在勘探开发作业中，除了应用常规天然气开发的相关技术外，还需依靠水平井钻井和压裂措施才能有效实现页岩气开发投产。此外，同一个“甜点区”内的单井产气量和估算的最终可采储量也会受压裂效果等影响产生较大波动[13]，这些因素对工程实施与地质研究的紧密连接提出了更高要求。

页岩气勘探开发具有上述特点，需要运用地质工程一体化理念进行整体部署、统筹管理，因而页岩气地质工程一体化呈现出复杂性、系统性和协调性的特征：①复杂性是指面对复杂的地质条件，采用的技术种类繁多复杂，因管理层级横纵交叉导致管理难度较大；②系统性是指页岩气地质工程一体化需要统筹考虑资金、物资、人力、质量、进度、环保、安全等各项内容，以此实现地质勘探、选区评价、先导试验、钻井完井、储层改造、生产管理等若干环节的有机统一；③协调性是指页岩气地质工程一体化的有效实施依托于各环节之间的协调衔接，需要多部门配合、多学科融合、多技术协同。综上所述，地质工程一体化的特点与页岩气勘探开发的难点呈现出极高的匹配度，很大程度上可以极具针对性、适应性地解决页岩气勘探开发难题。

2 页岩气地质工程一体化管理实践

页岩气勘探开发复杂性高、作业难度大，随着开发的不断深入，采收率降低等问题逐渐涌现[14]。为此，世界油气工作者积极应用地质工程一体化，进行了大量管理实践探索及前沿研究。

2.1 地质工程一体化管理模式

国内外油气企业在勘探开发过程中基于实际开发条件，针对性地进行技术研究、组织管理创新、经营战略制定等活动，形成了各具特色的一体化管理实践模式。

壳牌、BP、斯伦贝谢、贝克休斯等公司提出并运用一体化原则开展了一系列有关一体化运营管理的研究与探索。面对国际油价下跌的危机，北美页岩气革命驱动了油公司、油服公司通过技术突破和商业模式创新进行一体化战略扩张[15]。国外油服公司通过不断改革重组、扩张业务领域、技术创新等方法，为油气公司提供一体化服务及软件平台支持，形成独具特色的“一体化服务”模式。其中，斯伦贝谢公司聚焦于上游勘探开发生产领域，凭借技术优势形成从勘探到生产的一整套技术体系，以提供不同层次和规模的“横向一体化”服务，实现上游生产管理协同。贝克休斯公司为谋求整体利益最大化及形成差异化竞争优势，在2017年与通用电气公司进行油气业务合并，重组为“贝克休斯、通用电气子公司”（即新贝克休斯公司），将地质工程一体化思想融入上中下游业务中进行“纵向一体化”发展，成为从上游能源勘探开发生产到终端利用的全产业链的油服巨头[16]（图 2）。

图2 国外典型油服公司一体化实践模式内容框架图

中国非常规油气开发的地质条件与北美差异较大[17]，中国油气工作者因地制宜，在借鉴北美先进经验以及技术引进、吸收、创新的基础上不断探索，形成了适合中国地质、地表和油田生产特点的多种实践模式（图3）。在长宁—威远国家级页岩气开发示范区，西南油气田公司采用“一体化研究、一体化实施、一体化设计”的方法，做好“定井、钻井、压井、管井”工作，达到“高储层品质、高钻井品质、高完井品质”，实现了“高产量、高EUR、高采收率”的目标[20]。在昭通国家级页岩气示范区，浙江油田公司基于市场运作优势，提出以勘探与开发、地质与工程、科研与生产一体化综合研究为基础，一体化精细项目管理、一体化钻压采总包、一体化技术优势团队为保障的“产建一体化”（Integrated Project Development by Production，简称 IPDP）高效开发模式，整体资源利用效率和施工效率显著提升[18,21-22]。在涪陵国家级页岩气示范区，重庆涪陵页岩气勘探开发公司积极实践一体化高效“井工厂”开发模式，工作思路及流程整体以勘探与开发、地面与地下、科研与生产一体化为基础，以油公司模式、市场化运作、制度化体系及协同化服务为保障，勘探开发取得显著成效[19]。

