100%自研“中国芯” 国产软件闯出地下油气开采科技新路

  编者按：我国超八成油气储于致密岩层，自主可控的国产压裂优化设计软件是破解储层开采难题、保障油气开发数据安全的核心利器。近日，光明网记者走进中国石油勘探开发研究院压裂酸化技术研究所，探访FrSmart软件自主攻关历程，解码这款核心代码100%自研的国产工业软件，如何打破技术壁垒，以硬核“中国芯”筑牢能源开发安全底座。

  地下数千米的岩层深处，一场静默的变革正在发生。

  我国已探明油气资源中，超过80%储藏在低渗透、致密等非常规岩层中。这些岩层孔隙致密，油气分子被牢牢锁在“磨刀石”般的岩石里。不压裂，就没有产量；压不好，就没有效益。而如何控制压裂的精度与效率，关键就在压裂优化设计软件——这个被誉为地下油气“导航系统”的核心工具。

  长期以来，我国压裂软件完全依赖进口，面临技术封锁、成本高昂和数据安全的“卡脖子”风险。为摆脱这一困境，2018年，中国石油勘探开发研究院启动FrSmart压裂软件预研任务。七年攻关，从跟跑到并跑，这款核心代码100%自主可控的国产压裂优化设计软件，弥补了油气储层改造领域核心工业软件短板，为国内非常规油气开发提供可靠自主技术选择。

  FrSmart软件研发团队

  算法突破 从“室内设计”走向“井场利器”

  压裂软件的核心，在于模型和算法。

  裂缝在地下如何延伸？天然裂缝与人工裂缝如何相互作用？压后产量能达到多少？这些问题的答案，直接影响一口井数千万投资的成败。

  FrSmart研发团队从“地质工程一体化”的顶层设计理念出发，对标国际一流商业化软件，决心打造一款真正能解决现场问题的工业级产品。他们先后突破了非平面全三维裂缝模拟、考虑二维天然裂缝的复杂人工裂缝模拟、考虑压后生产的四维地应力模拟等11项关键技术卡点。

  “以往需要数天的模拟，现在仅需几十分钟即可完成。”中国石油勘探开发研究院企业高级技术专家杨立峰介绍。FrSmart2.0采用GPU并行计算架构，将模拟速度提升10倍以上。精度方面，与同期国际顶尖软件差异控制在5%以内。软件集成了11大核心功能模块、32个二级模块，打造出“压前分析—力学建模—仿真模拟—优化设计—效益评估—在线决策”全流程一站式解决方案。

  这意味着，工程师在压裂施工现场，可以根据实时数据快速调整方案，实现“压裂方案—实施效果—动态反馈”的全链条优化闭环。软件从过去只能在室内反复推演的“实验室工具”，真正蜕变为一线决策的“井场利器”。

  FrSmart裂缝扩展实时模拟功能在四川盆地页岩气现场应用

  在四川盆地某页岩气平台，FrSmart通过拉链式压裂模拟优化3口井的施工参数，实现了裂缝全覆盖与产量最大化。在长庆深层煤岩气区块，软件模拟结果指导聚能压裂工艺，有效提升了单井产量与采收率。在深地塔科1井，技术人员应用FrSmart开展压裂测试分析，准确获取了储层关键特征参数。截至目前，FrSmart已在国内各大主力油气田安装2600余套，现场规模化应用超6万段层，覆盖常规储层、页岩储层、碳酸盐岩储层和煤岩气储层等多种中浅层复杂地质条件。

  七年攻关 从“五个人”到“165人”的协同作战

  成绩的背后，是一条布满荆棘的攻关之路。

  2018年以前，国内并非没有尝试过商业压裂软件的自主研发。以往的研发多针对特定问题，缺乏顶层设计，形成的代码在稳定性、计算效率、可操作性等方面局限很大，只能成为技术人员兜里的“程序”，无法商业化。

  自2018年开始，中石油集团公司先后设立了压裂软件研发的专题、专项，逐步定型软件研发团队，加大研发攻关力度。同时在集团公司组织下积极开展国际合作，在自主研发同时，与国际同行建立良好的交流机制，促进高端人才培养，提升技术水平，增强创新能力。

  从最初5人的核心小组，到联合昆仑数智、东方物探等9家单位、汇聚地质、工程、计算机等10余个专业领域的165人的联合攻关团队。依托中石油预研专题、攻关专项、国际合作专项等大型项目，他们用几年时间集中突破，完成了从“实验室代码”到“工业化软件”的蜕变。

  FrSmart软件应用培训交流

  “优秀的软件工程师首先必须是优秀的现场工程师。”杨立峰常常这样叮嘱团队新人。这位从小在大庆油田附近长大、在中国石油大学完成本硕学业、扎根压裂现场20余年的技术专家，深知现场需求才是软件研发的源头活水。

