油氣行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新模式與啟示

皮光林，光新軍，王敏生，陳金峰

(1.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.中國石油華北油田分公司，河北 廊坊 065000)

1 數(shù)字化內(nèi)涵

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字化領(lǐng)域日益成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。但關(guān)于數(shù)字化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型等內(nèi)涵仍存在較多爭議，有必要加以辨析厘清。2018年3月，國務(wù)院發(fā)展研究中心發(fā)布《傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的模式和路徑》[1]。根據(jù)該研究報(bào)告可知，數(shù)字化根據(jù)其程度的不同，可以劃分為信息數(shù)字化、業(yè)務(wù)數(shù)字化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。這一劃分與IT研究與顧問咨詢公司Gartner給出的觀點(diǎn)一致。按照Gartner的術(shù)語表，信息數(shù)字化是模擬形式變成數(shù)字形式的過程；業(yè)務(wù)數(shù)字化是指利用數(shù)字技術(shù)改變商業(yè)模式，提供數(shù)字化業(yè)務(wù)的過程；數(shù)字化轉(zhuǎn)型是指客戶驅(qū)動的戰(zhàn)略性業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，不僅需要實(shí)施數(shù)字技術(shù)，還牽涉各部門的組織變革和運(yùn)營模式變革。由此可知，技術(shù)數(shù)字化和業(yè)務(wù)數(shù)字化的關(guān)鍵是技術(shù)，而數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵除技術(shù)外，還與企業(yè)組織架構(gòu)是否適應(yīng)息息相關(guān)?？傮w而言，當(dāng)前大部分石油公司仍處在業(yè)務(wù)數(shù)字化階段。

2 油氣行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新原因

2.1 油氣行業(yè)數(shù)字化成熟度較低

自美國頁巖氣革命以來，數(shù)字化在油氣行業(yè)已經(jīng)大勢所趨。但和其他領(lǐng)域相比，油氣行業(yè)在數(shù)字化革新方面仍存在一定的差距。德勤摩立特調(diào)研全球不同行業(yè)的數(shù)字化成熟度，結(jié)果顯示,油氣行業(yè)平均數(shù)字化成熟度低于TMT行業(yè)(telecommunication,media,technology)、消費(fèi)品與國防行業(yè)、金融服務(wù)行業(yè)、健康與生命科學(xué)行業(yè)。麥肯錫在2017年12月發(fā)布了中國22個行業(yè)的數(shù)字化指數(shù)，結(jié)果顯示,中國油氣行業(yè)整體數(shù)字化水平跟通信行業(yè)、媒體、金融和保險(xiǎn)、娛樂休閑、零售貿(mào)易、公用事業(yè)、醫(yī)療保健、批發(fā)貿(mào)易等相比存在一定差距。油氣行業(yè)擁有海量數(shù)據(jù)，而數(shù)字化程度較低，這為其進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)新提供了更多的可能性。

2.2 數(shù)字化技術(shù)有助于提升油氣行業(yè)價(jià)值

受油價(jià)低位震蕩、市場競爭激烈等因素影響，油氣行業(yè)面臨較大的挑戰(zhàn)，而不斷發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)能為油氣行業(yè)創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型提供新動力[2-3]。數(shù)字化技術(shù)能提供遠(yuǎn)程作業(yè)和生產(chǎn)監(jiān)控，優(yōu)化油田生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本等[4]。2017年1月，世界經(jīng)濟(jì)論壇和埃森哲聯(lián)合發(fā)布的《數(shù)字化轉(zhuǎn)型倡議：油氣行業(yè)白皮書》預(yù)計(jì)，2016～2025年間，油氣行業(yè)數(shù)字化將為油氣企業(yè)帶來1萬億美元左右的新增價(jià)值[5]。其中，將給油氣上游企業(yè)帶來5 800億～6 000億美元新增價(jià)值，給中游公司帶來1 000億美元新增價(jià)值，給下游企業(yè)帶來2 600億～2 750億美元新增價(jià)值。2017年11月，國際能源署(IEA)發(fā)布的《數(shù)字化與能源報(bào)告》顯示，如果數(shù)字技術(shù)得到充分應(yīng)用，全球油氣技術(shù)可采資源量將在現(xiàn)有1.4萬億t油當(dāng)量的基礎(chǔ)上，增加750億t(增幅5%)，相當(dāng)于當(dāng)前全球年油氣消費(fèi)量的10倍(圖1)[6]。

