中石油研发课题申报书

中石油研发课题申报书一、封面内容

项目名称：页岩油气高效开采关键技术研发与应用

申请人姓名及联系方式：张明zyang@

所属单位：中国石油勘探开发研究院

申报日期：2023年10月26日

项目类别：应用研究

二．项目摘要

本项目聚焦页岩油气高效开采的核心技术瓶颈，以提升单井产量和采收率为主要目标，开展系统性的研发与应用。项目以页岩岩石物理特性、复杂渗流机理及新型压裂技术为研究重点，通过多尺度数值模拟和实验验证，探索页岩层段应力敏感性控制与裂缝扩展优化路径。具体研究内容包括：一是建立页岩基质与裂缝协同渗流模型，揭示不同应力状态下产能衰减机制；二是研发新型交联剂与支撑剂体系，提升水力压裂效果和裂缝导流能力；三是设计智能温控开采工艺，解决页岩气开采中的高温高压难题。项目采用室内实验、现场测试与数值模拟相结合的方法，预期形成一套完整的页岩油气高效开采技术方案，包括配套的压裂设计软件和工程参数优化体系。成果将直接应用于长宁页岩气田等生产项目，预计可提升单井产量30%以上，降低开采成本20%，对保障国家能源安全具有重要支撑作用。

三.项目背景与研究意义

当前，全球能源格局深刻变革，化石能源在能源结构中的主导地位面临挑战，但以页岩油气为代表的非常规油气资源，仍被视为保障能源安全的关键变量。中国作为世界主要的油气消费国和进口国，积极拓展国内油气供应，页岩油气资源的勘探开发被置于国家能源战略的优先位置。经过十余年的技术攻关，我国页岩油气开发已取得阶段性成果，部分区块实现了商业性生产，但与北美等领先国家相比，在单井产量稳定性、采收率提升、开发成本控制等方面仍存在显著差距，制约了页岩油气资源的规模化有效利用。

我国页岩油气开发面临的主要问题体现在以下几个方面。首先，页岩岩石力学性质复杂，具有高孔隙度、低渗透率、强应力敏感性和脆性特征，导致在钻井、完井和压裂过程中易发生井壁失稳、垮塌和井漏等问题，增加了作业风险和成本。其次，页岩油气赋存于薄层、裂缝发育的复杂地质环境中，压裂裂缝的扩展难以有效穿透整个页岩层段，易形成短裂缝或舌进效应，导致储层沟通不充分，产能潜力无法充分释放。常规压裂技术中使用的交联剂、支撑剂等关键材料与页岩矿物成分、地应力场不匹配，易引发页岩膨胀、出粉、滤失加剧等问题，削弱了裂缝的导流能力和长期有效性。此外，页岩气开采过程中普遍存在高温高压、富含H₂S等特殊工况，对设备材料、开采工艺和环保要求极高，现有技术体系难以完全适应。最后，缺乏精细化的地质建模和动态监测技术，难以准确预测储层物性非均质性、裂缝扩展路径和产能衰减规律，导致压裂设计盲目性大，优化空间受限。

面对上述挑战，开展页岩油气高效开采关键技术的研发具有紧迫性和必要性。从技术层面看，突破页岩岩石力学改造、复杂裂缝网络构建、新型压裂材料设计、智能开采调控等核心技术，是提升页岩油气开发效益的根本途径。从经济层面看，降低单井投资和运营成本，提高采收率，是实现页岩油气经济有效开发的必然要求，对保障国家能源供应多元化、缓解油气进口压力具有重要意义。从学术层面看，深入理解页岩复杂渗流规律、裂缝扩展机制、岩石-流体相互作用等基本科学问题，将推动岩石物理、流体力学校验、材料科学等领域的发展，形成具有自主知识产权的核心技术体系。从社会层面看，高效开发页岩油气资源，有助于增强国家能源安全保障能力，促进能源结构优化，同时带动相关装备制造、技术服务等产业发展，创造就业机会，助力经济高质量发展。

本项目的研究意义主要体现在以下几个方面。首先，在理论层面，通过多尺度耦合建模和实验研究，揭示页岩油气储层复杂非均质性对渗流和裂缝扩展的影响规律，深化对页岩介质物理化学性质的认知，为页岩油气开发提供新的科学依据。其次，在技术层面，研发新型环保型交联剂和可调控支撑剂，优化压裂工艺设计，形成一套适应不同地质条件的页岩油气高效开采技术体系，显著提升单井产量和采收率，降低生产成本。再次，在经济层面，通过技术集成与创新，降低页岩油气开发全产业链成本，提高投资回报率，为页岩油气资源的商业化规模开发提供技术支撑，增强我国在非常规油气领域的国际竞争力。此外，项目成果将推动相关装备制造业的技术升级，培育新的经济增长点，对促进能源产业转型升级具有积极意义。最后，在战略层面，通过提升国内页岩油气供给能力，减少对进口能源的依赖，增强国家能源安全韧性，为国家能源战略实施提供有力保障，同时为全球非常规油气开发提供中国解决方案，提升我国在能源领域的话语权和影响力。本项目的实施，将有效解决制约我国页岩油气高效开发的技术瓶颈，为保障国家能源安全、推动经济高质量发展提供关键技术支撑，具有重要的学术价值、经济价值和社会价值。

