王敏生，閆 娜，光新軍

（中石化石油工程技術(shù)研究院有限公司,北京 102206）

隨著技術(shù)環(huán)境的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性逐漸深化，跨界融合已成為技術(shù)創(chuàng)新的重要形式。目前，關(guān)于跨界融合技術(shù)創(chuàng)新的研究廣泛分布在產(chǎn)業(yè)互動(dòng)、學(xué)科交叉、知識(shí)流動(dòng)、企業(yè)合作等各個(gè)領(lǐng)域[1–4]，但對于跨界融合技術(shù)創(chuàng)新尚未形成廣泛認(rèn)可的概念闡釋。企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新的主體，跨界融合本質(zhì)上是企業(yè)通過知識(shí)、技能、資本等要素的跨界互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)融合和創(chuàng)新，取得技術(shù)進(jìn)步的過程[5–7]?？缃缛诤霞夹g(shù)創(chuàng)新對石油工程領(lǐng)域已產(chǎn)生了廣泛而深入的影響，但目前對于如何順應(yīng)技術(shù)趨勢推動(dòng)跨界融合創(chuàng)新還沒有深入研究。在明確跨界融合技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，追蹤近十年來石油工程企業(yè)的跨界融合技術(shù)創(chuàng)新舉措，分析其對石油工程技術(shù)發(fā)展的影響，發(fā)現(xiàn)助推石油工程跨界融合技術(shù)創(chuàng)新的有效措施，對推動(dòng)石油工程技術(shù)快速高效發(fā)展具有重要意義。

1 石油工程跨界融合技術(shù)創(chuàng)新背景

從漢字本義來看，“跨”的含義為抬腿向前或向旁移動(dòng)越過；“界”本義為疆界、邊界、界限，依靠一定規(guī)則使界內(nèi)外得以區(qū)隔。由于“界”具有時(shí)空、行業(yè)、組織機(jī)構(gòu)、專業(yè)領(lǐng)域、文化等多維的劃分標(biāo)準(zhǔn)，跨界融合技術(shù)創(chuàng)新具有豐富的內(nèi)涵和應(yīng)用場景，在國家層面表示產(chǎn)業(yè)的融合，企業(yè)層面表示跨部門、機(jī)構(gòu)、組織、地域等的經(jīng)營活動(dòng)，在學(xué)術(shù)界教育層面則表示跨學(xué)科、跨專業(yè)等。而從本質(zhì)上看，“創(chuàng)新”是屬于經(jīng)濟(jì)范疇的概念，意為將生產(chǎn)要素與生產(chǎn)條件重新組合，創(chuàng)建新的生產(chǎn)函數(shù)，達(dá)到獲得更好收益的目的。跨界融合技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)是以跨界為手段、以異質(zhì)元素的深入融合為主要特征、以獲得有價(jià)值回報(bào)為目的的技術(shù)創(chuàng)新。因此，筆者認(rèn)為，跨界融合技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)通過知識(shí)、技能、資本等要素的跨界互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)融合和創(chuàng)新、取得技術(shù)進(jìn)步的過程。

石油工程屬于技術(shù)密集型行業(yè)，包括鉆完井工程、采油工程、油藏工程等多個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、施工與管理，涉及石油機(jī)械、油田化學(xué)、油田地質(zhì)學(xué)、工程流體力學(xué)等應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，集成了物理、化學(xué)、化工、機(jī)械、電子等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科的成果。石油工程技術(shù)以解決施工及管理中的問題、不斷提升工程質(zhì)量和效益為導(dǎo)向，不同學(xué)科互相融合貫通、共同發(fā)展，是天然的跨界融合技術(shù)創(chuàng)新場所。除上述行業(yè)自身特征外，石油工程跨界融合技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)生與發(fā)展還受外部技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響。

1.1 低碳發(fā)展約束，石油工程技術(shù)創(chuàng)新需求迫切

隨著全球油氣勘探開發(fā)不斷深入，易開采資源逐漸走向稀缺，油氣勘探目標(biāo)向非常規(guī)資源及深層、超深層、深水、超深水、極地等處油氣資源推進(jìn)。全球常規(guī)油氣田普遍進(jìn)入中后期，地質(zhì)條件差、開采成本高，效益開發(fā)難度大。當(dāng)前，碳中和成為全球主要經(jīng)濟(jì)體的共同責(zé)任，碳排放成為能源發(fā)展的約束因素。石油工程作為油氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要構(gòu)成部分，必將面對更嚴(yán)格的碳排放要求，隨著碳稅、碳排放交易機(jī)制在全球的推廣，碳排放的合規(guī)性將成為影響油氣開采經(jīng)濟(jì)性的重要因素。與此同時(shí)，新能源發(fā)展迅速，在環(huán)保水平、成本水平等方面對油氣等傳統(tǒng)能源形成了競爭。石油工程必須要強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，提升創(chuàng)新效率，回應(yīng)資源類型多元化、開發(fā)條件復(fù)雜化、環(huán)保要求嚴(yán)格化等帶來的一系列挑戰(zhàn)。

1.2 科技創(chuàng)新空前活躍，發(fā)展環(huán)境不確定性激增

油氣行業(yè)發(fā)展受地緣政治、能源結(jié)構(gòu)、供需關(guān)系、金融政策、貿(mào)易爭端等多種因素影響，發(fā)展環(huán)境具有典型的復(fù)雜、不確定、不可預(yù)測、模棱兩可等特征。同時(shí)，信息技術(shù)、生物技術(shù)、生命科學(xué)、新材料技術(shù)等新興技術(shù)融合發(fā)展，全球技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)入空前密集活躍期，技術(shù)發(fā)展周期大幅縮短，顛覆性技術(shù)產(chǎn)生的概率大幅提升，與之相伴的管理認(rèn)知、商業(yè)形態(tài)不斷被重塑。石油工程企業(yè)所處外部環(huán)境的動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性、難以預(yù)測性、不連續(xù)性空前，需要不斷強(qiáng)化創(chuàng)新能力以支撐可持續(xù)發(fā)展。

