为了深化对分布式光纤监测到的应变的理解，基于张量分析，建立了通用的光纤应变分解模型与解释框架，给出了适用于平面布纤和圆柱面布纤等大多数问题场景中，弹性小变形情况下的应变分解方程严格解。特别针对于岩石力学中单、三轴压缩试验所面临的螺旋部署的光纤应变分解认知不清的问题，从应变的几何定义出发，利用余弦定理，首次推导出了与基于张量投影法一致的光纤应变分解方程的弹性小变形解，并对当前已发表的应变分解方法进行了辩证讨论。此外，还证明了能够使测得的光纤应变为零的临界螺旋升角的存在，并指出在临界螺旋升角附近的光纤部署策略可放松光纤应变量程范围内测量的限制。最后，从工程应变几何定义出发，结合余弦定理，首次完整给出了适用于几何大变形下的光纤应变分解方程解。本研究强调在实际的光纤部署和解释过程中，需要明确问题场景需求与假设条件，采用合适的布纤几何构型与匹配的应变分解方法。

层理性页岩在水力压裂过程中易沿层理弱面形成次生裂缝，其动态响应对近井裂缝复杂化和压裂液能量分配具有重要影响。针对传统监测方法难以连续表征岩心尺度次生裂缝动态响应的问题，本文基于光频域反射计(OFDR)分布式光纤应变监测技术，建立了围压约束、恒压注液与分布式光纤应变监测相结合的室内试验方法。选取平行层理和垂直层理两类典型页岩样品，在相同围压与注入压力条件下开展对比试验，并结合压后裂缝形态、荧光示踪痕迹、压力—流量响应和光纤应变时空分布进行综合分析。结果表明：在本实验条件下，平行层理样品形成了较明显的层理裂缝，OFDR应变云图中表现为沿层理方向推进的连续正应变条带，并伴随局部负应变区和弱正应变扩散区；垂直层理样品未形成明显连续宏观裂缝，整体以负应变响应和注入端局部弱扰动为主。与垂直层理样品相比，平行层理样品表现出更强的累计吸液能力和更明显的应变响应范围。上述结果说明，OFDR分布式光纤应变监测可为层理性页岩次生裂缝动态响应识别提供有效实验手段，但表面应变信号与内部裂缝形态之间的定量对应关系仍需结合CT扫描、压后剖切或数值模拟进一步验证。

水力压裂物理模拟实验能够在可控条件下复现裂缝起裂、扩展与闭合过程，是研究裂缝形态演化、应力重分布及裂缝相互作用机理的重要手段。然而，传统监测方法多依赖声发射、应变片等点式传感器，测点稀疏且监测信号离散，难以连续捕捉裂缝扩展过程中应变场的时空演化特征及其响应规律。分布式光纤传感技术凭借其高空间采样密度、连续测量与实时响应能力，为物理模拟实验的精细监测与机理解析提供了新的技术路径。本文面向实验室尺度水力压裂物理模拟，系统梳理准分布式光纤布拉格光栅(FBG)、基于光频域反射的分布式应变传感(DSS-OFDR)以及基于光时域反射的分布式声波传感(DAS-OTDR)的传感机理、信号特征与解释方法，并对比国内外代表性研究的实验体系与关键观测指标。在实验方法层面，总结不同试样材料与加载条件下的典型光纤布设方式与实验范式，包括透明介质可视化实验的嵌入式布设与直观观测优势，以及真三轴条件下水泥类岩试样的光纤固结与多井等效布设思路。进一步围绕解释技术进展，重点归纳基于邻井应变监测的裂缝形态刻画方法及其在真三轴物模中的光纤应变响应特征，并概述基于光纤监测的微震事件识别及其在压裂动态过程监测中的应用。研究表明，分布式光纤监测正由裂缝响应识别向裂缝形态精细表征与动态演化过程解析发展。未来应加强实验标定与方法规范化，推进应变与声学响应联合解释及裂缝参数定量反演，为物理模拟实验设计、监测数据解释与模型校核提供支撑。

准确监测页岩储层压裂正交裂缝的生成与扩展对于优化施工参数和提高经济效益具有重要意义。针对现场光纤监测正交裂缝扩展评价困难的问题，建立考虑裂缝扩展过程中的拉伸力学行为的邻井光纤监测正交裂缝扩展力学模型，开展光纤监测页岩试样的水平井压裂室内物理模拟试验，揭示了邻井光纤监测正交裂缝的力学机理，阐明了正交裂缝扩展诱发邻井光纤的应变演化特征，构建了根据邻井光纤应变数据评价正交裂缝扩展情况的方法。研究表明：正交裂缝扩展诱发水平邻井光纤应变响应会出现应变增强、应变收缩汇聚、应变直线状、压应变收缩汇聚及应变平稳五个阶段；正交裂缝诱发垂直邻井光纤应变响应会出现应变增强、应变直线状汇聚及应变发散三个阶段；邻井光纤与注入点的距离决定了光纤应变响应信号的强度，邻井光纤与井筒距离过远会导致光纤应变演化阶段的缺失；物理模拟实验中光纤应变数据可确定水力裂缝数量及起裂时间，正交裂缝扩展过程中会出现竞争扩展现象，光纤竖直传感段与水平传感段存在相互影响，本研究为页岩油气藏正交裂缝的有效监测和施工参数优化提供了重要参考。

