渤海湾盆地冀中坳陷束鹿凹陷泥灰岩-砾岩油藏是一种特殊的致密油气藏。基于束探1H井对泥灰岩-砾岩油藏勘探的突破，重新分析了该区泥灰岩发育的构造背景、沉积环境及地层层序特征。进一步结合钻井、测井和分析化验等资料对束鹿凹陷泥灰岩的生油能力、储集性能、成藏机理、油藏特征重新进行评价，取得一些新的认识：1束鹿凹陷泥灰岩作为烃源岩，具有有机碳含量高、有机质类型好（以Ⅱ₁型为主）、转化率高、排烃能力强等特征，为优质烃源岩；2泥灰岩因构造应力发育一些构造缝，作为烃源岩（当中包含的有机质）发生降解排烃产生的有机质孔隙、有机酸溶蚀碳酸盐岩产生的溶蚀孔隙、降解排烃中产生的异常压力缝等孔洞（缝）形成了泥灰岩的孔喉系统并充当了烃类的储集空间及渗流通道，所以泥灰岩具有储集性能；3包裹在泥灰岩中的砾岩存在欠压实作用，储集空间相对好于泥灰岩，砾岩的储集空间主要为粒间孔、粒内溶孔、贴粒缝、构造缝等孔缝。因此，泥灰岩是一种源-储一体的、特殊的“自生自储”连续致密油藏，而夹杂在泥灰岩中的碳酸盐岩质砾岩为源-储共生的岩性致密油藏。2种油藏类型均具有特低孔特低渗、非均质性强、压力系数高、产量递减快的特点。同时，利用成因法（氯仿沥青“A”法）探索束鹿凹陷泥灰岩致密油气资源量，对烃源岩总生油量的分配情况进行初步研究，发现束鹿凹陷致密油资源量丰富，勘探潜力较大，并给出束鹿凹陷砾岩-泥灰岩的勘探方向和建议。

以四川盆地南缘奥陶纪末至志留纪初沉积的五峰组—龙马溪组页岩为研究对象，通过岩心观察、薄片鉴定和测井资料分析等方法，从页岩沉积的水动力成因角度考虑，划分出强、弱两类水动力带，共8种岩相。弱水动力带下发育硅质页岩、含钙硅质页岩和泥晶钙质页岩；强水动力带下发育钙质纹层页岩、介壳泥灰岩和波状层理页岩；白云质页岩和磷质页岩在两种水动力带下均发育。不同的岩相具有不同的岩石组分、颗粒大小、结构及构造、生物遗迹和化石组合。页岩岩相与有机碳含量有良好的对应关系：弱水动力带下岩相有机碳含量要高于强水动力带下岩相。磷质页岩和硅质页岩有机碳含量高，介于4% ~7%；白云质页岩、波状层理页岩和泥晶钙质页岩有机碳含量低，介于0.5% ~2.5%。同时，各种页岩岩相在测井上有较好的识别标志，磷质页岩表现为高自然伽马，其自然伽马值接近300 API或者更高。介壳泥灰岩和白云质页岩表现为低自然伽马，其自然伽马值为60~70 API。钙质纹层页岩自然伽马曲线多呈锯齿状，其自然伽马值为80~100 API。研究成果完整呈现了不同水动力成因的页岩岩相特征，具备一定的代表性。

关于沉积微相，前人多针对粗碎屑骨架砂体沉积相开展研究工作，对泥页岩这种细粒沉积物的沉积微相很少关注。在一个沉积盆地中，细粒沉积物的总量巨大，在纵向上及平面上均广泛分布。以东营凹陷西部沙河街组三段下亚段（简称沙三下亚段）泥页岩为研究对象，系统划分泥页岩岩相类型。在骨架沉积相控制下，以泥页岩岩石类型及岩相特征为基础，综合控制泥页岩发育的水动力条件、古湖盆底形及事件沉积等因素，将东营凹陷西部沙三下亚段半深湖、深湖相进一步划分为平阔半深湖微相、水下隆起半深湖微相、深洼微相、浊积周缘微相、近岸水下扇前缘微相等。分析了不同微相在矿物组成、岩石类型及组构、成岩作用及测井曲线响应等方面的差异性，细粒沉积物微相的划分和研究对于泥页岩油气的勘探开发工作有重要指导作用。