2.3 數(shù)字化技術(shù)有助于夯實(shí)分析基礎(chǔ)，提升油氣企業(yè)管理水平

圖1 數(shù)字化技術(shù)對全球油氣技術(shù)可采資源量影響Fig.1 Impact of digital technology on global technically recoverable oil and gas resources(資料來源：國際能源署)

在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)能夠整合分析勘探、開發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息，幫助油氣企業(yè)從雜亂無章的資料中發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律，夯實(shí)分析基礎(chǔ)。在油氣化工領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)有助于把握消費(fèi)者信息與需求，提供更完善的產(chǎn)品與服務(wù)[7]。此外，數(shù)字化技術(shù)有助于優(yōu)化管理流程，提升油氣企業(yè)管理水平。例如，中國石油化工集團(tuán)公司部分煉廠在生產(chǎn)管控、供應(yīng)鏈管理、設(shè)備管理、能源管理、安環(huán)管控、輔助決策六大業(yè)務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，推進(jìn)了生產(chǎn)運(yùn)營管理的自動化和可視化。

3 油氣行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新模式

油氣公司是油氣行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新的主角，因此，本文將主要從公司視角分析油氣行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新進(jìn)程。近幾年來，以雪佛龍、殼牌(Shell)、英國石油公司(BP)等為代表的油氣公司，以斯倫貝謝(Schlumberger)、BHGE等為代表的油服公司日益重視數(shù)字化技術(shù)，采取多種形式推動數(shù)字化創(chuàng)新。

3.1 通過自主研發(fā)，確定數(shù)字化前沿技術(shù)布局方向

數(shù)字化已成為油氣行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇。國內(nèi)外油氣公司聚焦市場需求，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，積極探索數(shù)字創(chuàng)新的前沿技術(shù)，推動業(yè)務(wù)數(shù)字化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

油氣公司方面，挪威國家石油公司(Equinor)于2017年制定了一個包含6個子項(xiàng)目(數(shù)字安全、下一代井口交付、井下數(shù)據(jù)分析、未來油田、數(shù)據(jù)驅(qū)動操作、過程數(shù)字化和商業(yè)洞察力)的數(shù)字路線圖，并建立了數(shù)字學(xué)院和數(shù)字化中心，后者主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理公司的數(shù)字化業(yè)務(wù)，開展大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)研發(fā)。挪威國家石油公司計(jì)劃到2020年投入2.4億美元發(fā)展數(shù)字化技術(shù)，以支撐公司提出的始終安全、高價(jià)值和低碳戰(zhàn)略。2016年，殼牌公司在既有的天然氣一體化事業(yè)部中增加新能源業(yè)務(wù)，新建天然氣一體化和新能源事業(yè)部，以期借助數(shù)字化技術(shù)推動新燃料和新能源發(fā)電業(yè)務(wù)發(fā)展。為此，殼牌組建了數(shù)字化技術(shù)團(tuán)隊(duì)，積極推動3D打印、機(jī)器人、計(jì)算技術(shù)、先進(jìn)分析技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化技術(shù)的研發(fā)。BP成立了數(shù)字創(chuàng)新機(jī)構(gòu)(DIO)，并與BP其他研究組織合作，探索數(shù)字創(chuàng)新的前沿技術(shù)，當(dāng)前研究的重點(diǎn)領(lǐng)域包括認(rèn)知計(jì)算、分布式分類賬技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等。道達(dá)爾(Total)在其戰(zhàn)略創(chuàng)新機(jī)構(gòu)中建立了數(shù)字化部門，研發(fā)創(chuàng)新投資組合設(shè)立6大方向，石油數(shù)字化是6大研發(fā)創(chuàng)新方向之一。

