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本文選自中國工程院院刊《Engineering》2022年第11期
作者：李國欣, 鮮成鋼, 劉合
來源：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.
編者按
我國具有豐富的非常規油氣資源，油氣勘探開發已經進入「常非並舉」時代。非常規油氣已經成為我國油氣增儲上產的最重要現實資源，是我國油氣工業長期發展的戰略選擇，但目前非常規油氣的產量規模與巨大的資源量及快速增長的探明地質儲量不匹配，來自技術、成本、管理和理念等方面的挑戰制約了非常規油氣資源的規模效益開發，亟待提高抗風險能力和可持續發展潛力。
中國工程院劉合院士研究團隊在中國工程院院刊《Engineering》2022年第11期發表《中國非常規油氣開發的「一全六化」系統工程方法論》一文。文章基於系統工程，提出了非常規油氣效益開發的「一全六化」方法論，包括7個要素，即全生命周期管理、一體化統籌、專業化協同、市場化運作、社會化支撐、數位化管理及綠色化發展。「一全六化」系統工程方法論已在吉木薩爾陸相頁岩油等國家示範區得到了良好應用。文中指出，「非常規不代表低效益」和「非常規不等於低採收率」等顛覆性觀點，管理者和開發專家必須始終把效益目標根植於內心，必須以理念變革推動管理革命，實現大幅度降本增效並引領技術發展。通過實施「一全六化」實現提質增效、降低桶油成本、大幅度提高採收率和綠色化發展，實現資源大規模效益動用和大幅度提高年產量，將極大拓展非常規油氣的發展空間，服務於國家油氣供給安全保障和國家「雙碳戰略」。此外，從國家油公司發展空間、發展利益和發展戰略多個維度，「一全六化」方法論也體現了非常規油氣開發系統層次性耦合優化的要求。
一、引言
經過十多年的探索，我國非常規油氣開發取得了重要突破和長足進展，主體技術與美國的差距迅速縮小並接近，部分單項技術參數或指標已經達到美國主流水平。但我國非常規油氣開發規模與美國相比差距極大，與我國巨大的非常規油氣資源相比也極不匹配，且部分非常規油氣項目桶油成本居高不下，亟待提高抗風險能力和可持續發展潛力。為此，本文在理論分析和實踐先導基礎上提出「一全六化」系統工程方法論，以期助力中國非常規油氣效益開發。
二、我國非常規油氣勘探開發現狀及存在的挑戰
我國具有豐富的非常規油氣資源。根據「十三五」全國油氣資源評價結果，我國陸上頁岩油資源量達2.83 × 1010t，緻密油資源量達1.39 × 1010 t。截至2020年年底，我國已探明頁岩油與緻密油的地質儲量分別為7.580 × 108t及2.758 × 109t；陸上頁岩氣資源量達1.22 × 1014m3，技術可采資源量為2.2 × 1013m3。此外，還有豐富的緻密氣及煤層氣資源。
非常規油氣資源已經成為國內油氣增儲上產的最重要現實領域。2019年，國內非常規油氣產量已達7.668×107t油當量，占油氣總產量的23%，其中非常規氣產量占天然氣總產量的35%（包括緻密砂岩氣4.10 × 1010m3、頁岩氣1.54 × 1010m3、煤層氣5.90 × 109m3）、非常規油產量占國內原油總產量的11%（包括緻密油2.3× 106t、油頁岩岩油1.5 × 106t、稠油1.5 × 107t、油砂2.0 × 106t）。根據國家能源局在2021年12月24日召開的「2022年全國能源工作會議」發布的數據，2021年國內頁岩油和頁岩氣產量及煤層氣利用量分別達2.4 × 106t、2.3 × 1010m3和7.7 × 109m3。
非常規油氣產量在國內油氣總產量占比將逐年增加，其中緻密油氣和頁岩油氣產量的年增長量和年增長率遠超常規油氣資源，在國內油氣總產量基本盤和保障國家油氣供給安全底線中的重要性也越來越大。但是，在技術、成本、管理和理念四個層次存在的瓶頸性挑戰，制約著我國非常規油氣資源的效益開發。
（一）技術挑戰
我國以陸相為主的非常規油氣資源實現效益開發面臨較大技術挑戰，主要表現在：