根据近年的勘探实践，南海北部珠江口盆地白云凹陷深水区的优质储层主要为深水重力流砂岩沉积成因，探讨白云凹陷深水重力流的沉积机理是储层研究的基础。通过对深水重力流的流动机制和流变过程的理解以及白云凹陷深水重力流沉积结构的分析认为，陆坡区是深水重力流的主要沉积环境，陆架坡折带控制了白云凹陷深水重力流沉积的发育分布。南海北部宽陆架背景使得沉积作用更明显地受到海平面变化的控制，白云凹陷深水区主要的粗粒陆源碎屑重力流沉积与相对低海平面有关。高位末期古珠江三角洲推进到了陆架边缘，低海平面期间重力流沉积在白云凹陷深水陆坡区形成了平面上的多点源-线源的多水道-朵叶体散布，时间上有先后层次地周期性出现的沉积模式，这种沉积模式导致了砂岩储层分布的散布性、诡异性和形成岩性圈闭的复杂性。多水道化中小规模的复杂砂体分布是白云凹陷深水储层的特色。深水重力流具有沿坡搬运，下切成沟，坡缓减速，择低而积，稀释分异，有限分布等特点。重力流的流变过程中最重要的变化是在流动过程中被海水混入稀释而导致的砂、泥分异作用，这是砂泥混合重力流能够析出砂岩的过程。

岩心、薄片、钻井及成像测井资料综合研究表明，塔里木盆地麦盖提斜坡奥陶系储集空间以裂缝、孔洞为主，不同区带储层发育程度差异大，玉北地区东部储层最好，发育2套优质储层。按成因将储层类型划分为3种：潜山缝洞型、不整合面岩溶型、顺层深潜流岩溶型。鹰山组缝洞型储层受古地貌与裂缝控制，蓬莱坝组具备发育顺层深潜流带岩溶条件，建立了不同类型储层发育的地质模式。以此为指导，结合地震储层预测成果，预测了麦盖提斜坡不同类型储层分布，指出玉北地区东部断褶翼部及断洼区、中西部岩溶残丘带为有利储层勘探区。

塔里木盆地下奥陶统蓬莱坝组白云岩是重要的潜在勘探领域，但因其勘探、研究程度低，导致目前的认识无法满足油气勘探需求，而其孔隙成因及发育规律是非常重要的制约因素之一。通过对柯坪水泥厂剖面及巴楚达坂塔格剖面的精细岩石特征描述，发现研究区蓬莱坝组白云岩孔隙主要发育于细—粗晶白云岩中，孔隙类型以晶间孔、晶间溶孔为主，且相对均质，一般孔隙度3%~5%。微量元素、稀土元素及氧、碳、锶同位素特征反映白云石化作用主要发生于早—中埋藏期，局部受到晚埋藏期热液的改造，白云石化流体主要为海源地层水。在对重点白云岩层段进行精细岩相、高频层序地层分析及利用显微、荧光技术恢复白云岩原岩结构的基础上，认为蓬莱坝组白云岩孔隙的发育具有成层性和旋回性，台内高能滩是孔隙发育的优势相带，六级或五级高频旋回向上变浅序列的上部为有利孔隙发育位置。白云石化作用并不直接产生孔隙，而是使原岩孔隙得到继承，并起保护孔隙的作用。