泥页岩水化作用是深层油气钻探中诱发井壁失稳的关键因素，准确表征其力学响应的时空演化规律对于厘清失稳机理具有重要意义。传统点式与间断式监测手段难以连续刻画水化膨胀过程中的非均匀、各向异性应变场。为此，本文引入基于光频域反射原理的分布式光纤应变感测技术，构建了泥页岩水化应变连续动态监测实验方法，并通过室内物理模拟实验定量揭示了不同方向水化应变的演化特征。实验结果表明，泥页岩水化膨胀具有显著阶段性，初期膨胀速率较高，随后逐渐趋于稳定；抑制性溶液可有效降低膨胀幅值与演化速率。层理倾角对水化膨胀行为具有显著控制作用，水分沿层理面优先渗透致使垂直于层理方向的膨胀应变占主导地位。联合光纤应变与吸水质量监测所建立的含水率-水化应变定量关系表明，含水率随时间呈对数增长并趋于饱和。微观分析进一步揭示，水化作用不仅引起黏土矿物膨胀，还伴随白云石、钾长石等矿物的溶解与颗粒脱落，促进了裂缝与溶蚀孔隙的发育。上述结果为阐明水化致井壁失稳机理及优化井壁稳定性调控方法提供了可靠的实验依据与技术支撑。

油气生产系统完整性管理是保障设备安全运行、环境合规与生产连续性的核心环节，贯穿油气工程全生命周期。随着油气行业数字化技术的普及，数据量增大，但数据之间关联不足，传统人工智能方法在数据整合、知识利用与复杂工况适应能力等方面暴露出明显局限。以大语言模型代表的新一代人工智能技术的发展，为多模态感知、语义理解、因果推理和决策生成提供了新的技术支撑，也为油气生产系统完整性管理的智能化演进提供了新的技术路径。在此背景下，本文聚焦以大模型为核心的智能化变革，剖析传统人工智能方法在多模态数据整合、知识利用及小样本泛化等方面的能力边界，系统梳理大模型驱动智能管理架构，并以5层金字塔体系组织完整性管理流程，使数据融合与感知、智能识别与诊断、风险评价与预测、自适应评估和智能决策形成对应关系。该架构明确了各层之间的信息传递关系，使数据输入与状态识别相连接，并将风险分析结果传递至评估和决策环节，形成面向完整性管理流程的信息传递链。进一步地，本文多维度分析大模型在跨模态整合、因果建模及涌现能力方面的进展，从知识表示与推理、少样本迁移等方面说明大模型对完整性管理建模方式的影响。结合国内外典型案例，阐述大模型在安全监测、事故溯源及报告生成中的智能化优势，归纳检索增强、因果推理和智能体等技术在合规审查、泄漏监测等场景中的使用方式，讨论大模型与领域知识和模型组件的协同方式，分析不同技术模块在数据处理、状态分析与决策支持环节中的功能关系及其与现有技术体系的衔接方式。最后强调人机协同的重要性，探讨可行性、可解释性与可持续性发展路径，围绕模型幻觉、部署资源、数据安全、多模态适配和标准化等工程问题，分析大模型进入油气场景后在模型验证和决策执行中的约束，为油气行业构建更可靠高效的完整性管理体系提供理论参考和实践思路。

在“双碳”战略引领与能源绿色低碳转型背景下，我国天然气管网已形成国家管网集团主导的“全国一张网”基础设施格局，管网拓扑日趋复杂、调控维度持续拓展，传统依赖人工经验的调控模式已难以适配行业高质量发展需求，亟需构建新一代天然气管网智能调控技术体系。研究界定了天然气管网智能调控的核心内涵，构建了覆盖“智能感知-智能认知-智能决策-智能执行”全流程的闭环技术框架，系统梳理了我国天然气管网智能调控四大环节的技术突破与工程应用成效，深入剖析了当前技术体系的核心瓶颈。明确了智能调控四大核心环节的功能定位与逻辑关联，全面总结了我国天然气管网在数据底座建设、智能预测预警、运行优化决策、自动闭环执行等领域的系列工程化成果，识别出技术体系分散化、未形成全流程智能闭环、核心领域自主可控能力不足等关键问题。锚定四大技术方向提出了全流程自主可控的天然气管网智能调控技术实现路径，研究成果可为我国“全国一张网”格局下天然气管网的智能化升级提供理论支撑与实践参考。

随着全国天然气长输管道一张网基本形成及向全社会公平开放，不同托运商、不同气源的天然气可能在管网中发生掺混。为保证天然气交接计量的公平性，在交接过程中应当以热值或能量计量取代传统的体积计量。旨在提出一种具有组分跟踪功能的多气源管网运行仿真方法，其可以为未安装在线气相色谱分析仪的B级和C级计量系统提供较准确的天然气组分数据。建立了包括动量方程、能量方程、气体组分连续性方程及其定解条件的多气源管网瞬态运行数学模型，并采用数值仿真方法求解该模型，从而跟踪管网中气体组分数据随时间和空间位置的变化。数值仿真采用时间层递推模式，为减少计算量，在每一时间层将各离散网格节点(格点)上待求解的气体流动状态参数与气体组分数据解耦。解耦的基本思路是：基于前一个时间层的气体组分数据，用特征线法联立求解全组分连续性方程、动量方程和能量方程，然后基于特征线法求得各格点的流动状态参数值，用有限容积法联立求解组分连续性方程，从而得到当前时间层各格点的气体组分数据。为避免数值计算结果出现越界和时间域上的局部振荡现象，组分连续性方程中的对流项采用高阶有界离散格式，并运用延迟修正技术将其纳入源项。基于上述特征线法与有限容积法的融合算法编写了相应的仿真程序并将其应用于某枝状管网，其气体组分数据仿真结果与TGNET的最大绝对偏差为0.3%。