1.3 信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合，跨界便利性提升

新興前沿技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合，顛覆了傳統(tǒng)的經(jīng)營規(guī)則?？缃缛诤显趯δ承┊a(chǎn)業(yè)形成顛覆性影響的同時(shí)，也為組織內(nèi)、組織間、組織和外部環(huán)境的協(xié)同提供了更大的便利和可能性。例如，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)清除了人與人、人與物交流的時(shí)空障礙，將生產(chǎn)經(jīng)營底層邏輯打通，使價(jià)值鏈由“碎片化”轉(zhuǎn)向“一體化”，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在物理世界與數(shù)字世界之間的穿越。

1.4 跨界融合技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)開放創(chuàng)新的追求

技術(shù)創(chuàng)新無法一蹴而就或一勞永逸。當(dāng)客戶需求不斷變化更新、企業(yè)經(jīng)營環(huán)境急劇變化時(shí)，技術(shù)創(chuàng)新必然是企業(yè)獲取競爭優(yōu)勢的重要途徑。但在技術(shù)復(fù)雜度提升和產(chǎn)品生命周期縮短的背景下，企業(yè)依靠自身資源不能達(dá)到目的時(shí)，會(huì)采取集成創(chuàng)新、開放式創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新、戰(zhàn)略聯(lián)盟等多種形式來共享資源、降低成本、提升效率，集成、開放、協(xié)同創(chuàng)新都具有一定的“跨界”屬性，與跨界融合技術(shù)創(chuàng)新有一定交集，但它們都僅體現(xiàn)了跨界創(chuàng)新的某一側(cè)面。相比之下，跨界融合的適用場景更加豐富，也更強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的成果與影響。特別是在“中興”事件之后，跨界融合技術(shù)創(chuàng)新更側(cè)重于表達(dá)對原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性、突破性創(chuàng)新的追求[8]。

2 石油工程跨界融合技術(shù)創(chuàng)新措施

2.1 跨界聯(lián)盟與技術(shù)合作，推動(dòng)融合技術(shù)創(chuàng)新

為了解決行業(yè)共同面臨的問題，大量油田服務(wù)公司以科研聯(lián)盟或技術(shù)合作的方式，通過共享基礎(chǔ)信息、優(yōu)勢互補(bǔ)、技術(shù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)，各類技術(shù)聯(lián)盟、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)聯(lián)盟、聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目、跨行業(yè)合作項(xiàng)目等，如雨后春筍般涌現(xiàn)。中國石油勘探開發(fā)研究院與新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)共同成立“油氣工業(yè)磁共振應(yīng)用技術(shù)”國際科技共享聯(lián)盟，推動(dòng)先進(jìn)磁共振技術(shù)在油氣勘探、開發(fā)、工程、煉制及化工領(lǐng)域的應(yīng)用。中國石油大學(xué)（北京）聯(lián)合中國石油、華為等28 家單位，成立油氣人工智能產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新聯(lián)盟?？捣?、道達(dá)爾、斯倫貝謝、貝克休斯等油公司和油田服務(wù)公司組成的先進(jìn)能源財(cái)團(tuán)（advanced energy consortium，AEC），致力于通過部署納米傳感器轉(zhuǎn)變對地下油氣藏的認(rèn)識(shí)。近5 年，石油公司的合作和聯(lián)盟數(shù)量增長1 倍以上[9]。

2.2 積極開展風(fēng)險(xiǎn)投資，暢通跨界融合渠道

為了提升企業(yè)外部技術(shù)掃描的能力，部分油田服務(wù)公司設(shè)立科技風(fēng)險(xiǎn)投資部門搜尋外源創(chuàng)意，建立信息資源網(wǎng)絡(luò)，采用外源技術(shù)內(nèi)部應(yīng)用、新興技術(shù)聯(lián)合資助等方式，推動(dòng)技術(shù)在跨界融合中迅速實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到試驗(yàn)和商業(yè)化的過程。例如，斯倫貝謝的新能源公司利用風(fēng)險(xiǎn)投資方式進(jìn)入氫能、鋰電池等新領(lǐng)域；哈里伯頓成立實(shí)驗(yàn)室子公司，創(chuàng)建企業(yè)家、學(xué)者、投資者和工業(yè)實(shí)驗(yàn)室共同參與的協(xié)作環(huán)境，面向社會(huì)征集新技術(shù)，入選技術(shù)可獲得10 萬美元現(xiàn)金投資和為期一年的加速器體驗(yàn)，為技術(shù)發(fā)展提供硬件設(shè)備、專家觀點(diǎn)、全球商業(yè)網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵資源，助力參與者獲得更多融資，以此廣泛接觸到了企業(yè)外、行業(yè)外的最新技術(shù)。

2.3 組合裝備與技術(shù)，技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)融合創(chuàng)新

