“雙碳”背景下油氣類專業復合型人才培養探究

浮歷沛，韋 夢，王衛卿，廖凱麗，鄧 嵩，何巖峰

（常州大學石油與天然氣工程學院，江蘇 常州 213164）

數據顯示，全球氣候變暖日漸加重，各國二氧化碳以及溫室氣體排放量猛增，已對生命系統造成威脅，人類可能會因此而遭受災難。在這一背景下，世界各國以全球協約的方式減排溫室氣體。自“碳達峰、碳中和”（簡稱“雙碳”）理念在第七十五屆聯合國大會上提出以來，“低碳生產、低碳生活”的思想模式迅速滲透到生活的方方面面。

從長遠的角度來看，國際碳中和行動雖然是國際氣候行動的重要內容，但它同樣會對全球各經濟體競爭力和地緣政治產生極其重要影響。因此，越來越多的經濟體宣布將采取更嚴格的減排措施，將碳減排行動轉化為戰略目標。全球已有140 多個經濟體向聯合國提交了“長期低排放發展戰略”，做出了不同程度的碳中和承諾，主要經濟體的減排階段性目標見圖1。同時，國際聯盟、團體及國際知名企業等也紛紛積極響應碳中和目標，在戰略層面、目標體系、政策舉措方面采取了一系列措施，形成了相對較為系統的碳中和政策措施體系。

圖1 主要經濟體的減排階段性目標設定示意圖

2020 年9 月22 日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論講話中宣布，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和。與世界其他主要碳排放國家相比，我國作為最大的發展中國家以及全球最大的二氧化碳排放國，想要在短短的30 年過渡期內高質量實現“雙碳”目標，面臨著目標任務繁重、時間緊迫、壓力大等困難，但我們也要迎難而上。“雙碳”目標是在目前全球變暖問題日益突出的情況下，國家為推進生態文明建設，實現可持續發展所做出的重大選擇，是對共建“人類命運共同體”的最實質性貢獻，充分彰顯了我國的大國擔當。

在“雙碳”背景下，我國油氣行業雖然面臨諸多挑戰，但依舊應該充當實現“雙碳”目標的主力軍。在黨的十九大報告中，習近平總書記更是明確提出生態文明建設是中華民族永續發展的千年大計。而如何將建設美麗中國落實到人民的自覺行動中尤為重要。新時代石油與天然氣專業人才是充滿創造力的群體，更是生態文明建設的主力軍。作為石油與天然氣高層次人才的主要培養基地，石油類高校必須以更高遠的歷史站位、更積極的政治擔當來重視石油與天然氣類專業學生的培養，探索石油與天然氣人才培養模式的有效途徑，不斷完善培養體系，全面提高人才的個人能力，為實現“雙碳”目標做出貢獻。

1 “雙碳”目標促使我國能源結構調整

1.1 我國能源儲量及碳排量

眾所周知，化石燃料為人類文明和工業發展做出了巨大的貢獻。與發達國家相比，中國的能源結構相較特殊（見圖2）。這主要是由中國獨特的地質條件（豐富的煤炭資源）以及自身經濟、科技條件決定的。

通過對比全球一次能源結構與中國的一次能源結構，可以發現我國目前化石能源的占比（80%）比世界平均水平（86%）低6%，但我國的煤炭所占比重（58%）是世界平均水平（29%）的兩倍。這主要是因為中國經濟快速發展需要大量廉價能源，而煤炭的資源儲量以及價格優勢促使其成為中國能源結構中不可或缺的重要組成部分。石油和天然氣合計占比（22%）比世界的平均水平（57%）低35%。綠色能源（包括水電、風能等）所占比重（20%）比世界平均水平（14%）還高出6%。這主要是由于中國擁有較為豐富的水力能源，且水電所占比重（17%）是世界的平均水平（7%）的兩倍多。

正是由于我國這種獨特的以煤為主的能源結構致使碳排放總量一直在相對高位，這無疑增加了實現“雙碳”目標的困難度。最優解決方案是在尋求綠色清潔能源對煤炭進行替代使用的同時，不斷優化調整化石能源結構。

1.2 綠色能源近期仍難占據主導地位

從長期來看，能源形勢非常嚴峻，同時生產與環境的矛盾也越來越大。綠色能源是針對傳統化石能源提出的新概念，它既肯定社會發展對能源的需求，解決能源危機，又強調利用能源要注重環境保護的理念，化解能源與環境保護之間的矛盾。從可持續發展的戰略眼光來看，開發利用環境友好型的綠色能源勢在必行。