当前，中国输油管道正加速向“全国一张网”“X+1+X”模式转型。在人工智能技术的深度赋能下，输油管道调控领域迎来转型机遇，调控技术正迈向数字化、智能化新阶段，成为保障能源安全高效输送的核心支撑。为厘清输油管道调控技术发展脉络，本文系统梳理了输油管道调控关键技术的研发历程与应用成效。核心技术涵盖易凝高黏原油输送、原油管道优化运行、沿线摩阻预测等原油输送相关技术，以及批次计划编制、界面跟踪、混油切割与控制等成品油输送核心技术，同时包括输油管道泄漏监测与工况识别等保障类技术。相关技术有效破解了高黏原油输送难题，提升了成品油输送效率，强化了管道运行安全保障。在此基础上，本文构建了原油管道智能调控的业务大循环和业务架构，主要依托感知、认知、决策、执行四个关键环节，实现数据实时感知、方案智能编制、工况精准识别与自动决策处置的全链条闭环业务流程。最后，展望了管道数字化、智能化发展愿景，并提出3大重点研究方向。一是以现有SCADA系统为依托，推进数字化升级，结合智慧管道与智能站场建设，构建全要素数字孪生体，实现管道运行全方位智能感知；二是整合现有技术成果，搭建数据机理融合模型与专业数据库，开发生产运行大模型，实现运行参数实时预测预警；三是提升工况识别与泄漏监测智能化水平，保障工况平滑过渡与泄漏快速响应。本文旨在为输油管道智能调控关键技术的发展提供合理化建议和指导，为输油管道高阶智能化调控技术的发展奠定基础。

在“碳达峰、碳中和”目标引导下，能源系统正向清洁低碳、高效安全方向快速演进。氢能作为关键二次能源，其高效利用成为实现可持续发展的重要路径。掺氢天然气技术可依托现有管网设施，实现低成本、规模化输氢，但氢与钢管的相互作用易引发氢脆风险，威胁管道安全。因此，研究掺氢环境下管道材料的氢脆机理与防护策略，对保障能源基础设施安全转型具有重要意义。本文针对掺氢天然气管道输送中X70管线钢焊缝存在的氢脆风险，通过开展慢应变速率拉伸试验与疲劳裂纹扩展试验，系统研究了不同掺氢比10%、20%和100%以及不同充氢时间12 h、24 h和48 h对焊缝区域力学性能、断裂机理及氢脆敏感性的影响规律。研究结果表明，在疲劳载荷作用下，焊缝区域的氢脆敏感性显著高于本体，且氢脆敏感性随掺氢比例增加呈现非单调变化特征，其中20%掺氢比为关键脆化阈值，此时氢脆系数达到15.22%，断口形貌由典型的韧性韧窝逐渐转变为准解理混合型断裂。该现象归因于氢在晶界等缺陷处发生不可逆的偏聚。偏聚的氢原子通过氢致弱键效应显著降低了局部晶格结合力，从而诱发脆性断裂，并加剧了材料的脆化倾向。此外，研究还发现24 h是X70管道对氢环境响应最为敏感的时间节点。本研究揭示了X70钢焊缝在掺氢环境下的性能退化机制与微观损伤机理，为掺氢天然气管道的安全运行控制、寿命评估及完整性管理提供了重要的理论依据与实验数据支撑。

领域大语言模型(以下简称“大模型”)被视为推动工业智能化转型的关键技术，而通用大模型作为其研发起点，在高可靠性要求的垂直场景中仍面临知识深度不足与“幻觉”风险等根本性挑战。为系统评估通用大模型在天然气管道这一典型高危工业领域的实际能力，并为后续专用模型的研发与部署提供科学依据，本文构建了面向该领域的标准化评测基准 PipeMind-Bench，涵盖5大能力维度、36个细分技术方向，包含1580道具有确定答案的题目，并通过多组提示词设计探究上下文引导对模型性能的影响。基于该基准，我们对16个国内主流大模型开展了系统性评测，得出以下关键发现：(1)模型类型与参数规模并非性能决定因素：顶尖开源与闭源模型整体表现相当，推理型模型并未显著优于非推理型模型；部分中等规模模型(如14 B、32 B)在准确率、响应效率与部署成本之间实现良好平衡，是当前领域应用的高性价比选择。(2)任务能力高度不均衡：模型在“天然气基础知识”等通用性强的任务上表现较好，但在工艺流程、设备规范、安全标准等高度专业化子领域的性能显著下降。该结果为数据资源的差异化投入提供了实证依据——基础任务可减少训练数据冗余，而薄弱专业方向亟需高质量标注数据的定向补充。(3)推理与计算能力存在结构性短板：尽管问答能力相对稳健，但模型在逻辑推理和数值计算方面明显不足。其中，推理能力可通过领域数据微调等方式提升，但受限于架构对数值运算的原生支持薄弱，计算能力难以通过常规训练有效增强，建议在工程实践中将复杂数值任务交由专用计算模块处理。(4)幻觉问题集中于3类高风险错误：事实矛盾、事实编造与逻辑错误是模型在油气管道任务中最常见的幻觉形式，严重威胁决策安全性。未来领域模型训练应优先构建覆盖此类风险的高置信度数据集，并结合约束生成、检索增强或事后校验机制，实现对关键幻觉类型的精准抑制。本研究表明，当前通用大模型尚难以满足天然气管道等高危工业场景对可靠性与专业性的严苛要求，结构化知识注入与任务解耦设计应成为下一阶段研发的核心方向。所提出的评估体系不仅为行业模型选型、微调与迭代提供了可复现的基准，也为其他关键基础设施领域的AI可信应用探索提供了方法论参考。