四.国内外研究现状

国内外在页岩油气高效开采技术领域已开展了广泛的研究，取得了一系列重要成果，初步形成了以水力压裂为核心的开发技术体系。从国际上看，以美国为代表的发达国家在页岩油气开发方面起步较早，技术积累相对成熟。早期研究主要集中在页岩地质评价、含油气系统分析和钻井完井技术优化等方面，通过大量的勘探开发实践，逐步认识到页岩的特殊性，并开始探索针对性的开发策略。近年来，美国页岩油气开发通过不断优化压裂参数、改进支撑剂设计、发展水平井钻完井技术等，实现了单井产量的大幅提升，形成了较为完善的页岩油气开发理论和技术体系。例如，Barnett页岩气田的成功开发，被誉为“页岩革命”的里程碑，其经验表明通过大规模水力压裂改造，可以有效沟通页岩裂缝网络，实现商业性生产。在此基础上，国外研究者进一步开展了页岩岩石力学、渗流机理、压裂裂缝扩展等方面的深入研究，发展了如等效介质模型、复合介质模型、考虑应力路径影响的裂缝扩展模拟等理论方法，并研制了多种新型压裂液、交联剂和支撑剂产品。同时，智能压裂、分阶段压裂、多级压裂等先进工艺技术不断涌现，进一步提高了压裂效果和经济效益。在监测技术方面，美国等发达国家积极应用微地震监测、飞秒激光成像、分布式光纤传感等技术，实时追踪压裂裂缝扩展过程，为压裂设计优化提供依据。

我国页岩油气研究起步相对较晚，但发展迅速，在借鉴国外先进经验的基础上，结合国内页岩地质特点，开展了大量创新性研究。早期研究主要集中于页岩资源评价、地质建模和井位部署优化等方面，为后续开发奠定了基础。进入21世纪以来，随着长宁页岩气田等大型项目的启动，我国在页岩油气压裂技术领域取得了突破性进展。在压裂技术方面，国内研究机构和企业自主研发了适用于复杂地应力场、高矿物含量页岩的压裂液体系、交联技术和支撑剂体系，并在现场实践中不断优化压裂参数，形成了具有自主知识产权的压裂技术系列。例如，通过引入新型交联剂、优化支撑剂粒径和级配、改进压裂工艺等，显著提高了裂缝导流能力和延伸长度。在岩石力学研究方面，针对国内页岩脆性指数低、抗压强度高等特点，开展了大量的岩石力学实验和数值模拟研究，发展了考虑各向异性、非均质性的页岩力学模型，为井壁稳定预测和压裂设计提供了理论支撑。在监测技术方面，国内已初步掌握微地震监测、光纤传感等先进技术，并在多个页岩气田现场应用，为优化压裂效果提供了数据支持。此外，国内研究机构还积极探索水平井钻完井、大型压裂、氮气压裂、二氧化碳压裂等新型开发技术，以适应不同地质条件下的页岩油气开发需求。

尽管国内外在页岩油气高效开采技术领域取得了显著进展，但仍存在一些尚未解决的问题和研究空白。首先，在基础理论研究方面，页岩岩石力学性质的高度非均质性、应力敏感性、脆性演化规律等基础科学问题尚未得到完全阐明，制约了压裂设计的精度和可靠性。例如，页岩在压裂过程中的矿物膨胀、出粉现象机理复杂，其对裂缝扩展和产能的影响规律尚不清晰。其次，在压裂技术方面，现有压裂技术仍难以有效解决页岩薄层、复杂裂缝网络发育等地质难题，压裂裂缝的扩展和复杂度预测精度不高，导致压裂设计存在较大不确定性。新型压裂液、交联剂和支撑剂在高温、高盐、高矿物含量等复杂环境下的性能稳定性和效率仍有待提升，特别是环保型、可降解压裂液的研发仍面临挑战。此外，智能压裂技术在实际应用中仍处于探索阶段，如何实现压裂过程的实时监测、智能控制和效果评价，仍是亟待解决的技术难题。在监测技术方面，现有监测技术的精度、分辨率和成本仍有待提高，难以满足复杂地质条件下精细化的监测需求。例如，微地震监测在噪声识别、事件定位精度等方面仍有提升空间，光纤传感等新兴监测技术在长期稳定性、抗干扰能力等方面仍需完善。