热流体能够影响沉积盆地内物质组分的重新分配，如矿物的溶解和油气相态的变化，以及输导系统的热异常，通常沿断裂分布。滨海断裂带为控制烃源岩展布的断裂之一，同时也是流体热异常活动的场所。利用有机地球化学、流体包裹体、气体地球化学、成岩矿物及地层水化学特征等对研究区内流体的热活动进行了研究，为油气沿断裂发生运移和聚集提供了证据，进一步指明了油气勘探的有利方向。热流体沿断裂上涌发生热对流对局部温度场的改变体现在以下几个方面：1镜质体反射率异常反映局部烃源岩受局部温度场的变化发生热演化异常；2成岩期形成的流体包裹体均一温度大于其最大埋深时的温度；3黏土矿物出现同一深度段多类型和同一类型多层段的演化异常；4储层碎屑矿物颗粒的热蚀变。热流体对物质场的改变主要体现在以下几个方面：1热流体带来了深部幔源的无机CO₂于浅层富集成藏；2大量高于卤水矿化度的深部流体渗入发生流体-岩石相互作用，导致储层中存在高矿化度的地层水；3储层早成岩期胶结于孔隙的碳酸盐类等矿物溶蚀形成多个次生孔隙带，进一步证实了水-岩相互作用，次生孔隙的发育来源于碳酸盐类矿物的溶解和重新分布，在一定程度上控制储层的物性；4热流体携带的大量物质发生流体-岩石相互作用导致靠近断裂带的岩石中所含微量元素异常。上述证据均指示了烃类流体能够沿断裂和渗透性砂岩储层发生运移，并可能聚集成藏形成大油气田。

为了更准确地研究油气纵向分布规律，在前人断层垂向封闭的断-储排替压力差法的基础上，考虑了排替压力方向对断层垂向封闭性的影响，建立了一套新的断层垂向封闭的断-储排替压力差法，选取歧口凹陷板桥断裂为例，利用该方法对其在沙河街组一段（沙一段）中部泥岩盖层内的垂向封闭性进行了定量评价，结果表明：歧口凹陷板桥断裂在13条测线处沙一段中部盖层内垂向上均是封闭的，可封闭住的最大油气柱高度为2.3~67.1 m，低于以往方法的评价结果，但与目前勘探确定的油气柱高度吻合关系更好，表明该方法用于断层垂向封闭性定量评价是可行的。

地震勘探中的噪声对地震信号产生严重的畸变和干扰，常规的地震去噪方法已经不能满足当前高精度地震勘探的要求。提出了基于Shearlet变换的地震数据去噪方法，Shearlet变换是一种新的多尺度变换方法，具有多方向、多分辨率及最佳稀疏逼近性质，并且计算效率高。Shearlet变换在去除随机噪声的同时能最大程度保留有效信号，有效地提高信噪比。利用Shearlet变换阈值去噪法与其他地震去噪方法分别对不同信噪比的合成地震记录和实际地震记录进行对比，结果表明Shearlet变换具有更强的去噪能力和更高的运算效率。

叠前时间偏移在工业生产中发挥着极其重要的作用，为了提高该算法的计算效率，开展了基于GPU异构计算平台的算法移植与优化。首先根据积分法偏移的算法特点制定了偏移距域的多进程数据域并行以及IO与计算异步并行总体并行策略；然后为了提高偏移核心计算部分在GPU上的计算效率，对偏移计算核在GPU上的并行方案进行了分析，选择了成像域超大规模线程并行方案对算法进行了移植和优化，并对不同优化手段在不同GPU硬件平台下获得的性能加速进行了对比测试；最后利用大规模计算节点及大规模地震数据体进行了移植后算法的应用测试，并对算法的计算效率、可扩展性以及精度误差进行了分析。大规模应用测试表明，积分法叠前时间偏移经过GPU移植后可获得较CPU平台近7倍的性能提升，具有很好的工业应用价值。