油服公司方面，斯倫貝謝在2014年建立了軟件技術(shù)創(chuàng)新中心(STIC)，主要研究高性能計(jì)算、云、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、可視化等技術(shù)的應(yīng)用；2016年，斯倫貝謝工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中心成立，專注于云、大數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、自動化、跨平臺網(wǎng)絡(luò)安全等的架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)；2017年1月，斯倫貝謝道爾研究中心(SDR)新建立一個機(jī)器人部門，計(jì)劃利用機(jī)器人技術(shù)和人工智能實(shí)現(xiàn)油田自動化；經(jīng)過系列研究，斯倫貝謝在2017年9月發(fā)布了DrillPlan數(shù)字化鉆井設(shè)計(jì)解決方案，能夠顯著提高鉆井作業(yè)效率和質(zhì)量。BHGE高度重視數(shù)字化業(yè)務(wù)發(fā)展，數(shù)字化解決方案板塊是其四大主營業(yè)務(wù)板塊之一。2016年，其研發(fā)的工業(yè)云服務(wù)平臺Predix開始運(yùn)行，向客戶提供資產(chǎn)績效管理、運(yùn)營分析服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、安全服務(wù)以及運(yùn)營優(yōu)化服務(wù)。當(dāng)前，BHGE正積極推動油田數(shù)字化設(shè)備與Predix連接，收集分析數(shù)據(jù)資料，以使勘探開發(fā)工作更高效(圖2)。

3.2 加強(qiáng)技術(shù)合作，與科技企業(yè)共同開發(fā)數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)正以飛快的速度改變著油氣行業(yè)，油氣傳統(tǒng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的結(jié)合，成為了日趨活躍的細(xì)分市場。過去幾年，油氣企業(yè)紛紛開展對外合作，掀起了一場數(shù)字化升級和數(shù)字化業(yè)務(wù)發(fā)展的競賽。由表1可知，2014～2018年，開展數(shù)字化合作的油氣企業(yè)越來越多，合作的內(nèi)容也越來越廣泛，涉及到數(shù)字技術(shù)的多個方面，包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、認(rèn)知計(jì)算、區(qū)塊鏈等。此外，油氣企業(yè)之間開展數(shù)字化合作的案例較少，主要是跟谷歌、微軟、英特爾、IBM、華為等科技企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合(圖3)。這一方面是因?yàn)閿?shù)字技術(shù)并不是油氣公司的專長，另一方面也因?yàn)榭萍计髽I(yè)看好油氣行業(yè)發(fā)展前景。

圖2 Predix云服務(wù)平臺架構(gòu)與服務(wù)Fig.2 Predix architecture and services(資料來源：BHGE公司官網(wǎng))

表1 2014～2018年油氣企業(yè)數(shù)字化合作主要事件Table 1 Main events of digital cooperation of oil and gas enterprises from 2014 to 2018

資料來源：各公司官網(wǎng)

圖3 2014～2018年油氣企業(yè)與科技企業(yè)數(shù)字化合作圖Fig.3 Digital cooperation map between oil and gas enterprises and technology enterprises from 2014 to 2018

3.3 通過技術(shù)并購，提升數(shù)字化技術(shù)服務(wù)能力

并購是油氣企業(yè)獲取數(shù)字化技術(shù)、推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要途徑。2017年10月，科爾尼管理咨詢公司發(fā)布《2017油氣行業(yè)并購報(bào)告》[8]。該報(bào)告調(diào)研了油氣行業(yè)主要公司的高層管理者，結(jié)果顯示，油氣行業(yè)并購的驅(qū)動因素發(fā)生了重要變化，獲取數(shù)字技術(shù)等新能力、建立替代能源投資組合正成為油氣行業(yè)并購新焦點(diǎn)(圖4)。

圖4 2017年油氣市場并購驅(qū)動因素Fig.4 Main drivers of M&A activity in oil and gas market in 2017(資料來源：科爾尼管理咨詢公司)