在经济性方面，页岩油气开发成本仍然较高，尤其是在地质条件复杂、埋深较大的地区，开发效益难以保证。如何通过技术创新降低开发成本，提高经济可行性，是制约页岩油气规模化开发的关键因素。此外，页岩油气开发的环境影响问题日益受到关注，如何实现绿色开发、减少环境污染，是页岩油气可持续发展必须面对的挑战。例如，压裂液的安全处置、甲烷泄漏控制等问题仍需深入研究。在非常规混相流理论方面，页岩油气藏中普遍存在气液两相或三相流，其流动规律和相态行为与常规油气藏存在显著差异，但相关的理论研究仍相对薄弱，制约了混相流驱油技术的研发和应用。在数值模拟方面，现有数值模拟方法在处理页岩复杂非均质性、多场耦合（渗流-力学-化学）等方面仍存在局限性，难以准确预测页岩油气开发的全过程。最后，在跨学科研究方面，页岩油气高效开采涉及地质学、岩石力学、流体力学校验、材料科学、化学、控制工程等多个学科领域，但跨学科融合研究相对不足，制约了创新性技术的产生。上述问题表明，页岩油气高效开采技术领域仍存在大量的研究空白和挑战，需要开展更加深入系统的研究，以推动该领域的持续发展。

五.研究目标与内容

本研究旨在针对页岩油气高效开采面临的关键技术瓶颈，通过多学科交叉融合与系统性技术创新，突破页岩复杂介质改造、裂缝网络优化、智能控裂等核心技术，显著提升单井产量和采收率，降低开发成本，为实现页岩油气的经济有效开发提供理论支撑和技术保障。具体研究目标与内容如下：

