海底扇作为深水区重要的油气储集场所，其储层质量差异对于油气差异聚集及开采具有重要的影响。前人对海底扇储层质量差异进行过较多的研究，但对于陡陆坡背景下的海底扇内部储层质量差异特征及分布样式尚不清楚。本文以东非鲁伍马盆地X气田渐新统海底扇储层为研究对象，综合应用岩心、测井及地震资料，对陡陆坡背景下的海底扇沉积微相与岩相对储层质量差异的控制作用及分布样式进行了深入的研究。结果表明，在弱成岩作用下，海底扇内储层质量的变化主要受岩石沉积组构、岩相(组合)和沉积微相的控制。颗粒分选和泥质含量分别控制储层的孔隙度和渗透率，颗粒大小与储层物性之间的关系很复杂。富砂型岩相中，细砂岩相因其分选性好而具有最高的孔隙度，而块状含砾粗砂岩相因其低泥质含量而具有最高渗透率。在陡陆坡背景下，顺源方向海底扇构型单元依次为泥质水道-砂质水道-朵叶主体-朵叶边缘，导致了储层质量“差-好-差”的顺源差异。近源端泥质水道为细粒及富泥型岩相，其物性整体较差；中部砂质水道与朵叶主体变为块状含砾粗砂岩相和中-粗砂岩相，泥质含量低，物性变好，其中，砂质水道储层质量优于朵叶主体，其内部高孔渗带呈长透镜状，朵叶体相对高孔渗区呈朵状；远端朵叶边缘变为细粒的岩相(中-细砂岩相、细砂岩相)，泥质含量变高，物性逐渐变差。

油气勘探开发实践表明，从“源外”向“源内”转变是石油工业持续发展的必然选择。近来，在松辽盆地北部青山口组半深湖—深湖相纯页岩型泥页岩中获得非常规油气突破，证实了其广阔的资源前景。沉积古环境对有机质富集、沉积相分布及岩相发育具有显著的控制作用。因此，开展泥页岩地层的古环境重建研究，对非常规储层“甜点区”的精准预测具有重要的理论指导意义。本文通过生物标志化合物、元素地球化学等实验方法，对松辽盆地北部湖盆古气候、古盐度、古氧化还原条件、陆源碎屑输入、古生产力等参数进行恢复，明确了青山口组形成时期的古气候演化特征，并与国内其他主要页岩油气资源富集盆地古环境进行对比。结果显示，青山口组样品生物标志化合物正构烷烃以单峰为主，样品多以nC₁₈、nC₁₉、nC₂₀和nC₂₁为主峰碳，姥鲛烷/植烷比值为0.44~1.31，平均值为0.87，整体来看具有植烷优势；主量元素中CaO、Na₂O和P₂O₅相对富集，微量元素中Sr元素富集程度最高，Ba、V、Cr、Ni、Cu、Rb、Y几种元素相对亏损。研究结果表明：松辽盆地整体发育在炎热潮湿的古气候条件，其中古龙凹陷相较于三肇凹陷更为潮湿，青一段底部相较于中、上段更具炎热潮湿的特征；受来自东侧的古太平洋海侵影响，湖盆水体盐度较高，其中东侧的三肇凹陷水体咸化程度更高；松辽盆地北部青山口组沉积时期古生产力水平整体较高，盆地整体表现为贫氧—缺氧的还原环境，为有机质的富集和保存提供了良好的基础。

地震岩石物理反演是储层物性评价的有效方法。从地震数据中直接预测储层参数相比于从地震弹性参数估计储层参数具有更低的不确定性和更高的精度，然而现阶段研究对直接储层参数反演中初始模型建立的问题讨论较少，合理的初始模型不仅能提高反演结果的精度也能减少反演过程的计算成本。针对这个问题，本文提出了基于叠后-叠前联合反演的地震储层表征方法，结合叠后阻抗反演和统计岩石物理模型为叠前地震岩石物理反演提供可靠初始模型，充分利用叠后地震数据的高信噪比和叠前地震数据的高分辨率优势来提高储层参数反演的稳定性和精度。首先，通过现有测井数据对临界孔隙度模型进行标定并结合Zoeppritz反射系数方程构建储层参数化的反射系数公式，建立地震数据与储层物性之间的直接联系。接着通过叠后反演获得纵波阻抗，并利用测井数据得到的统计岩石物理模型建立叠前储层物性参数反演的初始模型。最后基于贝叶斯框架和柯西先验分布约束，从叠前地震数据进行孔隙度、泥质含量和含水饱和度等物性参数反演。模型测试结果表明，叠后纵波阻抗反演结果能够为叠前储层参数预测提供可靠的初始模型进而提高物性参数的反演精度。实际数据测试验证了该方法在提高储层物性反演精度和增强横向连续性方面的优势。

