“双碳”背景下油气类专业复合型人才培养探究

浮历沛，韦 梦，王卫卿，廖凯丽，邓 嵩，何岩峰

（常州大学石油与天然气工程学院，江苏 常州 213164）

数据显示，全球气候变暖日渐加重，各国二氧化碳以及温室气体排放量猛增，已对生命系统造成威胁，人类可能会因此而遭受灾难。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体。自“碳达峰、碳中和”（简称“双碳”）理念在第七十五届联合国大会上提出以来，“低碳生产、低碳生活”的思想模式迅速渗透到生活的方方面面。

从长远的角度来看，国际碳中和行动虽然是国际气候行动的重要内容，但它同样会对全球各经济体竞争力和地缘政治产生极其重要影响。因此，越来越多的经济体宣布将采取更严格的减排措施，将碳减排行动转化为战略目标。全球已有140 多个经济体向联合国提交了“长期低排放发展战略”，做出了不同程度的碳中和承诺，主要经济体的减排阶段性目标见图1。同时，国际联盟、团体及国际知名企业等也纷纷积极响应碳中和目标，在战略层面、目标体系、政策举措方面采取了一系列措施，形成了相对较为系统的碳中和政策措施体系。

图1 主要经济体的减排阶段性目标设定示意图

2020 年9 月22 日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论讲话中宣布，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。与世界其他主要碳排放国家相比，我国作为最大的发展中国家以及全球最大的二氧化碳排放国，想要在短短的30 年过渡期内高质量实现“双碳”目标，面临着目标任务繁重、时间紧迫、压力大等困难，但我们也要迎难而上。“双碳”目标是在目前全球变暖问题日益突出的情况下，国家为推进生态文明建设，实现可持续发展所做出的重大选择，是对共建“人类命运共同体”的最实质性贡献，充分彰显了我国的大国担当。

在“双碳”背景下，我国油气行业虽然面临诸多挑战，但依旧应该充当实现“双碳”目标的主力军。在党的十九大报告中，习近平总书记更是明确提出生态文明建设是中华民族永续发展的千年大计。而如何将建设美丽中国落实到人民的自觉行动中尤为重要。新时代石油与天然气专业人才是充满创造力的群体，更是生态文明建设的主力军。作为石油与天然气高层次人才的主要培养基地，石油类高校必须以更高远的历史站位、更积极的政治担当来重视石油与天然气类专业学生的培养，探索石油与天然气人才培养模式的有效途径，不断完善培养体系，全面提高人才的个人能力，为实现“双碳”目标做出贡献。

1 “双碳”目标促使我国能源结构调整

1.1 我国能源储量及碳排量

众所周知，化石燃料为人类文明和工业发展做出了巨大的贡献。与发达国家相比，中国的能源结构相较特殊（见图2）。这主要是由中国独特的地质条件（丰富的煤炭资源）以及自身经济、科技条件决定的。

通过对比全球一次能源结构与中国的一次能源结构，可以发现我国目前化石能源的占比（80%）比世界平均水平（86%）低6%，但我国的煤炭所占比重（58%）是世界平均水平（29%）的两倍。这主要是因为中国经济快速发展需要大量廉价能源，而煤炭的资源储量以及价格优势促使其成为中国能源结构中不可或缺的重要组成部分。石油和天然气合计占比（22%）比世界的平均水平（57%）低35%。绿色能源（包括水电、风能等）所占比重（20%）比世界平均水平（14%）还高出6%。这主要是由于中国拥有较为丰富的水力能源，且水电所占比重（17%）是世界的平均水平（7%）的两倍多。

正是由于我国这种独特的以煤为主的能源结构致使碳排放总量一直在相对高位，这无疑增加了实现“双碳”目标的困难度。最优解决方案是在寻求绿色清洁能源对煤炭进行替代使用的同时，不断优化调整化石能源结构。

1.2 绿色能源近期仍难占据主导地位

从长期来看，能源形势非常严峻，同时生产与环境的矛盾也越来越大。绿色能源是针对传统化石能源提出的新概念，它既肯定社会发展对能源的需求，解决能源危机，又强调利用能源要注重环境保护的理念，化解能源与环境保护之间的矛盾。从可持续发展的战略眼光来看，开发利用环境友好型的绿色能源势在必行。

