世界石油行业跨界创新的观察与思考

（中国石油集团经济技术研究院）

石油工业的发展史是一部跨界融合、持续创新的历史。所谓跨界创新，是指为获取更多资源，跨越某种边界进行资源共享合作，以期更好地实现创新的一种行为。跨界创新可以打破知识结构对技术发展轨迹的束缚，为企业提供参与技术融合、产业融合的机会[1]。由于石油行业本就是一个应用导向、多学科多专业交叉的技术密集型行业，本文所指的“跨界创新”特指石油企业在本行业之外进行技术跨界搜索与合作，包括与ICT（信息与通信技术）、医疗、材料、航空航天等行业或领域的合作。

1 新形势、新机遇、新挑战

近年来，我国能源对外依存度不断加大，2019年我国石油和天然气的对外依存度分别达到70.8%和45.2%。我国石油企业承担着保障国家能源安全的重要使命，迫切需要持续依靠技术创新实现油气工业增储上产、降本增效。

1.1 石油工业面临新挑战，亟需跨界创新

石油工业自诞生以来，始终围绕提高“资源发现率、油气采收率、资源转化率与资源利用率”不断进行技术创新。近年来，石油工业面临着资源类型多元化、开发条件复杂化、环保要求严格化等一系列挑战。油气资源从常规向页岩气、致密气、致密油、油页岩、煤层气、天然气水合物等非常规油气扩展。开发条件从环境好的陆地向深水、深层、沙漠、极地边远地区扩展，面临更深、更远、更极端环境的挑战[2]。

世界能源转型与低碳发展大幕拉开，要求石油公司向能源供给低碳化、过程绿色化、产品清洁化、安全环保与可持续发展，这些都对技术创新提出了更高要求。具体而言，石油工业全产业链，从勘探开发、工程技术服务（物探、测井、钻完井）、地面工程、储运到炼油化工，迫切需要解决包括高清度成像、高性能计算、海量数据处理与快速传输、耐高温高压材料、高强度轻量化等功能性材料、防腐耐蚀抗菌、自动化智能化、无人操作与远程操控、本质安全等技术问题。石油工业对技术的需求涵盖了包括机械、电子、化学等几乎全部技术学科领域，面临着与医药、航空航天、电子、汽车等行业类似的技术挑战，迫切需要石油公司主动跨界、深度融合，从行业外寻找新的技术解决方案。

1.2 高新技术蓬勃发展为石油工业跨界创新提供了机遇

目前，新一轮科技和产业革命正以前所未有的广度和深度席卷全球，大数据、云计算、3D打印、虚拟现实、人工智能、量子计算、DNA、量子通信、物联网、区块链等高新技术快速发展，给人类生产生活方式带来巨大影响[3]。特别需要强调的是，当今技术发展不再是单一、孤立的技术突破，而表现为互相渗透、互为支撑的群体技术突破。制造技术的发展得到了信息技术和材料技术的支撑；基因技术的突破，与近年来生物芯片测量和大规模数据处理技术的发展密切相关；材料技术对信息技术、制造技术和能源技术的发展起到基础性支撑作用。

高新技术蓬勃发展及其交叉融合、群体发展的协同效应为石油工业跨界创新、技术融合提供了新机遇。比如，人工智能快速发展，正被加速引入油气行业，国际大石油公司和油服公司高度重视智能化业务，将智能化作为新的技术创新主攻方向之一，积极加大智能化领域的研发投入，主动与IT巨头联手推进油气行业的智能化技术发展，智能钻井、纳米驱油、原位改质等新一代勘探开发智能化技术体系正在陆续形成。

2 国际大石油公司与油服公司跨界创新实践

在跨界创新发展方面，国际大石油公司和油服公司有许多成功的案例和经验，值得我国石油企业关注与借鉴。

2.1 携手ICT行业的跨界合作

国际大石油公司和油服公司在移动/通信/过程自动化、计算机、机器人/无人机/自动驾驶、钻井自动化、分析处理等方面的跨界合作十分活跃。比如，雪佛龙公司和微软公司建立了合作伙伴关系；BP公司联合GE公司，推动3D打印在油气行业的应用；道达尔公司携手谷歌云，联合发展人工智能技术，并率先应用于油气勘探开发地质数据的处理分析，为油气勘探开发提供全新的智能解决方案。

