——记中国石油勘探开发研究院储层改造仿真软件FrSmart研发团队

李 莉  祝传海　特约通讯员  严增民 　

　　油气资源劣质化程度加剧，我国油气勘探开发难度越来越大，在此背景下，压裂工程成为国内非常规油气不可或缺的开发利器之一。工业软件是解决压裂工程问题核心技术的有形化载体，是实现复杂地质条件下的高质量压裂的必备工具。长期以来，我国压裂软件全部依靠国外进口，购置成本高，同时面临国外技术封锁及数据安全等多重风险。

　　中国石油天然气集团有限公司（以下简称“集团公司”）通过“揭榜挂帅”的选才方式，筛选出一支敢想敢干的创新团队。集团公司通过联合攻关，建立高效的科研合作和创新机制，在短短5年内解决了非平面全三维裂缝模拟、含天然缝的复杂裂缝模拟等瓶颈技术；高质高效地完成了地质工程一体化压裂优化设计软件FrSmart1.0版的研发，实现了国产压裂优化设计软件零的突破，填补了国内空白。研发脚步不停歇，软件功能持续升级。目前软件已升级到储层改造仿真软件FrSmart2.0Beta版，后续还将增加酸压、酸化模拟功能模块，形成功能完善、计算精度、速度进一步提升的储层改造仿真软件FrSmart2.0版（以下简称“FrSmart软件”）。

　　从0到1，从无到有，对于中国石油勘探开发研究院FrSmart软件研发团队而言，国外开发商几十年研发的成果，他们仅用短短几年研发成功并实现工业化应用，攻关过程注定困难重重。怀抱打造世界一流技术的理想追求，他们用实际行动诠释着“支撑当前，引领未来”的真正含义，用苦干实干破解着世界级难题。责任在心，路在脚下。怀抱不服输的精神，他们一直向着心中的目标奋力前行。

亮剑

——坚定自主创新之路

　　压裂具有高投入、高风险、不可逆的工程特征，需要先通过软件的优化回答什么样的裂缝最好，怎样的工艺方式、压裂液支撑剂材料和工程参数组合才能够在地下制造出预期的裂缝。获得较大的经济效益，才能进行工程实施。

　　与国外比，国内的地质条件异常复杂，储层平面和纵向的非均质性强，需要更科学、更有针对性的优化方案。然而，由于缺乏自主压裂软件的支持，我国不得不依赖于国外的商业软件。

　　我国自“十五”以来，针对部分功能需求，也开展了压裂软件研发工作，但因缺乏高效的顶层设计、持续的资金、人力资源投入，软件开发一直停留在解决特定时期出现的某个生产问题上，缺乏面向全局的整体解决方案。形成的代码因稳定性差、计算效率低、不具备可操作性和可视化功能，只能成为揣在技术人员兜里的“程序”，无法转化成面向市场的商业化产品。国内压裂优化设计软件完全依赖进口，这已成为储层改造产业链中的一大痛点。

　　为打破压裂软件关键技术国外垄断，2018年10月，集团公司设立中长期研发目标，由科技管理部组织，设立压裂软件研发专题，压裂优化软件预研起步；2020年6月，集团公司将“体积压裂优化设计软件”列为关键核心技术攻关项目，并通过“揭榜挂帅”的科研组织模式，征集软件研发项目团队。

　　中国石油勘探开发研究院首席技术专家王欣勇挑重任，以压裂酸化技术中心地质工程一体化科室团队为基础，联手多家单位成功揭榜“体积压裂优化设计软件”项目。

　　对标国际一流软件，团队明确了自研软件赶超的品牌目标。做好任务定位，本着“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”的理念，团队充分发挥集团公司优势，加大攻关，向软件研发“亮剑”，努力打造能代表集团公司理论、技术发展新成果的精品工程。

冲锋

——从“突围”到“迭代”

　　在中国石油勘探开发研究院（以下简称“勘探院”）副院长付永强、首席技术专家王欣带领下，项目团队成员不惧难题挑战，从国内常规和非常规油气藏改造生产需求出发，对创新解决软件研发难点问题上下求索、博采众长。团队对标国际最先进的商业化软件，采用国际上最先进的地质工程一体化技术路线，在开发过程中不断推动软件持续迭代升级。