（一）研究目标

1.建立考虑多场耦合的页岩复杂介质力学-渗流耦合模型，揭示应力路径、矿物组成对页岩脆性演化及产能衰减的影响规律，为优化压裂设计提供理论依据。

2.研发新型可调控压裂液体系与高效支撑剂，解决页岩压裂过程中的出粉、膨胀等难题，提升裂缝导流能力和延伸长度，提高压裂效果。

3.形成基于多参数监测数据的智能压裂优化技术，实现压裂过程的实时监控、动态调整和效果评价，提高压裂效率和经济性。

4.提出适应不同地质条件的页岩油气高效开采模式，降低开发成本，提高采收率，实现页岩油气的规模化、经济有效开发。

5.阐明页岩油气开发过程中的环境影响机理，提出绿色开发技术方案，实现页岩油气的可持续开发。

（二）研究内容

1.页岩复杂介质力学-渗流耦合机理研究

（1）研究问题：页岩在应力路径、矿物组成等因素影响下的脆性演化规律及其对产能的影响；页岩复杂介质中渗流-力学耦合机理。

（2）假设：页岩脆性演化符合特定本构关系，受应力路径、矿物组成、温度等因素影响；页岩渗流过程受应力场、温度场、浓度场等多场耦合控制。

（3）研究方法：开展不同应力路径、温度、矿物组成的页岩岩石力学实验，获取脆性演化数据；建立考虑多场耦合的页岩渗流-力学耦合模型，进行数值模拟和实验验证。

（4）预期成果：揭示页岩脆性演化规律及其对产能的影响；建立页岩复杂介质渗流-力学耦合模型，为优化压裂设计提供理论依据。

2.新型可调控压裂液体系与高效支撑剂研发

（1）研究问题：页岩压裂过程中出粉、膨胀等难题的机理；新型可调控压裂液体系与高效支撑剂的性能。

（2）假设：页岩压裂过程中的出粉、膨胀等现象与压裂液-页岩相互作用、矿物组成等因素有关；新型可调控压裂液体系与高效支撑剂能够有效解决上述难题。

（3）研究方法：开展页岩矿物与压裂液相互作用实验，研究出粉、膨胀等现象的机理；研制新型可调控压裂液体系与高效支撑剂，进行室内评价和现场试验。

（4）预期成果：揭示页岩压裂过程中出粉、膨胀等现象的机理；研制新型可调控压裂液体系与高效支撑剂，提高压裂效果和经济性。

3.基于多参数监测数据的智能压裂优化技术

（1）研究问题：如何实现压裂过程的实时监控、动态调整和效果评价；如何提高压裂效率和经济性。

（2）假设：通过多参数监测数据，可以实时追踪压裂裂缝扩展过程，并根据监测结果动态调整压裂参数，提高压裂效果和经济性。

（3）研究方法：开展压裂过程多参数监测实验，包括微地震监测、分布式光纤传感等；开发基于监测数据的智能压裂优化软件，进行数值模拟和现场试验。

（4）预期成果：形成基于多参数监测数据的智能压裂优化技术，提高压裂效率和经济性。

4.适应不同地质条件的页岩油气高效开采模式

（1）研究问题：如何针对不同地质条件的页岩油气藏，提出高效的开采模式；如何降低开发成本，提高采收率。

（2）假设：针对不同地质条件的页岩油气藏，可以通过优化压裂参数、改进开发工艺等方法，实现高效开采。

（3）研究方法：开展不同地质条件下的页岩油气藏数值模拟和室内实验；提出适应不同地质条件的页岩油气高效开采模式，进行现场试验和效果评价。

（4）预期成果：提出适应不同地质条件的页岩油气高效开采模式，降低开发成本，提高采收率。

5.页岩油气开发过程中的环境影响机理与绿色开发技术

（（1）研究问题：页岩油气开发过程中的环境影响机理；如何实现绿色开发，减少环境污染。

（2）假设：页岩油气开发过程中的环境影响主要来自于压裂液的安全处置、甲烷泄漏等；可以通过采用绿色压裂液、甲烷回收等技术实现绿色开发。

（3）研究方法：开展页岩油气开发过程中的环境影响实验和数值模拟；研制绿色压裂液、甲烷回收等技术，进行现场试验和效果评价。

（4）预期成果：阐明页岩油气开发过程中的环境影响机理；提出绿色开发技术方案，实现页岩油气的可持续开发。

六.研究方法与技术路线

本研究将采用理论分析、实验研究、数值模拟和现场试验相结合的技术路线，多学科交叉协同攻关，系统解决页岩油气高效开采中的关键科学问题和技术瓶颈。具体研究方法与技术路线如下：

（一）研究方法

1.理论分析方法

（1）方法描述：基于岩石力学、渗流力学、化学流变学等基础理论，建立页岩复杂介质力学-渗流耦合模型，分析页岩脆性演化规律、裂缝扩展机理、压裂液-页岩相互作用等基本科学问题。采用多场耦合数值模拟方法，模拟页岩油气开发过程中的应力场、温度场、渗流场和化学场变化，预测裂缝扩展路径、产能分布和采收率。

（2）应用内容：用于分析页岩脆性演化规律及其对产能的影响；揭示页岩复杂介质中渗流-力学耦合机理；预测压裂裂缝扩展路径和复杂度；优化压裂参数设计。

2.实验研究方法

（1）方法描述：设计并开展系列室内实验，包括页岩岩石力学实验、压裂液-页岩相互作用实验、裂缝扩展实验、产能评价实验等。采用先进实验设备，如伺服控制岩石力学测试仪、高压流变仪、微地震监测系统等，获取高精度实验数据。

（2）应用内容：用于获取页岩脆性演化数据；研究压裂液-页岩相互作用机理；验证数值模拟结果；评价新型压裂液体系与高效支撑剂的性能。

3.数值模拟方法

（1）方法描述：基于理论分析结果和实验数据，建立考虑多场耦合的页岩油气开发数值模拟模型。采用有限元、有限差分等方法，模拟页岩油气开发过程中的应力场、温度场、渗流场和化学场变化。开发基于监测数据的智能压裂优化软件，实现压裂过程的实时监控、动态调整和效果评价。

（2）应用内容：用于预测压裂裂缝扩展路径和复杂度；优化压裂参数设计；模拟页岩油气开发过程；评价不同开采模式的效果。

4.现场试验方法

（1）方法描述：选择典型页岩油气田，开展现场试验，包括新型压裂液体系现场试验、智能压裂现场试验、绿色开发技术现场试验等。收集现场试验数据，进行效果评价和经济性分析。

（2）应用内容：用于验证室内实验和数值模拟结果；评价新型压裂液体系、智能压裂技术和绿色开发技术的效果；评估不同开采模式的经济可行性。

5.数据收集与分析方法

（1）方法描述：通过现场试验、室内实验和数值模拟，收集页岩油气开发过程中的各类数据，包括岩石力学参数、压裂液性能数据、裂缝扩展数据、产能数据、环境监测数据等。采用统计分析、机器学习等方法，对数据进行分析和处理，提取有用信息。

（2）应用内容：用于分析页岩脆性演化规律；评价新型压裂液体系与高效支撑剂的性能；优化压裂参数设计；评估不同开采模式的效果；分析页岩油气开发过程中的环境影响。

（二）技术路线

本研究将按照“理论分析-实验研究-数值模拟-现场试验-成果应用”的技术路线进行，具体研究流程和关键步骤如下：

1.理论分析阶段

（1）关键步骤：收集和分析国内外页岩油气开发相关文献资料；总结现有研究成果和存在的问题；基于岩石力学、渗流力学、化学流变学等基础理论，建立页岩复杂介质力学-渗流耦合模型；分析页岩脆性演化规律、裂缝扩展机理、压裂液-页岩相互作用等基本科学问题。

（2）预期成果：形成一套完整的页岩复杂介质力学-渗流耦合理论体系；揭示页岩脆性演化规律及其对产能的影响；阐明页岩复杂介质中渗流-力学耦合机理。

2.实验研究阶段

（1）关键步骤：根据理论分析结果，设计并开展系列室内实验，包括页岩岩石力学实验、压裂液-页岩相互作用实验、裂缝扩展实验、产能评价实验等；采用先进实验设备，获取高精度实验数据；对实验数据进行处理和分析，验证理论模型。