2013年，油田服务公司哈里伯顿开始实施公司整体数字化转型，在智慧油气田和智能建井方面取得了显著效果。例如，通过物联网技术实现自动实时数据采集；通过云技术进行数据无缝接入、存储，实现知识共享；通过大数据分析、机器学习技术，对数据进行分类和预测，挖掘数据潜在的巨大价值。哈里伯顿打造一体化“决策空间”（Decision Space）技术平台，使油田现场数据流的实时捕捉、处理和传输无缝对接；通过应用深度学习模型，实现钻井和油气生产优化等。2017年，哈里伯顿与微软合作，共同推进油田智能化，包括储层描述的深度学习、建模及模拟应用，利用机器学习、工业物联网、虚拟现实（AR）及嵌入式计算等技术，优化现有的上游业务解决方案。

2.2 携手医疗行业的跨界合作

如果把地球看作是需要诊断与治疗的人体，就很好理解石油行业与医疗行业的天然联系。比如，石油工业的地球物理勘探就是“给地球做B超”；石油开采和心脏手术都依赖于管道内成像和导航，都十分注重管道内的清洁和完整，所面临的最大挑战都来自管道堵塞。因此，医疗行业和能源行业都将目光聚焦在新兴科技上，如自动化和纳米材料，共同的目标促成了技术上的跨界创新合作。2007年以来，埃克森美孚公司携手卫理公会医院、休斯顿大学一同发起了“泵和管道研讨会”。一年一度的活动汇集了能源行业和医疗行业的研究人员，吸引了风险投资者和设备制造商，大家彼此交换想法，探索交叉技术。

核磁共振成像技术也是石油行业与医疗行业跨界合作的一个典范。埃克森美孚钻井工程师利用医院的核磁共振成像仪分析高产深水井井底流动情况，得到准确的模型内流动参数，有效减小了压降损失，提高了油井产能，延长了油井开采寿命，大幅提高了经济效益。围绕磁共振成像技术，斯伦贝谢公司与英国剑桥大学和美国波士顿综合医院进行技术合作开发，大大提升了岩心样品图像的采集速度。最初应用在医疗领域的核磁共振成像技术，经过石油公司的应用及改进，又促进了这项技术在医疗领域的应用。

2.3 建立跨界多个行业的创新机制

壳牌公司认为，受环境、资源和技术的限制，油气田的开发成本不断上升，而新思想和新技术却难以赶上开发的脚步。为此，2013年壳牌启动了全新的技术工坊项目（Shell Techworks，STW），旨在利用其他行业的成熟技术，跨界合作来促进壳牌技术（解决方案）从示范阶段向推广应用阶段转变。STW团队成员部分由社会招聘的创业型人才组成，与网络科技公司、大学、风险投资者和企业家进行联网合作。STW关注的主要科技领域包括航空航天、国防、汽车、机器人、水下勘探、半导体、生物技术与理论科学等。具有代表性的项目包括：具有特殊探测能力的无人水下运输车（人机交互）、自动化钻井部件（软硬件设计与开发）、复杂网络系统植入式高敏型重力传感器（传感器开发与集成）、减少关键应急设备故障率（容错系统）。STW办公室设在全球创新中心，第一家办公室设在美国波士顿。壳牌对STW团队的定位是短小精悍、速战速决，每个项目在两年内完成，将技术成功推向应用。

斯伦贝谢公司通过与麻省理工大学（MIT）合作，了解相关技术在其他行业的发展应用，将顶尖技术引入油气行业。例如，向航空业学习如何利用材料，改进极端条件下的传感技术，以及向生物医药行业学习远程控制成像和数学建模等。

3 影响跨界创新的主要因素

新一轮产业革命正在全球孕育兴起，世界石油工业面临新的挑战，我国石油企业比以往任何时候都更加需要跨界创新。而要实现跨界创新，需要具备基本前提和基础条件。

3.1 良好的创新生态系统是实现跨界创新的基本前提

俗话说，隔行如隔山，说的就是由于专业性差别、信息渠道不同及管理语言体系差异带来的认知与沟通障碍。在一个封闭、官僚的制度体系下，即使是同一家企业的不同部门之间要做到信息共享与合作都非常困难，同一行业的不同企业之间，尤其是跨行业的信息交流与创新合作就更为困难。这一切皆缘于市场机制不完善，没有形成健康的创新生态系统。创新生态系统中包括研究、开发和应用者，具有3种主要特征，即多样性共生、自组织演化、开放式协同。在这个系统中，创新要素有机集聚，发生聚合反应，创新主体共生共荣，系统不断演化和自我超越。有了良好的创新生态系统，企业就能进行跨界信息搜索，相互信任、多方共赢，实现高效跨界合作。