油氣市場發(fā)生的大量數(shù)字化技術(shù)合并與收購事件進(jìn)一步論證了這一變化。2016年12月，英國勞氏船級社(業(yè)務(wù)包括海上鉆井平臺檢驗(yàn)、認(rèn)證等)收購了RTAMO公司，將利用RTAMO在云計(jì)算方面的優(yōu)勢，改變石油公司鉆井平臺的維護(hù)計(jì)劃，降低維護(hù)頻率和成本。2017年7月，GE油氣與貝克休斯正式合并，新成立的BHGE成為了一家數(shù)字化綜合性油田服務(wù)公司。2017年6月，美國領(lǐng)先的陸上鉆井公司赫默里奇佩恩(H&P)以7 500萬美元收購Motive Drilling Technologies，后者研發(fā)的鉆頭導(dǎo)向系統(tǒng)是應(yīng)用認(rèn)知計(jì)算指導(dǎo)定向鉆井過程的行業(yè)領(lǐng)先者[9]。2017年12月，H&P收購Magnetic Variation Services，進(jìn)一步提升了公司定向鉆井精度和井壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化能力。2017年9月，全球最大的陸上石油鉆探公司納伯斯工業(yè)(Nabors Industries)收購挪威機(jī)器人鉆井系統(tǒng)公司(RDS)，計(jì)劃將RDS領(lǐng)先的機(jī)器人鉆井技術(shù)應(yīng)用到其現(xiàn)有和新造鉆機(jī)中，完善鉆井自動化解決方案。2017年12月，Nabors Industries收購Tesco公司，繼續(xù)強(qiáng)化鉆井自動化和分析領(lǐng)域的能力。2018年1月，殼牌旗下的貿(mào)易部門收購了基于區(qū)塊鏈的初創(chuàng)公司Applied Blockchain的少數(shù)股權(quán)。

3.4 開展風(fēng)險(xiǎn)投資，挖掘數(shù)字化技術(shù)市場潛力

1998年以來，石油行業(yè)公司風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)數(shù)量逐漸增加，投資領(lǐng)域集中在油氣上游技術(shù)、清潔技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、其他領(lǐng)域(包括健康安全環(huán)保、下一代交通和先進(jìn)材料等)。2014年低油價(jià)以來，石油行業(yè)數(shù)字技術(shù)投資上升趨勢較快，投資活動則聚焦于數(shù)字分析與數(shù)字平臺、機(jī)器人、無人機(jī)等領(lǐng)域。其中，殼牌、雪佛龍、BP等油氣公司是進(jìn)行數(shù)字技術(shù)投資的主要企業(yè)，油服公司則較少開展風(fēng)險(xiǎn)投資。

殼牌于1998年成立科技風(fēng)險(xiǎn)投資公司(STV)，是最早成立風(fēng)投機(jī)構(gòu)的國際大型石油企業(yè)[10]。殼牌主要投資石油與天然氣、可再生能源、數(shù)字化技術(shù)、新燃料、基金與孵化器等領(lǐng)域。在數(shù)字化方面，STV投資了FarePilot、WonderBill等2家公司。其中，F(xiàn)arePilot是一個移動約車平臺，于2018年1月在英國倫敦獲得個體出租車運(yùn)營服務(wù)牌照。該平臺將為出租車司機(jī)識別和推薦用車需求高發(fā)區(qū)域，繼而為車輛和乘客提供全訂單完整預(yù)定服務(wù)。由此，殼牌成為首個進(jìn)入歐洲乘用車預(yù)定服務(wù)市場的石油企業(yè)。

雪佛龍繼殼牌公司之后，于1999年成立了科技風(fēng)險(xiǎn)投資公司(CTV)，致力于推動新興技術(shù)創(chuàng)新，改善雪佛龍基礎(chǔ)業(yè)務(wù)運(yùn)營[11]。信息技術(shù)是CTV關(guān)注的5大風(fēng)險(xiǎn)投資領(lǐng)域(石油與天然氣、先進(jìn)材料、通信與網(wǎng)絡(luò)、新興/替代能源、信息技術(shù))之一。截至2018年6月，雪佛龍投資了5家數(shù)字化技術(shù)公司，分別是Maana、Moblize、NSS labs、Panzura、Veros systems。其中，Maana公司開發(fā)了Manna知識管理平臺，利用其專有的AI算法，將專家知識和各個孤島的數(shù)據(jù)相結(jié)合，幫助企業(yè)員工做出更好更快的決策，從而達(dá)到優(yōu)化客戶資產(chǎn)和決策程序、降低成本并提高效率的目的(圖5)。

