沙特阿美石油公司石油工程技術創新戰略及啟示

來自專欄 油趣網

作者：光新軍　王敏生　閆　娜　皮光林　思　娜中國石化石油工程技術研究院

企業技術創新戰略是企業總體戰略的一部分，包括基礎、目標、方案和行動4個基本要素。國家「創新驅動」理念把科技創新的戰略地位提高到前所未有的高度，而企業的技術創新戰略制定和實施承擔著為技術活動指明方向目標、為日常技術決策提供原則、為技術選擇和獲取策略提供基礎、為戰略轉移提供依據等功能，是實現創新驅動的基礎。

沙特阿美石油公司，即沙烏地阿拉伯國家石油公司（Saudi Aramco），是一家上下游一體化的大型石油公司，是全球石油勘探開發、煉油、銷售、運輸的領跑者，全資歸屬於沙烏地阿拉伯國王。為了發現和開採更多的油氣資源，沙特阿美石油公司非常重視石油工程技術的研發及其技術創新戰略的制定和執行，確保其全球的技術領先地位。本文對該公司石油工程技術的創新戰略制定和實施進行了分析，以期對我國國家石油公司石油工程技術的發展提供借鑒。

1　技術創新戰略基礎

企業現有技術資源和技術能力是技術創新戰略的基礎條件，整個技術戰略都受到這些基礎條件的制約。

1.1　技術基礎

在過去幾十年，對中東常規油氣勘探開發最有影響的3項技術是三維地震技術、水平井鑽井技術和地質導向技術（圖1）。

1.1.1　三維地震技術

20世紀20年代，開始應用折射法勘探採集地震數據。之後的幾十年，反射法勘探逐漸替代折射法勘探。直到20世紀70年代，隨著計算機技術的發展，通過三維地震技術使地震數據應用達到頂峰，徹底改變了油氣勘探開發的方式。目前，三維地震技術在油藏表徵和油氣開發中得到廣泛應用。沙特阿美石油公司在20世紀80年代開始使用三維地震技術，雖然三維地震技術成本較高且費時，但該技術能獲取準確的地層數據，使鑽井時間更少、油氣採收率更高。

1.1.2　水平井鑽井技術

1929年，美國得克薩斯成功鑽成第一口水平井。20世紀50年代，蘇聯共鑽43口水平井，但是由於成本太高，經濟性較差。直到20世紀80年代，井下動力鑽具等工具的出現，使得水平井鑽井技術逐漸經濟可行，美國主要石油公司開始推廣水平井鑽井技術，水平井鑽井數量迅速增加。沙特阿美石油公司在20世紀90年代開始採用水平井鑽井技術，截至目前已鑽水平井數超過500口。

1.1.3　地質導向技術

從20世紀80年代開始，在底部鑽具組合安裝感測器和電子元件，應用鑽井液脈衝雙向通信技術保持鑽頭在儲層中鑽進。該技術通過測量岩石物理性質來分析鑽頭在儲層中的方位，通過控制鑽頭工具面來調整井眼軌跡。目前，地質導向技術可以在3m厚的薄油層中實現水平井4500m水平段的鑽進，同時提高鑽井效率。

1.2　組織基礎

沙特阿美石油公司採用業務板塊型科技管理模式，科研機構設在業務板塊內，由業務板塊與CEO共同對研發活動進行管理。這種組織結構的特點在於研發與當前業務結合緊密，管理流程簡潔。

沙特阿美石油公司在國內擁有兩個技術研發中心，一個是R&DC（research and development center），主攻地面工程技術；另一個是EXPEC ARC（advanced research center of exploration and petroleum engineering center），主要開展上游尖端技術的研究，涉及地球物理、地質學、油藏、數值模擬、油氣開發和鑽井等領域，重點開發創新技術和進行油田現場測試。

沙特阿美石油公司研發組織機構呈現國際化，其在沙烏地阿拉伯境外設立了8個國際研發中心，與國際頂尖的機構、服務商和大學建立合作，支持沙特阿美在全球的上游和下游研究項目（表1）。

1.3　人力資源基礎

EXPEC ARC研究中心作為沙特阿美石油公司石油工程技術研究的領頭羊，致力於預測未來需求，不斷創新，針對公司面臨的石油勘探開發難題，研發具有影響力的解決方案和工具。研發中心是一個綜合性組織，研究人員、技術專家和戰略家作為一個團隊一起工作，研究人員來自20多個不同國家，大多數來自北美和沙烏地阿拉伯，超過三分之二的科研人員擁有碩士或博士學位，涉及專業包括石油工程、地球科學、數學、計算機和其他科學和工程學科。不同國家不同學科專業的研發人員的思想碰撞，形成一系列技術互補。為了實現油氣戰略目標，公司在石油勘探開發上游組建了6個技術團隊（表2）。在研究方向和研究領域，強調業界關注的焦點。