• 基礎地質認識不足，建立平面上「甜點區」（「sweet area」）與縱向上「甜點段」（「sweet interval」）分級評價標準規範困難；
• 水平井鑽井難度顯著提升，表現為優質儲層鑽遇率低、鑽井周期長、工程成本高，制約了大井叢平台立體開發模式的應用和推廣；
• 岩性特徵、岩石組構、多尺度非均質性和微觀滲流機制複雜，儲層改造材料和工藝技術的適應性差異大，較大程度上限制了體積壓裂效果，提高單井產量和預測最終累積產量（EUR）難度大；
• 薄互層發育、強非均質儲層高解析度、高精度建模難度大，基於混合井型或多層水平井立體開發的精準布井、產能預測及多元協同優化不確定性高，開發方案及部署策略的適應性差異大；
• 數據基礎和工程經驗相對薄弱，多學科數據存在「孤島」現象，設備裝備智能化率不高，地下井網系統、地上井場及集輸系統、遠程作業及決策系統的集成共享技術有待提升。
（二）成本挑戰
非常規油氣其地質特性決定了需要持續鑽井以維持產能，在全生命周期中需要持續投入大量的資源、人力、技術和資金，因此，只有持續降低桶油成本、不斷突破成本極限，才能增強項目抗風險能力和盈利能力。現階段我國非常規油氣開發當量桶油成本較高，與規模效益開發要求還有很大差距。根據國內有關公司報導，在相近鑽井深度和水平段長度條件下，國內頁岩油井鑽井周期和單井建井投資遠超北美洲。以頁岩油項目完全成本為例，至2020年，鄂爾多斯盆地慶城油田長7頁岩油為52美元/桶、準噶爾盆地吉木薩爾蘆草溝組頁岩油為72美元/桶，部分地區因處於開發試驗初期價格更高達90美元/桶以上。與之對照，2017年以來，美國各大主要緻密油/頁岩油盆地按年產量歸一化桶油成本已經降到50美元/每桶以下，普遍低於WTI原油價格。到2020年，美國緻密油/頁岩油當量桶油成本再創新低。
（三）管理挑戰
以資產項目為基本單元實施全生命周期管理，是國際油公司經過長期實踐證明的有效管理模式，也是非常規油氣資源效益動用最有效的組織模式。這種模式特別重視開展系統性前期研究，用充足的時間和資金投入產生較大的價值影響，為整個資產項目價值鏈優化奠定基礎（圖1）。目前，我國非常規油氣開發項目仍然採用傳統的學科專業接力式管理，不同階段、流程和環節之間存在著銜接不暢甚至脫節的問題，及時輸入機制、動態反饋機制和適時調整機制不完善，各個學科實現交叉融合的難度大，各專業子系統的局部最優化並不能保證整個系統的全局最優化，尚未實現全生命周期管理，已經不適應非常規油氣工業快速反應、及時調整、整體優化的要求（見附錄A中的圖S1）。
圖1. 油氣資產項目成本-價值曲線示意圖。需強調指出：一個穩定的流程優於無流程。
（四）理念挑戰
與常規油氣資源相比，非常規油氣資源雖然是一種相對「低品位、劣質化」的資源，但是，非常規油氣絕不能簡單等同於低採收率和低效益。國外的實踐表明，非常規油氣完全可以獲得高採收率；北美洲通過持續降低桶油成本，實現了強震盪油價下非常規油氣的規模效益開發。在我國，相當多非常規油氣開發項目在油田層面的方案編制甚至總部層面的頂層設計時，將其等同於「低採收率、低效益」，預設設定10%以下的採收率，以及在一定油價下較低收益率甚至負收益率，拘泥於還原論層層分解、條塊分割方式和傳統思維定式，自我限制了發展和創新空間。
總體而言，在我國非常規油氣效益開發面臨的四個層次挑戰中，技術挑戰是現狀、成本挑戰是表象、管理挑戰是癥結、理念挑戰是核心（圖2）。只有解決理念問題，才能理順管理癥結，才能堅持成本底線思維、實施全生命周期管理、開展全流程優化，進而突破完全成本高的表象。因此，必須以創新的理念為引領，以管理變革為突破口和關鍵抓手推動管理革命，加速我國非常規油氣規模效益開發，保障國內油氣供給，服務國家能源安全戰略，適應「碳達峰」「碳中和」國家戰略新要求。
圖2. 我國非常規油氣效益開發「挑戰金字塔」的四個層次。
三、非常規油氣效益開發「一全六化」方法論
基於系統工程，提出了中國油公司非常規油氣效益開發「一全六化」方法論，包括7個要素，即全生命周期管理、一體化統籌、專業化協同、市場化運作、社會化支撐、數位化管理及綠色化發展（圖3）。
圖3. 「一全六化」系統工程方法論簡圖。