技術(shù)集成是一種“綜合”的技術(shù)，是多項(xiàng)技術(shù)的融合、整合，在石油工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域多表現(xiàn)為一體化服務(wù)。如圖1 所示，斯倫貝謝一體化鉆井技術(shù)集成了數(shù)字化鉆井設(shè)計(jì)與地質(zhì)工程一體化技術(shù)，圍繞鉆井挑戰(zhàn)優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)及地質(zhì)力學(xué)模型優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)，通過一體化建井項(xiàng)目管理體系管控風(fēng)險(xiǎn)、組織項(xiàng)目運(yùn)行。如圖2 所示，哈里伯頓推出的資產(chǎn)模型一體化（asset model integration，AMI）集成了油氣藏、井筒和管網(wǎng)數(shù)字模型、工作流、優(yōu)化算法和成果可視化等多項(xiàng)技術(shù)成果。針對石油工程提速提效的需求，各油服公司都推出了綜合提速提效系統(tǒng)，如國民油井的自動(dòng)鉆井系統(tǒng)（automated drilling system，ADS）、斯倫貝謝的OptiDrill、貝克休斯的英特克（INTEQ）等，上述系統(tǒng)整合了地面設(shè)備與井下工具、鉆頭等信息，司鉆與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)作業(yè)中心技術(shù)人員可在統(tǒng)一平臺(tái)上互動(dòng)協(xié)作，依托鉆井仿真預(yù)測模型和大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化決策，從而實(shí)現(xiàn)提高機(jī)械鉆速、提升井下指令的效率及可靠性，降低鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)等目標(biāo)。

圖1 斯倫貝謝一體化鉆井技術(shù)的構(gòu)成Fig. 1 Composition of Schlumberger’s integrated drilling technology

圖2 哈里伯頓AMI 的構(gòu)成Fig. 2 Composition of Halliburton’s AMI model

2.4 靈活技術(shù)收并購，強(qiáng)化異質(zhì)元素的融合

當(dāng)技術(shù)集成的對象跳出單一組織的控制后，技術(shù)收并購成為了常用的技術(shù)融合手段。先進(jìn)油田服務(wù)公司的收并購活動(dòng)，充分體現(xiàn)了技術(shù)融合的特點(diǎn)。斯倫貝謝在并購企業(yè)后，按照業(yè)務(wù)鏈條歸并新舊業(yè)務(wù)的同類項(xiàng)，將研發(fā)系統(tǒng)納入智能化管理平臺(tái)統(tǒng)一管控，推動(dòng)技術(shù)融合。以其一體化陸地鉆井服務(wù)研發(fā)為例，頂驅(qū)、管柱處理系統(tǒng)和防噴器技術(shù)并購自卡麥隆，鉆機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)并購自T&T 公司[10]。美國通用電氣公司（General Electric Company，簡稱GE）收購貝克休斯后，將貝克休斯的石油工程數(shù)字化設(shè)備接入其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)Predix，目前貝克休斯已重新獨(dú)立，但該平臺(tái)已經(jīng)成為其優(yōu)勢服務(wù)的支撐，貝克休斯工業(yè)設(shè)備內(nèi)部缺陷檢測服務(wù)同樣融入了GE 公司的前期成果。GE 曾先后并購了超聲波便攜檢測、工業(yè)X 射線、渦流檢測等多個(gè)檢測公司，打造了全球知名無損檢測企業(yè)，該企業(yè)在重組時(shí)被并入貝克休斯，貝克休斯將光電成像技術(shù)與數(shù)字化處理技術(shù)相融合，推動(dòng)無損檢測技術(shù)邁向了新的高度。技術(shù)收并購?fù)苿?dòng)的技術(shù)集成、技術(shù)鏈延長與技術(shù)的快速升級(jí)迭代，推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)的高效發(fā)展。

2.5 改變信息管理方式，強(qiáng)化跨學(xué)科互動(dòng)

先進(jìn)油田服務(wù)公司通過“成果管理”與“知識(shí)管理”強(qiáng)化數(shù)據(jù)、信息與技術(shù)研發(fā)的互動(dòng)，通過管理機(jī)制優(yōu)化強(qiáng)化跨學(xué)科互動(dòng)。斯倫貝謝對各專業(yè)形成的中間成果和最終成果進(jìn)行統(tǒng)一管理；在從地學(xué)、井筒和油藏跨學(xué)科角度整體優(yōu)化成果的同時(shí)，通過確定不同主題的分析框架和工作流程、設(shè)計(jì)成果的調(diào)用程序?qū)崿F(xiàn)知識(shí)管理。以統(tǒng)一的SeaBed 數(shù)據(jù)庫管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)檢索、提取和分析窗口。此類管理方式的價(jià)值初期主要體現(xiàn)在獲取數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)庫和支撐決策上，而在未來將主要體現(xiàn)在定制方案和通過跨學(xué)科互動(dòng)創(chuàng)造新價(jià)值上。

2.6 內(nèi)外部技術(shù)鏈融合，強(qiáng)化內(nèi)外部的協(xié)同

為了剔除條塊分割導(dǎo)致的內(nèi)部協(xié)同障礙，2008 年斯倫貝謝啟動(dòng)了支持系統(tǒng)改革，整合各產(chǎn)品線的服務(wù)支持職能，打通研發(fā)與工程、供應(yīng)鏈、設(shè)備管理等支持系統(tǒng)底層，實(shí)現(xiàn)了不同產(chǎn)品線及多個(gè)產(chǎn)品研發(fā)中心之間的資源共享和知識(shí)、能力協(xié)同。經(jīng)過價(jià)值鏈融合，打破了專業(yè)和部門的壁壘，以解決問題為目標(biāo)，組建多學(xué)科團(tuán)隊(duì)協(xié)同攻關(guān)，各部門以低成本為目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)選和路徑優(yōu)化[11]。