沙特阿美石油公司全力支持研究人員實現個人目標和職業目標，為滿足每個員工的需要，設計了層次廣泛的培養計劃，包括入職培訓、學歷教育及高級管理培訓等。在公司領導層培訓計劃中，每年出資選派有潛質的科研人員到海外培訓，感受不同文化，積累國際化經驗，儲備具國際化視野的人才，以適應公司國際化經營需要。

2　技術創新戰略目標

技術創新戰略具體來講，是指企業要提高何種核心競爭力和競爭優勢，在哪些領域裡提高哪些技術水平，是技術領先還是技術跟進，要在多長時間內到達上述目標。沙特阿美石油公司作為國家石油公司，其技術創新目標就是要體現國家利益，滿足油田勘探開發的需求。

沙特阿美公司目前發現和運行105個油氣田、354個不同類型的油藏，探明原油儲量為2600×108bbl，探明天然氣儲量為7.45×1012m3（263tcf），天然氣探明儲量排名世界第四。為了發現和開採更多的油氣資源，公司在石油工程領域投入巨資進行新技術研發，旨在解決上游勘探開發的關鍵問題，並計劃在未來20年，利用創新技術實現發現儲量和提高採收率的雙重目標：（1）增加油氣資源的發現；（2）增加油田採收率，從目前的51%提高到70%。

石油工程技術研發的戰略重點是提高對地下岩石與流體系統的了解和應用、開發合適的技術，以有效滿足公司經營目標。4個主要目標是：（1）提高石油和天然氣儲層的識別和區域分布；（2）了解地下岩石和流體系統的關鍵屬性，包括空間分布、大小和數量；（3）提高流動機理和地下處理的認識；（4）發展和應用合適的技術來實現增產，從油氣藏中經濟開採出更多的石油天然氣。

3　技術創新戰略方案與實施

技術創新戰略方案是對實現技術戰略目標具體做法的詳細描述，方案中要指出實現戰略目標的手段、方式方法、實施程序和階段性考察標準。

3.1　總體發展戰略

沙特阿美石油公司採用技術領先與技術跟隨相結合的創新戰略。在核心技術領域，採用技術領先戰略，把發展自主技術、追求技術突破作為技術創新戰略重點，強化優勢領域的技術領先地位；在非核心業務領域，通常採用技術跟隨戰略。戰略實施過程中，由監控中心對公司經營全面監控，有效識別未來變化的不確定因素，進而確定相適應的技術研發戰略。

3.2　技術選擇

科技進步始終是推動石油工業快速發展的強大動力。從歷史發展和長遠來看，開發和應用革命性、突破性的技術，大幅度提高油氣勘探和開發效率，是解決未來油氣供需矛盾的關鍵。沙特阿美石油公司確定的近期石油工程技術研發重點包括極大儲層接觸技術、智能油田控制、無源地震監測、儲層納米機器人、千兆網格數值模擬、智能流體、仿生井等前沿性創新技術，同時這些技術也是業界關注的焦點。

3.2.1　極大儲層接觸技術

已經應用的最大儲層接觸技術（Maximum Reservoir Contact，簡稱MRC）是一種智能多分支井，可以在主井眼中鑽5km與儲層接觸的多分支水平井，擴大油藏泄油麵積，提高油氣產能。該技術對緻密、非均質儲層效果顯著。沙特阿美哈拉得III油田有32口MRC井，每天產油量高達42857t。然而，由於MRC井的每個分支需要安裝機械控制管線至井口，以實現地面對井下分支的控制，導致每口井的分支數量受到限制。未來，極大儲層接觸技術（Extreme Reservoir Contact，簡稱ERC）將採用無線控制技術，減小機械控制管線，增加井下分支數量，理論上分支井數量不受限制，在分支井中可安無限數量的控制閥（圖2）。