以資產項目為基本單元，在具體操作中實施全生命周期管理，項目投資按照全過程詳細核算與評價，以追求關鍵優化指標最大化。由於非常規油氣開發具有獨特的地質和工程約束性，在項目推進過程中，需要各部門、各學科、各系統之間相互聯繫、相互協同，同時與政府、社會、環境及第三方單位密切互動；需要在認識上不斷積累更新、技術與管理學習曲線不斷疊代進步，並針對關鍵需求及其動態變化做出快速前瞻性反應與及時調整。「一全六化」方法論運用整體思維與辯證思維，從勘探階段就開始頂層設計，充分聚焦技術、管理、人與市場各個方面，以推動規劃、流程和管理機制的優化和創新。本文建議的方法論目的在於以最終采出油氣最大化為目標，創新組織各類資源最優化運行，提升我國非常規油氣規模效益開發能力。
（一）全生命周期管理
全生命周期管理涉及在資產項目全過程中實現合理經濟指標下最大化採收率的最終目標（圖4），在實施中以邊界清晰的資產區塊設置獨立項目，採用「項目單設、投資單列、方案單審、成本單核、產量單計、效益單評」並綜合考慮底線成本、收益率和採收率的倒逼機制，測算項目全生命周期效益，結合跨責任部門的一體化管理，在從勘探到棄置各階段可接受的成本偏離條件下（表1），最優化各子階段關鍵任務，真正實現「事前算盈、事中干贏、事後真贏」。
圖4. 推薦的非常規油氣開發全生命周期優化模型。EUR：預測最終累積產量；IRR：內部收益率；f：函數。
表1 非常規油氣開發全生命周期管理框架
CCUS: carbon capture, utilization, and storage; EOR: enhanced oil recovery.
非常規油氣項目作為一個系統，必須以系統工程的觀點分析和認識其整體性、層次性、複雜性、開放性和動態性。在項目中，以「點、線、面」思路組織多學科交叉和多部門協同，「點」釐清關鍵技術難題，「線」確保各階段和流程的程序連接，「面」形成實施和應用機制。以數據融合和知識共享為基礎，實現全要素、各階段、全過程無縫銜接，構建物理-事理-人理系統學習曲線，達到在初級階段用現有理論和技術組成可靠有效大系統、在高級階段用先進理論和技術組成高效卓越大系統的目的。為此，提出了一個普適的全生命周期管理概念模型。該模型的X軸定義資產項目各個階段及其明確的任務清單、Y軸確定研究與規劃程序、Z軸對應地質-工程一體化各個關鍵任務流程。基於大數據和人工智慧優化賦能，地質-工程一體化模型和方法貫穿多學科融合、跨部門協同、多目標優化、流程再造、分層次決策和全生命周期優化，從而支持資產項目的全局最優和實現路徑最優（圖5）。
圖5. 全生命周期管理通用概念模型。
（二）一體化統籌
一體化統籌圍繞掌控資源、建設產能和獲得產量三大業務主線，以資產項目為單元，通盤考慮內部系統和外部系統，掌握各系統之間、系統內部各子系統及其要素之間的相互聯繫和相互作用，開展總體設計和流程規劃，在國家油公司現行管理架構和運營架構下建立全新的、可操作的組織管理架構和運行模式，促進跨系統、跨部門、跨學科、跨專業和跨層級的協同（見附錄A中的圖S2）。
一體化統籌包括六個關鍵內容：勘探開發一體化、地質-工程一體化、地面地下一體化、科研-生產一體化、生產-經營一體化、設計-監督一體化。
• 勘探開發一體化：強化頂層規劃、整體布局，隨滾動勘探和評價的進展，動態調整開發方案與部署策略，提高決策效率、降低項目技術經濟風險。在總結昭通國家頁岩氣示範區實踐的基礎上，提出了勘探開發一體化通用路線圖（見附錄A圖S3），可以針對不同非常規油氣類型定製具體和詳細的技術內容。
• 地質-工程一體化：明確項目各子系統在不同運行階段的流程和關鍵要素，打破學科執念、專業壁壘和管理界限，通過疊代學習持續改進全局系統和各子系統，提高方案符合率、技術有效性和作業效率，管控地質不確定性，降低工程風險，支撐全生命周期管理優化（圖6）。
圖6. 推薦的地質-工程一體化通用流程。
• 地面地下一體化：在首要考慮資源最大化有效動用的同時，兼顧地面人文地理條件、環境生態約束以及由此帶來的工程複雜性。從全局角度優化如基地、倉儲、供水、電力、運輸和道路等基礎設施布局，強化地面子系統、環境子系統和供應鏈子系統與開發總體方案的協調性和動態彈性，從而提高項目的保障能力並降低相關成本。