　　攻关不到5年，团队就拿下了11项卡点技术，编码150余万行，三维裂缝模拟结果与相同条件下的大物模实验结果近乎一致，压后产能模拟精度通过国际石油工程师协会（SPE）标准算例的验证。人工裂缝模拟和压后产能模拟，计算速度从天为单位降低到小时甚至分钟为单位的模拟，达到同类顶级软件水平。

　　2022年1月27日，团队在北京正式发布了FrSmart1.0Beta版，这款软件拥有地质力学建模、压前分析、压裂模拟、产能模拟、经济评价、实时决策6大功能模块，实现了常规、非常规等多种油气藏类型的直井、定向井、水平井等单井压裂优化设计功能，非平面全三维裂缝模拟模型紧跟国际先进水平。成果实现了国产化软件里程碑式的突破，仅能依靠引进国外软件做压裂设计的历史一去不复返。

　　自1.0Beta版发布后，团队按照现场需求和应用反馈，以地质工程一体化工作流程为主线，不断完善各大功能模块，快速升级核心功能。2023年11月23日，具有200余万行代码的FrSmart1.0版软件正式发布。它的发布为国内主要油气公司的国内外油田区块优化设计提供了国产化工具，助力油气公司高质量发展更上一层楼。

　　FrSmart1.0版软件全新上线了地质力学建模、压前分析、压裂测试、压裂模拟、产能模拟、经济评价、实时决策和数据库8个功能模块。它从单井压裂优化设计，快速跨入平台多井地质工程一体化压裂优化设计时代，能够解决目前绝大多数油气藏、多种井型及平台井工厂化的压裂模拟和产能模拟面临的技术问题。软件增加多井工厂化拉链式压裂模拟、天然裂缝和层理对裂缝扩展的影响、多种压裂液和支撑剂复合压裂工艺模拟等多项特色功能，更加聚焦现场应用需求。稳定性和计算效率也大幅提升，达到了工业化模拟标准，计算结果经专业机构评测及上千用户测评与国际顶级商业化软件水平同步，非平面全三维裂缝模拟、嵌入式离散裂缝产能模拟达到国际先进水平。关键模块间“一键式”成果信息无丢失传递和继承，将原先需要几天、几小时完成的工作，降低到分钟级甚至秒级完成，准确程度和效率大幅提升，地质-工程-信息一体化压裂优化设计功能进一步完善。

　　持续推动软件功能不断提升，目前软件已经升级到FrSmart2.0Beta版，裂缝模拟实现了流固耦合求解的算法优化和并行重构，速度提升3至10倍。上线多重孔渗模拟器、三维地质力学建模模块，四维地应力模拟实现突破，新增几何法和聚类分析分段分簇和风险避射等功能，人机交互界面逻辑性和可操作性进一步优化。后续软件还将继续升级到储层改造仿真软件FrSmart2.0版本。

　　压裂软件研发已取得巨大进展，但谈到未来，团队成员坦言，软件性能提升依然面临巨大挑战。如何提高软件的运算速度和稳定性，丰富软件功能，形成具备一体化、智能型压裂优化设计平台；如何满足储层改造生产需求，尽快实现国产化替代，把软件打造成一款更先进、更易用、更有用户吸引力的品牌软件和工程利器……这些，都在等待他们进一步去突破。

聚力

——团队努力是乘法

　　FrSmart软件的成功开发是集体智慧的结晶。团队成员在攻坚克难中前赴后继，完成着知识和经验的接力和传承。团队初建时，在王欣的带领下，杨立峰、刘哲、王臻、高睿、莫邵元组成的5人团队合力攻关，共克难题。怀抱理想主义情怀，大家志同道合、互帮互助，将团队锻造成当时集团公司战斗力最强的一支队伍。

　　历经6年披荆斩棘，围绕FrSmart软件研发，团队的研究已涵盖压前、压中和压后全链条、9个模块的关键问题，团队的构成也在任务的不断调整和完善中形成了新的强大阵容。