我國在燃料電池、太陽能、水能、風能、地熱能、核能等方面都已有初步的開發利用，但其中的技術含量、成本控制、綠色能源利用率等方面均有待進一步提高。習近平總書記強調，傳統能源逐步退出必須建立在新能源安全可靠的替代基礎上。雖然綠色能源的發展可以從根本上解決碳排放問題，但這需要一個長期的過程，而且綠色能源的開發過程往往困難重重。所以按照上述總結分析，綠色能源相較于化石能源仍難以在近期內占據主導地位。

1.3 化石能源結構優化

中國未來的能源結構戰略調整，除了要符合自身經濟發展的階段性特征外，還應考慮到全球氣候變暖以及溫室氣體減排的影響。我國目前嚴重依賴化石能源（石油、天然氣和煤炭等），化石能源在能源系統的占比高達80%，其中又以煤炭所占比重居多。但是煤炭單位能量的碳排放是油氣的3 倍多，過量使用煤炭會在無形中增加碳排放總量，從而阻礙“雙碳”目標的實現。而大量數據表明，石油和天然氣在化石燃料中所占的比重與碳排放總量成反比，即碳排放總量隨著油氣在化石燃料中占比的增加而降低。因此需要優化化石能源結構。

在“雙碳”目標要求下，能源發展中的CO2減排任務更加明確，化石能源作為高排放的主體能源，需要對其進行總量控制、有序替代。通過估算，在化石能源總量一定的條件下，油氣能源占比每提升1%，碳排放總量就會下降將近1%。發展油氣以減少煤炭的使用量，是當前不犧牲經濟發展前提下，不斷降低碳排放總量相對更優的解決方案，也是“雙碳”目標背景下的大勢所趨。此外，從保障國家能源安全角度看，未來需要持續加大油氣勘探開發力度、不斷提升油氣供給能力。在這一過程中，打造綠色油氣田，加大控碳、減碳、降碳力度，全力推進綠色發展。

2 我國油氣行業綠色轉型勢在必行

2.1 轉型的迫切性

（1）“雙碳”目標促轉型

自《巴黎協定》簽訂以來，全球越來越多的國家提出了“雙碳”目標，全球氣候治理進入了發展快車道。自習近平總書記宣布“雙碳”目標后，碳達峰、碳中和被我國納入生態文明建設當中。實現“雙碳”目標需要完全不同于以往的發展模式和產業體系，沒有案例可以借鑒，需要在實踐中不斷摸索，且非常依賴于政策驅動。

為此，我國圍繞“雙碳”目標制定了一系列文件（比如《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》《“十四五”全國清潔生產推行方案》《關于加強產融合作推動工業綠色發展的指導意見》《石化化工重點行業嚴格能效約束推動節能降碳行動方案（2021-2025 年）》《加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》《石化和化工行業“十四五”規劃指南》），積極構建了“1+N”的政策體系，為我國油氣行業綠色轉型規劃了發展目標，指明了前進的方向。

（2）能源結構的調整

全球環境和氣候變化問題不斷加重，化石能源的過量使用則是環境問題的最終禍首。油氣行業作為依賴化石能源的一大代表性行業，急需進行綠色轉型促發展。為呼應“雙碳”目標，只能在化石能源的基礎之上，通過調整能源結構促進綠色轉型來擺脫這一困境。各專家學者們也對此達成共識。

能源結構的調整主要包含以下三個方面。一是增加清潔能源占比，減少化石能源的使用。然而在短時間內清潔能源還不能完全滿足能源需求，因此化石能源仍起重要作用。二是在化石能源方面，減少煤炭用量，增大石油與天然氣用量。這主要是由于煤炭單位能量的碳排放量要比石油和天然氣大得多。三是進一步加大天然氣在化石能源中的占比。相比石油，天然氣在空氣或氧氣中燃燒只生成二氧化碳和水，且無其他污染性氣體生成。總之，能源結構的調整是我國油氣行業綠色轉型以及實現“雙碳”目標的重要舉措和必由之路。

2.2 轉型中的問題

我國油氣行業積極響應推動綠色轉型，然而在綠色發展的道路上存在著許多困難。在核心技術上，主要在以下幾個方面存在技術缺失問題。一是節能減排方面的技術缺失。油氣行業本身是高能耗行業，在油氣使用過程中會排放大量的溫室氣體，如果不實施節能減排，會在整體上拖綠色轉型的后腿。二是新能源方面的技術缺失。油氣企業關于新能源開發和建設的技術力量相對薄弱，缺乏在風電、太陽能發電等新能源產業方面的核心技術和管理經驗。三是人工智能方面的技術缺失。油氣行業因儲集層非均質性強、探測對象復雜以及測井作業環境多樣化、復雜化的特點，迫切需要在井下地層參數采集、測井數據傳輸等方面采用新的探測方式和數據傳輸模式，引入人工智能可以更精準、更高效、更安全地完成作業和地質信息探測。四是新材料方面的技術缺失。隨著油田開采難度的不斷提升，為了保證原油產量，需要進一步加強關于新材料在提高采收率上的應用研究和開發。