• 科研-生產一體化：針對項目專門建立多學科一體化研究團隊，支撐從勘探到開發利用所有階段的全過程優化。研究人員要儘可能靠前部署、融入生產一線，與各個工程子系統緊密結合、及時互動，根據現場重大需求和實施變化，整合內部和外部研究力量開展分階段攻關，及時高效調整研究重點，進一步提高方案部署水平和工程實施效率（圖7）。
圖7. 多學科研究與作業協同工作框架。
• 生產-經營一體化：服從項目全生命周期整體質量要求和關鍵指標，以大基層ERP系統為抓手，各階段從頂層設計、方案部署到各項工程作業，精細化方案設計、流程管控和成本管理，不斷提高經濟效益、降低成本、提升抗風險能力和盈利能力。
• 設計-監督一體化：用強有力的監督監理手段，嚴格執行和高質量實施相關技術方案；油公司保證對經過系統性論證和決策的項目方案不折不扣地落實；強化流程管理與監督監理的掌控，做到任務清晰、責任明確、反饋迅速、決策及時。
（三）專業化協同
一個非常規油氣開發項目通常需要多種專業子公司、多家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背景和從業經歷，涉及多家服務隊伍、多個專業流程、數十項業務活動、數百個工作環節或工作流，此外還需配套集中營地、鑽完井和壓裂材料、通信網絡、應急材料、發電設備、後勤保障和外部協調等。因此，技術方案和實施流程必須優化組合併針對性優選專業化服務隊伍，實施基於資源共享、技術共享和流程共享的專業化協同，從而大幅度提高項目效率和效益，並保障相關服務方的利益。附錄A中的圖S4為針對壓裂子系統的專業化協同示意圖，它包括多個業務流程，每個業務流程下有多個業務活動，每個業務活動又包括多個工作流。
（四）市場化運作
充分發揮市場在資源配置中的決定性作用，大力組織和推進市場化運作，既是國家改革的方向，也是非常規油氣效益開發的必然選擇。要從我國非常規油氣開發大系統的角度，建立經營者和服務方利益共享、風險共擔和合作共贏的理念與機制，培育市場化良性競爭環境。油公司首先要開放內部技術服務市場，油公司之間逐步彼此開放技術服務市場，最終各個油公司要循序漸進地向社會全面開放非常規油氣領域的技術服務市場。以資產項目為基礎，創新管理機制、考核評價制度和商業模式，保證高質量、高性價比服務，促進各利益相關方和參與者共同發展，共同實現各方成本遞減、效益遞增，形成市場化運作合作範式。
（五）社會化支撐
依託當地政府和社會的「輕量化」經營，是實現非常規油氣效益開發的重要舉措。開發項目的運行模式要求充分利用社會網絡和公共資源獲取專業化服務，提升基礎設施保障能力，優化供應鏈配置以及獲得公眾支持，避免形成「大而全、小而全」但缺乏專業性和效費比的自循環支持服務系統。把充分利用社會支持、從外部獲取高效率和高質量服務變成一種理念和項目運行常態，從買裝備、買產品變為買服務或租賃服務，從內部全自主變為充分依託可靠的服務提供方，將部分投資轉化成本，儘可能降低項目投入的固定資產。
（六）數位化管理
數位化和以數位化為基礎的智能化正在助推社會和行業加速轉型，與之適應的組織管理架構變革和流程優化與再造，成倍甚至成數量級地提高了油氣行業快速響應能力、作業效率和決策可靠性。與2014年相比，美國2020年頁岩油氣的產量均增加了近一倍，數位化智能化在大幅度提高勞動生產率和作業效率、降低成本中發揮了關鍵性作用。
我國油氣行業的數位化目前處於快速發展階段。非常規油氣項目實施全面數位化建設，應以數位化油氣田和大數據系統為基礎，實現全面知識感知與發現、自動生產、實時監測與診斷、預測預警、協同研究、全生命周期多目標多層次優化、一體化運營、節能降耗與碳減排，以及智能決策。通過大數據和人工智慧賦能驅動，促進生產方式、管理架構、運營模型和再造的流程模式更加高效率、高質量。附錄A中的圖S5建議了非常規油氣開發項目簡化的數位化管理架構。
（七）綠色化發展