  杨立峰介绍，团队采用“边研发、边应用、边反馈、边迭代”的敏捷开发模式。每一个版本功能开发出来后，都送到油田现场接受检验；现场的反馈意见，又体现在下一个迭代版本中。

  然而，2021年盛夏的一次软件培训，让团队经历了一次深刻的现实检验——原本内部测试顺利的软件，在50多名油田学员实际操作时，暴露出运行速度慢、稳定性不足等诸多问题。

  “用户的反馈是一面镜子。”压裂酸化技术研究所地质工程一体化室主任刘哲说。那次培训暴露出的问题，让团队上下倍感压力，但也坚定了他们直面痛点、快速迭代的决心。

  培训结束后，团队第一时间梳理了学员反馈的每一条意见，逐项分类、逐条攻关。研发人员兵分多路：一部分人驻守实验室优化底层算法，重点解决裂缝扩展模拟速度慢的瓶颈；另一部分人奔赴油田现场，与一线工程师深入交流，厘清软件在实际操作中的“卡顿”环节。与此同时，团队还主动对接国际知名教授寻求经验指导，联合高校开展算法提速攻关，并通过多轮“头脑风暴”反复论证技术方案。正是这种“问题不过夜、迭代不拖延”的务实作风，推动着软件性能在一次次反馈与修正中螺旋攀升。

  七年攻关，团队先后完成了从1.0Beta单井版到1.0多井版，再到2.0GPU提速版的迭代升级。2022年1月，FrSmart1.0Beta版面世，实现了国产压裂软件“从无到有”的突破。2023年11月，1.0平台多井版发布，完成了“从有到优”的跨越。2024年，该成果入选中国石油十大科技进展。2025年9月，2.0GPU提速版正式发布，开启了软件工业化新征程。

  信创布局 从“能用”到“好用”的生态构建

  国产软件不仅要“能用”，更要“好用、愿用”。

  FrSmart的核心代码自研率达到100%。三大核心模拟器——裂缝模拟器、地质力学建模模拟器和压后产能模拟器，已率先完成主流国产化硬件和国产操作系统的适配工作。研发团队采用跨平台技术架构对用户交互界面进行重构，预计到2027年可实现覆盖国产95%以上硬件平台和国产化操作系统的跨平台适配。

  在信创适配的攻关中，团队面临的核心挑战在于工业软件特有的高性能计算需求与国产基础软件生态成熟度之间的张力。刘哲介绍，压裂模拟涉及大规模非线性方程组求解、三维裂缝动态追踪等计算密集型任务，对操作系统的线程调度效率、内存管理能力和数据库的I/O吞吐性能有着极高要求。

  为此，团队采取“分层推进、逐级验证”的策略，通过持续集成的信创测试环境和现场实际生产数据的对比验证，确保国产化环境下的模拟精度与国际顶尖软件差异仍控制在5%以内。

  2026年第二期FrSmart软件线下培训

  与此同时，FrSmart的推广应用也迈出了实质性步伐。

  软件已在中国石油、中国石化、中国海油、延长石油等部署安装，用户覆盖国内90%以上的石油公司和高校。团队累计组织培训20余期、培训人数达1400余人次。

  2023年，某油企在遭遇国外软件采购受阻后，在深入考察完FrSmart软件功能、性能和研发团队后，主动采购了FrSmart 1.0版。受此影响，国外同类软件的价格随之下降，降幅近百万元。这不仅是商业层面的竞争，更是技术自主权的胜利。

  面向未来 从“并跑”到“领跑”的新征程

  “我们现在处于跟跑到并跑的阶段，基本上80%以上的功能可以替代国外软件。”杨立峰认为，后发制人的好处是，我们见过很多东西，能把它们纳入自己的体系，不用犯前人犯的错误。

  但团队清醒地认识到，真正的挑战还在前方。

  “我们快走到无人区了。”杨立峰坦言。当研发向更深层、更复杂的地质条件的页岩油气、致密油气、煤岩气等非常规油气推进时，已经没有前人的经验可借鉴。未来几年，团队必须通过实验发现新的物理现象，从头验证和修正模型。

  据介绍，面向“十五五”，FrSmart正从三个维度持续发力，实现三维复杂裂缝模拟、压裂过程中四维地应力场模拟等功能：深化全栈信创适配，形成覆盖“端—边—云”的全场景信创解决方案；推进AI+智能化融合，构建智能压裂模型，推动软件从“工具软件”向“智能伙伴”演变；构建储层改造领域的行业标准，为更多工业软件的信创迁移提供可复制的路径。

  七年攻关，FrSmart团队用代码解构大地，用智能重构未来。他们锻造的不仅是一款软件，更是一条从“技术攻关”到“产业引领”的自主创新之路。在这条路上，中国石油的科研人员正以“十年磨一剑”的静气和“一剑定乾坤”的锐气，书写着我国非常规油气开发核心软件全面自主可控的新篇章。（记者 张佳兴）