天然气管道作为能源输送的关键动脉，其焊接接头的质量直接关系到国家能源安全与公共安全。传统的无损检测(Non-Destructive Testing，NDT)方法，如人工评片或单模态仪器检测，在应对管道焊缝的复杂结构与恶劣工况时，往往存在特征提取不全面与跨模态信息融合不可靠的固有局限，难以有效解决因数据源异构性、高强度环境噪声及复杂微观组织背景所导致的特征误匹配与伪对齐(False Alignment)问题。为此，本研究开发并验证了一种基于深度学习的天然气管道焊缝质量智能诊断系统。本文提出了一种创新的”感知—对齐—检测—重构—增强—融合”闭环处理架构。该架构始于一个图像质量感知模块，通过局部信噪比评估生成像素级噪声干扰分布图以量化输入数据的可靠性。随后，一个鲁棒特征对齐模块利用该分布图导引一种基于置信因子调节的可变形卷积(Deformable Convolution)机制，实现多模态数据在可信区域内的精准空间配准(Registration)。系统进一步集成了映射偏差检测与对齐路径重构模块，形成内部纠偏循环以动态纠正残余误差。此外，引入了一个先验驱动增强模块，将热影响区(Heat-Affected Zone, HAZ)边界、典型缺陷形态及材料组织等物理先验知识嵌入深度学习框架，以增强对关键区域的特征表达能力。最终，一个缺陷识别融合模块通过自适应加权策略，整合所有优化后的多模态特征，输出缺陷分类与定位结果。实验结果表明，在基于ASME标准的测试集上，本系统实现了97.6%的缺陷识别准确率。与业界先进的OmniScan X3系统相比，本系统将具有误导性的伪对齐误差发生率从15.8%显著降低至4.3%，降幅达72.8%。在极低信噪比(SNR<5 dB)的严苛条件下，系统依然保持了92.4%的高召回率(Recall)，证明了其卓越的噪声鲁棒性(Robustness)。在真实的管道工程项目现场验证中，系统表现稳定，识别准确率持续保持在92%以上，同时单次检测耗时相较于传统人工方法大幅缩短，展现出极高的工程应用价值。本研究的主要结论是，所提出的智能诊断系统通过其闭环、感知驱动且融入先验知识的架构，有效克服了传统方法在多模态焊缝质量诊断中的核心瓶颈，为工业人工智能在复杂工业场景中的可靠落地提供了可借鉴的理论模型与工程范式。

针对深海极端环境下水下温压传感器故障诊断面临的低信噪比、时空耦合特征提取不充分及故障样本不平衡等关键挑战，提出一种生成式数据增强CNN-LSTM网络(Generative Data-augmented CNN-LSTM Network,GD-CLNet)。该方法首先通过“斯皮尔曼等级相关系数-随机森林”二级筛选策略提取温度(T)、压强(P)等7项核心判别特征，优化模型输入维度；其次，利用深度卷积生成对抗网络(DCGAN)对稀疏故障样本进行增广，有效缓解数据类别不平衡问题；在此基础上，GD-CLNet协同发挥CNN局部空间特征提取与LSTM长时序依赖建模的优势，实现传感器健康状态的精准识别。实验结果表明，GD-CLNet在温度数据集上准确率达0.920、F₁值为0.892，在压强数据集上准确率为0.889、F₁值为0.912，性能显著优于传统机器学习与单一深度学习模型，为复杂水下环境装备的状态监测与预测性维护提供了高精度、高可靠性的技术解决方案。

针对成品油管道顺序输送中传统隔离技术(如橡胶隔离球、隔离塞)存在的设备磨损、卡阻风险及传统凝胶体系泵送压差高、管径适应性差等问题，本研究旨在开发一种新型油基凝胶，通过测试其剪切稀释性、结构恢复性及破胶效率，以提升复杂工况下的隔离性能，减少混油损失。以柴油为基液，向其中依次加入稠化剂和交联剂，制备不同浓度的油基凝胶。采用旋转流变仪测定其流变特性，通过室内外循环管路实验模拟真实工况，评估凝胶的剪切恢复性、界面稳定性及隔离效果；并在实验结束后，研究破胶剂的破胶效率及残留影响。实验表明，油基凝胶的粘度随浓度增加显著提升；且离心泵剪切后仍保持凝胶体的流变特性，2%浓度凝胶形成楔形界面，隔离效率显著；停泵24 h后重启，凝胶粘度能够恢复至初始水平；筛选的破胶剂可在1 h内完成破胶，破胶后粘度与柴油基本保持一致，无残留污染。新型油基凝胶在不同管径的管道中均展现出优异的剪切恢复率与界面稳定性，适用于复杂管道启停及高剪切工况，可显著降低混油损失，为成品油管道高效隔离输送提供了可靠的技术方案。

针对某地下储气库高负荷采气过程中乙二醇损耗显著增加及再生系统运行异常的问题，结合现场运行数据、组分化验结果与Aspen HYSYS稳态和动态仿真，分析高采出量工况下乙二醇损耗机理，并提出相应的工艺优化策略。建立并验证储气库地面采气工艺模型后，对日采气量由400×10⁴ m³/d增至560×10⁴ m³/d的运行过程进行模拟。结果表明，高负荷工况下气相流速增大、液相停留时间缩短，使低温分离器分离性能下降。稳态条件下，气相乙二醇携带量由12.48 kg/h增至17.47 kg/h；升量瞬态过程中携带量峰值达到26.80 kg/h，较最终高负荷稳态值增加53.4%。同时，液相停留时间缩短和界面扰动增强加剧油—醇乳化及液相夹带，使部分凝析油和乙二醇富液进入再生系统；其中重烃、芳烃及固体杂质会进一步引发积碳、发泡和气液夹带。针对上述问题，提出空冷器温度、外输压力与J-T阀节流过程协同调控的低温分离优化策略，充分利用管网余压强化焦耳—汤姆逊效应。模拟结果表明，将低温分离器温度由-5 ℃降至-10 ℃后，乙二醇回收量由34.66 kg/h增至35.17 kg/h；当前注醇条件下水合物生成温度约为-13.32 ℃，-10 ℃工况仍具有约3.3 ℃的安全裕量。结合再生系统除烃及运行参数优化，可进一步减弱重组分和杂质的不利影响。经济性分析表明，尽管重沸器热负荷由215 kW增至248 kW，优化方案仍可获得约446~626 元/d的净收益。研究表明，高采出量条件下乙二醇异常损耗是前端分离性能恶化、瞬态负荷扰动和再生系统污染共同作用的结果，采用压力—温度协同调控可在满足水合物防控及下游供气压力约束的前提下有效降低乙二醇损耗。