3.2.2　智能油田控制技術

傳統智能油田是利用中央處理系統連接許多感測器，將所有相關油田的數據進行整合，包括油藏壓力、溫度、井口流體組分、管線流體和油氣聯合站信息，通過實時獲取的數據對油田進行管理。在哈拉得III油田，每口井中安裝一套井下永久監測系統，將油藏實時信息傳至地面，中央處理站對實時數據進行整合分析，實現對油田的實時監控。未來，智能油田將更加先進，從自我監控向全自動控制發展。油田將油藏數據、井口信息和管理進行整合，實現實時油藏數值模擬，得出最佳的注采比，並向井下控制閥發送指令來完成自我管理。

3.2.3　無源地震監測技術

油氣藏開發過程中，儲層不斷發生微地震事件，常規方法幾乎監測不到，而無源地震監測技術能夠監測這些微地震事件，通過獲取的地震信息分析井筒附近的斷層和裂縫分布，以此來描繪地層流體流入井筒的流動通道。無源地震技術能夠實時監控油藏，是分析和監控流體在儲層中流動的一種新方法，將油藏管理推向新的水平。該技術在斷層特徵描述、水力壓裂監測和水驅前緣監測方面得到了應用。該技術目前還處於起步階段，未來將會成為油藏監測與管理的主流技術。

3.2.4　儲層納米機器人

納米機器人的尺寸是人類頭髮直徑的1％，可以隨注入流體大批量進入儲層（圖3）。納米機器人在儲層中流動時，分析油藏壓力、溫度和流體類型，並存儲信息。在采出的流體中回收這些納米機器人，下載其存儲的油藏關鍵信息，以此來對油藏進行描述。沙特阿美已經研究了納米機器人在地下「旅行」時所必需的一些因素，包括尺寸、濃度、化學性質、與岩石表面的作用、在儲層孔隙中的運動速度等，並於2010年進行了尺寸為10nm、沒有主動探測能力的納米機器人注入與回收現場測試，驗證了納米感測器具有非常高的回收率和較好的穩定性、流動性。目前，正在嘗試利用納米機器人主動探測地下油藏，以實現其在儲層流動過程中實時讀取和傳輸數據。

3.2.5　千兆網格數值模擬技術

已經投入應用的三維地震技術和高級模擬演算法可建立描述油藏特性的高解析度地質模型。但當這些模型用於流動模擬時，由於現有處理器模擬網格的數量有限，使得地質模型在模擬之前必須先將信號放大，減少單元格數量，造成解析度大幅降低。未來的油藏模擬器不需要將信號放大，可以實現高解析度模擬巨型油田，如模擬油藏展布面積為280km×26km的加瓦爾油田。為了達到這一目的，油藏數值模擬器模擬網格數量必須從目前的兆級增加到千兆級以上（圖4）。沙特阿美目前的模擬模型採用300～400萬個網格，正在研發處理2580萬個網格的處理器，該模型1d能夠模擬油田開發60年的歷史數據，預測油田見水時間。未來將實現10億網格節點的模擬能力，將數值模擬技術推向新的高度。

3.2.6　智能流體技術

智能流體在油藏中能夠根據環境自動調整性能，進入地層後以自己的方式自動工作（圖5）。如在油藏堵水作業中，智能流體利用相對滲透率改性劑和乳化凝膠，當水侵入井筒時，智能流體與水化合膨脹堵塞水淹層，阻止水流入井筒，遇油時智能流體脫水收縮，不進行層間封隔。由此不需要採用封隔器對油井進行封堵，減少了施工時間和作業成本。在現場應用中，智能流體先用於近井地帶，未來會深入儲層內部，在更大範圍內發揮作用。智能流體技術目前還在研究發展中，只能應用在特定的油藏條件下，但已在部分領域取得成功。

3.2.7　仿生井技術

仿生井如同樹一樣，主井眼像樹的主幹，井下分支像樹根。鑽完主井眼後，仿生井的智能分支可以自動向含油層延伸，當該層油氣開採完後可以關閉該分支，再向其他含油層延伸（圖6）。目前看實現仿生井似乎比較遙遠，但石油工程技術的不斷進步正在逐漸向這一目標靠近，如鑽井技術從直井到水平井，再到多分支井；智能井下控制閥後可以通過節流關閉分支；智能流體能夠改變自身流變性來控制油井分支的開啟和關閉；井下監測技術和地面控制技術可以分析儲層流體性質和預測見水時間。以此為基礎，又發展了極大儲層接觸技術（MRC）和最大儲層接觸技術（ERC）。仿生井的自動鑽進是目前研發難點，但連續管鑽井、高壓水射流鑽井、激光鑽井和獾式鑽探鑽井等技術的發展，可以逐步實現仿生井的自動鑽進。

