本文選自中國工程院院刊《Engineering》2022年第11期
作者：李陽, 趙清民, 薛兆傑
來源：Management Mode and Application of Geoscience–Engineering Integration[J].Engineering,2022,18(11):12-16.
編者按
地質-工程一體化是實現複雜油氣藏效益勘探開發的有效技術管理模式和途徑。我國目前和未來油氣資源的非常規性、多樣性、非均質性特點顯著，在認識油藏、開發油藏、改造油藏等領域面臨諸多挑戰，特別是油氣行業降低成本、提升效益的迫切訴求，因此，依靠單一的技術已無法解決當前油田發展中遇到的難題，需要地質-工程一體化深度融合，推動高效低成本技術的集成和創新發展，破解資源瓶頸，提高產能和採收率，降低勘探開發成本，實現油氣資源的效益開發。
中國工程院李陽院士研究團隊在中國工程院院刊《Engineering》2022年第11期發表《地質-工程一體化管理模式及應用》一文。文章闡述了地質-工程一體化的內涵，提出了地質-工程一體化的內涵及管理模式框架，將一體化管理模式應用到複雜油氣藏開發中，實現了組織生產方式的整合，優化了生產流程，推動了地質工程技術的融合。文章指出，地質-工程一體化是針對複雜油氣藏開發提出的一種有效的管理模式，具體是針對某一油氣田的產能建設、開發部署、開發調整或提高採收率等工作，通過技術和管理創新對地質、工程技術、專業人員、經濟等各種要素的統籌管理和集成優化，實現工程科技與管理的融合，實現提質、降本、增效的目標。
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一、引言
隨著油氣勘探開發不斷深入，非常規油氣藏、深層超深層油氣藏、緻密油氣藏逐漸成為主要開發對象，油藏條件更加複雜，油氣品質劣質化加重，勘探開發難度和成本不斷加大。高溫高壓、高陡構造、強非均質、深水等新的複雜油藏環境對油氣工程技術提出新的挑戰。大部分油田經過多年開發，逐漸進入高含水、高可采儲量采出程度、產量下降階段，亟需破解提高採收率的難題。當前油價長期低位運行對油氣行業效益開發衝擊大，低成本開發更為迫切。綜上所述，依靠單一的技術已無法解決當前油田發展中遇到的上述難題，需要地質-工程一體化深度融合，推動高效低成本技術的集成和創新發展，破解資源瓶頸，大幅度提高產能和採收率，大幅度降低勘探開發成本，實現油氣資源的效益開發。
地質-工程一體化已在中國深層油氣藏、頁岩氣、緻密低滲等複雜油氣藏開發中成功應用，推動了複雜油氣藏「甜點」（「sweet spot」）評價、油藏工程、水平井鑽井、分段壓裂及提高採收率等技術的快速發展，促進了地質與工程技術的融合；地質-工程一體化變革了當前油藏開發管理模式，提高了工程效率和經濟效益，已成為複雜油氣藏商業開發的重要手段。
儘管地質-工程一體化在複雜油氣藏領域取得了較好的應用效果，但在大規模推廣過程中仍面臨很多問題。本文闡述了地質-工程一體化的內涵，提出了地質-工程一體化管理模式框架，總結了地質-工程一體化的應用實踐成果，為推進地質-工程一體化發展提供理論支撐。
二、地質-工程一體化的內涵及管理模式
（一）地質-工程一體化的內涵
一體化理論起源於系統論，該理論認為一體化系統是由很多個子系統組成的一個整體，各子系統之間是相互聯繫的，通過各子系統間的協同、合作，使組合的系統功能達到最大化。在20世紀70年代以前，油氣勘探開發基本採用傳統的「直線」開發模式，即初探—油藏評價—開發方案編制—產能建設—採油。90年代以來，油氣開發開始強調地質與工程的協同化。21世紀早期，Cosentino提出了油藏評價一體化的概念，此後，勘探開發一體化成為油氣勘探開發的一個新趨勢。
地質-工程一體化是針對複雜油氣藏開發提出的一種有效的管理模式。具體來講，是針對某一油氣田的產能建設、開發部署、開發調整或提高採收率等工作，通過技術和管理創新對地質、工程技術、專業人員、經濟等各種要素進行統籌管理和集成優化，實現工程科技與管理的融合，實現提質、降本、增效的目標。
地質-工程一體化的內涵包括4個方面：
（1）物化論：地質-工程一體化是各種要素集成、轉化及物化的過程，是將資源、技術、環境、人力等物質或非物質形態的事物轉化為工程實踐，工程實踐是地質-工程一體化的具體體現。要通過工程實踐檢驗一體化理論、方法和技術的合理性、先進性，並在實踐中不斷學習提升。