綠色化開發是新時期油氣行業的重要使命。與常規油氣項目相比，非常規油氣項目由於需要持續高強度鑽井和壓裂，面臨更大的環境和碳減排壓力。在「碳達峰」「碳中和」硬約束下，非常規油氣項目必須從一開始就建立綠色化發展理念，通過技術進步和管理轉型，實現項目與自然環境的和諧統一。
綠色化發展具體體現在五個方面：
①生產過程清潔化，應用綠色環保材料和清潔生產工藝技術，從源頭上減少廢棄物產生；
②廢棄物資源化，保障廢水、固廢、廢氣等資源化循環利用，建設「無廢」項目；
③道路土地集約化，大力推行大井叢平台開發方式，實現井場標準化建設和一體化、預製化施工；
④場站建設生態化，加快油氣田礦區綠化和生態修復，開展碳匯林、碳中和林建設；
⑤產業鏈低碳化，通過技術裝備改進升級和數位化智能化賦能、項目建設與運營流程閉環改造、項目建設與運營用能的綠色新能源替代等一系列措施，推進非常規油氣項目與CO2封存與利用（CCUS）集成，實現節能降耗、節約水資源、管控溫室氣體和揮發性有機物（VOC）減排。
四、「一全六化」系統工程方法論對非常規油氣效益開發的意義
非常規油氣開發是由相互聯繫、相互依賴、相互制約和相互作用的眾多跨學科、跨領域、跨層次組成部分形成的複雜系統。實現非常規油氣效益開發，需要遵循系統工程方法論。「一全六化」概念的提出，是系統工程方法論在非常規油氣開發中的具體體現，主要表現在如下四個方面。
（一） 「一全六化」體現了非常規油氣開發系統的整體性
一個非常規油氣開發項目，主要涉及國家油公司勘探與生產板塊和工程服務板塊兩大內部系統以及外部系統，各系統又可以進一步細分為眾多相關子系統。從工程與生產上，涉及規劃、地質、評價、鑽井、採油、地面、運行、維護及其他專業領域的業務活動；從組織管理上，涉及設計單位、研究院所、技術服務、鑽探與工程企業、開發公司、油田建設、採油單位、機關部門等職能機構；外部環境系統涉及地方政府、服務企業、環境生態、基礎設施、後勤運輸、物資保障及其他利益相關方。
在項目中，各部分通過一體化統籌、專業化協同和社會化運作，相互作用、相互依賴、分工合作、融合發展，共同推動項目整體最優化。一個非常規油氣開發項目也是一項共生系統工程，通過實施「一全六化」進行要素重組、系統優化與整合，構建互惠共生和一體化共生模式與環境，實現「1+1>2」系統湧現效應；各利益相關方通過包容協調、合作共贏，促進自身發展，提升共同利益的「蝴蝶效應」，體現了全局優化思想和系統工程整體性原則。
（二） 「一全六化」實現非常規油氣開發系統層次性最優化
一個非常規油氣開發項目包括多個子系統，如鑽完井工程子系統和壓裂工程子系統等及其更低一級要素；同時它又是從屬於一個大型國有公司整個油氣勘探與生產大系統中的一個子系統，並進一步服務於國家油氣供給安全複雜大系統，具有鮮明的層次性系統結構。「一全六化」方法論就是針對非常規油氣開發系統跨學科、跨領域和跨層級的普遍特點，優化系統層次結構，保障各子系統各司其職並高效率、高質量運行，實現我國非常規油氣規模效益開發。
我國油氣勘探開發已經進入「常非並舉」時代，非常規油氣資源是國內穩定原油產量、擴大天然氣產量最現實和最主要的增量部分，是我國油氣工業長期發展的戰略選擇，非常規油氣年產量在國內油氣年產量的占比將逐年增加。通過實施「一全六化」實現提質增效、降低桶油成本、大幅度提高採收率和綠色化發展，實現資源大規模效益動用和大幅度提高年產量，將極大拓展非常規油氣的發展空間，服務於國家油氣供給安全保障和國家「雙碳戰略」。此外，從國家油公司發展空間、發展利益和發展戰略多個維度，「一全六化」方法論也體現了非常規油氣開發系統層次性耦合優化的要求。
（三）「一全六化」有效應對非常規油氣開發系統複雜性
非常規油氣開發系統除了其固有的複雜性，如系統內部整體與局部、子系統結構和要素及其定性和定量模型演化、子系統之間和各要素之間的相互作用，存在不確定性、非線性和模糊性，我國非常規油氣開發還有其特殊的複雜性。
首先，我國非常規油氣「多源、多期、多向」的地質特徵給開發帶來了極大的理論與技術挑戰；古龍純頁岩型頁岩油的開發更是沒有先例可以借鑑，英雄嶺高原山地式頁岩油等也異於其他，適應性理論和技術均進入了「無人區」。
