近年来，在塔里木、四川、鄂尔多斯三大盆地海相碳酸盐岩层系中相继发现了一批以地层-岩性油气藏为主体的大油气田，虽然单个油气藏储量丰度低，但由于油气藏呈集群式分布，因此总体油气储量规模大。为了揭示海相碳酸盐岩大油气田形成条件和分布规律，本文从盆地的构造演化、烃源灶的分布范围、有效储层的发育条件以及油气成藏模式等方面，来分析和探讨中国三大克拉通盆地海相碳酸盐岩层系油气藏大型化成藏条件与特征。研究表明，大范围分布的烃源灶及其晚期规模生烃是大油气田形成的资源基础;大面积呈似层状分布的礁滩体及受不整合面控制的岩溶储集体为大油气田的形成提供了有效储集空间;“退火”地温场与递进埋深的耦合是大范围油气成藏的重要机制;下侵式、扬程式、转接式成藏模式是油气大范围成藏的重要途径。古隆起及其斜坡带、台缘带礁滩体、与蒸发岩共生的台内滩、深大断裂带具备形成碳酸盐岩大油气田地质条件，是油气勘探的有利区带。

与北美等大型克拉通盆地相比，中国小型克拉通的构造演化更易受周缘构造活动影响。受构造分异的影响，克拉通坳陷盆地存在2大类构造枢纽带，即同沉积期构造枢纽带和跨构造期构造枢纽带。同沉积期构造枢纽带的形成和演化受同沉积断裂活动的影响，控制了碳酸盐台地边缘礁滩体的分布，与相邻的盆地相烃源岩共同构成良好的源-储配置，具备有利的油气成藏条件。跨构造期构造枢纽带主要有3种类型，即“跷跷板”运动枢纽带、克拉通古隆起―前陆隆起叠合枢纽带、多期古隆起继承性叠合枢纽带，发育岩溶型储层和地层-岩性型圈闭，是油气运聚的有利指向区。构造枢纽带是碳酸盐岩油气富集的有利区带，油气勘探前景广阔。

通过对四川盆地寒武系、奥陶系野外露头剖面、钻井岩心、录井和测井等资料的详细分析，认为寒武系-奥陶系主要发育局限台地相、开阔台地相和台地边缘相。结合地震资料，应用层序地层学理论和方法将寒武系划分为5个三级层序,奥陶系划分为6个三级层序。以三级层序为单元，采用单因素编图、多因素综合的方法，编制了四川盆地及邻区寒武系-奥陶系层序岩相古地理图，认为寒武纪-奥陶纪总体呈现西部以陆源碎屑沉积为主、东部以碳酸盐岩沉积为主的格局，碳酸盐台地演化呈现出由早寒武世早期（梅树村期-筇竹寺期）碎屑-混积陆棚、早寒武世中期（沧浪铺期）缓坡台地向早寒武世晚期（龙王庙期）至中奥陶世镶边台地的转变，在晚奥陶世,因全球海平面上升再加上扬子板块东南被动陆缘向华夏陆块之下俯冲聚敛的构造沉降效应，导致沉积水体快速加深，致使上扬子（四川）台地被淹没而成为较深水缓坡-盆地相。寒武纪从早期陆源碎屑和碳酸盐混积为主转变到晚期清水碳酸盐沉积为主，盆地内部大面积发育局限台地相台内滩和台内白云岩有利储集体;奥陶纪受海侵影响，盆地内部以开阔台地沉积为主，台内滩呈带状分布;晚奥陶世台地被淹没沉积了宝塔组、临湘组及五峰组泥晶灰岩、泥质灰岩及泥岩，成为遍及全盆地的区域盖层，五峰组还可作为优质烃源岩。有利天然气储层为砂屑白云岩、鲕粒白云岩和细粉晶白云岩，溶蚀孔洞发育，储层平均孔隙度2%～6%，储层单层厚度较大，空间上连续性较好。在有利储集体评价的基础上，通过成藏条件综合分析，优选了4个寒武系-奥陶系有利勘探区带，其中乐山-龙女寺古隆起有利区带和泸州古隆起有利区带发育大型构造圈闭，有利储集体大面积分布，有较大勘探潜力。