（2）價值最大化：地質-工程一體化的目標是通過人、工程與環境協調發展，提升油氣藏的價值。對於一個具體油田來說，油氣田價值體現在兩個方面：一是高產、高效，實現油田高效益勘探、高效益開發；二是高採收率，采出地層中的每一滴原油。地質-工程一體化就是解決勘探開發過程中的不同階段遇到的地質、工程經濟和環境難題，把油田的內在價值轉化為現實的產量和效益。
（3）協同優化：地質-工程一體化具有多學科、多專業互動，多部門、多團隊和多流程交叉的特點。通過把不同體系或技術整合為一個整體進行協同和管理，實現跨體系、部門或組織之間的相互補充、協同和提高。一方面對涉及的專業、技術進行整合集成、協調優化、聚優創新，形成拉動效應，發揮出1加1大於2的成效；另一方面對涉及的部門、團隊進行整合優化、聚力攻堅，實現相互間的橫向協同、縱向聯動，從而最大限度發揮人力、技術、社會和環境優勢和潛力，提高效率，協調運行。
（4）創新驅動：創新是地質-工程一體化的核心，包括技術創新、管理創新和模式創新。通過基礎理論創新、單一技術創新和技術集成創新實現技術最優化，推進一體化發展；通過管理創新解決體制機制約束問題，提高運行效率和效益；通過模式創新實現項目整體最優。
（二）地質-工程一體化的管理模式
油氣開發是諸多地質和工程要素組成的結構與作用統一的整體，油氣藏類型不同、開發階段不同、市場環境不同，地質-工程一體化的運行模式有所差異。但地質-工程一體化的有力實施都離不開一體化目標、一體化數據平台、一體化理念的團隊、一體化管理4個基本要素的支撐（圖1）。
圖1. 地質-工程一體化模式框架。
1. 一體化目標
地質-工程一體化要制定統一的目標，即追求產能、採收率、效率、效益、環境友好最大化目標，從而提高油氣藏價值。要根據一體化項目面對的具體開發對象，統籌考慮資源、生產、經濟、環境和社會等因素，制定相應的項目目標、周期、進度、質量、技術、成本和環境目標等，建立相應控制機制。
2. 一體化數據平台
油氣藏是一個極為複雜的地質體，必須從各種角度，用大量的信息、數據去描述它的特性，油氣勘探開發是一個由數據關聯的工作過程。為了保證油藏認識和數據使用的連貫性、繼承性和一致性，要建立一體化數據平台，實現數據的互通和共享。
建立一體化數據平台首先是數據的獲取和分析，要充分利用現有的數據資源，同時要加強對地質、工程、實驗、生產等一切與生產相關數據的全方位、高精度實時獲取，減少不確定性；其次要加強數據的挖掘和應用，從數據中發現物理規律，建立相應的數學模型；再次要構建地質-工程一體化知識圖譜，建立覆蓋油氣開發全過程、全產業鏈的知識庫，建立認識油藏和開發油藏的知識與數據之間的聯繫，並基於油田開發特點開展統計學習及數據確定性分析；最後要對數據及時更新，保證數據的時效性、真實性。
3. 一體化理念的團隊
在一體化實施過程中，除了建立一體化數據平台以外，還要實現不同學科技術人員的一體化，要建設一支具有一體化理念的工程團隊。團隊成員要注重學習與自我提升，不斷提升團隊技術水平、創新能力、研發活力和生產效率，保證目標和任務實現；要通過團隊成員和資源有序組合，實現多學科的交叉融合，避免出現「學科偏見」；團隊成員都要對一體化的工作流程和總體目標有充分認識，形成合力；責、權、利要明確清晰量化到團隊每個員工。
4. 一體化管理
在「效率」和「效益」目標下，對各部門、專業、技術等要素按照最有效的方式進行整合、集成、協同與融合；要建立及時聯繫反饋的工作流程，實現各環節間的實時/適時反饋與優化（圖2）；同時，要避免「木桶效應」和「馬太效應」，不能形成專業或技術短板，制約或影響整體的運行，又要避免資源過度集中於某個專業或某項技術，造成技術和資源低效與浪費。
地質-工程一體化是對傳統運行模式和決策機制的變革，由專業業務應用變革為跨專業業務協同，打破了部門管理的「藩籬」；由分段式管理變為在線閉環式管理；由現場工作協調變為網絡化在線協調，內部操作變為內灣連動式操作模式，全面提升處理、決策、執行的水平。
圖2. 一體化管理運行模式。
三、礦場應用
地質-工程一體化的理念已融入油氣勘探開發過程中，不僅被用於油氣田的整體開發，同時在產能建設和單井增產措施中也被廣泛應用，推動了複雜油氣藏的經濟有效開發。