图3 国内典型地质工程一体化实践模式图

2.2 地质工程一体化管理模式实践发展

为提升页岩气勘探开发效率，国内外油气工作者愈发注重地质工程一体化的管理创新[23-24]，在组织结构、业务模式、流程管理及信息管理等方面进行了大量探索实践。

2.2.1 组织结构

组织结构是实现油气效益提升的关键[25]，现有的页岩气开发组织结构具有职能交叉、权责不清、层级较多的特点，难以充分调动页岩气勘探开发全体单位和部门的积极性[26]。因此，组织结构“扁平化”成为地质工程一体化变革的重要方向之一[27]。国际石油公司组织结构经历了从“职能式”到“事业部式”的过渡，最终形成了以横向的业务板块与纵向的职能管理结合的矩阵式组织结构[28]。如斯伦贝谢公司、贝克休斯公司等油服公司皆针对其业务特点进行了组织结构重组，形成了涵盖地域、业务的双维度矩阵式组织结构[29]。我国油气公司则以职能型组织结构为主，运用地质工程一体化思想在原有基础上融合矩阵式项目组织。如中国石油天然气集团有限公司以“大协同”理念为指导，针对页岩气业务构建了涵盖页岩气业务发展领导小组、前线指挥部、西南油气田分公司及工程服务公司的三级管理模式，保障了页岩气规模开发[30]。然而，地质工程一体化作为新兴理念，组织结构设计尚处于摸索阶段，理论指导及探索实践相对匮乏。据此，后文将阐释对页岩气地质工程一体化管理组织结构的设想与展望。

2.2.2 业务模式

页岩气地质工程一体化要求油公司与工程公司高度协调配合，常见的页岩气业务模式有以油公司为主导和以工程服务公司为主导两类（表1）。现有页岩气开发生产过程中，油公司与工程公司因利益诉求不同存在目标协调、业务板块分割等问题，制约了整体资源利用效率和生产效率的提升。因此，开展业务模式创新、探索各业务板块协同管理机制，成为地质工程一体化管理的关键问题之一。国际大型石油公司以综合能源服务供应商作为公司发展定位，通过各环节的协同管理扭转上下游业务板块分割。如埃克森美孚运用上下游一体化“端到端”整合的管理模式，打破了上游产业链条块分割、不同油气资源分类运作和上下游项目相对独立管理的限制[31]。我国油气公司则以油公司主导模式为主，运用地质工程一体化思想在原有基础上探索工程服务新模式。如中国石油集团川庆钻探工程有限公司根据业务类型，探索出以部分承包为核心的“协作型”工程地质一体化运作方式和以整体总包为核心的“主导型”工程地质一体化运作方式，提升了油公司和工程服务企业的整体经济效益[32]。

表1 页岩气开发业务模式特征表

2.2.3 流程管理

页岩气地质工程一体化项目需要多部门、多学科协作融合，现有的页岩气勘探开发流程复杂，易产生工程时间延长、管理效率低下的问题[33]。因此，搭建覆盖页岩气勘探开发全流程的系统管理体系，成为页岩气地质工程一体化工作持续向规范化、系统化发展的重要手段[34]。国际石油公司以全生命周期管理理念为指导，主要通过各类一体化工作平台规范部门协作流程，优化工作衔接效率。如斯伦贝谢公司结合一体化服务理念，通过Petrel平台实现了页岩气勘探开发多学科、多工作、全方位的协同一致，使地质与工程得以更好衔接[16,29]。我国油气公司则以完善协调管理机制为主，运用地质工程一体化思想在原有基础上探索流程管理新模式。如重庆涪陵页岩气勘探开发公司围绕统一研究、统一部署的工作思路，建立了整体部署、分批实施的地质工程一体化工作流程，提升了各环节衔接效率[35]。