时移地震成本较高且并非适用于所有类型的油气藏，因此在实施前开展充分的可行性分析非常重要。时移地震可行性分析的关键是油藏开发后的地层弹性参数预测，而影响地层弹性参数的因素十分复杂，油藏开采造成的地层温度、压力、岩石骨架等变化都会对其产生影响。为准确预测油藏开发对地层弹性参数的影响，实现时移地震可行性定量评价，本文以我国渤海湾盆地浅层疏松砂岩油藏为例，开展基于岩石物理建模的时移地震可行性分析方法研究。渤海湾盆地浅层疏松砂岩具有高孔隙、低胶结等特征，本研究根据目标地层的地质条件，将沉积和埋藏史研究与岩石物理建模相结合，建立沉积-埋藏史指导下的岩石物理模型，对疏松岩石的岩石物理特征进行描述。在岩石物理模型的基础上，对研究目标地层的岩石骨架和流体条件进行定量评价，并根据油藏开发动态预测地层弹性参数，基于地震正演对地震条件进行定量评价。针对研究目标储层厚度有限的情况，利用楔状模型正演研究分析储层厚度对时移地震响应的影响。最终，从油藏地质条件、岩石物理条件、地震条件3个方面对研究目标地层的时移地震可行性进行评价。结果显示，研究区的储层地质条件和岩石骨架条件都较好，流体性质是决定时移地震可行性的关键因素，轻质油油藏更利于时移地震观测。从几个研究目标中选取最利于开展时移地震研究的一个，对已有地震数据进行一致性处理，开展时移地震分析，证明时移地震可行性分析的结果比较可靠。研究结果可为渤海湾盆地类似的浅层疏松砂岩时移地震可行性分析提供参考。

塔里木盆地作为我国最重要的油气资源接替区，其深层/超深层油气资源开发面临诸多世界级技术难题。本文系统梳理了塔里木油田超深油气储层改造技术的发展历程与技术体系，重点论述了塔里木油田两大主力储层的改造技术突破：针对台盆区深层/超深层复杂碳酸盐岩储层，创新性地提出了缝洞体识别与改造一体化设计方法；针对库车山前超深裂缝性碎屑岩储层，研发了系列高效改造技术。研究取得了3项重要技术突破：一是耐高温酸液体系的成功研发，显著提升了超深储层改造效果；二是高密度加重压裂液技术的突破，为超深井改造提供了关键支撑；三是配套工艺技术的持续创新，为超深油气储层高效开发奠定了坚实基础。结合塔里木超深油气储集层的勘探开发趋势，论述了储层改造的生产需求及技术不足，包括深层/超深层储层改造室内基础研究及人工裂缝扩展机理、新型改造液、分层工具、暂堵材料及配套应用工艺技术、改造直接监测解释技术等。提出了6个方面的技术发展建议：1)构建超高温高压基础实验平台，开展岩石力学、流体渗流和导流能力测试等基础研究；2)深入研究高应力复杂储层人工裂缝扩展规律，建立考虑多场耦合的裂缝扩展模型；3)研发耐温200 ℃以上的高性能酸液体系，重点突破可加重、低摩阻、耐高温可控生酸技术；4)研发软硬分层工具、暂堵材料及配套工艺技术，完善软硬分层工艺；5)优化超深水平井“多簇限流”压裂工艺，提高缝控储量；6)建立基于光纤监测的裂缝实时诊断系统，开发耐高温井下监测工具。本研究不仅系统梳理了塔里木油田“三超”储层改造技术体系，更为我国万米储层改造提供了关键技术储备。研究成果对推动我国深层油气资源高效开发具有重要理论价值和工程指导意义，相关技术创新思路也可为全球类似地质条件的油气田开发提供参考。