上述轉問題的核心，都與相關復合型技術人才的不足有關。目前油氣企業從事新能源業務的人員多從各部門抽調而來，缺乏專業背景和工作經驗。以節能減排、新能源、人工智能和新材料等技術創新為驅動力的數字經濟和技能經濟浪潮席卷而來，“復合型人才”以其學科領域交叉，知識融合，技術集成的特點成為各個行業競相追逐的對象，我國油氣行業也不例外。

3 “雙碳”背景下“石油工程+”復合型人才需求

石油工程專業是典型的傳統能源類工科專業，主要圍繞石油與天然氣工程的鉆井技術、地下流體流動規律、開發技術理論、工藝技術及油氣藏管理等方面開展教學。但是在當前的“雙碳”背景下，石油工程專業傳統教育教學模式已經不能適應目前能源發展的大趨勢。為了能夠加速實現“雙碳”目標，石油工程專業教育教學模式急需改革。基于“雙碳”大目標導向，開展并擴大化石能源開發與利用的低碳化模式，將是油氣行業發展的方向，也為石油工程專業教育模式的改革提供了方向，即通過學習交叉學科知識培養出“石油工程+”復合型人才，將許多其他領域的新技術、新方法、新工藝進行改進并應用于油氣源勘探開發，也將推動石油與天然氣開采技術的飛速發展。

隨著油氣行業的發展，單一學科的局限性和學科交叉的重要性逐漸凸顯。學科交叉意義在于能更好地整合資源，易于取得原創性重大科研突破；有利于思想交融，激發創新力，促進多學科復合型人才的培養，進而有助于高效解決行業瓶頸問題，推動“雙碳”目標的實現。對于石油工程專業的學生而言，通過引入節能減排、新能源、人工智能及新材料等領域的專業課程，使石油工程專業學生能夠將所學的多維知識加以整合，具備解決復雜工程問題的能力和素養，更好地解決石油與天然氣生產中的碳減排難題。

3.1 石油工程+節能減排

石油與天然氣生產過程中存在高能耗、高排放的特點。相關統計資料顯示，油氣生產耗能大約相當于自產油氣的14%，能耗費用約占生產成本的20%左右。除此之外，近年來油田生產過程中污染物排放量較高。而“節能減排”作為我國《“十四五”節能減排綜合工作方案》的規劃綱要，既是解決油氣行業高能耗、高排放的有力支撐，也是解決全球能源供求矛盾和環境污染及氣候變化問題的關鍵。因此，為了解決石油與天然氣生產過程中高能耗、高排放的問題，需要將節能減排與石油工程緊密結合。結合的方式主要是通過學科領域的交叉融合，培養復合型人才作為引領油氣行業不斷發展的中堅力量。

為培養“石油工程+節能減排”復合型人才，石油類專業需對以往的課程設置進行優化。如石油工程中的節能減排問題涉及以下兩個方面，一是在節能方面，對油氣生產過程中的機械采油過程、配電系統、加熱系統、輸運過程中使用節能降耗技術，降低能耗；二是在減排方面，通過各種措施，如廢棄油氣藏碳封存、CO2驅油等，實現固碳。因此在課程設置上，在保留傳統石油工程專業相關專業課程的同時，應當適當增加與“碳捕集與封存（CCS）”和“節能減排”等相關的選修課程，在教學過程中，注重培養學生的學科交叉意識，培養學生的綠色低碳理念。

3.2 石油工程+新能源

隨著新能源技術研究的不斷加深，其在成本上的價格優勢以及綠色無污染的環保理念對傳統的油氣行業造成了巨大的沖擊，使得油氣消費逐步降低。為應對挑戰，以石油工程和新能源為主的多領域的技術融合勢在必行。比如油田的自備電廠，一般都是用化石能源發電，若能與光伏或風電結合，接入綠電，能大大降低碳排放。而且新能源產業技術含量較高，產業帶動能力強，市場發展潛力巨大。同時在“雙碳”背景下，加快發展新能源產業，對構筑清潔、低碳、高效的能源體系以及有效實現“碳達峰、碳中和”至關重要。