为探究成品油管道顺序输送甲醇的混油演化规律，本研究首次在国内开展了甲醇—汽油中试级顺序输送试验。试验系统设有透明观测段，可实时可视化混油界面形貌，并配备在线密度计以连续监测混油区内浓度变化。研究系统评估了管道运行长度、流速及输送顺序对甲醇—汽油混油长度发展的影响，并将结果与相同工况下汽油—柴油顺序输送试验进行对比，以揭示两种介质组合体系的共性与差异。
试验结果表明，在恒定流速下，甲醇推汽油和汽油推甲醇两种输送顺序的混油长度均随运行长度增加而增长，但增长率逐渐减缓，呈现非线性趋势，说明混油区扩展在长距离输送中趋于饱和。在固定运行长度下，当流速从0.8 m/s提高至1.5 m/s时，混油长度总体呈下降趋势，表明提高流速可通过增强湍流剪切与界面扰动有效抑制混油区发展。形貌观察显示，汽油—甲醇混油与汽油—柴油混油均呈均匀透明的扩散掺混状态，无分层或界面突变现象，证实了两种体系中因介质互溶性良好，湍流扩散均为主导混油机制。然而定量比较表明，所有试验条件下汽油—甲醇混油长度均明显短于汽油—柴油混油，这可归因于甲醇与汽油间较低的黏度差异及更快的分子扩散平衡速度。
汽油—甲醇混油与汽油—柴油混油在宏观扩散行为上表现出显著类比性：两者混油区均沿管道轴向对称发展，浓度分布从前行液体逐渐过渡至后行液体，与经典湍流扩散模型一致；两种体系中流速升高均使相同运行距离下的混油长度缩短，且变化趋势一致。这一类比性表明，现有汽油—柴油混油长度预测模型，可通过将试验测定的甲醇—汽油体系有效扩散系数代入模型框架进行修正，从而适用于汽油—甲醇混油长度的定量预测。本研究结果为甲醇在多产品成品油管道中的输送工程设计、运行优化及风险评估提供了重要的试验数据与理论指导，有助于推动甲醇作为清洁替代燃料在现有管道基础设施中的推广应用。

针对塔里木盆地克深8区块超深层致密气藏开发过程中，边底水侵入纳米孔隙后易在孔壁形成水膜并进一步演化为水桥，从而封堵气体运移通道、导致“水封气”的问题，本研究采用分子动力学模拟方法，构建甲烷－地层水－石英纳米狭缝模型，系统开展了水封气形成过程、平衡赋存状态以及孔径、压力和矿化度对临界含水饱和度与水膜厚度影响的研究，并进一步模拟了水桥增厚与破裂过程。研究表明，在亲水性纳米限域环境下，水分子吸附演化依次经历水膜形成、水膜加厚、水桥形成、水桥加厚和水桥破裂5个典型阶段；随着孔径增大，水膜向水桥转变所对应的临界含水饱和度和临界水膜厚度均明显增大，压力对水桥形成的临界条件影响较弱，而矿化度主要通过改变离子水化、界面水结构及固－液作用提高水桥形成所需的临界含水饱和度，但对临界水膜厚度影响有限。压力降低可削弱水桥稳定性并促进其破裂，解封压差可作为表征水封气解封难易程度的重要参数。研究结果从分子尺度揭示了纳米孔隙中水封气的形成与演化机理，可为克深8区块及类似致密气藏水封气赋存规律分析、微观机理认识及提高采收率提供理论依据。

准噶尔盆地中央坳陷盆1井西凹陷二叠系风城组三段发育一套深埋碎屑岩储层，是区域油气增储上产的重要勘探目标。本文综合运用岩心、测井资料，以及铸体薄片、扫描电镜、高压压汞等分析方法，对风三段砂砾岩和粉砂岩两类储层的岩石学特征、物性特征、储集空间与微观孔隙结构展开了系统对比研究，探讨不同粒级碎屑岩储层品质差异的形成机制。结果表明，砂砾岩储层初始孔隙度较高，压实作用是其孔隙损失的重要原因，同时部分样品受到强烈胶结作用改造，后期溶蚀增孔作用相对有限，最终孔隙度约为7.14%；粉砂岩储层初始孔隙度相对较低，并经历更强烈的压实作用，但由于胶结作用较弱，在生烃增压驱动下发生强烈有机酸溶蚀，形成较发育的次生溶蚀孔隙系统，平均增孔量达8.27%，最终孔隙度提高至10%以上，明显优于同期砂砾岩储层。研究区风三段碎屑岩储层发育受岩石组构与成岩作用耦合控制。沉积动力差异形成了不同的颗粒粒度、杂基含量及支撑结构，决定了储层初始孔隙格架及后续成岩演化路径；压实作用和早期胶结作用控制原生粒间孔保存程度和后期流体可进入性，而晚期有机酸溶蚀则是改善储层物性的关键建设性成岩作用。粉砂岩储层沿“弱胶结—强溶蚀”路径演化，形成丰富的次生储集空间，有效提高储层品质；砂砾岩储层则沿“强胶结—弱溶蚀”路径持续致密化。上述认识揭示了深埋条件下不同粒级碎屑岩储层差异演化的内在机制，拓展了对细粒储层成岩增储过程的认识，可为准噶尔盆地风城组及类似深层致密碎屑岩储层评价与勘探提供理论依据。