圖5 Maana知識管理平臺Fig.5 Manna knowledge platform(資料來源：Maana公司官網(wǎng))

BP風(fēng)險(xiǎn)投資公司成立于2004年，數(shù)字化轉(zhuǎn)型、移動出行、生物和低碳產(chǎn)品、碳管理、電力和存儲正成為其關(guān)注的5大風(fēng)險(xiǎn)投資新興領(lǐng)域。當(dāng)前，BP主要對區(qū)塊鏈、人工智能、認(rèn)知計(jì)算等數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)投資。2017年6月，BP風(fēng)險(xiǎn)投資公司對人工智能和認(rèn)知計(jì)算公司Beyond Limits投資2 000萬美元，試圖推動后者在AI領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)應(yīng)用于油氣領(lǐng)域，提高決策速度和質(zhì)量。此外，BP還投資了Xpansiv、Fotech、Xact等公司，以利用數(shù)字技術(shù)推動公司全面發(fā)展。

4 啟示與建議

1) 數(shù)字化服務(wù)已成為油氣行業(yè)發(fā)展新藍(lán)海。數(shù)字經(jīng)濟(jì)與油氣行業(yè)的滲透融合已成為大勢所趨，國際大型油氣公司、油服公司均圍繞新一代數(shù)字技術(shù)構(gòu)筑競爭優(yōu)勢，搶占未來發(fā)展主導(dǎo)權(quán)。國內(nèi)石油企業(yè)應(yīng)積極把握這一變革趨勢，明確自身所處的數(shù)字化發(fā)展階段，研究制定切實(shí)可行的數(shù)字化發(fā)展方向與路徑，加速推動業(yè)務(wù)數(shù)字化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2) 業(yè)務(wù)與技術(shù)基礎(chǔ)決定石油公司數(shù)字化布局與策略。通過分析可知，國際油服公司主要關(guān)注應(yīng)用數(shù)字技術(shù)提升勘探開發(fā)效率、降低成本；油氣公司則把數(shù)字技術(shù)當(dāng)作自身向綜合性能源公司轉(zhuǎn)型的利器，基于數(shù)字技術(shù)進(jìn)行了更廣泛和多元化業(yè)務(wù)的探索，以應(yīng)對能源轉(zhuǎn)型帶來的挑戰(zhàn)。在向數(shù)字化方向發(fā)展時，油氣公司應(yīng)基于信息技術(shù)基礎(chǔ)，采取自主研發(fā)、技術(shù)合作與并購、風(fēng)險(xiǎn)投資等方式，注重?cái)?shù)字化投入的力度和方向，推動數(shù)字技術(shù)與自身業(yè)務(wù)發(fā)展深度融合。

3) 數(shù)字化平臺對油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型日趨重要。數(shù)字化平臺逐漸成為油氣企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心引擎，對內(nèi)整合后臺系統(tǒng)能力與數(shù)據(jù)資源，對外向客戶提供數(shù)字化運(yùn)營所需的業(yè)務(wù)能力與技術(shù)支持。國際油氣公司和油服公司紛紛推出數(shù)字化工作平臺(如道達(dá)爾Optimizer平臺、斯倫貝謝DELFI平臺、康士伯Kognifai平臺等)，為油氣從勘探到開發(fā)生產(chǎn)建立全新流程。國內(nèi)石油公司應(yīng)積極部署實(shí)施數(shù)字化平臺戰(zhàn)略，根據(jù)企業(yè)實(shí)力自建共建數(shù)字化平臺，或接入市場公有云平臺，為數(shù)字化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4) 油氣行業(yè)數(shù)字化安全風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。數(shù)字化在推動油氣行業(yè)發(fā)展的同時，也使油氣公司更多的勘探開發(fā)、工程技術(shù)服務(wù)建立于互聯(lián)網(wǎng)之上，網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)(磁暴、網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露等)與日俱增。石油企業(yè)應(yīng)從各個角度審視自己的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)，制定有效的安全戰(zhàn)略和安全管理計(jì)劃，加強(qiáng)員工安全知識與意識培訓(xùn)，最大限度地應(yīng)對和防范數(shù)字化安全風(fēng)險(xiǎn)。