在自身價(jià)值鏈融合的基礎(chǔ)上，油田服務(wù)公司追求與上下游價(jià)值鏈的外部協(xié)同。斯倫貝謝在與供應(yīng)鏈的協(xié)同中，建立了區(qū)域物流控制塔，打破用戶、運(yùn)輸和供應(yīng)商之間的壁壘，以信息共享促進(jìn)及時(shí)協(xié)調(diào)。供應(yīng)鏈管理集成應(yīng)用了跟蹤物料的信息技術(shù)射頻技術(shù)、用于供應(yīng)鏈和物流分析的地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）、支撐運(yùn)籌與決策工作的數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能技術(shù)等。為了推動(dòng)與油公司的協(xié)同，斯倫貝謝推出了DELFI 感知勘探和生產(chǎn)環(huán)境平臺(tái)，油氣勘探開發(fā)所涉及專業(yè)互聯(lián)互通，甲乙雙方在同一環(huán)境中制定計(jì)劃，跟蹤作業(yè)進(jìn)展，最大限度地避免了專業(yè)壁壘和溝通不暢。哈里伯頓4.0數(shù)字化戰(zhàn)略以“開放、連接和協(xié)同”為核心，推動(dòng)地質(zhì)、油藏、建井和大數(shù)據(jù)平臺(tái)4 大領(lǐng)域相互協(xié)同，同時(shí)以開放態(tài)度倡導(dǎo)共建共享4.0 數(shù)字化生態(tài)系統(tǒng)。

2.7 強(qiáng)化數(shù)據(jù)共享質(zhì)量，提升跨界融合效率

為推動(dòng)全球范圍內(nèi)地下和油氣井信息安全共享，提高整個(gè)行業(yè)地下數(shù)據(jù)共享的數(shù)量和質(zhì)量，近40 家油公司共同創(chuàng)建了開放地下數(shù)據(jù)空間（OSDU）論壇，建立了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)平臺(tái)，全行業(yè)可基于該平臺(tái)數(shù)據(jù)共享。為提升跨界融合效率，斯倫貝謝開放其數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)和NExT 培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行內(nèi)外部一體化管理，推動(dòng)供應(yīng)商和學(xué)術(shù)界資源共享。哈里伯頓、法國地球物理公司（CGG）向大學(xué)開放軟件使用權(quán)，向長江大學(xué)、中國石油大學(xué)、阿曼的蘇丹卡布斯大學(xué)等行業(yè)院校贈(zèng)送軟件，在通過共享提前培訓(xùn)潛在員工的同時(shí)，利用學(xué)校資源優(yōu)化軟件。

3 跨界融合技術(shù)創(chuàng)新對石油工程的影響

3.1 石油工程企業(yè)經(jīng)營環(huán)境更加透明

3.1.1 更嚴(yán)格的外部監(jiān)管環(huán)境

從外部監(jiān)管環(huán)境來看，新興技術(shù)與行政管理的深入融合，為監(jiān)管部門提供了更先進(jìn)的監(jiān)測工具，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)涉及的人財(cái)物信息均在互聯(lián)網(wǎng)上留有痕跡，可查詢、追溯，可以互相驗(yàn)證或證偽。另外，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的自媒體興起及其在輿情影響方面力量的釋放，使企業(yè)的依法合規(guī)經(jīng)營面臨更嚴(yán)格的監(jiān)管環(huán)境。

3.1.2 更科學(xué)的績效衡量方式

從企業(yè)間的互動(dòng)來看，油公司與油田服務(wù)企業(yè)的合作模式在跨界技術(shù)的支持下，向更精細(xì)、更科學(xué)的方向發(fā)展。在石油工程領(lǐng)域，設(shè)定各環(huán)節(jié)關(guān)鍵績效指標(biāo)并用于支撐價(jià)值分配，一直是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作，所以簽訂不與最終交付成果掛鉤的日費(fèi)制合同是油公司和油田服務(wù)公司合作的主要方式，具有激勵(lì)作用的利益分享合同很難推行。隨著工業(yè)傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，多環(huán)節(jié)、多角度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取，使甲乙雙方在施工過程中能夠?qū)嵤┚婀芾恚瑸楣椒窒砝娴於嘶A(chǔ)。在北美的非常規(guī)資源開發(fā)中，油公司在與內(nèi)波斯（Nabors）等油田服務(wù)企業(yè)的合作中，詳細(xì)監(jiān)測施工過程17 個(gè)環(huán)節(jié)的多項(xiàng)性能指標(biāo)，通過對比歷史數(shù)據(jù)，確定成果交付后的利益分配[12]。另外，區(qū)塊鏈技術(shù)以其分布式核算和存儲(chǔ)、開放與自治性、信息不可篡改等重要特性，為石油工程多節(jié)點(diǎn)協(xié)作的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與共享提供了技術(shù)支持。美國戴蒙德海底鉆探公司已經(jīng)推出了區(qū)塊鏈鉆井服務(wù)。隨著與應(yīng)用場景的不斷融合，區(qū)塊鏈的價(jià)值將得到更多的認(rèn)可。例如，在區(qū)塊鏈架構(gòu)下，通過智能合同編程，在鉆機(jī)數(shù)據(jù)顯示鉆頭已達(dá)到特定測量深度時(shí)，系統(tǒng)即自動(dòng)觸發(fā)向鉆井承包商付款，訂單核對和等待時(shí)間可縮短近一個(gè)月[13]。

3.2 石油工程企業(yè)運(yùn)作模式發(fā)生改變

3.2.1 服務(wù)與產(chǎn)品形態(tài)多樣化

跨界融合技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)石油工程企業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)向高度復(fù)雜、高度精密、高附加值轉(zhuǎn)變。產(chǎn)品和服務(wù)形態(tài)不再是獨(dú)立的裝備、工具、軟件等，而是越來越多地以軟件+硬件、產(chǎn)品+服務(wù)、平臺(tái)+終端、線上+線下等方式呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)、內(nèi)容、服務(wù)、作業(yè)過程等融為一體，基于數(shù)字化平臺(tái)的服務(wù)都具有這個(gè)特征。