2.2.4 信息管理

页岩气地质工程一体化涵盖页岩气勘探开发的海量数据信息，而目前大量数据难以得到有效挖掘、利用及共享，由此产生的“数据孤岛”制约了页岩气勘探开发效率的全面提升[23]。因此，挖掘数据资产价值、提升信息综合管理水平成为地质工程一体化突破信息协作屏障的重要抓手。国外油服公司以数字化和智能化作为推动油气行业发展的重要选择，围绕智能油田大力推进业务数字化管理。如哈里伯顿公司与微软公司达成战略协议，通过引入Azure云平台和深度学习、可视化技术开展数字化业务，促进勘探开发数据资产的深度整合与利用[36]；斯伦贝谢公司与IBM公司、红帽公司达成开展混合云协作协议，为OSDU数据平台打造差异化的数据管理和运营解决方案[37]。我国油气公司则以数字化转型为主攻方向，围绕“共享中国石油”战略部署，推动数据资产的共享应用和整体优化。如中国石油化工集团有限公司自主建设了“石化智云”工业互联网平台，并打造了相应的数据治理和服务管理体系，开启了数字办公新模式[38]；中国石油天然气集团有限公司正式发布了勘探开发“梦想云”平台，促进了数据、信息、知识、经验等无形资源的充分共享，推动了人、财、物等有形资源的共享应用和整体优化[39]。

3 页岩气地质工程一体化展望

页岩气勘探开发具有参与主体众多、动态性强、信息量大的特点。笔者借鉴页岩气地质工程一体化开展的国内外实践经验，提出我国油气公司组织结构和信息管理优化方案，以推动地质工程一体化项目工作开展。

3.1 组织结构

目前，中国油气公司关于页岩气勘探开发的组织框架一般由职能部门、直属机构和二级单位组成，尚未形成完整的项目团队负责页岩气勘探开发全过程，易产生资源冲突、命令链冗长等问题。通过借鉴国际经验，结合国内实际，在充分考虑企业组织变革的动力与阻力基础上，现以西南油气田公司为例，对未来组织结构设计提出以下设想。

3.1.1 集成管理

页岩气地质工程一体化组织管理可在油气公司二级单位下设置页岩气项目集成管理部门（图4），专门负责管理页岩气开发项目，管理页岩气研究院、工程技术团队及页岩气项目群，将现有气矿负责的页岩气勘探开发模式调整成项目组勘探开发模式，根据任务组建相应页岩气项目组，形成项目群统一由项目集成管理办公室管理，以实现集成、动态、高效开发管理。

图4 页岩气勘探开发组织结构集成管理方案图

新增加的项目集成管理办公室通过运用运筹优化技术等进行多项目统筹协调，主要职责包括：接收气田开发管理部等部门下达的页岩气开发任务，构建项目组；收集汇总所辖页岩气项目组资源及技术支持需求，选定合理指标体系进行项目优先级评定，据此向物质设备管理部等部门调度资源以及向页岩气研究院下达研究任务；根据项目重要性与紧急性决定自行开发或外包；负责监督管理项目资源分配、资金需求、信息交流等内容，对项目运行进行动态监控与指导，定时验收项目成果，根据科学的项目评价以及绩效考核标准进行评判。

页岩气项目参与人员分为研发人员与现场工程管理人员，日常分别由页岩气研究院与工程技术团队两个部门管理并组织培训。接到页岩气项目开发任务后，项目负责人由项目集成管理办公室任命，负责项目具体开发，采用终身负责制，行为责任具体到人，追溯落实主体责任，有效保障工程质量安全；并从两个部门分别抽调人员组成项目小组。各项目组主要职责包括：制定项目实施方案，交由项目集成管理办公室审核，通过后负责实施；根据具体实施情况向项目集成管理办公室提交资源或技术支持需求，已获取的资源也需服从该部门统一调配；服从信息管理章程，将项目数据、进度等各方面的数据按要求上传至页岩气地质工程一体化管理平台；配合项目集成管理办公室监督，按照要求定期发送项目工作日志等记录。页岩气地质工程一体化集成管理方案的多项目管理流程如图5所示。