其次，在組織管理上當前主要沿用常規油氣開發項目的模式，階段上由不同部門各管一段；同一部門不同專業背景的員工和專家沒有有效協同，缺乏互動交流；管理上實行逐層細分的垂直管理，規劃計劃上針對各子系統、下屬部門和下級單位在不同階段或時間段設置獨立目標（圖1）。同時，國家油公司由於歷史原因形成的勘探與生產子系統和工程技術子系統之間關聯交易，相對固化、缺乏彈性和靈活性，也值得關注。
再次，我國非常規油氣開發項目有更複雜的外部環境制約，需要考慮油氣供給的長期穩定性、當地國民經濟發展的支撐性、環境生態的承載性和基礎設施的約束性。
針對這些複雜性，「一全六化」方法論運用全生命周期管理和一體化統籌實現時間和空間維度的整體優化、協調整體與局部的關係，用專業化協同打破學科、專業和領域壁壘，強化交叉融合，用市場化運作和社會化支撐構建與外部系統的共生發展，用數位化管理綜合集成基礎理論與技術體系、組織管理體系及知識與經驗體系，將物理、事理和人理及其相互作用過程統一起來，用綠色化、低碳化可持續發展理念，實現人與自然的和諧共生。
（四） 「一全六化」適應複雜系統的開放性
非常規油氣開發系統對於外部環境和其他系統也是一個開放系統，主要體現在幾個方面。第一是非常規油氣開發項目的固有開發模式，首先要求持續不斷地降低桶油成本以增強項目的抗風險能力，進而要求不斷地改進理論技術體系和組織管理體系；第二是需要持續不斷地鑽井以實現在油田、盆地和行業層面所期望的穩產目標，在此過程中有源源不斷的人力、技術、資金和資源大規模投入，以及產出大量的數據與信息、知識和經驗、理論與技術；第三是各子系統、各學科、各專業和各領域需要共享數據和信息、知識和經驗，相互反饋並不斷優化。比如，大井叢平台多層系立體開發的出現，要求轉變開發理念，改變方案優化模式，創新發展鑽完井工程、壓裂和生產等工程工藝技術，建立適應性組織管理體系和相關流程。
非常規油氣開發要充分適應社會和行業的發展趨勢和需求變化，充分利用大數據和人工智慧等信息技術，借鑑和利用其他行業的先進技術和組織管理經驗，強化和提升系統學習能力，更有效保障規模效益開發。「一全六化」方法論倡導作業者和服務方共生共贏發展模式，強調構建新型組織管理方式，通過疊代優化建立各種學習曲線，適應了非常規油氣開發系統的開放性要求。
總之，「一全六化」方法論針對非常規油氣開發系統的整體性、層次性、複雜性和開放性，旨在通過從總體上把握、整體上最優為目標解決問題，是定性到定量綜合集成系統工程思想和方法論。它遵循了將多學科多領域相結合、宏觀與微觀相結合、整體與局部相統一、理論技術與知識經驗相結合、工程生產與組織管理相結合，能夠有力地保障非常規油氣規模效益開發的規劃、決策、部署和實施的科學性、預見性、適應性、有效性和準確性。整體著眼、統籌考慮、部分著手、各方協調，力爭利用最少的人力、物力和財力在最短的時間內，達到當前條件下的整體目標和實施方案的最優化；通過系統學習，對理論技術體系、組織管理體系和知識經驗體系持續疊代更新，實現全生命周期條件下的動態優化。
五、應用案例：吉木薩爾陸相頁岩油示範區
（一）項目概況
吉木薩爾凹陷面積1170 km2，2010年實現了陸相頁岩油勘探突破，其後獲批建設我國第一個國家級頁岩油示範區。經過10年「三起三落」的曲折探索，到2020年示範區未能完全達到「技術上可行，經濟上也必須可行」的要求，未能實現效益開發的整體性突破。
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變思路和機制，運用「一全六化」系統工程方法論，在2021年實施的58號小井距立體開發平台，從管理、技術到經濟指標上取得了決定性突破，掌握了打開全面效益開發大門的技術和管理兩把鑰匙。
（二）「一全六化」系統工程方法論主要實踐
示範區以「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、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下，組建頁岩油項目經理部，按照系統工程項目管理原則推進技術方案到生產實施的一體化統籌；以頁岩油項目經理部為核心，從管理線和技術線對利益相關方在技術、經濟、安全環保、社會責任等目標上實施整體權衡，充分發揮專業隊伍在其專業領域的優勢，實現跨部門、跨層級和跨領域的專業化協同。