3.2.2 數(shù)據(jù)賦能企業(yè)決策質(zhì)量提升

打通全過程、全領(lǐng)域數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)全方位數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)流動(dòng)與共享，5G 支撐的高帶寬、低延時(shí)的設(shè)備互聯(lián)，人工智能支撐的跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等模擬技術(shù)，推動(dòng)油田服務(wù)企業(yè)決策效率、決策質(zhì)量、決策精準(zhǔn)度大幅提升。

3.2.3 企業(yè)邊界趨向模糊

油田服務(wù)企業(yè)在跨界融合技術(shù)創(chuàng)新中，越來越強(qiáng)調(diào)打破壁壘，通過內(nèi)外部資源的協(xié)同與整合效應(yīng)，構(gòu)建自己的“共生”系統(tǒng)，應(yīng)對發(fā)展環(huán)境的不確定性，企業(yè)的聯(lián)盟、合作和共享，對原有組織邊界具有一定破壞作用，但出于低成本獲取競爭優(yōu)勢的考量，企業(yè)從強(qiáng)調(diào)資源擁有，轉(zhuǎn)向更注重資源的使用[14]。隨著企業(yè)間互相滲透的加強(qiáng)，企業(yè)的邊界由清晰變得模糊，而組織的邊界和結(jié)構(gòu)也從穩(wěn)定向動(dòng)態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)變。

3.3 石油工程作業(yè)方式發(fā)生改變

3.3.1 操作簡單化

跨界融合技術(shù)創(chuàng)新把石油工程施工所需要的支撐、控制程序集成在一個(gè)平臺(tái)之上，并與自動(dòng)化的設(shè)備相結(jié)合，施工過程就變成了“機(jī)在干，網(wǎng)在看，云在算”，而作業(yè)人員的操作則趨于簡化，“一鍵式”作業(yè)不斷增多。如哈里伯頓智能壓裂系統(tǒng)SmartFleet，整合地下壓裂測量數(shù)據(jù)、有效三維可視化和實(shí)時(shí)壓裂指令，可實(shí)現(xiàn)“一鍵壓裂”。中國石油研發(fā)的自動(dòng)鉆機(jī)能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備及作業(yè)流程“一鍵式”操控。國民油井的自動(dòng)化鉆井系統(tǒng)，可自動(dòng)進(jìn)行重復(fù)性鉆井作業(yè)。威福德公司推出的 AutoTong自動(dòng)化接套管系統(tǒng)，用速度控制算法準(zhǔn)確控制接扣過程，專用評(píng)價(jià)系統(tǒng)可對套管與完井管柱進(jìn)行精確控制與無差錯(cuò)評(píng)估，系統(tǒng)操作員只需按下大鉗手柄上的按鈕即完成操作。

3.3.2 流程簡潔化

跨界融合技術(shù)創(chuàng)新帶來的高新技術(shù)，能在減少工序的同時(shí)達(dá)到同樣的施工效果。例如，Terves 公司研發(fā)的鎂鋁納米復(fù)合材料可降解壓裂球（見圖3），通過控制流體電解質(zhì)或溫度進(jìn)行分解，不再需要返排或磨銑等作業(yè)；為解決裸眼礫石充填完井存在與環(huán)空封隔工具不匹配、頁巖層段和長水平段礫石充填難度大等問題，貝克休斯研發(fā)了形狀記憶聚合物防砂篩管，其具有較好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、濾失性、抗腐蝕能力和可膨脹特性等，能夠替代常規(guī)礫石充填完井，大大簡化了傳統(tǒng)礫石防砂作業(yè)流程。

圖3 納米復(fù)合材料可溶解小球溶解過程Fig. 3 Dissolution process of soluble nanocomposite pellets

3.3.3 現(xiàn)場少人化

在石油工程領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人替代人類施工，在高危險(xiǎn)性、高重復(fù)性、高精密性環(huán)節(jié)或者不適合人類作業(yè)的區(qū)域，發(fā)揮著越來越重要的作用，使石油工程施工現(xiàn)場朝少人化、無人化方發(fā)展。如圖4 所示，挪威Robotic Drilling Systems（RDS）公司研發(fā)的全自動(dòng)鉆臺(tái)機(jī)器人具有自主學(xué)習(xí)、記憶和判斷的功能，能夠使用不同管柱操作工具精確高效地完成一系列鉆臺(tái)作業(yè)。如圖5 所示，Cameron Sense 公司研制的卸垛機(jī)器人[15]，能夠根據(jù)監(jiān)測到的密度、溫度等數(shù)據(jù)中自動(dòng)完成配制鉆井液的工作。另外，遠(yuǎn)程作業(yè)中心與現(xiàn)場分工合作，能把更多的分析決策任務(wù)轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程中心，大大減少了現(xiàn)場作業(yè)人員。目前，貝克休斯100%的定向鉆井作業(yè)通過遠(yuǎn)程服務(wù)中心完成，72%的鉆井工作通過遠(yuǎn)程操控來完成[16]。

圖4 RDS 公司的鉆臺(tái)機(jī)器人自動(dòng)鉆井系統(tǒng)Fig. 4 RDS’s automatic drilling system of derrick floor robots