我国在燃料电池、太阳能、水能、风能、地热能、核能等方面都已有初步的开发利用，但其中的技术含量、成本控制、绿色能源利用率等方面均有待进一步提高。习近平总书记强调，传统能源逐步退出必须建立在新能源安全可靠的替代基础上。虽然绿色能源的发展可以从根本上解决碳排放问题，但这需要一个长期的过程，而且绿色能源的开发过程往往困难重重。所以按照上述总结分析，绿色能源相较于化石能源仍难以在近期内占据主导地位。

1.3 化石能源结构优化

中国未来的能源结构战略调整，除了要符合自身经济发展的阶段性特征外，还应考虑到全球气候变暖以及温室气体减排的影响。我国目前严重依赖化石能源（石油、天然气和煤炭等），化石能源在能源系统的占比高达80%，其中又以煤炭所占比重居多。但是煤炭单位能量的碳排放是油气的3 倍多，过量使用煤炭会在无形中增加碳排放总量，从而阻碍“双碳”目标的实现。而大量数据表明，石油和天然气在化石燃料中所占的比重与碳排放总量成反比，即碳排放总量随着油气在化石燃料中占比的增加而降低。因此需要优化化石能源结构。

在“双碳”目标要求下，能源发展中的CO2减排任务更加明确，化石能源作为高排放的主体能源，需要对其进行总量控制、有序替代。通过估算，在化石能源总量一定的条件下，油气能源占比每提升1%，碳排放总量就会下降将近1%。发展油气以减少煤炭的使用量，是当前不牺牲经济发展前提下，不断降低碳排放总量相对更优的解决方案，也是“双碳”目标背景下的大势所趋。此外，从保障国家能源安全角度看，未来需要持续加大油气勘探开发力度、不断提升油气供给能力。在这一过程中，打造绿色油气田，加大控碳、减碳、降碳力度，全力推进绿色发展。

2 我国油气行业绿色转型势在必行

2.1 转型的迫切性

（1）“双碳”目标促转型

自《巴黎协定》签订以来，全球越来越多的国家提出了“双碳”目标，全球气候治理进入了发展快车道。自习近平总书记宣布“双碳”目标后，碳达峰、碳中和被我国纳入生态文明建设当中。实现“双碳”目标需要完全不同于以往的发展模式和产业体系，没有案例可以借鉴，需要在实践中不断摸索，且非常依赖于政策驱动。

为此，我国围绕“双碳”目标制定了一系列文件（比如《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》《“十四五”全国清洁生产推行方案》《关于加强产融合作推动工业绿色发展的指导意见》《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案（2021-2025 年）》《加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》《石化和化工行业“十四五”规划指南》），积极构建了“1+N”的政策体系，为我国油气行业绿色转型规划了发展目标，指明了前进的方向。

（2）能源结构的调整

全球环境和气候变化问题不断加重，化石能源的过量使用则是环境问题的最终祸首。油气行业作为依赖化石能源的一大代表性行业，急需进行绿色转型促发展。为呼应“双碳”目标，只能在化石能源的基础之上，通过调整能源结构促进绿色转型来摆脱这一困境。各专家学者们也对此达成共识。

能源结构的调整主要包含以下三个方面。一是增加清洁能源占比，减少化石能源的使用。然而在短时间内清洁能源还不能完全满足能源需求，因此化石能源仍起重要作用。二是在化石能源方面，减少煤炭用量，增大石油与天然气用量。这主要是由于煤炭单位能量的碳排放量要比石油和天然气大得多。三是进一步加大天然气在化石能源中的占比。相比石油，天然气在空气或氧气中燃烧只生成二氧化碳和水，且无其他污染性气体生成。总之，能源结构的调整是我国油气行业绿色转型以及实现“双碳”目标的重要举措和必由之路。

2.2 转型中的问题

我国油气行业积极响应推动绿色转型，然而在绿色发展的道路上存在着许多困难。在核心技术上，主要在以下几个方面存在技术缺失问题。一是节能减排方面的技术缺失。油气行业本身是高能耗行业，在油气使用过程中会排放大量的温室气体，如果不实施节能减排，会在整体上拖绿色转型的后腿。二是新能源方面的技术缺失。油气企业关于新能源开发和建设的技术力量相对薄弱，缺乏在风电、太阳能发电等新能源产业方面的核心技术和管理经验。三是人工智能方面的技术缺失。油气行业因储集层非均质性强、探测对象复杂以及测井作业环境多样化、复杂化的特点，迫切需要在井下地层参数采集、测井数据传输等方面采用新的探测方式和数据传输模式，引入人工智能可以更精准、更高效、更安全地完成作业和地质信息探测。四是新材料方面的技术缺失。随着油田开采难度的不断提升，为了保证原油产量，需要进一步加强关于新材料在提高采收率上的应用研究和开发。