通过大量露头、钻井岩心沉积相研究及地震相分析，将四川盆地及邻区二叠系划分为5个三级层序，编制了四川盆地及邻区三级层序地层格架下的二叠纪岩相古地理图，即层序PSQ1（栖霞组）、层序PSQ2-PSQ3（茅口组）、层序PSQ4（龙潭组/吴家坪组）及层序PSQ5（长兴组/大隆组）4个沉积期岩相古地理图，认为四川盆地及邻区二叠纪岩相古地理的演变主要受控于区域张裂构造背景及同沉积正断裂的活动，总体表现为张裂活动逐渐增强的趋势;中二叠世主要发育碳酸盐缓坡，晚二叠世演变为镶边台地;因中二叠世末期的峨眉地幔柱活动及其玄武岩喷发导致了康滇古陆的形成并成为川西南地区陆源碎屑沉积物源。通过岩相古地理图的编制，发现了一批台内礁滩及台内洼地，进一步明确了川北地区中缓坡相及台地边缘相的展布，对于四川盆地及邻区二叠系天然气勘探具有重要指导意义。结合主要烃源岩分布及成藏条件分析，提出环开江-梁平盆地上二叠统白云石化台缘礁滩、城口-鄂西盆地西南缘上二叠统白云石化台缘礁滩、川北地区中二叠统白云石化中缓坡礁滩、茅口组风化壳岩溶储层、上二叠统长兴组白云石化台内礁滩及中二叠统断裂热液白云岩储层是四川盆地二叠系碳酸盐岩储层的有利天然气勘探领域。

通过大量钻井岩性统计、岩心观察、露头沉积相研究与地震相分析，结合板块构造演化等区域地质资料，以体系域为单元编制了4张三级层序地层格架下的四川盆地及邻区早三叠世印度期岩相古地理图，明确了开江-梁平盆地相主要发育于飞仙关组一段及二段沉积期，在飞仙关组三段沉积期已演化为台内洼地，以及不同时期盆地内部鲕粒滩体的展布与迁移特征，且在盆地周缘绵竹、湖北利川等露头发现了台地边缘鲕粒滩，为四川盆地飞仙关组鲕滩气藏的勘探提供依据。四川盆地飞仙关组各体系域都有鲕粒滩体分布，其中层序TSQ1高位体系域（相当于飞仙关组二段）及层序TSQ2海侵体系域（相当于飞仙关组三段）沉积期鲕滩规模最大，也是主要产气层段，滩体展布具有由台地内部不断向盆地相区迁移的特征。层序TSQ1海侵体系域（相当于飞仙关组一段）沉积期，开江-梁平盆地相两侧的镶边台地边缘鲕粒滩（坝）规模不大，鲕粒滩体主要分布于台内古地貌高地以及滨岸地带;层序TSQ1高位体系域沉积期，鲕粒滩（坝）沿开江-梁平盆地相两侧及城口-鄂西盆地相西南缘台地边缘集中分布;层序TSQ2海侵体系域沉积期，川北、川东地区发育鲕粒滩体且规模较大;层序TSQ2高位体系域（相当于飞仙关组四段）沉积期，滩体分布较少，主要为局限台地和蒸发台地沉积。四川盆地下三叠统飞仙关组天然气有利勘探区带主要是环开江-梁平盆地白云石化台缘滩相、城口-鄂西盆地西南缘白云石化台缘滩相以及溶蚀的台内滩相。

四川盆地海相碳酸盐岩储层发育层系多、累计厚度大，在川渝地区天然气储量和产量贡献中占有重要地位。从岩石类型、物性特征、储层类型等基本特征分析入手，研究和总结了盆地内碳酸盐岩储层发育的主控因素和分布预测思路。盆地主要储集岩类型是颗粒白云岩、藻（礁）格架白云岩、粉-细晶白云岩，石灰岩次之;物性总体上具低孔、低渗的特征，局部地区发育的优质储层是重要的勘探对象;储层类型可分为裂缝-孔隙型、孔隙型、裂缝-孔洞型和裂缝型4类;储层发育程度主要受有利沉积相带分布、白云石化作用、3期岩溶作用等因素控制。针对生物礁、颗粒滩等相控型储层，精细沉积微相刻画是储层分布预测的有效手段;对于风化岩溶型储层，区域性和重点目标区的岩溶古地貌恢复可为成藏区带评价和储层预测提供依据。

四川盆地东北部下三叠统飞仙关组鲕滩气藏储层成岩矿物中的流体包裹体主要有盐水溶液包裹体、含烃包裹体和烃类包裹体3大类。拉曼光谱成分测试表明，气相烃类包裹体以含CH₄为主，平均含量为82.94%;H₂S平均含量为7.29%，但H₂S含量变化较大,为2.17%～13.08%，包裹体中的H₂S平均含量较现今气藏低一些，且变化范围更大，为气藏不同演化阶段所捕获。含烃气液两相包裹体中H₂O、CH₄和H₂S的含量变化都比较大，为盐水溶液和天然气在不混溶条件下捕获。高含H₂S的含烃包裹体和气态烃包裹体基本不含CO₂，这一现象与TSR反应产生CO₂和H₂S，CO₂参与储层溶蚀作用而被大量消耗有关。CO₂参与储层溶蚀作用，碳酸盐沉淀作用加强，白云石、方解石在孔隙及裂缝中结晶沉淀，并捕获以含CH₄和H₂S为主、不含或微含CO₂的包裹体，因此川东北飞仙关组气藏具有CO₂含量相对H₂S显著亏损的特征。