曲流河点坝砂体内部岩相组合复杂，开发过程中受长期注水冲刷影响，储层物性及非均质性具有明显动态演化特征。以孤岛油田馆陶组点坝砂体为研究对象，基于岩心、压汞、核磁共振和驱替实验，结合地质建模与数值模拟，研究了点坝内部岩相分异、物性时变规律及其对非均质的影响。结果表明，点坝砂体可划分为点坝中砂岩相、细砂岩相和粉砂岩相，不同岩相在粒度大小、孔喉结构和孔渗上存在明显差异。水驱至 200 PV后，点坝中砂岩相20 μm以上大孔喉占比增加，点坝细砂岩相驱替后大于10 μm的孔喉与小于0.1 μm的孔喉占比均有所提高，点坝粉砂岩相驱替后小于等于4 μm孔喉占比明显升高。对应地，点坝中砂岩相和点坝细砂岩相渗透率分别增至初始值的1.42倍和1.30倍，而点坝粉砂渗透率降至初始值的0.86倍，表现出高渗岩相扩孔增渗、低渗岩相细化堵塞的差异化时变响应。受侧积层遮挡及岩相时变共同影响，过水高值区由底部向中上部缓慢扩展，渗透率级差由约6.4增至约7.3，突进系数由约2.69降至约2.53，变异系数表现为先升高后缓慢降低，储层非均质性经历了由快速增强到高位稳定的阶段性演化过程。动态孔喉重构及渗透率分异演化使注入水更加集中于高渗岩相，降低了低渗岩相及侧积层遮挡区的动用程度，剩余油主要富集于点坝粉砂岩相、弱波及点坝细砂岩相及侧积层遮挡区。与不考虑物性时变的模型相比，考虑物性时变后含水率拟合平均绝对误差及均方根误差降幅分别为33.33%和30.09%。研究认识可为高含水期曲流河点坝储层剩余油预测与开发调整提供依据。

扇三角洲前缘水下分流河道具有非稳态演化特征，其多期迁移与叠置增强了储层非均质性，进而加大了储层预测的难度。针对这一问题，本文依托包1块九佛堂组上段密井网资料，基于岩心、测井及地震资料，开展单砂体构型研究，旨在定量分析水下分流河道演化过程并揭示其控制因素。研究表明，该区块发育水下分流河道、分流间湾、河口坝及前缘席状砂4种沉积微相，水下分流河道分为近连片型、接触型及单一型3种组合形式。水下分流河道由集中发育阶段向分叉增生、弥散游荡阶段演化，该过程中河道数量由23条增至36条，主干河道占比由39.1%降至13.9%，次级河道占比由60.9%升至86.1%。分叉增生阶段主干河道宽厚比最高，河道侧向迁移能力较强。河道演化受持续水进、下伏地形坡度趋缓及水流能量变化共同控制，次级河道宽度由64.6 m降至40.7 m；主干河道宽厚比变异系数由0.58升至0.86、次级河道由0.49降至0.30，反映不同级别河道对水动力扰动的差异化响应。砂体空间分布由叠置型向搭接型、孤立型转变，连通性逐步降低，构成退积型扇三角洲构型模式。相较常规井网而言，密井网井距与构型单元尺度的匹配程度提高，主干河道S/W为0.75，次级河道S/W为2.31，对单一河道边界和空间展布具有更强的约束能力。

基于地震数据的岩性智能预测对于石油天然气的勘探开发具有重要意义。生成对抗网络(GANs)具有强大的非线性建模与模式迁移能力，已广泛应用于地质模型预测。然而，现有方法在处理复杂地质约束时，预测精度不足、结构连通性差、建模效率低，难以满足精细油藏描述需求。本文提出一种基于多尺度特征融合(MSFF)和并行卷积(PC)的生成对抗网络岩性智能预测方法。该方法通过设计多尺度特征融合架构，自适应提取地震特征，实现岩性的智能预测与不确定性量化，同时引入并行卷积模块以捕捉多尺度特征。结合多尺度特征融合与并行式分辨率生成策略，不断迭代提升智能预测可靠性。以南苏门答腊盆地LTAF组为例，从二维和三维数据测试分析验证方法的可靠性，并与多点统计方法(MPS)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)等传统预测方法进行对比分析。该方法能够快速实现对岩性的高分辨率预测，降低了预测结果的多解性，为下一步油气富集区的优选提供了指导依据。

金属有机框架(MOFs)是一类由金属离子/簇与有机配体自组装形成的结晶多孔材料，具有高比表面积、可调孔径、规则孔道和可设计表面化学等特征，在气体储存与分离、异相催化、能源转化及环境治理等领域已得到广泛研究。随着深层油气勘探开发、非常规储层高效动用、炼化过程低碳化以及CO₂地质封存需求的增加，石油科学与工程领域亟需能够在纳米孔隙尺度上调控流体赋存、界面作用、分子识别和多相传质过程的新型材料与模型体系。MOFs的结构和表面性质具有高度可设计性，可为复杂油气体系中的界面调控、多相流度控制、选择性吸附分离以及多孔介质模型构建提供新的研究思路。本文系统梳理了MOFs的结构特征、合成方法及典型功能，在此基础上从共性科学问题出发，重点综述其在界面调控与多相流度控制、分子识别与复杂组分选择性脱除、限域孔道分离与界面选择性、结构可控多孔介质模型与CO₂地质封存等方面的研究进展。进一步分析了MOFs在苛刻储层与炼化环境中的稳定性、规模化制备、岩石/流体界面兼容性以及结构—性能—过程关联认知不足等关键挑战。本文旨在为MOFs从材料功能验证走向石油科学与工程中的机理研究和应用探索提供参考，并推动多孔材料、化学工程、岩石物理与低碳能源技术之间的交叉融合。