（一）低滲透油藏仿水平井開發技術
中國以陸相沉積為主的含油氣盆地中，發育了豐富的低滲透油氣資源，具有含油氣層系多、油氣藏類型多、分布區域廣的特點，已成為近年來增儲上產主陣地。
低滲透油藏在成藏過程中受到沉積作用、構造作用及壓實、膠結、溶蝕等成岩作用的影響，儲層類型比較複雜，儲層物性較差，表現為孔隙度低，滲透率低，儲層豐度低，非均質性強，裂縫發育。油藏天然能量不足，主要為常壓或低壓油藏，採用常規開發產能低、效益差。
為實現低滲透油藏有效開發，勝利油田針對低滲透油藏富集規律認識難、儲層精細描述難、高效開發動用難等開發難題開展地質-工程一體化攻關研究，形成了低滲透油藏仿水平井開發技術，實現了低豐度、低滲透油藏的快速、高效開發。在地質-工程一體化模式的指導下，綜合考慮史127區塊油藏地質特徵及前期壓裂經驗，優化壓裂縫長、裂縫角度等改造參數，增大泄油麵積，最大限度提高產能；考慮儲層發育規律、壓裂工藝參數、經濟性等因素，優化開發井網，注采井距「轉」注采排距，建立有效驅替系統，裂縫適配井網，提高波及體積，避免油水井水竄。
史127區塊採用仿水平井注水開發（圖3），取得了好的效果，平均單井日產油3 t，新建產能48 000 t（圖4）。
圖3. 史127區塊井網圖。
圖4. 史127區塊綜合開發曲線。
（二）焦頁4HF井重建井筒重複壓裂技術
中國頁岩氣資源非常豐富，但與美國海相頁岩氣相比，中國頁岩氣地質條件更加複雜，頁岩埋藏更深，有機質和脆性礦物含量較低，水平兩向應力差值大，且閉合壓力大，不易形成複雜縫。是中國首個大型頁岩氣田，2017年建成了百億立方米產能，經過多年開發，涪陵頁岩氣田焦石壩區塊老井已進入增壓開採的長周期間開階段，單井產量低。
圖5. 焦頁4HF井重複壓裂後生產曲線。
為提高老井產能和採收率，涪陵頁岩氣公司成立地質、氣藏、工程一體化團隊，開展一體化設計和項目管理，完成了國內首口重建井筒重複壓裂施工。項目以提高單井可采儲量為目標，形成了以綜合地質條件、工程規模為基礎的四指標、十參數的重複壓裂選井標準；充分認識老井初次壓裂改造效果，明確剩餘資源分布，制定差異化的改造目標，充分挖掘剩餘可采儲量；精心研究開發方案，形成重建井筒重複壓裂工藝優化設計參數體系；精準施工設計，在第1~12段通過暫堵轉向工藝實現新老射孔的均勻改造，在第13~21段採用「密切割布縫+限流射孔」工藝，保證了工藝目的的有效實現；在現場施工過程中，團隊實時分析工藝實施情況，不斷優化調整工藝參數，提升工藝適應性。
2020年，經過12天的壓裂施工，焦頁4HF井完成21段重複壓裂，準確高效地改造了老縫，增添了新縫，形成了有效的密集縫網（圖5）。單井產量由壓裂前日均產氣1.1×104m3提高到5.1×104m3，初期日產量提高超過4倍，生產套壓由2~8 MPa提高至18~27 MPa，取得較好的增產效果，為提高氣田老區採收率提供了新的技術模式和途徑。
四、結論
地質-工程一體化是實現複雜油氣藏效益勘探開發的有效技術管理模式和途徑。經過多年的研究和開發實踐，提出了地質-工程一體化的內涵及管理模式框架，將一體化管理模式應用到複雜油氣藏開發中，實現了組織生產方式的整合，優化了生產的流程，推動了地質工程技術的融合。
中國目前和未來油氣資源的非常規性、多樣性、非均質性特點顯著，在認識油藏、開發油藏、改造油藏等領域面臨諸多挑戰，特別是油氣行業降低成本、提升效益的迫切訴求，提升了對於地質-工程一體化的需求。要進一步解放思想、突破界限、整合技術、深度融合，推進地質-工程一體化在複雜油氣藏的各個階段發揮更大的作用，為中國複雜油氣藏提產增效發揮實質性支撐。
註：本文內容呈現略有調整，若需可查看原文。
改編原文：
Yang Li,Qingmin Zhao,Zhaojie Xue.Management Mode and Application of Geoscience–Engineering Integration[J].Engineering,2022,18(11):12-16.
作者介紹
李 陽
油氣田開發地質、開發工程專家，中國工程院院士。
主要從事油氣藏開發基礎理論和關鍵工程技術研究。
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。