（2）预期成果：获取页岩脆性演化数据；研究压裂液-页岩相互作用机理；验证数值模拟结果；评价新型压裂液体系与高效支撑剂的性能。

3.数值模拟阶段

（1）关键步骤：基于理论分析结果和实验数据，建立考虑多场耦合的页岩油气开发数值模拟模型；采用有限元、有限差分等方法，模拟页岩油气开发过程中的应力场、温度场、渗流场和化学场变化；开发基于监测数据的智能压裂优化软件，实现压裂过程的实时监控、动态调整和效果评价。

（2）预期成果：预测压裂裂缝扩展路径和复杂度；优化压裂参数设计；模拟页岩油气开发过程；评价不同开采模式的效果。

4.现场试验阶段

（1）关键步骤：选择典型页岩油气田，开展现场试验，包括新型压裂液体系现场试验、智能压裂现场试验、绿色开发技术现场试验等；收集现场试验数据，进行效果评价和经济性分析；根据现场试验结果，进一步优化理论模型、实验方案和数值模拟模型。

（2）预期成果：验证室内实验和数值模拟结果；评价新型压裂液体系、智能压裂技术和绿色开发技术的效果；评估不同开采模式的经济可行性。

5.成果应用阶段

（1）关键步骤：总结研究成果，形成一套完整的页岩油气高效开采技术体系；将研究成果应用于实际生产，进行技术推广和应用；持续进行技术改进和优化，提高页岩油气开发效益。

（2）预期成果：形成一套完整的页岩油气高效开采技术体系；提高单井产量和采收率；降低开发成本；实现页岩油气的规模化、经济有效开发。

七．创新点

本项目针对页岩油气高效开采中的关键科学问题和技术瓶颈，提出了一系列创新性的研究思路和方法，在理论、方法和应用层面均具有显著的创新性。具体创新点如下：

（一）理论层面的创新

1.揭示页岩复杂介质力学-渗流耦合机理：本项目首次系统地揭示了应力路径、矿物组成、温度等因素对页岩脆性演化及产能衰减的耦合影响规律，建立了考虑多场耦合的页岩复杂介质力学-渗流耦合模型。这一创新超越了传统单一物理场或简单耦合模型的研究范畴，为页岩油气高效开采提供了全新的理论视角和科学依据。通过深入理解页岩在应力、温度、流体等因素作用下的复杂响应机制，可以为优化压裂设计、提高裂缝有效性提供更精准的理论指导，从而推动页岩油气开发向更科学、更高效的方向发展。

2.阐明页岩压裂液-页岩相互作用机理：本项目深入研究了页岩矿物成分与压裂液组分之间的复杂相互作用，特别是针对页岩压裂过程中普遍存在的出粉、膨胀等现象，揭示了其内在的矿物学机制和物理化学过程。这一创新有助于从源头上解决页岩压裂中的技术难题，为研发新型可调控压裂液体系提供理论支撑。通过明确相互作用机理，可以指导压裂液配方设计，避免或减轻对页岩的损害，提高压裂效果和裂缝的长期导流能力。

3.阐明页岩油气开发过程中的环境影响机理：本项目系统研究了页岩油气开发过程中的环境影响机理，特别是压裂液的安全处置、甲烷泄漏等问题，为绿色开发技术方案的研发提供了理论依据。这一创新填补了该领域研究的空白，有助于推动页岩油气开发的可持续发展。通过深入理解环境影响机理，可以指导绿色开发技术的研发和应用，最大限度地减少页岩油气开发对环境的影响，实现经济效益和环境效益的统一。

（二）方法层面的创新

1.开发基于多参数监测数据的智能压裂优化技术：本项目创新性地将多参数监测数据（如微地震监测、分布式光纤传感等）与智能算法（如机器学习、人工智能等）相结合，开发基于监测数据的智能压裂优化技术。这一创新突破了传统压裂设计主要依赖经验和静态模型的局限，实现了压裂过程的实时监控、动态调整和效果评价，显著提高了压裂效率和经济效益。通过实时反馈和智能优化，可以动态调整压裂参数，优化裂缝扩展路径，提高压裂效果，降低压裂成本。

2.研发新型可调控压裂液体系与高效支撑剂：本项目创新性地设计并研制了一系列新型可调控压裂液体系与高效支撑剂，包括温敏型、pH敏型、离子型压裂液，以及具有特殊形状、高导流能力的支撑剂。这些新型材料能够根据地层条件和压裂需求，实现压裂液的智能调控和裂缝的优化支撑，有效解决了页岩压裂过程中的出粉、膨胀等难题。这一创新为页岩油气高效开采提供了新的技术手段，显著提高了压裂效果和裂缝的长期导流能力。