相交裂缝中的裂缝—裂缝波致流体流动(fracture-fracture wave-induced fluid flow，FF-WIFF)是流体饱和裂缝介质速度频散、地震衰减和水力连通性表征的重要机制。已有相交裂缝解析模型多假设两条裂缝等长，因而可利用共同支撑域和交换对称性对法向振动问题进行解耦；但天然裂缝网络中裂缝长度不一致更为常见，等长模型的对称/反对称分解不能直接适用。为此，本文在动态Biot孔隙弹性理论和稀疏裂缝散射框架下，建立非等长相交双裂缝的频率相关岩石物理模型。模型以两条裂缝面积平均压力差定义裂缝间总交换量，区分总导通系数、参考面积归一化连通性和进入各裂缝连续方程的面积归一化交换系数；针对两条裂缝径向支撑域不同导致的法向耦合问题，构建双定义域块系统，并用Schur补表征短裂缝法向响应对长裂缝主系统的反馈。等长极限下，模型可退化为已有等长相交裂缝模型。分析表明，非等长几何能够改变P波速度频散和衰减谱形，但其作用取决于几何支撑、实际交换能力和法向反馈路径的共同变化。在短裂缝截断方案下，长度比增大虽破坏等长几何对称性，但同时降低短裂缝柔度、短裂缝组裂缝密度贡献和总导通能力，使低—中频速度整体升高，并削弱中频FF-WIFF相关衰减。面积平均压力差、实际交换量和Schur反馈强度具有不同频率特征，说明压力驱动不能直接等同于宏观耗散强度。参考面积归一化连通性的增强会使FF-WIFF特征频率向高频迁移，流体黏度增大则使相关衰减增量和Schur反馈峰向低频移动。非等长几何还可破坏等长模型中的角度对称压力差抵消条件，重新激发裂缝间压力差。上述结果可为致密砂岩、页岩和碳酸盐岩储层中裂缝长度差异、水力连通性和流体性质的联合地震岩石物理表征提供理论依据。

CO₂压裂具有降低起裂压力、增强热应力致裂并促进复杂裂缝网络形成等优势，被认为是干热岩储层无水压裂改造中最具发展潜力的技术之一。现有CO₂压裂多采用高纯CO₂作为工质，但其捕集、提纯、液化和输运成本较高，增加了储层改造投入，制约技术规模化应用。为降低压裂工质成本，本文提出利用炼厂、电厂等工业排放源经简单纯化后的含N₂非纯CO₂直接压裂干热岩的新思路。基于非纯CO₂流体物性，建立非纯CO₂压裂干热岩热—流—固—损伤耦合裂缝扩展数值模型，研究不同CO₂/N₂配比、地应力差和注入速率条件下裂缝起裂与扩展规律。研究表明：①CO₂/N₂配比是影响主裂缝—天然弱面相互作用方式的关键因素，高CO₂比例条件下流体传压和换热能力较强，主裂缝更易穿透天然弱面并保持连续扩展；②随N₂比例升高，混合流体可压缩性增强，压力传递效率和裂缝尖端有效驱动力降低，裂缝更易沿天然弱面偏转或被捕获，损伤面积整体减小；③提高注入速率可增强裂缝尖端流体补给，部分弥补高N₂比例条件下传压能力不足的问题，促进裂缝扩展；④地应力差主要控制裂缝扩展方向和损伤展开尺度，地应力差增大时裂缝趋于定向扩展，侧向分支和弱面扩展受到抑制。研究结果可为工业源非纯CO₂压裂干热岩工质利用和参数优化提供依据。

水力压裂是决定页岩储层能否实现有效改造与开发的关键，需要综合考虑流体力学、岩石力学、化学、地质学等多个方面。页岩岩石组构，即岩石中矿物颗粒、胶结物、有机质、孔隙、裂隙等的几何形态与空间分布特征，具有强非均质性和各向异性，其从根本上控制着水力压裂缝的起裂、扩展路径及最终缝网形态。本文系统梳理了矿物组分与分布、有机质赋存、孔隙类型与结构、层理与天然裂缝等组构特征，分析了其对裂缝高度、缝网复杂度、导流能力、起裂压力及滤失的影响，并对比了海相与陆相页岩的组构差异。分析表明，页岩组构对压裂的控制遵循多尺度组构—各向异性—压裂响应的跨尺度传递规律，物性各向异性与结构各向异性的空间匹配度是决定缝网复杂度的核心，传统脆性指数因忽略两者间的匹配关系而难以有效评价可压性。最后指出现有研究在跨尺度定量表征、陆相页岩差异化评价及全周期多场耦合等方面的不足，并提出以各向异性匹配度为核心的多参数综合判据的构建方向。