圖5 卸垛機(jī)器人Fig. 5 Destacking robot

3.3.4 響應(yīng)智能化

與人工智能、實(shí)施監(jiān)測等技術(shù)的融合，使油田服務(wù)邏輯由事后彌補(bǔ)變?yōu)榱耸虑邦A(yù)防。如通過監(jiān)測機(jī)械鉆速、井底鉆具組合響應(yīng)特性、鉆柱振動(dòng)、鉆頭性能、鉆遇地層特性等參數(shù)，采用人工智能方法來降低鉆井作業(yè)的不確定性。俄克拉何馬大學(xué)采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法隨鉆預(yù)測鉆頭處的巖性[17]。得克薩斯A&M 大學(xué)采用人工智能算法預(yù)測機(jī)械鉆速[18]。Pason 系統(tǒng)公司提出了一種適用于循環(huán)系統(tǒng)監(jiān)測的機(jī)器學(xué)習(xí)算法框架，通過為循環(huán)出口流量和鉆井液池增量提供預(yù)期的安全操作范圍[19]。在這些方法的支撐下，石油工程服務(wù)業(yè)務(wù)的響應(yīng)方式由人為主觀配置向?qū)崟r(shí)智能精確配置轉(zhuǎn)變。

3.4 石油工程技術(shù)全面提升

3.4.1 施工性能指標(biāo)不斷突破

跨界融合技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)石油工程施工朝更快、更優(yōu)、更環(huán)保、更智能的方向快速邁進(jìn)，這不僅得益于電子光學(xué)工具裝備提供的更全面的決策基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)、人工智能帶來的快速全面分析和預(yù)測，更得益于跨界融合創(chuàng)新帶來的工具裝備革新。吉林大學(xué)將仿生非光滑表面運(yùn)用于金剛石仿生鉆頭，將鉆頭的進(jìn)尺提高接近一倍，機(jī)械鉆速提高80%[20–22]。NASA 形狀記憶合金巖石壓裂系統(tǒng)（SMARS）輸出的能量超出同等尺寸液壓系統(tǒng)的100 倍，無需壓裂液等耗材，且無環(huán)境破壞風(fēng)險(xiǎn)[23]。

3.4.2 施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防、實(shí)時(shí)優(yōu)化能力不斷提升

彌補(bǔ)原有技術(shù)在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防、實(shí)時(shí)優(yōu)化等領(lǐng)域的不足，是跨界融合技術(shù)創(chuàng)新的重要攻關(guān)目標(biāo)。以鉆井液漏失防治為例，跨界融合創(chuàng)新在施工前、施工后，或者漏失發(fā)生后的應(yīng)對都做了深入的探索。施工前預(yù)測方面，法赫德國王石油與礦業(yè)大學(xué)利用三維特征空間中的訓(xùn)練樣對支持向量機(jī)井漏預(yù)測進(jìn)行訓(xùn)練，使其井漏預(yù)測精度高于傳統(tǒng)方法，可幫助現(xiàn)場工程師及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)或堵漏方案[24]。漏失發(fā)生后，為快速準(zhǔn)確地確定地層裂縫的位置、大小和形狀，哈里伯頓采用微機(jī)電技術(shù)（MEMS）測定漏失裂縫狀態(tài)，將微機(jī)電設(shè)備分散在鉆井液中，獲取漏失裂縫的深度及形狀特征[25]。在裂縫封堵方面，路易斯安那州立大學(xué)A.Mansour 等人研制了形狀記憶可膨脹智能堵漏鉆井液，其對儲(chǔ)層無傷害、不堵塞井下工具，膨脹后可有效封堵地層裂縫[26–27]。

3.4.3 石油工程裝備適用范圍不斷擴(kuò)展

跨界融合技術(shù)創(chuàng)新使石油工裝備對高溫高壓、深水等惡劣條件的適應(yīng)能力不斷提升，適用范圍不斷擴(kuò)展。斯倫貝謝采用集成陶瓷電路技術(shù)（ICE）和多芯片組件技術(shù)研發(fā)了井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測控工具，其在200 ℃環(huán)境中工作性能穩(wěn)定，并成功應(yīng)用于墨西哥灣和泰國灣超高溫鉆井[28]。貝克休斯在金剛石顆粒表面涂覆石墨烯薄膜并應(yīng)用于PDC 鉆頭后，鉆頭壽命增加且抗溫能力達(dá)1200 ℃，大大超過了普通鉆頭的抗溫能力[29–30]。Subsea7 與SeeByte 公司針對深水領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了多功能水下自動(dòng)檢測機(jī)器人AIV，其可完成水深3000 m 海底基礎(chǔ)設(shè)施的檢查工作，在數(shù)據(jù)質(zhì)量和效率方面均超過了傳統(tǒng)方法[31]。

3.5 石油工程業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)寬

3.5.1 數(shù)字化服務(wù)

隨著信息技術(shù)與油氣生產(chǎn)的深入融合，油氣數(shù)字化轉(zhuǎn)型形成了規(guī)模市場。先進(jìn)油田服務(wù)公司積極布局?jǐn)?shù)字化服務(wù)業(yè)務(wù)。斯倫貝謝成立了獨(dú)立的數(shù)字與集成業(yè)務(wù)部門，制定流程和方法輔助數(shù)字化轉(zhuǎn)型，搶占了數(shù)字化服務(wù)的先機(jī)，先后與埃克森美孚、雪佛龍、巴西國油等油公司簽署了數(shù)字化服務(wù)合同[32]。貝克休斯的數(shù)字化管理系統(tǒng)產(chǎn)品覆蓋運(yùn)營、儲(chǔ)層、設(shè)備、作業(yè)4 個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，通過打破業(yè)務(wù)之間的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、信息互通和全面控制，采用云計(jì)算統(tǒng)一分析、優(yōu)化，可視化展現(xiàn)成果，為操作人員和管理人員提供解決方案。

3.5.2 油氣生產(chǎn)減排服務(wù)