3.建立考虑多场耦合的页岩油气开发数值模拟模型：本项目创新性地建立了考虑应力场、温度场、渗流场、化学场等多场耦合的页岩油气开发数值模拟模型，并开发了相应的模拟软件。这一创新突破了传统数值模拟主要关注单一物理场的局限，能够更准确地模拟页岩油气开发过程中的复杂物理化学过程，提高了模拟结果的可靠性和准确性。通过多场耦合模拟，可以更全面地预测页岩油气开发过程中的产能分布、裂缝扩展路径、采收率等关键参数，为优化开发方案提供科学依据。

（三）应用层面的创新

1.提出适应不同地质条件的页岩油气高效开采模式：本项目基于理论研究、实验研究和数值模拟结果，提出了针对不同地质条件的页岩油气高效开采模式，包括水平井压裂、多级压裂、氮气压裂、二氧化碳压裂等。这些开采模式能够根据不同地质条件的特点，进行个性化设计，实现页岩油气的经济有效开发。这一创新为页岩油气开发提供了更加灵活、高效的技术方案，有助于提高单井产量和采收率，降低开发成本。

2.推动绿色开发技术的研发和应用：本项目将绿色开发理念贯穿于整个研究过程，创新性地研发了一系列绿色开发技术，包括绿色压裂液、甲烷回收技术等，并推动了这些技术的现场应用。这一创新有助于减少页岩油气开发对环境的影响，实现页岩油气的可持续发展。通过推广应用绿色开发技术，可以最大限度地减少页岩油气开发对环境的污染，保护生态环境，实现经济效益和环境效益的统一。

3.形成具有自主知识产权的页岩油气高效开采技术体系：本项目将理论研究、实验研究、数值模拟和现场试验相结合，形成了一套完整的页岩油气高效开采技术体系，并形成了多项具有自主知识产权的专利和软件著作权。这一创新提升了我国在页岩油气领域的国际竞争力，为实现页岩油气的规模化、经济有效开发提供了强大的技术支撑。通过推广应用该技术体系，可以显著提高我国页岩油气开发的水平，保障国家能源安全，推动经济高质量发展。

综上所述，本项目在理论、方法和应用层面均具有显著的创新性，有望为页岩油气高效开采提供全新的技术方案和理论依据，推动页岩油气开发的可持续发展，具有重要的学术价值、经济价值和社会价值。

八．预期成果

本项目针对页岩油气高效开采中的关键科学问题和技术瓶颈，通过系统性的研究和攻关，预期在理论、方法、技术和应用等多个层面取得一系列创新性成果，为我国页岩油气资源的经济有效开发提供强有力的技术支撑和科学依据。具体预期成果如下：

（一）理论成果

1.建立一套完整的页岩复杂介质力学-渗流耦合理论体系：预期揭示应力路径、矿物组成、温度等因素对页岩脆性演化及产能衰减的耦合影响规律，形成一套系统、完整的页岩复杂介质力学-渗流耦合理论体系。该理论体系将超越传统单一物理场或简单耦合模型的研究范畴，为页岩油气高效开采提供全新的理论视角和科学依据，深化对页岩介质在复杂应力、温度、流体等耦合作用下的响应机制的认识。

2.揭示页岩压裂液-页岩相互作用机理：预期深入阐明页岩矿物成分与压裂液组分之间的复杂相互作用，特别是针对页岩压裂过程中普遍存在的出粉、膨胀等现象，揭示其内在的矿物学机制和物理化学过程。预期成果将形成一套系统的页岩压裂液-页岩相互作用理论，为研发新型可调控压裂液体系提供坚实的理论基础，推动页岩压裂技术向更精细化、更高效的方向发展。

3.阐明页岩油气开发过程中的环境影响机理：预期系统研究并阐明页岩油气开发过程中的环境影响机理，特别是压裂液的安全处置、甲烷泄漏等问题，形成一套系统的页岩油气开发环境影响理论。预期成果将为绿色开发技术方案的研发提供理论依据，推动页岩油气开发的可持续发展，为制定相关政策提供科学参考。

（二）方法成果

1.开发基于多参数监测数据的智能压裂优化技术：预期开发出一套基于多参数监测数据的智能压裂优化技术，包括实时监测系统、数据处理算法、优化模型和软件平台。该技术将实现压裂过程的实时监控、动态调整和效果评价，显著提高压裂效率和经济效益，推动页岩压裂技术向智能化方向发展。

2.研发新型可调控压裂液体系与高效支撑剂：预期研制出一系列新型可调控压裂液体系与高效支撑剂，包括温敏型、pH敏型、离子型压裂液，以及具有特殊形状、高导流能力的支撑剂。预期成果将形成一套系统的、具有自主知识产权的新型压裂液体系与高效支撑剂，有效解决页岩压裂过程中的出粉、膨胀等难题，提高压裂效果和裂缝的长期导流能力。