储层压后产量精准预测对于优化压裂施工参数和评估储层改造效果具有重要意义。然而，实际工区开发过程中，由于现场样本数量有限，传统数据驱动模型容易出现过拟合问题，导致复杂储层条件下预测可靠性不足。针对上述问题，本文提出了一种融合数据增强与迁移学习的储层压后产量预测方法，以提高小样本条件下压后产量预测的准确性和稳定性。首先，综合考虑储层地质特征、工程地质参数以及压裂施工条件等多方面影响因素，构建包含多源特征参数的压后产量预测数据集。针对样本不足导致模型训练受限的问题，引入带梯度惩罚的条件生成对抗网络(Conditional Wasserstein Generative Adversarial Network with Gradient Penalty，CWGAN-GP)，通过学习真实样本的数据分布特征生成高质量扩充数据，提高训练样本的多样性和代表性。随后，结合最大相关最小冗余(Maximum Relevance Minimum Redundancy，mRMR)与皮尔逊(Pearson)相关分析的混合特征选择方法，筛选影响储层压后产量的关键控制因素，降低冗余信息对模型预测性能的干扰。在此基础上，构建知识约束下数据联合驱动的注意力机制双向门控循环单元(Attention-based Bidirectional Gated Recurrent Unit，Attention-BiGRU)模型，将储层工程知识融入深度学习过程，提高预测结果的合理性和稳定性。同时，引入迁移学习策略，减弱不同储层之间数据分布差异对模型性能的影响，提升目标区块小样本条件下模型的泛化能力。研究结果表明，所提出模型在测试集上的决定系数(R²)达到0.93，相较于传统机器学习模型及单一深度学习模型均表现出更高的预测精度。对比实验和消融实验进一步证明，各模块均能够有效提升模型预测性能，并表现出协同增益作用。本文方法有效解决了小样本条件下储层压后产量预测精度不足的问题，为储层产量评价和油气井生产分析提供了一种可靠的方法。

二氧化碳驱固相沉积会对储层物性产生伤害。通过物理模拟二氧化碳驱实验，原位生成无机离子沉淀和重质组分沉淀，系统表征了固相沉积对储层孔隙度和渗透率的影响，同时利用核磁共振定量计算了不同大小孔隙的堵塞情况。无机离子沉淀和重质组分沉淀会堵塞孔隙，造成渗透率和孔隙度减小，压差使流体进入更小的孔隙。饱和水矿化度升高，无机离子沉淀的沉积速度加快，造成渗透率和孔隙度减小。压力升高，大孔隙的无机离子沉淀可能重新溶解，造成渗透率和孔隙度一定程度恢复。但是重质组分沉淀的影响明显不同于无机离子沉淀。相同压力下二氧化碳驱，由于在原油中的溶解度更强，重质组分沉淀造成的采收率普遍较高。压力升高，重质组分沉淀堵塞大小孔隙的程度加剧，造成渗透率和孔隙度进一步减小。本研究为二氧化碳驱过程中可能产生的储层伤害提供参考依据，在实际应用中可以通过对水离子组成和注入压力调控，进一步抑制储层伤害，提高二氧化碳驱采收率。

在数据要素流通背景下，油气行业正由传统分散运行模式向多主体协同模式加速演进。然而，油气数据往往涉及国家资源安全、行业机密等敏感信息，其跨域流通的安全管控已成为制约数据价值充分释放的关键瓶颈。传统以单一控制域和静态授权为核心的安全治理方法已难以适应，亟需向跨域协同、过程可控的动态治理模式转变。对此，本文围绕油气业务场景分析了油气数据要素流通的多源异构、高敏感、强监管特点与全程可溯的需求，构建了以油气典型业务链条为载体的油气数据要素安全流通模型，以兼顾数据共享效率与合规安全要求。在此基础上，提出一种分布式油气可信数据空间架构，以赋予各业务主体数据安全治理的自主性，并阐述了所提架构的身份认证、数据使用控制、存证审计等数据安全功能和实现该架构所需的关键支撑技术。最后，结合语义隐私保护、命名数据网络和零信任体系技术的演进方向，对油气数据要素安全流通的发展趋势进行展望，为推动油气数据安全流通研究提供参考。

二氧化碳高值利用技术作为高潜力低碳能源技术，是我国碳中和技术体系中的重要技术组成，但仍处于技术早期阶段，面临技术迭代不确定性强、市场接受度低、经济成本高昂等系统性挑战与现实性制约。本研究从技术、经济和产业格局视角全面综述了我国二氧化碳高值利用产业在“双碳”目标下面临的机遇与挑战。研究表明：①从我国整体上看，二氧化碳高值利用的市场需求潜力大，但产量增长趋势尚难以满足不断增长的需求。甲烷与甲醇是经济性最强的两种二氧化碳高值利用产品，过去15年间中国天然气和甲醇的终端需求量分别增长了13倍和4倍。②从技术视角看，4条高成熟度技术路线包括二氧化碳加氢制甲醇、热催化制甲烷、生物质制甲烷和生物法制甲烷。绿色甲醇技术路线需依赖绿电供给与电氢协调配合，当前成本仍远高于传统甲醇路线，达成经济与技术可行性仍需借助能源系统的绿氢大规模低成本介入。③从资源潜力视角看，仅30%的省份同时具有较高的生物质资源潜力和二氧化碳排放量，制定区域协同的二氧化碳高值利用规划需考虑生物质资源和二氧化碳排放的空间差异化分布。④从未来挑战上看，经济核算体系、数据监管体系与工程建设体系是当前挑战集中的方面，并分别面临全链条经济性评价与多维评价框架缺失，原始数据监测困难与工程建设复杂性强等具体挑战。研究建议我国重视二氧化碳高值利用相关的宏观制度体系建设与多层级政策设计保障，并考虑技术成熟度、区域差异性与绿色化工特点开展技术的精准支持；加快交叉学科复合型紧缺人才培养体系建设与关键核心技术攻关，重视中小企业发挥的作用提升“校—企”合作质量；科学规划长期渐进式发展路线图，针对先进技术开展动态前瞻性评估。本研究也为其他处于成熟早期阶段的低碳能源技术借助技术、经济和产业多维度变革突破技术鸿沟提供了借鉴思路。