上述转问题的核心，都与相关复合型技术人才的不足有关。目前油气企业从事新能源业务的人员多从各部门抽调而来，缺乏专业背景和工作经验。以节能减排、新能源、人工智能和新材料等技术创新为驱动力的数字经济和技能经济浪潮席卷而来，“复合型人才”以其学科领域交叉，知识融合，技术集成的特点成为各个行业竞相追逐的对象，我国油气行业也不例外。

3 “双碳”背景下“石油工程+”复合型人才需求

石油工程专业是典型的传统能源类工科专业，主要围绕石油与天然气工程的钻井技术、地下流体流动规律、开发技术理论、工艺技术及油气藏管理等方面开展教学。但是在当前的“双碳”背景下，石油工程专业传统教育教学模式已经不能适应目前能源发展的大趋势。为了能够加速实现“双碳”目标，石油工程专业教育教学模式急需改革。基于“双碳”大目标导向，开展并扩大化石能源开发与利用的低碳化模式，将是油气行业发展的方向，也为石油工程专业教育模式的改革提供了方向，即通过学习交叉学科知识培养出“石油工程+”复合型人才，将许多其他领域的新技术、新方法、新工艺进行改进并应用于油气源勘探开发，也将推动石油与天然气开采技术的飞速发展。

随着油气行业的发展，单一学科的局限性和学科交叉的重要性逐渐凸显。学科交叉意义在于能更好地整合资源，易于取得原创性重大科研突破；有利于思想交融，激发创新力，促进多学科复合型人才的培养，进而有助于高效解决行业瓶颈问题，推动“双碳”目标的实现。对于石油工程专业的学生而言，通过引入节能减排、新能源、人工智能及新材料等领域的专业课程，使石油工程专业学生能够将所学的多维知识加以整合，具备解决复杂工程问题的能力和素养，更好地解决石油与天然气生产中的碳减排难题。

3.1 石油工程+节能减排

石油与天然气生产过程中存在高能耗、高排放的特点。相关统计资料显示，油气生产耗能大约相当于自产油气的14%，能耗费用约占生产成本的20%左右。除此之外，近年来油田生产过程中污染物排放量较高。而“节能减排”作为我国《“十四五”节能减排综合工作方案》的规划纲要，既是解决油气行业高能耗、高排放的有力支撑，也是解决全球能源供求矛盾和环境污染及气候变化问题的关键。因此，为了解决石油与天然气生产过程中高能耗、高排放的问题，需要将节能减排与石油工程紧密结合。结合的方式主要是通过学科领域的交叉融合，培养复合型人才作为引领油气行业不断发展的中坚力量。

为培养“石油工程+节能减排”复合型人才，石油类专业需对以往的课程设置进行优化。如石油工程中的节能减排问题涉及以下两个方面，一是在节能方面，对油气生产过程中的机械采油过程、配电系统、加热系统、输运过程中使用节能降耗技术，降低能耗；二是在减排方面，通过各种措施，如废弃油气藏碳封存、CO2驱油等，实现固碳。因此在课程设置上，在保留传统石油工程专业相关专业课程的同时，应当适当增加与“碳捕集与封存（CCS）”和“节能减排”等相关的选修课程，在教学过程中，注重培养学生的学科交叉意识，培养学生的绿色低碳理念。

3.2 石油工程+新能源

随着新能源技术研究的不断加深，其在成本上的价格优势以及绿色无污染的环保理念对传统的油气行业造成了巨大的冲击，使得油气消费逐步降低。为应对挑战，以石油工程和新能源为主的多领域的技术融合势在必行。比如油田的自备电厂，一般都是用化石能源发电，若能与光伏或风电结合，接入绿电，能大大降低碳排放。而且新能源产业技术含量较高，产业带动能力强，市场发展潜力巨大。同时在“双碳”背景下，加快发展新能源产业，对构筑清洁、低碳、高效的能源体系以及有效实现“碳达峰、碳中和”至关重要。

