助推复杂油气藏高效开发——记科技进步一等奖项目复杂油气藏多尺度多模态多场耦合数值模拟关键技术及工业应用

　　中国石油大学(华东)等提出了“多尺度关联、多场耦合、连续与离散介质结合”的学术思想，创建了复杂油气藏多尺度多模态多场耦合数值模拟关键技术及工业应用。这一技术打破了国外商业软件的技术壁垒，使我国在复杂油气藏数值模拟关键技术领域实现了自主可控。近日，该技术荣获2024年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。

　　随着我国常规油气资源的逐渐枯竭，非常规和缝洞型碳酸盐岩等复杂油气资源成为增储上产的重要方向。这些复杂油气藏的资源量是常规油气的3倍以上，但其开发难度也大大增加。复杂油气藏的空间尺度从纳微孔隙到大型溶洞，跨越12个数量级，流动模态多样，多场耦合效应显著，油气流动异常复杂。传统的油气藏渗流数学模型和数值模拟技术已无法满足需求，导致开发决策缺乏科学依据。针对上述问题，中国石油大学(华东)等组成的研究团队开展了20余年的技术攻关。

　　首先，研究团队首创基于多尺度多矿物数字岩心和孔隙网络模型的流动模拟方法和技术。

　　非常规油气藏储层致密，渗透率极低，传统制作岩心模型的过程对孔隙损伤大，目前技术水平难以开展油水、气水两相流动实验。国际上通常采用数字岩心和孔隙网络模型技术开展微观流动模拟，但我国非常规油气储层的矿物组构复杂、孔隙多尺度特征显著，微尺度效应对流动影响大，传统的数字岩心和孔隙网络模型构建及流动模拟技术难以应对。研究团队基于岩心扫描图像，结合深度学习和多点统计学方法，创建了多尺度多矿物数字岩心和孔隙网络模型构建技术。结合纳微尺度受限效应的研究，研究团队形成了基于真实页岩孔隙尺度流动模拟方法和软件，将模拟尺度从微米提升至厘米，实现了真实页岩岩心中流体动态分布的定量表征和输运参数的准确计算，计算结果与实验吻合度达95%。

　　其次，研究团队创建了考虑微观流动机制的多模态多场耦合数值模拟方法和技术。

　　复杂油气藏开采过程涉及多尺度、多流动模态、多物理场耦合，如何精确表征不同尺度间的流动关联和裂缝流动能力是数值模拟的关键。同时，不同介质间流动模态差异大、多场耦合效应强，给数值计算收敛性带来了巨大挑战。对此，研究团队创建了跨尺度流动关联参数的计算方法，建立了考虑微观孔隙特征和流动机制的修正达西方程，实现了纳微孔隙与米级缝网的跨尺度关联。此外，应用体积平均法，通过两次尺度升级创建了宏观两相渗流—自由流耦合界面方程，解决了渗流与自由流不同流动模态的关联难题。在此基础上，研究团队还提出了网格尺寸可控的通用嵌入式裂缝和溶洞离散处理方法，研发了大规模并行数值模拟技术，离散裂缝处理规模超10万条，网格规模达亿级，计算速度比商业软件提高2个数量级。

　　最后，研究团队创建了基于高精度高效率机器学习代理模型的非常规油气藏压裂参数优化、裂缝参数反演和约束生产优化方法和技术。

　　压裂参数和生产制度优化设计是非常规油气藏高效开发的关键。由于非常规油气藏立体开发优化中，压裂井数和裂缝数等参数的维度不固定，传统优化方法耗时且精度不足，难以适用。对此，研究团队引入维度自适应调整和概率控制等机制，提出变维度粒子群算法，突破了常规智能算法维度恒定的限制，实现了立体开发的整体优化。同时，研究团队还开发了基于自适应基函数选择的多代理模型约束生产优化方法，将优化方案耗时从数周缩短至数小时，计算速度提高1个数量级，拟合精度提升26%以上。

　　截至目前，该成果已获授权中国发明专利20件、美国发明专利2件，登记软件著作权14项，发表论文150余篇，成果和软件在国内外15个油气田应用，支撑了我国涪陵、长宁—威远两个国家级页岩气示范区建设和塔河、哈拉哈唐等缝洞型碳酸盐岩油藏的高效开发，近三年新增销售额141.84亿元，新增利润35.44亿元。