我国非常规油气储量丰富，超过常规油气的 3  倍，是增储上产的重要阵地。水力压裂技术的进 步引发了北美非常规油气革命，使美国从石油进口国变成出口国，其中裂缝扩展和开采数值模拟是 压裂开发方案设计的“核芯”技术，被 Schlumberger 、Halliburton  等国际石油公司争相研究、抢占 制高点。但与北美相比，我国非常规油气藏历经多次构造运动，地质条件复杂，现有数值模拟技术 适用性差，难点为：①天然裂缝和层理发育，非均质性更强，复杂压裂缝网预测难；②岩心实验难 以开展，数值模拟是获取流动参数最佳技术手段，但储层矿物组构复杂、孔隙多尺度特征显著，流动模拟难；③压裂后储层应力敏感和多尺度性加剧，不同介质流动模式差异大，流固耦合模拟难。

       国家和油田企业项目支持下，经十余年攻关，创建了考虑微尺度效应的非常规油气藏压裂和开 采全过程流固耦合数值模拟方法，形成国际上首套压裂和开采一体化多尺度模拟软件，为我国非常 规油气高效开发提供了“中国芯”，主要创新技术如下：

        1 、 创建井工厂开发模式三维裂缝扩展数值模拟方法，解决了复杂缝网预测难题。考虑井工厂 开发模式下多井同步压裂裂缝相互干扰作用，基于岩石断裂力学和位移不连续法，实现天然裂缝和 层理发育储层中人工裂缝的起裂和扩展全过程数值仿真，形成水力压裂模拟和裂缝参数预测软件， 成功应用 800  余井次，与 Mshale  等商业软件相比，缝网预测精度提高 20%。

        2、首创多尺度多矿物数字岩心和孔隙网络模型的构建与流动模拟方法，解决了物理实验难以 获取流动参数的难题。基于不同尺度岩心扫描图像，结合深度学习和多点统计学方法，首创多尺度 多矿物数字岩心和孔隙网络模型构建技术。考虑微尺度效应，形成真实岩心快速模拟软件，突破现 有技术瓶颈，将模拟尺度从微米提升至厘米，首次实现真实岩心中流体动态分布的定量表征，成功 应用 380  余井次，计算结果与实验拟合度达 95%。

        3、创建考虑微观流动机制的多相多组分流固耦合数值模拟技术。基于均化理论，创建微观流动 的尺度升级方法，解决了宏-微观尺度流动关联难题。提出网格可控的新型嵌入式离散裂缝模型，采 用扩展有限元和模拟有限差分法，创建多相多组分流固耦合数值模拟技术，降低了计算复杂度，解 决了收敛性差难题。形成压裂和开采一体化多尺度模拟软件，成功应用 820  余井次，与 Eclipse  等 商业软件相比，相同精度下计算速度提高 1  个数量级。

       技术特点及技术指标：

       项目研发了国际上首款非常规油气多相多组分微观流动模拟平台，是世界上唯一可进行岩心尺 度的微观流动及渗流物性参数计算的软件，解决了页岩两相流动实验难以开展的难题。形成的裂缝 扩展-生产流动宏观精细数值模拟技术，较之全球销售第一斯伦贝谢公司Eclipse 商业软件，可同步 进行压裂-生产模拟，考虑了热应力效应、岩石塑性变形、微尺度效应、多相多组分流固耦合效应， 模拟准确，达到了国际领先水准。

       应用领域：

       项目成果在北美 Eagle Ford  和 Niobrara  页岩油气、长宁-威远和涪陵页岩气、胜利油田致密油 和页岩油、大庆油田古龙页岩油、华北油田煤层气等非常规油气田推广应用，打破了国外商业软件 技术壁垒，实现我国非常规油气藏数值模拟关键技术的自主可控。

       投入需求：

       形成的一体化模拟软件部分功能上已超过国外商业化软件，下步需进一步商业化，增强软件的 友好型、稳定性和可适用性。

天然裂缝发育非常规储层的井工厂压裂缝网展布数值模拟结果

压裂模拟及优化设计一体化软件（左：软件界面及压裂模拟，右：产能模拟）

 

       专利授权及申请情况：

       1、国家发明专利：一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法及系统（授权）

       2、国家发明专利：一种基于数字岩心的页岩力学参数快速计算方法（授权）

       3、国家发明专利：一种针对页岩的压裂造缝的方法（授权）

       4、国家发明专利：一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方 法及其应用（授权）

       5、国家发明专利：一种基于 CT 扫描和3D 打印的复杂岩心制备方法（授权）

       6、软件著作权：页岩气藏压裂优化及产能评价一体化软件（登记）

       7、软件著作权：深层页岩气藏水力压裂模拟软件（登记）

       8、软件著作权：页岩油气藏多尺度多相多组分流固耦合数值模拟软件（登记）

       9、软件著作权：非常规油气藏地质建模和数值模拟一体化系统（登记）

      10、软件著作权：基于数字岩心和孔隙网络模型的非常规油气藏流动模拟软件（登 记）

       成果受资助及获奖情况：

        1 、国家自然科学基金重点项目，51234007，页岩气藏开采基础研究，2013-01  至 2017-12；

        2、国家自然科学基金重大项目课题，51490654，页岩油气多尺度渗流特征与开采 理论，2015-01 至 2019-12；

        3、山东省科学技术进步奖，一等奖，非常规油气藏数值模拟关键技术及工业应用， 2021；

        4 、教育部自然科学奖，一等奖，非常规油气藏多尺度渗流理论与方法，2018；

        5、中国石油和化学工业联合会科技进步奖，二等奖，页岩油气藏多尺度多相多组 分数值模拟与高效开发技术及应用,2020

       技术成熟程度：已在产业中应用

       拟合作方式：☑技术许可  ☑作价入股