然而想要将石油工程与新能源有效结合在一起，以及充分利用油气矿权区域及周边地区丰富的风能、水能、地热能、氢能等资源，大力发展新能源新业务，最缺的就是“石油工程+新能源”复合型人才。在复合型人才的助推下，通过学科领域交叉融合，达到技术融合的效果，能更快、更高效地推进“双碳”目标的实现。

关于“石油工程+新能源”复合型人才的培养，石油类专业则要抓住传统化石能源和新能源在人才培养上具备的共通性，以高质量实现碳中和为目标，进行教育教学改革，促进新能源产业的蓬勃发展。同时在新能源方面优选与石油工程适配的绿色无污染的新能源加入选修课程中，如由于地热资源的开采方式与常规注水采油技术相似，可将其融入采油工程课程体系中；在天然气工程课程体系中增加天然气水合物开采和天然气制氢等相关知识内容。发展新能源相关课程的最终目标是将绿色理念融入课程教学，进而培养出“石油工程+新能源”复合型人才。

3.3 石油工程+人工智能

由于在实际的石油开采生产与技术应用过程中，涉及大量的数据处理和分析（如地震数据、钻完井数据、测井数据及油气井生产动态数据等），而目前我国石油与天然气的开采智能化程度、无人监管等方面的发展较为薄弱，因此需要将人工智能与石油工程相结合。

为高质量实现“双碳”目标，促进油气行业绿色转型，提高油田生产效率，人工智能以其强大的学科适应性和融合性成为石油工程最优的交叉选择。因此急需培养“石油工程+人工智能”复合型人才为油气行业带来新动力。在“双碳”背景下，油气行业正历经能源管理的智能化革命，在“石油工程+人工智能”复合型人才的助推下，利用人工智能技术推进产业革命，推动形成“新煤炭”、“新油气”等新能源结构势在必行。

对于“石油工程+人工智能”复合型人才的培养，石油类专业的教育教学需要新的教育改革。石油工程专业具有多学科门类交叉融合的特点，可以通过与人工智能相结合培养出具有多学科背景和交叉思维的学生。例如开设“大数据原理与技术”、“机器学习”等选修课程，让学生通过开放可扩展的人工智能计算平台，从数据处理、到机器学习、到模型发布、到推理应用等方面进行熟悉和掌握，进一步深化课程理论内容，进而培养出“石油工程+人工智能”复合型人才。

3.4 石油工程+新材料

随着油田开采难度的逐步加大，要想石油与天然气的稳产、上产，需要进一步加强新材料在勘探、钻井、开发等过程中的应用研究及相关高效新材料的研发。对于石油工程来说，其每次跨越式发展，都是新材料、新方法和新理论的有效结合。随着新材料层出不穷，新材料的工业应用也是材料科学领域最为活跃的研究领域，以智能材料、纳米材料、复合材料、仿生材料等为代表的新材料，在石油与天然气工程领域的应用研究，又极大地推动了石油工业的不断发展。

新材料与石油工程技术的融合发展将促进技术创新，成为油气田开发技术不断提升的助推力，有利于推动油气增储上产、降本增效。以石墨烯为代表的先进碳材料已成为提高原油采收率中最活跃的研究领域之一。此外，生物质可降解材料在钻井中的应用是降低施工过程对环境影响的有效途径，分子筛膜在天然气净化领域具有很好的应用前景。因此，可在油气田化学课程体系中引入新材料相关课程。当前，石油工程技术通过多学科、多领域跨界融合的方式逐步向智能化、实时化、自动化方向发展，急需“石油工程+新材料”复合型人才的助力。

4 结论

“双碳”目标的提出，对于高等院校的石油与天然气类专业来说，既面临着诸多挑战，也是一次发展机遇。学校应当充分考虑到“双碳”背景下油气行业和专业发展的不同情况，适当调整复合专业的课程体系，不断融入新的学科技术，通过交叉融合，有效促进石油与天然气类专业学生能力素质水平的提升。这种石油工程技术与节能减排、新能源、人工智能、新材料等技术的深度融合的课程体系，将对石油与天然气类复合型人才的教育产生全面而深刻的影响。对石油与天然气类专业学生培养模式的进一步思考研究有助于满足学生对多领域、多维度技术手段的学习需求；有利于推动高等院校石油类专业的学科建设，提升课程教学质量，强化科学知识体系；为国家和社会输送优秀的“石油工程+”复合型人才，对于高质量实现“双碳”目标具有一定的实践指导意义。