页岩油气地层的成功开发主要取决于长水平段钻井和大体积压裂等工程措施，这些措施可以使具有优质地质甜点的长水平段页岩油气地层开采出更多的工业产能，其中，钻井是沟通工程与地质的最有效、最直接的技术手段。钻井地质环境是影响钻井工程过程的重要因素，既包含地层的地质因素，也包含钻井环境与地质环境的相互影响因素。从提高优质甜点钻遇率、有利于压裂和降低工程风险的轨迹优化方向出发，本文提出了页岩油气地层增产、安全和高效的井眼轨迹优化控制技术。根据页岩油气地层钻井地质环境因素形成了地质甜点评价、地质风险识别和地质—工程一体化应用模式，基于这些模式提出了3种钻井井眼轨迹优化控制技术：①根据地层空间内地质甜点的变化控制水平钻进位置，形成优选钻遇甜点层及增加页岩油气产能的轨迹控制技术；②根据工程甜点的破裂性质优化钻进方位，形成提高页岩油气地层压裂效率的轨迹方位优化技术；③根据钻井过程中的地质风险，提出了保障页岩油气地层钻井的安全性，降低钻井工程风险的轨迹控制技术。井眼轨迹优化控制技术是实现页岩油气地质—工程一体化开发的关键技术之一，有利于提高长水平井优快钻完井与大体积压裂效率，有利于提高地质甜点的钻遇率和开发效率。

层理弱面是页岩储层水力裂缝扩展的关键控制因素。本文以临兴气区页岩为研究对象，通过室内岩石力学实验明确该区域页岩基质和层理力学特征；建立了含层理弱面的“应力—损伤—渗流”多场耦合三维FEM-CZM模型(Finite Element Method-Cohesive Zone Model)，引入考虑层理界面摩擦及胶结强度的层理接触本构，系统分析层理初始水力开度、摩擦系数、胶结强度、井周层理数目以及压裂施工参数对层理剪切滑移和裂缝扩展的影响。研究结果表明，层理干扰使水力裂缝扩展机制复杂，张拉和剪切裂缝共存。相比胶结强度，层理摩擦系数对裂缝穿层行为起主导作用；高摩擦系数促使裂缝抵抗层理干扰而更早穿层，且层理剪切缝范围减小。低摩擦系数及弱胶结强度时缝高扩展受阻；层理胶结增强会削弱层理滑移，促进裂缝穿层。层理初始水力开度达到300 μm时，压裂液沿层理渗流会导致裂缝无法穿层和改造体积受限。层理缝水力开度越大、摩擦系数越小、胶结强度越低，层理越容易剪切滑移。井周弱层理数目增多导致剪切缝面积增加，但张拉裂缝沟通面积减小。通过优化压裂液泵注程序，增加高黏压裂液用量，提高压裂液泵注排量，可以促进裂缝纵向延伸，提升储层动用程度。现场压裂井的井温监测进一步验证了层理弱面对压裂效果的影响。

非常规页岩油藏具有纳米尺度孔隙、非均质孔隙结构、多样矿物类型、非均质润湿性以及多种流体类型，从而导致页岩多孔介质中呈现出复杂的多相流动行为，亟需进一步研究。本文采用纳米尺度多组分多相格子Boltzmann方法，模拟了非均质润湿性/结构多孔介质中的油—水两相流动，探讨了非均质润湿条件下，横向/纵向非均质性结构、毛管数以及纳米尺度效应对油—水两相流动和相对渗透率的影响。结果表明，由于横向多孔介质中的毛细管阻力大，水相在横向非均质多孔介质中的相对渗透率小于其在纵向非均质多孔介质中的相对渗透率；随着毛管数的减小，毛细管阻力占主导作用，驱替体相力无法克服毛管阻力造成油水难以流动，油相与水相的相对渗透率降低，同时更多的油相和水相被毛细管阻力束缚在多孔介质中；固体壁面上的油膜导致的液—液滑移对水相流动的增强作用大于非均质黏度效应的削弱作用，考虑纳米尺度效应的水相相对渗透率增大。