示範區突破了傳統關聯交易的桎梏，對各項服務需求推行系統內和系統外的全面市場化，推進「不限額、不封頂、不託底、責權利對等」的競爭機制，加快和持續培育良性競爭市場；地方政府、本地企業和當地承包商在基礎設施、供水供電、道路交通、後勤保障、倉儲物流等提供公共支撐和社會化服務，降低成本、重複利用資源、節能降耗，同時減輕環保壓力。
示範區打造數位化油田，覆蓋從建產到生產全過程，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；著力打造綠色環保低碳油氣開發新模式，通過技術進步強化工程子系統的節能、降耗和減排，逐步擴大CO2前置壓裂、CO2吞吐等技術試驗，實現提高採收率與CO2地下封存一體化；強化環境保護工程和流程優化，確保鑽屑不落地，泥漿和壓裂液資源化重複利用，創新發展微生物綠色循環低成本增效開發技術，提升示範區的綠色化效益開發能力。
（三）應用效果
吉木薩爾陸相頁岩油示範區從2020年開始推行「一全六化」系統工程方法論以來，迄今已經見到良好效果。第一是投資管控成效顯著；2021年投產的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，單位進尺鑽井費用下降57%，單方液壓裂費用下降42%。第二是按照地質工程一體化設計施工的58#平台生產效果逐步顯現；該平台2021年5月下旬開井生產，與前期投產井同期對比，相同油嘴制度下日產液量、日產油量、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營，堅持事前算贏、量效兼顧，示範區原開發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）；按照市場化對新區開發方案進行調整，預計新區2027年實現正現金流、累計現金流134.6億元，預計新老區合計2028年實現正現金流、累計現金流96.8億元。與原方案相比，按市場化調整後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、結論和建議
在當前條件下，通過理念變革，推動管理革命，引領技術創新，從而實現非常規油氣效益開發「技術上可行、經濟上也可行」的目標。在總結過去實踐和認識的基礎上，提出了「一全六化」系統工程方法論，是針對非常規油氣開發系統、以資產項目為基本單元的系統工程管理理念和技術；適應我國非常規油氣的獨特性和開發特點，提出了在合理經濟指標下最大化採收率的全生命周期優化目標。
為實現我國非常規油氣規模效益開發，管理者和開發專家務必根植效益信念。「一全六化」系統工程方法論在非常規油氣開發實踐中取得了良好的應用效果，表明理念轉變帶來的管理變革、全局與局部有機結合的系統優化，能夠對非常規油氣效益開發產生革命性驅動力並引領和推動技術發展，證明了「非常規油氣不代表低效益、非常規油氣不代表低採收率」的顛覆性觀點，堅定了我國非常規油氣能夠在堅持底線成本條件下實現大規模效益開發的信心。
在保障國家能源供給安全和「碳達峰」「碳中和」國家戰略下，實現大幅度進口替代是油氣從業者必須要有的信心、決心和使命。「一全六化」系統工程方法論在其他類型油氣資源開發中以及包括地熱等地質能源開發中，均具有一定的借鑑意義。通過不斷實踐與認識完善，加強政策與制度保障，構建相應的大數據系統，培養具有系統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的重要方法論。
註：本文內容呈現略有調整，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
能源與礦業工程管理專家，中國工程院院士。
主要從事採油工程技術及裝備研發、工程管理創新與實踐研究。
註：論文反映的是研究成果進展，不代表《中國工程科學》雜誌社的觀點。