在层序地层学理论指导下，运用单因素分析综合岩相古地理作图方法，通过野外露头、岩心、测井和地震资料研究，编制了三级层序格架下的鄂尔多斯盆地寒武纪层序-体系域岩相古地理图7张。研究区寒武纪总体表现为由清水与浑水交替出现的碳酸盐缓坡（黔东世-武陵世台江期）向清水碳酸盐镶边台地（武陵世王村期-芙蓉世）演变的过程，古气候表现为由干旱向相对潮湿演变的特点。寒武纪早期（黔东世）即辛集组、朱砂洞组及馒头组下段沉积期表现为典型的南海北陆特征，因海侵作用的不断进行，寒武纪中期（武陵世台江期）即馒头组中段及上段沉积期原鄂尔多斯古陆被海水分割为3个相互分离的古陆（伊盟古陆、吕梁古陆及镇原古陆），至寒武纪武陵世王村期即张夏组沉积期海侵达到最大范围并形成了鄂尔多斯盆地“中央古隆起”的雏形和东西分异的古地理格局，寒武纪晚期（武陵世古丈期-芙蓉世）即三山子组中下部沉积期发生海退并形成了近SN向展布的“伊盟-中央古陆”。寒武纪早中期（黔东世-武陵世台江期），潮坪相是鄂尔多斯盆地的优势相带;寒武纪晚期（武陵世王村期-芙蓉世），局限台地相则是分布面积最大的相带。馒头组上段、张夏组鲕粒滩具有环绕内缓坡及开阔台地分布即主要分布于中缓坡及台地边缘的特点，三山子组多孔白云岩具有全区分布的特点。

通过大量露头与钻井沉积相观察，系统编制了三级层序地层格架下的鄂尔多斯盆地奥陶纪岩相古地理图。研究认为，早奥陶世发育近SN走向的伊盟-中央古陆将盆地分为东、西2部分碳酸盐台地沉积区，其沉积古地理分别受控于华北海及祁连海;由早奥陶世至中奥陶世盆地总体呈现出逐渐海侵及伊盟-中央古陆逐渐缩小的过程，伊盟-中央古陆在中奥陶世大部分被海水侵没并已分化为南、北相隔的2个古陆即庆阳古陆和伊盟古陆，至中奥陶世晚期即达瑞威尔期（马家沟组六段沉积期）海侵达到最大范围;晚奥陶世发生海退，造成现今鄂尔多斯盆地范围内大部分表现为古陆剥蚀区，仅在盆地西缘及南缘发育了较窄的开阔镶边台地及其斜坡相沉积，至晚奥陶世中晚期（凯特期-赫南特期）几乎全部隆升为陆。自早奥陶世晚期（弗洛期）至中奥陶世中期（达瑞威尔初期）即马家沟组一段至五段沉积期，盆地中东部发育大面积的局限蒸发环境，形成局限潟湖甚至膏盐潟湖。盆地西部与南部受贺兰拗拉槽与秦祁海槽发展演化控制，主要发育大陆边缘沉积体系，由早奥陶世-中奥陶世早期的被动陆缘碳酸盐缓坡台地向中奥陶世晚期-晚奥陶世的主动陆缘弱镶边碳酸盐台地演化。

鄂尔多斯盆地奥陶系沉积时期，处于“两隆两鞍两坳陷”的古构造格局。2个隆起在平面上呈“L”型展布，共同控制着奥陶系的沉积相带，并控制着不同类型碳酸盐岩储集体的区域展布。奥陶系的储集类型主要包括风化壳溶孔型、白云岩晶间孔型、台缘礁滩孔隙型、岩溶缝洞型4种。风化壳溶孔型储集体为最有利的储集体，在该储集体中目前已发现并探明靖边大气田;白云岩晶间孔型储集体勘探获得初步突破;其他2种类型储集体的勘探还未取得实质性进展，但近期勘探已发现一些新的苗头，存在较大的勘探潜力，是开拓鄂尔多斯盆地下古生界天然气勘探新领域的关键所在。