连续油管拖动酸化是碳酸盐岩储层长水平井常用的酸液转向手段，然而受井筒跨度大、储层非均质性强及污染分布复杂等因素影响，其酸化效果难以准确预测。为此，本文建立了径向双尺度蚓孔扩展模型与现场尺度的连续油管酸化数值模型，系统模拟不同注酸参数下的酸蚀形态演化及酸化解堵规律，并结合伊拉克X油田现场数据开展实例分析。结果表明：随着注酸速率增加，酸蚀形态依次表现为锥形孔、主蚓孔、分支蚓孔及均匀溶蚀，其中主蚓孔突破所需酸量最少、扩展效率最高。蚓孔长度随用酸强度增大而显著增长，在0.2~0.8 m³/m范围内，长度从0.55 m增至1.42 m。地层污染深度越大、渗透率差异越小，酸化效果越差。模拟推荐：污染深度小于0.5 m时，采用注酸速率0.5 m³/min、用酸强度0.3~0.4 m³/m；污染深度约为1 m时，注酸速率提升至1 m³/min、用酸强度为0.4~0.7 m³/m。结合现场应用，采用“连续油管拖动酸化+近跟部加密点状注酸”的组合工艺可显著提升油井产能(2~5倍)，优于其他布酸方式。本研究为非均质碳酸盐岩长水平井的酸化参数优化与工艺设计提供了理论支持和工程参考。

在钻井工程中，井壁稳定性分析直接关系到井身结构设计、钻井液密度窗口设计及钻井施工安全。传统强度准则因大多为线性假设和忽略中间主应力效应，难以准确表征深部复杂地质条件下岩石的非线性破坏特征，所以选取适宜的强度准则是准确评价井壁稳定性的关键。本文使用了一种改进的三维Hoek-Brown强度准则，通过理论研究与模型应用相结合的方式，建立了更符合实际工况的井壁稳定性评价模型。研究结果表明：该准则不仅保留了Hoek-Brown强度准则在子午面内的非线性特征，还考虑了中间主应力对岩石强度的影响。改进的三维准则在主应力空间中的屈服面呈圆锥形曲面，屈服曲线满足外凸、光滑且封闭的性质。通过对六种不同岩石真三轴试验数据的对比分析，证明了该准则对各类岩石的良好适用性。将该准则应用于川东铜锣峡气田嘉陵江组灰岩地层的井壁稳定性分析，计算得到坍塌压力当量密度为1.16 g/cm³，在沿最大水平主应力方向钻进时，坍塌压力当量密度最低，符合实际工况，优于其他四种传统强度准则。改进的三维Hoek-Brown强度准则为井壁稳定性分析提供了一种更加精确且实用的方法。

邻井分布式光纤监测技术逐渐成为非常规油气藏压裂过程中裂缝监测的重要手段之一，建立邻井分布式光纤应变正演模型对于探究邻井光纤应变响应机理和裂缝几何特征反演等具有重要意义，但现有的光纤应变响应正演解释模型存在裂缝扩展模型选择灵活性不足和网格精度导致的计算效率降低等问题。本文建立了任意开度与几何形态裂缝扩展过程中应力—位移场的半解析计算模型，构建了邻井光纤应变正演模型。通过硬币型裂缝计算案例对裂缝周围应力场进行求解并与Sneddon解析解进行了对比分析，采用水平邻井光纤监测垂直椭圆裂缝计算案例正演了邻井光纤应变响应，并与位移不连续法邻井光纤应变正演结果进行对比分析，分析表明本文模型在经典常规算例下的计算结果与解析方法和位移不连续方法具有一致性。本文进一步将不同裂缝扩展模型与半解析应变计算模型耦合应用于现场光纤数据解释，针对美国HFTS-2矿场实验中B1H井19段和B2H井20段邻井光纤监测结果，本模型模拟结果契合了现场光纤数据响应特征模式，对于呈现复杂特征的B2H井20段，本文模型模拟结果在细节特征和时间尺度上相较于位移不连续法计算模型有更好的对应效果。本模型建立了任意开度与几何形态裂缝扩展邻井光纤应变正演模型，减少了邻井光纤正演计算量，同时可以耦合多种裂缝扩展模型，在现场数据正演解释中可以实现细节特征和时间尺度的更优匹配。

