非常规油气藏的开发是我国能源领域战略决策中的重点,而水平井压裂技术是开发这类油藏的核心技术,其压裂后形成的复杂缝网和储层的致密基质构成了非常规储层油气的主要渗流介质。目前,虽然建立了诸多针对这类介质中流动的数值模拟方法,但还存在模型维度低不足以刻画缝网立体分布、计算精度低、对复杂地质条件和渗流模型适应性差等方面的问题,因此,建立高效高精度且具有广泛渗流模型适应性的三维缝网流动数值模型对于非常规油气藏的开发具有重要意义。首先,本文针对三维裂缝网络几何形态的数值刻画问题,提出了三维油藏中裂缝面的参数化表征方法,给出了三维笛卡尔网格情况下获取裂缝网格分布、网格几何参数以及网格之间连接关系的方法,建立了高效严谨的理论上能够适用于任意形状倾斜裂缝面的三维笛卡尔网格嵌入式离散裂缝前处理算法,为后续建立基于嵌入式离散裂缝的数值模型提供了前处理基础。其次,本文分别提出了基于两套节点的格林元法和模拟格林元法,可以准确稳定得数值求解二阶方程。再结合格林元方法的基本思想,推导了多相流情况下基质网格与裂缝网格之间传质量的近似格式,建立了三维混合格林元嵌入式离散裂缝模型,提高了压裂水平井多相流的早期模拟精度。进一步提出了多层虚拟网格嵌入式离散裂缝模型,该模型通过“复制”裂缝网格达到局部网格加密的效果,利用了嵌入式离散裂缝前处理的中间结果而避免了局部网格加密给三维模型前处理带来的复杂性,能在更广泛的渗流模型情况下显著提高早期模拟精度且简单实用。最后,针对传统嵌入式离散裂缝模型渗流模型(EDFM)渗流模型适应性差的问题,通过对投影嵌入式离散裂缝模型(p EDFM)在维度升级和模拟精度上存在问题的分析和解决,并基于说明裂缝投影构型符合物理意义等价于裂缝投影构型与裂缝几何上拓扑同胚的等价性原理,建立了具有广泛渗流模型适应性的高效、精确、实用的三维p EDFM。本文自主研发的一系列基于嵌入式离散裂缝的三维缝网流动数值模拟器开展了致密凝析气藏衰竭开发、水侵层对致密储层注水吞吐的影响以及页岩储层二氧化碳地质埋存的应用,实现了在三维笛卡尔网格情况下对复杂地质条件三维缝网流动的高效高精度模拟,并具有广泛的渗流模型适应性,为非常规油气藏的开发提供了重要的数值模拟工具。