針對油氣公司低碳發(fā)展的需求，油田服務(wù)企業(yè)采用技術(shù)集成、收并購等，迅速形成了碳減排服務(wù)技術(shù)體系[33]。斯倫貝謝針對碳管理進(jìn)行了技術(shù)組合篩選，明確了無組織排放管理、減少燃燒管理、電氣化、油井建設(shè)排放管理和全油田開發(fā)排放管理等 5 個(gè)主題的技術(shù)組合。貝克休斯收購了3C 碳捕集公司，與Horisont Energi 達(dá)成合作，獲得了SRI 國際公司全球獨(dú)家許可，整合了遠(yuǎn)程鉆井與自動(dòng)化、零排放閥、無人機(jī)甲烷監(jiān)測與分析、智能火炬管理、余熱回收等業(yè)務(wù)，形成了碳管理業(yè)務(wù)組合，成功獲得了俄羅斯石油公司碳管理服務(wù)、挪威CCS 中心等項(xiàng)目。另外，貝克休斯瞄準(zhǔn)3D 打印技術(shù)在個(gè)性化制造、降低運(yùn)輸成本、節(jié)能減排等方面的優(yōu)勢，持續(xù)推動(dòng)3D 打印業(yè)務(wù)的發(fā)展，與3D 打印服務(wù)商伍爾特工業(yè)北美公司（WINA）簽署聯(lián)合服務(wù)計(jì)劃，提升了設(shè)計(jì)、數(shù)字庫存和定制3D 打印服務(wù)的能力。

3.5.3 網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)

隨著移動(dòng)連接、數(shù)據(jù)庫技術(shù)在行業(yè)中的逐漸擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)安全問題逐漸突出。斯倫貝謝于2004 年開始提供網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。貝克休斯與全球網(wǎng)絡(luò)安全解決方案供應(yīng)商Trend Micro Incorporated 達(dá)成合作，將Trend Micro的產(chǎn)品與貝克休斯的Nexus Controls 融合為新的產(chǎn)品組合，該網(wǎng)絡(luò)安全解決方案在能源、航空等行業(yè)具有廣泛的適用性，大幅拓展了油田服務(wù)公司的服務(wù)范圍。

4 發(fā)展建議

4.1 強(qiáng)化外部技術(shù)掃描能力，錘煉對創(chuàng)新洞察力

發(fā)現(xiàn)新技術(shù)是企業(yè)內(nèi)外技術(shù)融合創(chuàng)新的基礎(chǔ)，而技術(shù)機(jī)會(huì)是一種稀缺資源，需以開放的心態(tài)了解和接受外部技術(shù)，使企業(yè)能夠廣泛地接觸新思維、新技術(shù)。目前油田服務(wù)企業(yè)大部分都有新技術(shù)掃描和跟蹤的機(jī)制，常見的信息來源有現(xiàn)場需求、專題研討、油氣相關(guān)的技術(shù)刊物、大學(xué)、展覽會(huì)及上下游的供應(yīng)商等，基本局限在原有技術(shù)范疇內(nèi)。要強(qiáng)化外部技術(shù)掃描能力，需改變常規(guī)的、發(fā)散的、被動(dòng)的掃描方式，采用多種方式捕捉機(jī)會(huì)，如在技術(shù)活躍區(qū)建立分支機(jī)構(gòu)；或者針對某一領(lǐng)域的問題，面向社會(huì)征集解決方案；或者在學(xué)科結(jié)構(gòu)化的基礎(chǔ)上，面向更廣泛的學(xué)科、業(yè)務(wù)、產(chǎn)業(yè)進(jìn)行持續(xù)跟蹤掃描；或者充分利用國內(nèi)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)中介服務(wù)機(jī)構(gòu)獲取外部創(chuàng)意。另外，強(qiáng)化技術(shù)發(fā)現(xiàn)的能力，結(jié)合技術(shù)成熟度、技術(shù)需求、技術(shù)原理等信息，有助于探索技術(shù)融合的可能，經(jīng)過選擇、評(píng)價(jià)、過濾等環(huán)節(jié)，形成技術(shù)戰(zhàn)略儲(chǔ)備、現(xiàn)場應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)研發(fā)等發(fā)展建議。

4.2 強(qiáng)化外部連接能力，打造共生創(chuàng)新生態(tài)

在跨界融合和開放創(chuàng)新的系統(tǒng)中，創(chuàng)新要素有機(jī)集聚，發(fā)生聚合反應(yīng)，創(chuàng)新主體共生共榮，系統(tǒng)不斷演化和自我超越。企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新過程從簡單的線性過程轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)狀的反饋機(jī)制。構(gòu)建一個(gè)合理、適度、柔性、可持續(xù)的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，是推動(dòng)企業(yè)層面融合創(chuàng)新的重要途徑。需要將以往產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈條件下的價(jià)值鏈，轉(zhuǎn)變?yōu)楣采矘s、相互依存、共同成長的創(chuàng)新生態(tài)關(guān)系。首先要共建信息共享平臺(tái)，合作各方建立互動(dòng)、互信和深層的知識(shí)交流機(jī)制。其次要推動(dòng)價(jià)值共創(chuàng)，網(wǎng)絡(luò)連接松而不散，合作各方在技術(shù)架構(gòu)、技術(shù)細(xì)節(jié)、開發(fā)進(jìn)度、資源投入等各方面進(jìn)行毫無保留的深度交流。研發(fā)過程集思廣益、交互共融，真正達(dá)到提升科技創(chuàng)新效率的目的。再次，價(jià)值共享是創(chuàng)新生態(tài)健康發(fā)展的動(dòng)力，創(chuàng)新生態(tài)里的各類主體在對生態(tài)貢獻(xiàn)獨(dú)特價(jià)值的同時(shí)，也可在生態(tài)的整體發(fā)展中獲得滋養(yǎng)，滿足其自身發(fā)展需求。