北美页岩气藏在储层渗透率低至纳达西的情况下仍能实现有效开发，其核心是增大储层改造体积，用技术体系来表征即为“体积改造技术”。“体积改造技术”强调“打碎”储层，使裂缝壁面与储层基质的接触面积最大，在三维方向实现对储层的“立体”改造。针对页岩和致密油气储层的不同特点，界定了“狭义”和“广义”体积改造技术的异同：“狭义”体积改造技术源于对象、技术和验证3个要素（页岩、“水平井钻井+水平井分段压裂”、微地震裂缝诊断）；“广义”体积改造技术是针对致密油气储层提出的水平井多段和直井多层压裂技术方法。两种技术针对的储层对象有所不同，但最终目标是一致的。体积改造技术的核心理论为：1“打碎”储层，形成复杂缝网，“人造”渗透率；2基质中的流体沿裂缝“最短距离”渗流；3大幅度降低基质中油气流动所需驱动压差。进一步提出了满足体积改造技术理论的核心条件为：储层具有明显脆性，天然裂缝与层理发育，最大最小应力差较小。其中脆性指数是岩石发生破裂前的瞬态变化快慢（难易）程度的表征，而体积改造技术优化设计的关键是“逆向设计”方法，以及分簇射孔模式、最优孔数及裂缝间距优化。现场实际研究表明：分簇射孔确保各簇有效开启的最优孔数为40~50个，并可获得最优孔数与排量的关系，以及最优缝间距越小越易实现裂缝转向；同时还给出了孔眼优化、实现应力干扰的最佳裂缝间距、细分切割基质的理论模型与计算结果。体积改造技术对提高非常规油气藏的改造效果有着重要的指导作用。

分析了苏丹穆格莱特盆地Hegli油田S1A单层砂质辫状河沉积微相特征，识别了砂质辫状河储层不同层次的构型界面，将其划分为辫流带、单砂体和心滩内增生体3个层次，明确了目的层辫状河道具有泥质充填、半泥质充填和砂质充填3种模式。依据砂质辫状河储层不同层次构型单元规模的计算公式，实现了砂质辫状河储层的辫流带、单砂体和心滩内增生体规模的定量表征，形成了一套砂质辫状河储层不同层次构型单元定量表征的方法。定量表征的结果表明，研究区辫流带宽度约3 200 m，心滩宽度350~900 m，心滩长度1 200~3 200 m，单河道宽度100~300 m，增生体的宽度和长度分别为100~400 m和700~2 000 m。以不同构型单元定量表征的规模为约束条件，采用相控与人机交互的方法，建立了能够反映辫状河储层构型空间分布特征的三维地质模型。

为了改进聚合物驱（聚驱）油田可采储量的计算方法，利用聚驱驱替特征曲线，对大庆油田萨北开发区的19套井网进行研究，发现一类与二类油层聚驱可采储量的计算方法是一致的，只是在不同开采阶段采用的方法不同。在聚驱后续水驱阶段，水驱规律曲线表现出明显的直线特征，可采用修正甲型和丙型水驱规律曲线计算聚驱可采储量、标定可采储量、空白水驱可采储量和聚驱增储结果等；在聚驱中后期阶段，通过计算出的累积产油量，利用历史数据预测转后续水驱的累积注水量，即可计算出整个聚驱过程中的聚用量，并可分析后续水驱阶段的采出程度，从而建立起中后期可采储量的计算模型；在聚驱早、前期阶段，对于还未注聚的区块无法用驱替曲线进行可采储量预测，因此采用多元回归的方法，从影响聚驱效果的主要因素出发，回归了聚驱可采储量的计算模型，根据注聚前设定的注聚方案参数就可以进行可采储量的预测。应用实例表明，该方法可精确计算聚驱油田不同阶段的可采储量，其计算平均误差仅为1.96%。

现有的蒸汽驱评价方法都是针对某一特定油藏，并且只能对蒸汽驱生产的结果进行评价。从注采特征曲线和累积产油量—累积产液量关系曲线出发，得到采出程度与累积油汽比等5个指标的经验公式。在经验公式中引入了表征油藏生产特征的参数M_r，同时通过调研实际生产数据获得M_r的取值。利用正交分析获得对油藏最终采收率影响比较大的地质因素。利用回归法得到经验公式中4个待定系数与地质参数和井网参数的关系式。进而得到不同阶段采收率条件下，采出程度与累积油汽比等5个指标的理论模版。5个理论模版初步形成一套蒸汽驱评价体系，该评价体系具有一定的普遍意义，可以对蒸汽驱生产的过程进行评价和指导。通过对单83块稠油油藏的蒸汽驱生产进行实际评价的结果表明，该方法简单可靠。