　　在压裂软件研发的顶层设计上，付永强、王欣统揽全局，在规划和决策层面进行战略性的布局和安排。杨立峰作为技术研究执行层面负责人之一，负责软件开发的整体把控协调。科室主任刘哲除负责软件研发工作的整体推进外，还承担了压后产能模拟、经济评价两个模块的开发与设计工作。副主任范濛主要负责裂缝扩展模拟核心模块的研发工作。一级工程师卢海兵负责压力测试版块的研发工作及现场应用测试工作。团队两位年轻的90后成员袁立山和刘浩分别负责三维地质建模模块的研发和压前分析模块的研发。引进的地质力学专家王刚有着丰富的海外软件研发经验，目前负责地质力学相关模块的功能设计和研发。

　　FrSmart软件的问世、迭代，凝结着团队老中青三代科技工作者的心血，他们用实际行动践行着压裂人为保障国家能源安全奉献自我的誓言。

　　付永强从2023年底开始负责FrSmart软件的新项目攻关，担任项目长和团队带头人。软件研发进入了新的阶段，如何让软件的应用场景适应油气田的现状；从数学建模、代码编写到应用推广及后期的技术支撑，如何做好人力资源的规划；如何实现科技管理的创新，制定合理的软件开发体制机制，这都是他在着手推进的工作。“不同阶段，我们面对的问题不同。当前，有和无的问题我们已经解决了，国家有了自主研发的压裂软件，结束了长期依赖国外软件的被动局面。但油气开发是一项长期事业，我们要根据不同的油田特性来进行软件调整，让它的应用范围不断扩大，能解决不同的个性化问题。所以，我们现在正朝着从有到精这个方向走。”对油田开发事业，付永强怀有炽热的情感，在国内外油田的现场工作经验和油田管理经验，让他有信心和底气迎接未来的挑战。

　　从2018年压裂优化软件预研起步，到2020年集团公司将“体积压裂优化设计软件”列为关键核心技术进行项目攻关，王欣都站在了前列。敢于担当，直面挑战，王欣坦言，底气来自集团公司几十年应对各种复杂储层条件做工程技术研究的积淀。带领团队合力攻关，王欣知人善任，大家优势互补、不辞辛苦，积极主动把工作不断向前推进。经历过软件架构推翻重建、将收费软件整体迁移到开源三维可视化工具的痛苦过程，FrSmart软件从1.0Beta版向2.0迭代。面对人工智能、大数据、云计算新技术的涌现，FrSmart软件的未来发展亦有了新布局。关键核心技术项目攻关将于2025年年底结题，带领团队完成好最后攻关，即使不再担任新项目的项目长，但作为勘探院储层改造领域的首席技术专家，发挥支撑、辅助作用，为团队建言献策，为FrSmart软件的迭代发展继续贡献力量，王欣仍责无旁贷。

　　杨立峰从项目开始就参与到压裂软件的课题攻关中。此前的油田工作经历和项目管理经验让他有机会接触到广阔的知识领域，也通过棘手问题的解决，提升了自己的能力。将老同志手把手教给他的知识、技能，用到FrSmart软件开发中，他全程参与了项目的攻关。随着软件研发取得一个个突破，杨立峰在团队中也担负起更加重要的责任。与团队同事一路“过关斩将”，他的目标是打造更先进、更好用、更美观的软件。“人工智能技术赋能压裂开发，将提升我们的设计效率及效果。借助云上资源，解决用户在硬件配置上的痛点问题；将交互式的操作引入网页端……这都是未来我们需要去探索的方向。”杨立峰说。

　　刘哲是团队中的青年女专家。2015年之前，她更多是在油田跑现场，休完产假后她承担了重大专项的管理工作，不能到现场，与技术脱离，一段时间她曾陷入迷茫。加入FrSmart软件的开发中，能继续用自己之前的积累为项目推进作贡献，她感到由衷开心。由于领导的信任，她挑起了部分管理重任，全程参与项目攻关，她不仅提高了业务能力，也收获了不一样的体验。专注于软件开发，她愿与其他团队成员一道迎来事业的下一个辉煌。

　　团队骨干成员范濛是裂缝模拟器的主要负责人之一，因需要面对现场各种复杂的情况，他必须马不停蹄地处理遇到的各种问题。入职4年，虽时间不长，但他成长迅速，挑起了科室的一些管理工作。领导、前辈的信任与支持，让他敢于放开手脚去闯。一路的攻关经历，也坚定了他的事业信心。将软件开发当成一项技术传承的事业来做，他在一点一滴的积累中也收获了事业的成就感。