邻井低频分布式光纤声波传感监测作为近年来兴起的压裂监测技术，是实现压裂裂缝精细诊断的有效手段。为使业界进一步了解低频分布式光纤声波传感技术在水力压裂裂缝监测中的研究进展，推动光纤压裂监测现场规模化应用，本文从分布式光纤声波传感技术原理出发，简要阐述了分布式光纤声波传感机理及井中布设方式，系统总结了该技术在数值模拟、物理模拟和水力压裂现场应用方面的研究进展，最后提出了未来低频分布式光纤声波传感技术的发展方向。研究结果表明：①水力压裂低频光纤声波传感技术具有精度高，实时性强的优点，正逐渐应用于现场压裂监测，并得到了国内外学者的广泛关注。一次性光纤具有部署简单、成本低、占用空间小和性价比高等优点，未来有望成为邻井压裂监测的主要方式。如何有效降低光纤滑移效应对光纤应变响应的影响对于提高光纤监测的应变数据质量具有重要意义。②正演模拟主要通过光纤应变场模拟与实际监测数据进行对比分析，定性分析光纤应变规律，从而建立不同裂缝扩展类型与光纤应变规律的对应关系，解释邻井水力裂缝形态和扩展模式，目前应变解释模型主要考虑水平邻井和垂直邻井两种监测方法，尚无法表征应力干扰引起的裂缝偏转，与实际现场监测结果存在一定差距，未来亟需建立考虑应力干扰和流量分配的多裂缝复杂正演模型，为现场光纤数据解释提供指导。③反演模拟主要通过位移不连续法构建裂缝扩展模型求解裂缝尺寸，目前主要求解方法包括最小二乘法、Picard迭代、L-M方法和DRAM算法，但均无法同时反演3个方向上的裂缝几何参数。未来反演模拟的研究需要集中于求解算法的优化，如何更好地降低多解性影响将是后续算法优化的主要攻关方向。④物理模拟主要依托基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤解调器与真三轴压裂设备相结合开展裂缝监测实验，试验参数设置尚无法完全贴合现场实际情况，分布式光纤在不同岩石试样中的布设方式以及光纤试验数据解释是未来室内物理模拟研究的主要攻关方向。结论认为，邻井光纤监测对于压裂裂缝尺寸解释具有显著的应用潜力，未来有望成为解决非常规资源开发瓶颈问题的关键技术。

埋地管道在服役过程中易出现外腐蚀穿孔泄漏问题，准确预测外腐蚀速率对于合理制定管道维护策略具有重要意义。通过梳理管道外腐蚀速率影响因素，明确了土壤性质、杂散电流、阴极保护及理化特性为主要影响因素，并在我国某地区集输管道沿线收集了60组相关外腐蚀数据。随后，从物理和数据两个维度挖掘腐蚀信息，构建了基于物理机制引导的神经网络模型(Physics-Guided Neural Network，PGNN)。该模型在常规损失函数的基础上，引入物理机制约束作为惩罚项，通过调整腐蚀因素并重新训练模型，确保训练方向符合腐蚀机理，并利用遗传算法(Genetic Algorithm，GA)对超参数进行寻优，形成GA-PGNN腐蚀速率预测模型，最后通过事后可解释算法(Shapley Additive Explanations，SHAP)从全局和局部两个角度衡量腐蚀特征对腐蚀速率的影响程度。结果表明，与常规神经网络(Back Propagation Neural Network，BP)模型和GA-BP模型相比，GA-PGNN模型的平均绝对百分比误差、均方误差和相关系数分别为3.71、1.51×10^-5、0.9935，在3种模型中表现最佳；GA-PGNN模型的平均绝对SHAP值较小，且较均衡，说明模型对不同腐蚀因素的依赖程度基本一致，可以从每个腐蚀因素中获取有用信息；常规BP模型和GA-BP模型均无法捕捉到正确的腐蚀规律，甚至得到与腐蚀机理相悖的结论，预测结果存在较大的偶然性和随机性。研究结果对于提高埋地管道完整性管理水平具有借鉴意义。