胜利油田稠油油藏由于埋深和边底水的影响，油藏压力无法降低到5 MPa以下再进行蒸汽驱，一般转驱压力为7 MPa。为进一步提高蒸汽驱的实施效果，利用室内实验研究了化学辅助驱方式进一步提高采收率。以胜利油田孤岛油田Ng5层位直井反九点井网为原型开展物理模拟研究。通过对比单纯蒸汽驱、化学辅助蒸汽驱等不同方式提高采收率的幅度，对泡沫剂、驱油剂不同注入方式进行对比分析，并确定现场实施方式。室内实验研究结果表明：采用“先调后驱”的化学辅助蒸汽驱方式，可以在蒸汽驱的基础上进一步提高采收率；高温驱油剂的主要作用是提高蒸汽前沿热水带洗油效率，高温泡沫的主要作用是调整蒸汽剖面，增加波及体积，提高热利用率。现场实际应用表明，化学辅助蒸汽驱是高压稠油油藏转蒸汽驱可行的开发方式。

原油氧化反应动力学特性是注空气提高石油采收率技术室内研究及现场应用的基础。为掌握原油与空气的氧化反应动力学特征，运用能量方程、质量作用定律及经典动力学理论，推导了高压近绝热量热法原油氧化反应动力学特性数学模型，给出了氧化反应动力学基础参数的计算方法。采用加速量热仪，通过实验研究了高压近绝热条件下典型原油的氧化特性。运用该数学模型，计算得到了典型原油的反应级数、活化能及指前因子，其相关系数均大于0.99。采用原油高压近绝热量热实验及其氧化动力学参数计算方法，能够为注空气提高石油采收率技术室内物理模拟及数值模拟研究提供可靠的基础数据。

预测模型是油藏工程的重要组成部分。其不但可以预测油田的产量和可采储量，也可以预测油田因开发调整或三次采油方案实施增加的可采储量。预测模型按产量和累积产量的变化特征，可分为单峰周期模型和累积增长模型2类。前者包括翁氏模型、威布尔模型、瑞利模型、陈-郝模型和广义模型等，后者包括HCZ模型和哈伯特模型等。针对单峰周期模型，通过无因次处理油田实际开发数据与典型曲线的最佳拟合，能够得到模型指数m和模型常数a、b、c，即可用于对油田产量和可采储量的预测。通过对单峰周期模型的分解，分析了模型的控制因素。应用实例表明，典型曲线和拟合求解的方法是实用有效的，该方法还可用于多峰产量变化的预测。

为了有效阻缓泥岩中压力传递及滤液侵入，提高泥岩井壁稳定性，研制了高效铝基防塌剂腐殖酸-铝（HA-Al）。泥岩压力传递和半透膜效率测试结果表明，腐殖酸-铝较聚合醇、硅酸钠（模数2.8）、沥青更能有效阻缓泥岩中的压力传递，较聚合醇、硅酸钠（模数2.8）更能有效提高泥岩半透膜效率。与其作用后的泥岩样品中传递1 MPa的压差需要约为20 h，较作用前的泥岩（约为1.5 h）有大幅度提高，泥岩两侧的渗透压也由初始的1.28 MPa增至3.60 MPa。借助核磁、扫描电镜（SEM）和能谱测试结果可知，腐殖酸-铝可通过在泥岩表面孔隙中形成团絮状沉淀，对泥岩表层0~1.5 mm范围内孔隙进行充填封堵（封固），封堵层更为致密，腐殖酸-铝是一种高效的封堵防塌剂。

为了简化空间圆弧轨迹上任一点井身参数的计算公式，对空间圆弧模型的矢量描述方法进行了研究。以矢量代数为基本的数学工具，从圆弧的基本数学属性和装置角的定义出发，建立了空间圆弧轨迹的矢量描述法。推导出了两套空间圆弧轨迹上任一点的井眼方向矢量、圆弧内法线矢量、矢径等矢量的计算公式，和井斜角、方位角、装置角、定向方位角等参数的计算公式。其中一套公式以圆弧曲率和初始装置角为基本参数，另一套公式以井段两端的井深、井斜角、方位角为基本参数。提出了同时使用装置角的正弦值和余弦值来正确计算装置角的新规则。研究结果表明，提出的新计算公式不仅形式上更加简洁，具有几何直观性，而且可以极大地简化井眼轨迹监控、中靶分析、邻井防碰等计算问题的理论公式推导过程；在软件开发中更易于编程实现，便于代码维护。