然而想要將石油工程與新能源有效結合在一起，以及充分利用油氣礦權區域及周邊地區豐富的風能、水能、地熱能、氫能等資源，大力發展新能源新業務，最缺的就是“石油工程+新能源”復合型人才。在復合型人才的助推下，通過學科領域交叉融合，達到技術融合的效果，能更快、更高效地推進“雙碳”目標的實現。

關于“石油工程+新能源”復合型人才的培養，石油類專業則要抓住傳統化石能源和新能源在人才培養上具備的共通性，以高質量實現碳中和為目標，進行教育教學改革，促進新能源產業的蓬勃發展。同時在新能源方面優選與石油工程適配的綠色無污染的新能源加入選修課程中，如由于地熱資源的開采方式與常規注水采油技術相似，可將其融入采油工程課程體系中；在天然氣工程課程體系中增加天然氣水合物開采和天然氣制氫等相關知識內容。發展新能源相關課程的最終目標是將綠色理念融入課程教學，進而培養出“石油工程+新能源”復合型人才。

3.3 石油工程+人工智能

由于在實際的石油開采生產與技術應用過程中，涉及大量的數據處理和分析（如地震數據、鉆完井數據、測井數據及油氣井生產動態數據等），而目前我國石油與天然氣的開采智能化程度、無人監管等方面的發展較為薄弱，因此需要將人工智能與石油工程相結合。

為高質量實現“雙碳”目標，促進油氣行業綠色轉型，提高油田生產效率，人工智能以其強大的學科適應性和融合性成為石油工程最優的交叉選擇。因此急需培養“石油工程+人工智能”復合型人才為油氣行業帶來新動力。在“雙碳”背景下，油氣行業正歷經能源管理的智能化革命，在“石油工程+人工智能”復合型人才的助推下，利用人工智能技術推進產業革命，推動形成“新煤炭”、“新油氣”等新能源結構勢在必行。

對于“石油工程+人工智能”復合型人才的培養，石油類專業的教育教學需要新的教育改革。石油工程專業具有多學科門類交叉融合的特點，可以通過與人工智能相結合培養出具有多學科背景和交叉思維的學生。例如開設“大數據原理與技術”、“機器學習”等選修課程，讓學生通過開放可擴展的人工智能計算平臺，從數據處理、到機器學習、到模型發布、到推理應用等方面進行熟悉和掌握，進一步深化課程理論內容，進而培養出“石油工程+人工智能”復合型人才。

3.4 石油工程+新材料

隨著油田開采難度的逐步加大，要想石油與天然氣的穩產、上產，需要進一步加強新材料在勘探、鉆井、開發等過程中的應用研究及相關高效新材料的研發。對于石油工程來說，其每次跨越式發展，都是新材料、新方法和新理論的有效結合。隨著新材料層出不窮，新材料的工業應用也是材料科學領域最為活躍的研究領域，以智能材料、納米材料、復合材料、仿生材料等為代表的新材料，在石油與天然氣工程領域的應用研究，又極大地推動了石油工業的不斷發展。

新材料與石油工程技術的融合發展將促進技術創新，成為油氣田開發技術不斷提升的助推力，有利于推動油氣增儲上產、降本增效。以石墨烯為代表的先進碳材料已成為提高原油采收率中最活躍的研究領域之一。此外，生物質可降解材料在鉆井中的應用是降低施工過程對環境影響的有效途徑，分子篩膜在天然氣凈化領域具有很好的應用前景。因此，可在油氣田化學課程體系中引入新材料相關課程。當前，石油工程技術通過多學科、多領域跨界融合的方式逐步向智能化、實時化、自動化方向發展，急需“石油工程+新材料”復合型人才的助力。

4 結論

“雙碳”目標的提出，對于高等院校的石油與天然氣類專業來說，既面臨著諸多挑戰，也是一次發展機遇。學校應當充分考慮到“雙碳”背景下油氣行業和專業發展的不同情況，適當調整復合專業的課程體系，不斷融入新的學科技術，通過交叉融合，有效促進石油與天然氣類專業學生能力素質水平的提升。這種石油工程技術與節能減排、新能源、人工智能、新材料等技術的深度融合的課程體系，將對石油與天然氣類復合型人才的教育產生全面而深刻的影響。對石油與天然氣類專業學生培養模式的進一步思考研究有助于滿足學生對多領域、多維度技術手段的學習需求；有利于推動高等院校石油類專業的學科建設，提升課程教學質量，強化科學知識體系；為國家和社會輸送優秀的“石油工程+”復合型人才，對于高質量實現“雙碳”目標具有一定的實踐指導意義。