随着我国能源结构优化，液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)作为清洁能源的消费量与进口量持续增长，但其含有的乙烷及以上轻烃不仅影响热值与计量，还制约资源综合利用效率。在梳理美国专利US0188996A1、US7069743B2及中国专利CN1318543C等传统工艺的基础上，提出一种基于直接换热(Direct Heat Exchange，DHX)的LNG轻烃回收新工艺，该工艺引入重接触塔实现甲烷与轻烃的二次精细分离，取消传统工艺中的闪蒸塔，通过富液温度梯级利用、脱乙烷塔能量回收等设计，优化换热网络与能耗分布，基于PR(Peng Robinson)状态方程和HYSYS软件进行了工艺模拟，从能耗、产品质量、㶲、换热网络等方面进行了综合比对，并结合响应曲面实验设计和NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithms-II)算法实现了目标函数优化。结果表明，如仅实现从LNG富液中提取甲烷，本文工艺的能耗较美国专利US0188996A1、美国专利US7069743B2和中国专利CN1318543C分别下降了35.9%、46.4%和44.9%；本文工艺高位发热量可降至34.16 MJ/m³，满足一类天然气质量要求，总㶲损为7171 kW，系统㶲效率57.4%；换热网络分析显示，其最小换热温差与对数平均温差更小，热集成度更高；经NSGA-II算法优化后，在乙烷收率变化不大的前提下，总能耗可从16 863 kW降至16 701 kW，在总能耗变化不大的前提下，乙烷收率可从93.52%升高至97.85%。本文工艺在降低能耗、提升产品质量与资源回收率方面具有显著优势，可为LNG轻烃回收的工程设计与现场运行提供重要理论支撑。

在国际油价波动和供应链风险加剧的背景下，提升原油供应的稳定性和自主保障能力已成为保障国家能源安全的战略重点。超重油储量丰富、价格低廉，并且具备通过加氢解构转化为高品质轻质合成原油的技术潜力。然而，该路径的经济性受超重油采购价格、绿氢及绿电成本波动等关键因素影响显著，需构建多维不确定性下的定量评估与优化模型，为投资决策提供依据。本研究在传统技术经济分析模型的基础上，引入多维随机变量波动的影响，采用参数扰动与蒙特卡洛模拟技术，构建了一个多维随机不确定性下的盈亏平衡价格模型。在此基础上，结合超重油价格的波动特征，构建原料采购与储备优化模型，形成了一套系统化的评估与优化框架。研究结果表明，原料采购成本和绿氢成本是影响盈亏平衡价格分布的主要因素。在基准情景下，盈亏平衡价格呈右偏分布，偏度系数0.76，其10%~90% 分位数区间为 [5537, 7601] 元/t。盈亏平衡价格存在长尾分布特征，有5% 的概率盈亏平衡价格超过 8000元/t。在作用机制上，价格上升推高了边际成本，使盈亏平衡点整体右移。同时，价格波动幅度的扩大加剧成本不确定性，拉长分布尾部、拓宽区间，显著增加尾部风险。在实施采购储备优化策略的情景下，每年可节约成本 2.66 亿元，并使盈亏平衡价格由右偏分布转变为近似正态分布。相较于未进行采购储备优化的基准情景，优化后极端高位盈亏平衡价格的出现概率降低，其10%~90% 分位数区间宽度减少 1519 元/t。按照轻质合成原油市场价格7000元/t计算，盈利概率由 74% 提升至 99%。储备优化有效降低了高盈亏平衡价格的发生概率，提高了盈利稳定性。同时，绿氢制取成本下降将进一步改善经济性。此外，不同风险偏好显著影响投资者对收益不确定性的接受程度，政策设计应考虑其差异性以提升方案适配性。本研究可为超重油加绿氢解构生产轻质合成原油技术投资提供科学决策支持，有望为我国在碳中和目标下的能源安全与低碳转型提供新型可行路径。