图5 集成管理方案多项目管理流程图

3.1.2 综合协调

考虑到我国油气行业特点、企业组织变革阻力，未来也可通过增加协调机构的方式推进页岩气地质工程一体化开展。新设的项目管理办公室仅为协调机构，管理权限较低（图6）。

图6 页岩气勘探开发组织结构综合协调方案图

相对集成管理方案而言，综合协调方案中项目集成管理办公室的项目管理能力较弱，主要职责包括优先级排序并编制进度计划，统一收集人力、物资、研发支持需求并上报备案，负责数据的审核与调用权限设置，辅助项目顺利进行；气矿等二级单位的权利较集成管理方案的项目组大，自行制定项目方案、物资需求计划并实施，实时更新项目进度与相关信息，根据权限调用数据，其余职责与集成管理的项目组类同。综合协调方案的多项目管理流程如图7所示。

图7 综合协调方案多项目管理流程图

3.2 信息管理

当前，数字经济正开启一次重大的时代转型，工业技术与信息技术的深度融合加速了油气行业的转型升级，新时代对油气行业数字化转型提出了新的要求。笔者借鉴国内外油气企业数字化转型经验，充分考虑国内政策导向，现对未来信息管理方案提出如下设想。

3.2.1 信息集成管理

信息集成管理是油气行业实现数字赋能的基础，油气公司可以从构建一体化数字工作平台和强化信息质量管控两方面着手提高信息集成管理能力。在一体化数字工作平台建设方面，油气公司需要聚焦关键业务部门软硬件基础设施的迭代升级工作，利用区块链、云平台等技术实现多源异构数据的分布式存储与集成共享，推进页岩气勘探开发全过程的电子化、网络化、平台化。在信息质量管控方面，油气公司对内可以利用工业互联网技术将数据库与传感器进行标准化对接，实现数据的标准化采集录入，利用区块链技术加强流通环节的信息追溯，确保信息的继承性和连贯性；对外可以将模型成果标准和原始数据数据标准相解耦，在与其他企业合作中推动模型成果和原始数据的标准化、规范化，逐步打破各合作单位之间的信息壁垒。

3.2.2 数字化工作模式

数字化工作模式是企业提升信息时代生存发展能力的重要依托，油气公司可以从提升“金数据”挖掘利用能力和打造一体化工作流程两方面着手推进工作模式的数字化转型（图8）。“金数据”是贯穿整个油藏勘探开发过程的核心数据，油气公司需要基于地质数据、工程数据及页岩气勘探开发流程，探明“金数据”范围并对其进行迭代优化，在此基础上深入挖掘“金数据”潜在价值，总结提炼产能控制主要因素及作业优化关键参数，提升页岩气藏地质认知水平与工程作业效率。与此同时，企业还需围绕“金数据”价值释放，强化地质研究与工程实施的协调运作，将油气藏工程向后延伸至地面工程，将地质勘探、选区评价、先导实验、钻井完井、储层改造、生产管理等进行一体化融合，打造数据驱动的页岩气地质工程一体化工作流程。

图8 一体化工作流程图

4 结束语

页岩气储层特征导致其开发流程对组织管理模式存在一些特殊需求，基于地质工程一体化理念的组织管理模式应运而生，国内外油气公司的探索实践同样证明了地质工程一体化是实现非常规油气、复杂油气高效开发的必由之路。但是随着页岩气勘探开发与智能化、数字化发展的结合，地质工程一体化管理理念迫切需要完成由经验理念到科学理论体系的过渡，深化在组织结构、业务模式、流程管理和信息管理等方面的理论研究与探索实践，以此促进页岩气勘探开发效益的全面提升。