2004 年，美国发布《维护国家的创新生态系统：保持美国科学和工程能力之实力》报告强调，美国的经济繁荣和在全球经济中的领导地位得益于一个精心编制的创新生态系统，包括发明家、技术人才和创业者，积极进取的劳动力，世界水平的研究性大学，富有成效的研发中心（包括产业资助和联邦资助），充满活力的风险资本产业，政府资助聚焦于高潜力领域的基础研究。特别是在研究型大学及科研机构周围，会聚集一大批活跃的科技创新参与者，包括初创企业、积极寻找技术新苗头的风险投资机构、大型企业的科研机构等。他们与高校和科研院所人员的就近交流会形成自然活跃的创新生态，产生独立个人无法创造的创新结果[4]。

壳牌公司之所以在全球创新中心设置STW办公室，也是希望能充分融入当地创新生态网络，获取更为开放、前沿的技术信息，尽管波士顿并非传统意义上的油气技术创新中枢。前面的案例表明，不少跨界合作都是以某家大学或研究机构作为桥梁，三方共促来实现的，可见靠近顶尖研究机构的重要性。

3.2 鼓励创新的文化与管理机制是促进跨界创新的基础条件

对于个体（企业），一方面要善于搜寻和融入创新生态系统，另一方面要构建有利于创新的文化氛围和组织机制。如果一个企业的文化漠视创新、制度僵化，便很难找到适合的创新生态系统，即使找到了也难以融入其中，最终被边缘化甚至退出。如何从内部体制机制上做到鼓励跨界创新，壳牌公司最先从公司层面明确提出，需要通过跨界来加速技术创新，并建立了相关的专业团队。

西门子公司的“创新无域”理念也非常值得借鉴。20世纪末，西门子工厂自动化部门成功将金融领域的应用技术引入公司的工业无线通信领域，有效提升了网络服务质量。西门子意识到，尽管公司内部研发力量雄厚，但外部研发和创意也能成为重要的创新来源。于是，1999年西门子在美国硅谷成立了第一个技术转化中心，并建立一套流程，寻找外部初创技术，将其引入西门子的商业应用。西门子研究院指出：“曾经，实验室是我们的整个世界，而在21世纪的今天，整个世界是我们的实验室。”

4 对我国石油企业的建议

面对新形势，国际大石油公司与油服公司积极行动、主动跨界，携手ICT、医疗、材料、航空航天等行业进行了一系列跨界创新。当今国际竞争焦点已从单一科技创新，转向基于创新生态系统的整合创新能力。国内石油企业亟需顺应创新大势，在开放式创新的基础上，进一步融入或参与构建创新生态系统，切实提升跨界创新水平。

第一，强化跨界创新意识，打破石油系统的封闭性和局限性，持续推进开放式创新[5]。主动与世界顶级研究机构和其他行业的优秀企业沟通，获取相关资源，提升创新水平。在一些共性的应用基础研究问题上，要主动与顶尖研究机构开展合作；在提升效率、改进性能等应用性技术上，要主动了解其他行业的解决方案，“他山之石，可以攻玉”。同时，积极参与创新生态系统建设，提高创新影响力。

第二，练好内功，提升基础管理能力，实现内部知识与数据共享。鉴于国内石油企业现状，特别需要打破科技资源和成果、数据资源的“孤岛”现象，推动科研基础设施、大型科研仪器、科研成果、数据资源、培训资源等在企业内开放共享，实现各类管理和生产业务信息系统互联互通，让数据在不同系统之间无缝连接和移动。

第三，鼓励创新文化，建立跨界创新机制[6]。跨界有风险，俗话说“跨界找死，不跨界等死”。国内石油企业需要营造“鼓励创新、宽容失败”的公司文化，系统梳理公司跨界技术需求，借鉴西门子、壳牌等公司的成功做法，建立与本企业管理相适应的跨界创新机制，全面促进企业跨界创新。