3.建立考虑多场耦合的页岩油气开发数值模拟模型：预期建立一套考虑应力场、温度场、渗流场、化学场等多场耦合的页岩油气开发数值模拟模型，并开发相应的模拟软件。预期成果将形成一套系统、高效的页岩油气开发数值模拟方法，能够更准确地模拟页岩油气开发过程中的复杂物理化学过程，提高模拟结果的可靠性和准确性，为优化开发方案提供科学依据。

（三）技术成果

1.形成适应不同地质条件的页岩油气高效开采技术体系：预期形成一套适应不同地质条件的页岩油气高效开采技术体系，包括水平井压裂、多级压裂、氮气压裂、二氧化碳压裂等。预期成果将形成一套系统的、具有自主知识产权的页岩油气高效开采技术体系，能够根据不同地质条件的特点，进行个性化设计，实现页岩油气的经济有效开发。

2.推动绿色开发技术的研发和应用：预期研发出一套系列的绿色开发技术，包括绿色压裂液、甲烷回收技术等，并推动这些技术的现场应用。预期成果将形成一套系统的、具有自主知识产权的绿色开发技术体系，最大限度地减少页岩油气开发对环境的影响，实现页岩油气的可持续发展。

（四）应用成果

1.提高单井产量和采收率：预期通过应用本项目研发的技术成果，显著提高页岩油气单井产量和采收率，降低开发成本，提高经济效益。预期目标是在典型页岩油气田应用后，单井产量提高30%以上，采收率提高10%以上，开发成本降低20%以上。

2.推动页岩油气资源的规模化开发：预期本项目研发的技术成果将推动我国页岩油气资源的规模化开发，增加国内油气供应，降低对进口能源的依赖，保障国家能源安全。

3.提升我国在页岩油气领域的国际竞争力：预期本项目将形成一套完整的、具有自主知识产权的页岩油气高效开采技术体系，提升我国在页岩油气领域的国际竞争力，推动我国从页岩油气资源的进口国向出口国转变。

4.促进相关产业发展：预期本项目将带动相关装备制造、技术服务等产业的发展，创造就业机会，促进经济高质量发展。

综上所述，本项目预期在理论、方法、技术和应用等多个层面取得一系列创新性成果，为我国页岩油气资源的经济有效开发提供强有力的技术支撑和科学依据，具有重要的学术价值、经济价值和社会价值，将对我国能源产业和社会经济发展产生深远影响。

九.项目实施计划

本项目实施周期为三年，将按照“理论分析-实验研究-数值模拟-现场试验-成果应用”的技术路线，分阶段、有步骤地开展研究工作。项目时间规划和风险管理策略如下：

（一）项目时间规划

1.第一阶段：理论分析阶段（第1-6个月）

（1）任务分配：组建项目团队，明确各成员职责；收集和分析国内外页岩油气开发相关文献资料；总结现有研究成果和存在的问题；基于岩石力学、渗流力学、化学流变学等基础理论，建立页岩复杂介质力学-渗流耦合模型；分析页岩脆性演化规律、裂缝扩展机理、压裂液-页岩相互作用等基本科学问题。

（2）进度安排：前2个月用于组建项目团队和文献调研；接下来的4个月用于理论模型建立和科学问题分析；最后2个月用于阶段总结和成果汇报。

2.第二阶段：实验研究阶段（第7-18个月）

（1）任务分配：根据理论分析结果，设计并开展系列室内实验，包括页岩岩石力学实验、压裂液-页岩相互作用实验、裂缝扩展实验、产能评价实验等；采用先进实验设备，获取高精度实验数据；对实验数据进行处理和分析，验证理论模型。

（2）进度安排：前6个月用于实验方案设计和设备准备；接下来的6个月用于开展室内实验和数据分析；最后6个月用于实验结果总结和报告撰写。

3.第三阶段：数值模拟阶段（第19-30个月）

（1）任务分配：基于理论分析结果和实验数据，建立考虑多场耦合的页岩油气开发数值模拟模型；采用有限元、有限差分等方法，模拟页岩油气开发过程中的应力场、温度场、渗流场和化学场变化；开发基于监测数据的智能压裂优化软件，实现压裂过程的实时监控、动态调整和效果评价。

（2）进度安排：前6个月用于数值模拟模型建立和软件开发；接下来的12个月用于数值模拟计算和结果分析；最后12个月用于模拟结果验证和报告撰写。

4.第四阶段：现场试验阶段（第31-42个月）

（1）任务分配：选择典型页岩油气田，开展现场试验，包括新型压裂液体系现场试验、智能压裂现场试验、绿色开发技术现场试验等；收集现场试验数据，进行效果评价和经济性分析；根据现场试验结果，进一步优化理论模型、实验方案和数值模拟模型。

（2）进度安排：前6个月用于现场试验方案设计和准备工作；接下来的18个月用于现场试验实施和数据收集；最后18个月用于现场试验结果分析和报告撰写。

5.第五阶段：成果应用阶段（第43-48个月）

（1）任务分配：总结研究成果，形成一套完整的页岩油气高效开采技术体系；将研究成果应用于实际生产，进行技术推广和应用；持续进行技术改进和优化，提高页岩油气开发效益。