鄂尔多斯盆地下古生界天然气勘探长期以来以奥陶系顶部的古风化壳地层圈闭气藏为目标，近期通过对白云岩成藏机制的深化研究，在古隆起东侧发现了奥陶系中组合新型岩性气藏，其储层主要发育于马家沟组五段5亚段（简称马五₅）白云岩中，储层特征明显不同于奥陶系顶部的风化壳储层。受沉积环境控制，中组合马五₅白云岩呈SN向带状展布，其中靖边西白云岩带由于临近古隆起，水动力条件强，滩相沉积发育，后期经白云石化后形成的白云岩具有“分布面积广、厚度大、岩性纯，南北向连片展布”的特点，且晶间孔发育，为有利的储层。加里东末期，由于盆地整体抬升造成古隆起东侧中组合地层遭受剥蚀，从而与上古生界煤系烃源岩接触，构成良好的源-储配置关系。受岩性相变控制，中组合马五₅滩相白云岩在空间上形成岩性圈闭，有利于油气聚集成藏。

海相碳酸盐岩层系油气资源丰富。由于油气成藏与分布的特殊性，碎屑岩层系中建立的油气资源类比评价方法与参数体系不适用于碳酸盐岩层系。围绕有效储层这一控制碳酸盐岩层系油气资源分布主要因素，以塔里木盆地塔中、塔北隆起奥陶系为解剖对象，建立了有效储层体积丰度法和有效储层面积丰度法2种适应海相碳酸盐岩层系油气资源评价类比方法;开展了资源评价的参数统计，建立评价关键参数分布模型。通过对64项地质要素的解剖，确定了21项适用于海相碳酸盐岩层系油气资源评价的类比参数，并以此建立了塔里木盆地海相碳酸盐岩层系3种典型有效储层的类比参数体系及参数取值标准，为碳酸盐岩层系油气资源的类比评价奠定了基础。

通过对塔北南缘奥陶系层序地层研究与地质背景、岩石力学性质和水文学进行综合分析，探讨了内幕区岩溶储层的形成和发育分布规律。认识到研究区碳酸盐岩岩溶储层类型多样、特征复杂，但是发育分布上具有较为明显的纵向成层性和平面分带性，并沿断裂富集的规律。同时，认识到层序地层在演化过程中通过对沉积和地层结构等方面的控制，影响了构成岩溶流体渗滤通道和溶蚀场所的孔隙和裂缝带的发育，间接地控制了岩溶储层的形成和发育分布。其主要表现在以下3个方面：①层序地层控制的礁滩体构成了岩溶储层的物质基础;②层序演化对地层结构的控制决定裂缝发育密度;③二级层序界面为大气水或埋藏流体运移的指向区，有利后期岩溶作用改造。这些认识将规律性强的层序地层和非均质性强的岩溶储层建立了关系，对非潜山型岩溶缝洞储层的勘探开发具有重要意义。

塔里木盆地下古生界广泛发育白云岩，其成因主要可以用萨布哈白云石化、渗透回流白云石化、埋藏白云石化和热液白云石化4种模式来解释。萨布哈白云岩发育于潮间-潮上坪蒸发环境，以含膏泥晶白云岩为特征;渗透回流白云岩发育于蒸发台地(或潟湖)环境，以保留原岩结构的粉晶白云岩为特征;埋藏白云岩发育于埋藏环境的各个阶段，以细-中晶白云岩为特征;热液白云岩以伴生热液矿物的中-粗晶白云岩为特征。不同成因类型的白云岩形成于不同的成岩环境和阶段，具有不同的岩石学、地球化学和地球物理响应特征。通过大量岩心、薄片和主量元素、碳氧同位素、锶同位素、稀土元素等地球化学数据的细致研究，再结合测井、地震响应特征、古地理、古气候、构造背景等资料，系统总结了塔里木盆地下古生界4种成因白云岩的多参数识别特征，通过综合分析能较好地克服成因多解性问题。

电阻率成像测井已经成为解决非均质复杂碎屑岩储层、缝洞型碳酸盐岩储层、火山岩储层问题不可或缺的关键手段之一，而且正在逐渐从高端测井技术走进常规系列。目前主流的成像处理方法中，普遍采用了基于像素分布特征统计的图像增强方法。该方法相对于最初的线性图像增强方法，效果明显改善，然而在处理中未能考虑岩石结构特征的分布规律，经常导致重要的地质特征被湮没在次要特征和噪声中。笔者在传统图像增强方法的基础上，进一步以结构信息为核心要素，提出了基于岩石结构的图像增强方法。该方法以岩石结构特征判别为基础，有针对性地提高图像中关键信息的权重，弱化背景和噪声，并针对结构特征分布规律进行成像色标动态优化，从而显著提高了图像的有效信息量和清晰度，为进一步的精细解释工作提供了先决条件。