石油工程服務(wù)領(lǐng)域各類公司因產(chǎn)業(yè)鏈區(qū)間、核心競爭力來源不同而具有生態(tài)多樣性，在石油工程領(lǐng)域創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建中，對最終客戶的需求認(rèn)識(shí)明確、深刻的企業(yè)，有能力集成不同來源技術(shù)的企業(yè)，一般處于主導(dǎo)地位。各類油田服務(wù)企業(yè)在構(gòu)建自身創(chuàng)新生態(tài)時(shí)，需要瞄準(zhǔn)自身價(jià)值定位，挖掘自身價(jià)值貢獻(xiàn)的不可替代性，選擇具有相同價(jià)值觀的主體構(gòu)建連接，并對連接主體、開發(fā)共享的內(nèi)容、融合的邊界進(jìn)行充分的論證和情景分析，把構(gòu)建創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的決策建立在科學(xué)認(rèn)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)判斷的基礎(chǔ)上。

4.3 完善價(jià)值鏈融合機(jī)制，建立高彈性的組織

為適應(yīng)外部環(huán)境劇烈變化與技術(shù)跨界融合的需求，很多企業(yè)都對組織架構(gòu)和流程進(jìn)行了重構(gòu)。從技術(shù)跨界融合角度來看，企業(yè)的融合能力，取決于能否在企業(yè)內(nèi)外部構(gòu)建資源流動(dòng)與分享的協(xié)同機(jī)制。油田服務(wù)企業(yè)可以把組織內(nèi)融合看作是對外協(xié)作的試驗(yàn)場，在內(nèi)部建立更靈活的機(jī)制，如采用項(xiàng)目長負(fù)責(zé)制、虛擬研究團(tuán)隊(duì)等攻關(guān)方式，打破壁壘，形成圍繞一個(gè)中心進(jìn)行靈活資源調(diào)動(dòng)和合理利益分配的機(jī)制。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)跨界流動(dòng)是技術(shù)跨界融合最常見的支撐工具，在石油工程領(lǐng)域，受技術(shù)專屬性強(qiáng)等因素的影響，產(chǎn)權(quán)交易一直不活躍，隨著石油工程技術(shù)與其他領(lǐng)域的互動(dòng)日益頻繁，利用外部的知識(shí)產(chǎn)權(quán)推動(dòng)油田服務(wù)行業(yè)的發(fā)展是不可避免的趨勢，在開放創(chuàng)新環(huán)境中進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)謀劃是必須要掌握的技巧。企業(yè)應(yīng)該有能夠客觀評(píng)價(jià)知識(shí)產(chǎn)權(quán)價(jià)值的工具，支撐企業(yè)選擇技術(shù)和融合方式。除了通過知識(shí)產(chǎn)權(quán)為企業(yè)創(chuàng)造更多價(jià)值外，還應(yīng)該熟悉掌握外部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的評(píng)估、選擇購買、合作共享以及風(fēng)險(xiǎn)控制等技巧，重視通過企業(yè)內(nèi)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)整合來謀求更多的超額利潤。

4.4 注重T 型人才的培養(yǎng)和聚集

T 型人才是基于知識(shí)結(jié)構(gòu)定義的一種新型人才類型，以字母“T”描述其知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。“—”表示知識(shí)的廣度，“|”表示知識(shí)的深度。T 型人才既有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，又有廣博的知識(shí)面，集深與博于一身。技術(shù)融合背景下，知識(shí)的廣度并不局限于知識(shí)面、知識(shí)結(jié)構(gòu)，也代表著“橫向的跨界混搭、整合資源的能力”，它不僅指豐富的知識(shí)技能和儲(chǔ)備，更是意味著跨界整合的能力。石油工程具有多專業(yè)協(xié)同的特性，應(yīng)充分發(fā)揮多學(xué)科接觸的優(yōu)勢，強(qiáng)化學(xué)科間對話交流，在共同目標(biāo)的引導(dǎo)下，不斷融合創(chuàng)新，形成T 型人才培養(yǎng)和跨界融合深入的良性循環(huán)[34]。

5 結(jié)束語

企業(yè)是創(chuàng)新的主體，油田服務(wù)企業(yè)通過跨界科研聯(lián)盟與技術(shù)合作、風(fēng)險(xiǎn)投資、技術(shù)集成創(chuàng)新、技術(shù)收并購等方式推動(dòng)跨界融合技術(shù)創(chuàng)新?？缃缛诤霞夹g(shù)創(chuàng)新推動(dòng)油田服務(wù)企業(yè)的經(jīng)營環(huán)境日益透明、運(yùn)作模式更加靈活、作業(yè)方式和程序不斷優(yōu)化、施工性能指標(biāo)不斷提升、適用范圍越來越廣，油田服務(wù)的內(nèi)涵也越來越豐富。

石油工程投資約占據(jù)油氣上游投資的60%，石油工程技術(shù)水平?jīng)Q定了油氣資源與新能源的相對競爭力水平，在空前復(fù)雜性的發(fā)展環(huán)境下，油田服務(wù)企業(yè)需要把握技術(shù)發(fā)展的窗口期，順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢，廣跨界、深融合、建生態(tài)，超前布局技術(shù)經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)，強(qiáng)化外部技術(shù)掃描能力，錘煉對不連續(xù)性創(chuàng)新的洞察力，提升外部連接能力，打造共生創(chuàng)新生態(tài)，完善價(jià)值鏈融合機(jī)制，建立高彈性的組織與新的能力體系，形成持續(xù)發(fā)展的能力。