　　袁立山和刘浩虽是2022年入职的新人，但在短短的时间内，他们都独自挑起了重任。他们感谢团队对年轻人的信任，让他们在自己负责的小方向能够自由探索。为了让软件更好用，他们愿沉下心钻研好技术。

　　将个人追求融入团队目标中，抱着干事创业的信念，团队敢于挑战未知，敢于面对困难。在无数次的探讨和试验中，他们一步步向前，用实际行动证明了无论起点有多低，只要坚持不懈，就一定能走出一条属于自己的路。

破浪

——奋楫扬帆启新程

　　以成果快速转化满足现场迫切需求为动力，团队高度重视用户侧的反馈意见和建议。联合示范应用单位，团队开展软件培训，在推广软件的同时，也找到了及时获取用户反馈的重要渠道。

　　刘哲坦言，最初的培训其实只在内部进行，但软件最终要拿到市场上检验，因此对外培训被提上了日程。第一期对外培训，应用单位从速度、稳定性、功能设置等方面提出了许多改进意见，辛苦打磨出的产品在别人眼中存在诸多欠缺，起初团队中每个人心情都很低落。但后来大家都认为第一期培训具有里程碑意义，因为用户反馈正是一面镜子，正视这些意见，改进产品才能获得性能更好的软件。

　　裂缝扩展模拟提速是影响软件使用效率的最重要的一个问题，这一问题正是在培训反馈中被发现。团队迎难而上，在杨立峰的带领下，组织王臻、范濛等核心研发人员开展技术攻关，在勘探院国际合作处的大力支持下，与国际多位知名教授合作，获得了他们在算法层面上提供的经验指导。团队还积极对接中国地质大学（武汉）、深圳北理莫斯科大学等高校，就裂缝扩展模拟算法提速问题开展技术交流。在专家的指导下，团队多次开展头脑风暴，最终突破流固耦合和线性方程组求解等关键算法，将模拟器的速度提升10倍以上，同时采用多进程并发对各压裂段并行计算，充分利用多核资源，实现了硬件并行加速。

　　将培训作为推广软件和提升软件性能的主要渠道，6年时间里，FrSmart软件研发团队已累计完成18期应用培训，覆盖集团公司所有油气田与钻探企业。中国石化中原油田、中国海油、延长油田及国内十余所高校，累计培训学员约1100人次。吉林油田油气工艺研究院、新疆油田工程技术研究院的储层改造工程师们在参加软件培训后，先后多次自主在油田研究院和采油厂组织软件应用培训；长庆油田、西南油气田、川庆钻探等均在系统平台安装部署应用，加强FrSmart软件推广力度；吐哈油田、长城钻探等单位基本实现FrSmart软件的全面应用，并依托模拟结果发表多篇高水平科研论文。

　　2024年3月25日至29日，FrSmart软件研发团队在广州培训中心成功完成集团公司组织的FrSmart初级班培训任务。这是FrSmart2.0Beta版在集团公司16家油气田公司、7家科研院所与钻探企业的首期培训，为软件在集团内部单位的全面推广应用，实现自主化国产软件的全面替代奠定了坚实基础。

　　截至2024年10月中旬，FrSmart软件已在中国石油、中国石化、中国海油、延长石油部署安装突破1570套，在页岩油气、致密油气、深层煤层气等资源领域压裂设计中应用万余段/层，反馈良好。

　　团队还与石油类高校签订FrSmart软件的联合测试协议，以软件为载体，传承技术，依托平台数据、人才、技术与高校前沿领域尖端科技力量，共同完成技术迭代。团队不断强化基础研究、技术创新与油田现场的密切结合，从而联合完善学、培、售、用的工业化软件产业链，实现软件从1.0到2.0的升级，推动校企双方高质量共同发展。

　　在软件应用培训中，团队发现，用户的要求越来越高。一些用户甚至会问，能否输入几个参数软件就能直接给出压裂设计方案，或者直接在手机上操作软件就能快速完成设计。最开始收到这些提问时，团队觉得想法太美好了。但随着人工智能的飞速发展，紧密围绕储层改造的关键核心问题，以大数据、机器学习等技术为手段，开展智能化压裂优化设计与实施决策技术攻关，FrSmart软件向更智能、更便捷的方向发展似乎变成了可能。