靖边气田是风化壳型碳酸盐岩气藏，目前处于开发中期，保持气田稳产是靖边气田面临的核心问题，而低效储量是靖边气田储量接替的重要领域。在低效储量分布特征的基础上，将靖边气田低效储量分布分为3种类型：低效储量与优质储量垂向叠加型;低效储量与优质储量侧向连通型;低效储量孤立分布型。研究结果表明，孤立型低效储量规模小，垂向叠加型和侧向连通型低效储量是靖边气田储量接替的重要类型。针对垂向叠加型和侧向连通型低效储量分布特征，采用数值模拟方法对低效储量可动用性进行分析和评价。研究结果表明，低效储层渗透率、低效储层布井方式（井距)、低效储层气井配产是影响低效储量动用程度的最主要因素。

海相碳酸盐岩储层是当前油气勘探开发的重点和热点领域之一，而酸化压裂增产改造技术则是碳酸盐岩油气藏勘探开发的关键性技术。在研究中国西部碳酸盐岩油气藏开发方式的过程中，针对其埋藏深、温度高和非均质性强等特点，通过相应的基础理论研究、技术研发配套以及现场技术应用，形成了高温深层碳酸盐岩储层改造配套新技术。其具体包括改造前储层量化评估、耐高温改造液体系、均匀布酸酸化、深度酸压、加砂压裂、酸携砂压裂和水平井多段酸压等改造技术。该技术的广泛应用可以为碳酸盐岩储层的高效开发提供有力的技术支持。根据目前储层改造技术的发展现状，分析了当前面临的挑战以及进一步的发展方向。

针对海相碳酸盐岩油气藏钻井过程中钻遇裂缝孔洞发育储层时，井筒流体与地层流体置换效应形成的复杂流动造成的气侵识别困难，从钻井过程中气体侵入方式研究入手，探讨了各种气侵方式的侵入机理、发生工况及其相互联系，提出了直接侵入方式下含硫天然气侵从定性研究到定量化研究的思路和方法，研究了气体沿井筒的运移、膨胀规律，即气体在上升过程中越接近井口气体膨胀越剧烈。在此基础上，通过对气侵发生时的井筒环空气液两相流动井底压力变化特征进行模拟，揭示了气侵初期在深井小井眼段井底压力会出现小幅上升后下降的变化规律，提出了以井下实时环空压力随钻测量仪器监测井底压力变化对比正常趋势线来识别和预警气侵的方法。利用该方法，可以在气侵第一时间实现预警，为碳酸盐岩复杂油气井安全钻井提供了有效保障。

针对四川龙岗气田在固井过程中面临的井漏、封固井段长、大温差“超缓凝”、高温高压及高含H₂S和CO₂酸性气体等难题，根据不同套管层次的固井要求提出了应对策略，通过机理分析和实验对比方法，成功研制了防漏增韧、抗盐大温差及防腐等3种水泥浆体系。室内实验结果表明：不同尺度、不同弹性模量的纤维群具有阻止微裂纹扩展和搭桥成网的作用，可有效解决固井漏失问题;优选的有机酸淀粉类复合缓凝剂SD210及共聚物类抗盐降失水剂SD130可抗高温160℃，防气窜性能好，可解决177.8mm尾管固井水泥浆超缓凝难题;通过腐蚀前后水泥石抗压强度、渗透率变化对比及X射线衍射(XRD)与扫描电镜法（SEM）分析，证实了通过提高水泥石致密性能实现高效防腐的可行性。龙岗气田现场应用表明，所研制的水泥浆的固井质量得到明显提高，可用于碳酸盐岩酸性气田固井，并能延长气井寿命。

在龙岗地区的油气勘探开发过程中，传统的5层井身结构设计无法安全应对三高（高温、高压、高含硫化氢）、多压力层系和压力不确定性强等地质风险。以地层情况和相关压力信息为依据，结合现场实际，对油管、生产套管和完井管柱的设计，地层压力体系和必封点的分析，6层套管层次的优化以及小间隙下抽吸压力和激动压力的校核等问题进行了深入的研究，并据此设计了龙岗西部超深井和复杂压力层系下的非常规井身结构方案。从2008年至今，该方案先后在龙岗61井、龙岗62井、龙岗63井和龙岗68井成功实施，从而进一步提高了龙岗地区在钻完井过程中对地质风险的预防和控制能力。非常规井身结构设计适应了超深井以及复杂多压力层系下三高气井的生产要求，为四川盆地油气勘探提供了可靠的钻井安全保障，在川渝等复杂地区的勘探开发中将会得到进一步推广和应用。