（2）进度安排：前6个月用于研究成果总结和技术体系形成；接下来的12个月用于技术推广和应用；最后12个月用于技术改进和优化，并撰写项目总结报告。

（二）风险管理策略

1.技术风险：页岩油气开发技术难度大，存在技术失败的风险。应对策略包括加强技术攻关，开展多方案比选，选择成熟可靠的技术路线；加强与科研院所、高校的合作，引进先进技术和管理经验。

2.环境风险：页岩油气开发可能对环境造成影响，如压裂液泄漏、甲烷泄漏等。应对策略包括采用绿色开发技术，加强环境监测和风险评估；制定应急预案，及时处理环境问题。

3.经济风险：页岩油气开发投资大，回报周期长，存在经济风险。应对策略包括进行充分的经济效益分析，选择具有经济可行性的开发方案；加强成本控制，提高开发效益。

4.政策风险：国家政策的变化可能对页岩油气开发产生影响。应对策略包括密切关注国家政策动态，及时调整开发策略；加强与政府部门的沟通，争取政策支持。

5.人员风险：项目团队人员流动可能影响项目进度。应对策略包括建立完善的管理制度，稳定项目团队；加强人员培训，提高团队素质。

通过制定科学的时间规划和有效的风险管理策略，本项目将确保按时、高质量地完成研究任务，取得预期成果，为我国页岩油气资源的经济有效开发做出贡献。

十.项目团队

本项目团队由来自中国石油勘探开发研究院及相关高校的资深研究人员、技术专家和青年骨干组成，团队成员在页岩油气地质学、岩石力学、渗流力学、化学流变学、压裂技术、数值模拟、环境工程等领域具有丰富的理论知识和实践经验，能够胜任本项目的研究任务。团队成员专业背景、研究经验、角色分配与合作模式如下：

（一）团队成员专业背景与研究经验

1.项目负责人：张教授，中国石油勘探开发研究院资深研究员，博士生导师。长期从事页岩油气地质评价、开发理论与技术研究，在页岩油气成藏机理、储层地质建模、开发方案优化等方面具有深厚的理论基础和丰富的实践经验。曾主持多项国家级重大科研项目，发表高水平学术论文60余篇，出版专著2部，获省部级科技奖励5项。研究方向包括页岩油气地质学、开发地质学、储层物理学等。

2.副项目负责人：李博士，中国石油勘探开发研究院青年研究员，硕士生导师。专注于页岩岩石力学与渗流机理研究，在页岩力学性质测试、裂缝扩展模拟、非常规渗流理论等方面具有较深的研究造诣。曾参与多项页岩油气开发先导性研究项目，发表高水平学术论文20余篇，申请发明专利10余项，获省部级科技奖励2项。研究方向包括岩石力学、渗流力学、非常规油气藏开发等。

3.研究骨干甲：王工程师，中国石油勘探开发研究院高级工程师，长期从事压裂技术研发与应用工作，在压裂液体系、支撑剂设计、压裂工艺优化等方面具有丰富的实践经验。曾参与多个大型页岩油气田的压裂工程设计与实施，解决了一系列现场压裂难题，发表学术论文10余篇，申请发明专利5项。研究方向包括压裂技术、储层改造、非常规油气开发工程等。

4.研究骨干乙：赵博士，中国石油大学（北京）副教授，博士生导师。研究方向包括页岩油气数值模拟、智能开采技术等，在页岩油气开发数值模拟软件研发、智能压裂优化等方面具有较深的研究造诣。曾主持国家自然科学基金项目1项，发表高水平学术论文30余篇，出版专著1部，获省部级科技奖励3项。研究方向包括数值模拟、智能开采、非常规油气开发理论等。

5.研究骨干丙：孙工程师，中国石油勘探开发研究院实验工程师，长期从事岩石力学实验、压裂液实验等工作，具有丰富的实验研究经验。曾参与多项页岩油气相关实验研究项目，熟练掌握各类实验设备操作，发表学术论文5篇，申请发明专利2项。研究方向包括岩石力学实验、压裂液实验、非常规油气藏实验研究等。

6.研究骨干丁：周博士，中国科学院地质与地球物理研究所博士后，研究方向包括页岩地质学、地球物理勘探等，在页岩沉积学、地球物理测井解释等方面具有较深的研究造诣。曾参与多项页岩油气地质评价项目，发表高水平学术论文15篇，申请发明专利3项。研究方向包括页岩地质学、地球物理勘探、非常规油气藏地质评价等。

（二）团队成员角色分配与合作模式

1.角色分配

（1）项目负责人：负责项目整体规划、组织协调、经费管理、成果总结等工作；指导团队成员开展研究工作，审核研究方案和成果；代表项目团队与相关部门