3.3　技術獲取策略

沙特阿美石油公司的石油工程技術獲取策略主要包括自主創新和合作研發，主要由國內EXPEC ARC研究中心主導完成。自主創新主要對公司業務發展至關重要的技術進行自主研發，掌握核心技術；合作研發則重點與國內外高校、科研機構和技術服務商合作，充分利用外部科研基礎設施，開闊研究思路，拓展知識池，通過戰略合作快速發展上游技術和工具，用以支持公司的戰略目標。公司部分研究成果得到了國際廣泛認可，多項研究成果被用作基礎理論，在世界各地的大學和研究機構得到應用和並進一步獲得發展。

此外，國際併購也是技術獲取的重要路徑。如2012年沙特阿美出資301萬美元收購了英國鑽探產品製造商An Tech 25%的股份，專門開發鑽井工具，以不斷降低勘探開發成本。

3.4　技術創新戰略行動

技術創新戰略行動是指對技術戰略方案的具體實施活動，在沒有遭遇重大困難或突發阻礙事件時，要嚴格按照技術戰略方案的內容要求執行。沙特阿美石油公司對技術開發進行嚴格規範管理，力求對社會和公司產生長期價值。項目研發按照特定程序管理，基本步驟包括技術識別、提出技術、審核驗證、開發、測試和部署（圖7）。項目研發過程中採用標杆管理理論，從上至下從成本、進度、質量和安全性上全面評估項目競爭力，有效識別潛在風險，找出降低風險的方法。

4　對我國國家石油公司石油工程技術研發的啟示

4.1　堅持高效服務勘探開發，提高油氣勘探開發效率

石油公司石油工程技術的研發要以大幅度提高勘探和開發油氣資源的效率為導向，用工程技術手段提高勘探發現率，提高單井產量和採收率，降低噸油成本。在制定未來技術研發重點時，要堅持「有所為，有所不為」的原則，集中優勢資源，科學選擇技術發展方向，通過前瞻引領、自主創新，創建和保持獨特競爭優勢。

4.2　堅持自主創新戰略，增強企業核心競爭力

沙特阿美石油公司高度重視技術的自主創新，把發展自主技術、追求技術突破作為技術創新戰略重點，強化優勢領域的技術領先地位。長期以來，我國的石油工程技術一直處於跟隨狀態，通過學習和追趕國外石油工程先進技術並實現國產化。《國家中長期科學和技術發展綱要（2006—2020年）》提出要加強自主創新能力建設，加快推進創新型國家建設。我國石油企業要改變目前以「跟跑」為主的科研模式，堅持創新戰略，加強自主創新，逐步實現從「跟跑」向「領跑」的轉變，以增強企業核心競爭力。

4.3　積極推進科研機構全球化布局，支撐業務發展

在國際化背景下，注重開放創新，加強對外科技交流與合作，是全球科技發展的趨勢，也是推動科技進步與創新的重要方式。幾乎所有的大型石油公司和油田服務公司均在海外設有研發設計、加工製造或辦事機構。沙特阿美石油公司在本國建有兩個技術研發中心，對公司業務發展重要的核心技術進行自主研發；在沙烏地阿拉伯境外設立了8個國際研發中心，與國際頂尖的機構、服務商和大學建立合作，充分利用外部科研資源，實現企業目標的戰略部署。中國石油、中國石化等公司已經以不同的方式在美國休斯頓建立了相關研發機構，將來可進一步擴大研發機構全球化布局，充分利用全球優勢資源，更好地支撐公司業務發展。

4.4　注重引進海內外優秀人才，建立學科創新團隊

國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）提出要「加強領軍人才、核心技術研發人才培養和創新團隊建設」，高素質、高層次人才及研發團隊是企業科技創新的基礎。要樹立「人才資源是第一資源」的理念，把人才發展戰略作為技術創新的重要戰略任務，通過培養和吸收國際化人才，建設一支高素質的科研隊伍，並形成不同學科領域的技術創新團隊，以適應企業發展需要。

4.5　實施技術創新戰略績效評估，制定科研項目評價體系

在企業技術創新實踐中，創新失敗的一個重要原因是技術研發與推廣應用脫節。需要建立技術創新戰略實施的過程監控系統，制定科研項目評價體系，對科研項目進行全過程管理，通過跟蹤考核，監控科研項目研發活動，保證科技研發的效率和效益。

（來源：石油科技論壇 2017年第3期）

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