为了探明超临界CO₂射流对岩石冲击压力及其参数影响规律，利用计算流体力学模拟了超临界CO₂射流冲击的三维流场，对比了超临界CO₂射流和水射流的冲击压力，进行了参数影响规律研究。结果表明：在相同条件下，超临界CO₂射流能产生比水射流更强的冲击效果；超临界CO₂射流冲击压力 随着喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增大；随着喷距的增大，超临界CO₂射流的冲击压力降低，冲击范围扩大；围压和流体温度的变化对超临界CO₂射流冲击压力的强度和范围的影响极小，在工程应用中可以忽略。研究结果证实了超临界CO₂射流的冲击效果，探明了超临界CO₂射流冲击压力的参数影响规律，为超临界CO₂射流在钻完井工程中的应用提供了指导。

以制备的疏水缔合聚合物聚P（AM-NaAMPS-MA-b-St）为聚合物基体，纳米二氧化硅为填料，研制了一种具有核壳结构的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅微纳米降滤失剂FLR-1。借助FT-IR、SEM、TEM、粒径分布与比表面积测试和GPC实验，表征了FLR-1的分子结构、微观形貌特征和相对分子质量。通过API滤失和HTHP滤失实验测试了FLR-1的降滤失性能，探讨了其在水基钻井液中的降滤失作用机理。结果表明：新研制的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅降滤失剂有优异的降滤失作用，尤其是HTHP降滤失效果显著，200℃/16 h的HTHP滤失量仅为20.5 mL；此外，FLR-1也可显著改善钻井液体系的流变性能，且具有优良的抗盐能力。在高温高压环境下，具有独特微交联结构的FLR-1分子通过化学吸附作用、水化作用、疏水缔合作用及微纳米粒子自组装作用，能较好地稳定钻井液液相黏度，合理保持钻井液中固相粒子的粒径分布，形成薄而致密的泥饼，从而有效控制钻井液的HTHP滤失量。

针对注气法双梯度钻井工艺特点，根据不同流型结构特点和传热特性，考虑隔水管环空流体与海水、隔水管环空流体与钻杆内流体的传热关系，建立注气法双梯度钻井隔水管环空多相流控制方程，并给出求解方法。模拟计算结果表明：随着水深增加，环空内流体温度降低，深水低温的影响越明显；随着液体流量增加，环空内温度升高，增幅降低。由于不同流型传热规律的差异，气体流量增加仅在部分井段对温度有较大影响，入口温度升高环空内温度会相应升高，保温层对温度分布影响明显，加装保温层会使环空最低温度高10℃以上。在实际钻井过程中为防止水合物的生成和钻井液胶凝，尽可能提高液相流量，同时隔水管加装保温层，地面循环系统加装加热装置提高钻井液温度。

针对浮式生产系统（FPSO）生产运行过程中潜在的油气泄漏及火灾、爆炸等连锁风险，基于CFD方法建立油气处理系统泄漏天然气爆燃事故后果预测与评估模型，对特定事故场景条件下的天然气爆燃特性进行模拟和分析，研究爆炸超压、火焰温度及热辐射的发展规律，确定各危害指标影响区域及人员安全区域。研究表明，爆燃超压总变化趋势为一次超压阶段→负压阶段→二次超压阶段→基本稳定；原油热处理器泄漏端区域受超压影响最严重，最高达到12.5 kPa；爆燃超压对人体伤害的最小安全半径为R=16.3 m；30 s后天然气爆燃发展成为稳定的池火燃烧状态；火焰温度和热辐射的主要影响区域均集中在原油热处理器下部壁面、其对应的生产甲板以及电脱盐器、电脱水器喂给泵、海水冷却器等邻近设备表面，持续作用下将对船体和设备结构造成严重损坏；火焰温度和热辐射对人体伤害的最小安全半径分别为R=32.8 m和R=57.1 m，结合研究结果从工程应用角度提出适当建议。