非常规油气开发教育部重点实验室建设立足国家油气重大需求和国际学科前沿，围绕非常规油气藏开采过程的多尺度多场多相渗流机理、强化开采物理-化学耦合机制、复杂条件钻井多场载荷与地层相互作用机制等亟待解决的科学问题，聚焦非常规储层油气藏渗流理论与模拟方法、高效开采方法及工艺技术、苛刻环境钻完井理论与技术、化学工作液等关键领域开展研究。综合应用先进的数学、物理、力学和化学等理论和方法，结合地质学、岩石与流体力学、油田化学、计算机与信息科学、人工智能等相关理论，着力解决我国非常规油气开发的工程技术难题，不断完善非常规油气高效开发理论与技术，提升我国非常规油气开发领域的整体研究水平，为国家能源安全提供保障。

    实验室将建成我国非常规油气高效开发理论与技术研发平台，石油与天然气工程学科建设和高素质人才培养基地。针对我国非常规油气开发的工程背景、储层的特殊性与复杂性、开发环境的苛刻性，以地质学、岩石与流体力学、油田化学、计算机与信息科学为基础，形成非常规油气高效开发理论与技术，提升我国非常规油气开发领域的整体研究水平，为国家能源安全提供保障。

非常规油气开发教育部重点实验室设置非常规油气藏渗流理论与模拟技术、非常规油气藏开采工艺技术、非常规油气钻完井理论与技术、非常规油气田化学工作液等四个主要研究方向。

非常规油气开发教育部重点实验室是在国家重点一级学科“石油与天然气工程”基础上，整合教育部创新团队、山东省创新团队、山东省泰山学者优势特色团队等4个创新团队，以及山东省和中国石油、中国石化等7个重点实验室(研究室)组建，拥有教授42人、副教授32人、讲师12人、实验人员11人，其中中国工程院院士2人，“长江学者”特聘教授2人，国家杰出青年基金获得者2人，国家“万人计划”杰出人才2人，国家“百千万人才工程”入选者3人，科技部中青年创新领军人才2人，长江学者奖励计划青年学者1人，国家优秀青年基金获得者2人，山东省泰山学者攀登计划专家2人，山东省泰山学者优势特色学科领军人才1人。

非常规油气开发教育部重点实验室建成5个具有特色功能的实验平台：公共仪器分析实验平台、油气渗流模拟实验平台、开采技术实验平台、钻完井工程实验平台和油气田化学实验平台，平台下共设置18个分室。将围绕国际科技发展趋势和国家能源战略重大需求，在国家重点学科“石油与天然气工程”基础上，联合相关优势学科开展非常规油气开采领域的前沿基础理论和关键技术研究，形成适用于非常规油气高效开采的新理论、新方法和新技术。通过非常规油气开采领域高素质人才培养和创新基地建设，将实验室建设成国内领先、国际先进的重基础、跨学科、开放式非常规油气开采研究机构，成为科技创新、人才培养、社会服务和学术交流的公共平台，为进一步建成“深地与非常规勘探开发国家重点实验室”奠定基础。

非常规油气开发实验室各研究单元构成示意图

针对非常规油气藏多尺度多物理场耦合渗流特征，构建精细表征储层特征的数字岩心，揭示热-物理-化学作用机制及渗流机理，建立“温度场-应力场-渗流场”多场耦合多相流动模拟方法，形成非常规油气藏渗流模拟平台。

（1）多尺度数字岩心构建

应用微米CT、扫描电镜及能谱分析等实验分析手段，获取非常规油气储层包含微裂缝及大孔隙的低分辨率岩石矿物图像信息，构建低分辨率大尺度数字岩心；研究大尺度数字岩心孔隙图像分类方法，获取高分辨率岩石矿物图像信息，构建高分辨率小尺度数字岩心；建立不同尺度数字岩心的叠加整合方法，构建非常规储层多尺度多矿物相数字岩心；建立孔隙网络提取方法，构建孔隙网络模型，形成非常规油气储层孔隙结构特征参数的计算方法，为微观流动模拟提供研究平台。

（2）“温度场-应力场-渗流场”多场耦合流动模拟

针对致密、页岩油气及深层油气开采，基于实验和微观模拟方法，建立考虑微纳孔隙内微尺度效应、吸附解吸、孔隙变形等特征的介观流动模拟方法，揭示真实数字岩心内“温度场-应力场-渗流场”多场耦合渗流机理；构建基于均化理论或体积平均法的尺度升级方法，实现岩心尺度渗流模拟，以计算宏观渗流参数；建立非常规油气储层多孔隙介质（纳米级粒内孔隙-微米级粒间孔隙-毫米级微裂缝-米级人工压裂缝）多场耦合油气藏宏观数学模型及其数值求解方法。形成介观-岩心-油气藏多尺度多场耦合模拟方法，为开发动态预测提供有效的研究手段。

（3）热-物理-化学作用机制及多相渗流模拟

 针对特/超稠油热化学复合驱开采，分析热-化学剂协同作用对稠油性质和组成的影响，研究化学剂热稳定性及其与油藏流体的配伍性，阐明热-化学剂对油水两相相对渗透率协同影响规律，进而揭示蒸汽、降黏剂、驱油剂、CO2/N2等多元热流体对稠油开采的复合作用机理；针对天然气水合物藏开采，分析天然气水合物储层物性参数动态变化规律，阐明水合物开采流固耦合、气/水/水合物/岩石颗粒混合流动机制，揭示水合物抑制剂作用机理。基于以上研究，最终形成非常规油气热-物理-化学作用机制及多相多组分渗流模拟方法。

围绕非常规油气藏开采工艺难点，建立储层改造的关键力学理论与技术，研制强化开采功能材料与工艺，开发新型高效人工举升技术，构建天然气水合物藏出砂预测与防砂完井设计技术，以形成高效稳定的非常规储层开采工艺系统技术。

（1）储层缝网改造力学作用机制与方法

针对深层/致密/页岩储层，剖析非常规储层岩石的破坏力学响应机制，分类建立岩石宏观损伤力学本构，阐释超临界二氧化碳、聚能泡沫等新型压裂方式下的缝网扩展固液力学作用机制，揭示裂缝扩展与地应力场的协同变化规律；完善多级燃速固、液火药体系，开发水平井、层内多级固液火药燃爆诱导压裂工艺技术，实现高应力差异储层的规模改造；揭示缝网向基质的酸蚀蚓孔扩展规律，模拟裂缝缝网向基质的动态酸岩反应渗流过程。

（2）强化开采功能材料与工艺

针对深层/致密/页岩/超稠油储层，设计耐高温超分子缔合稠化剂、高效驱油剂、液态或超临界CO2增稠剂与交联剂、耐盐低吸附减阻剂等各种压裂改造新材料，形成耐高温、抗高盐、低吸附、可回收的新型压裂液体系；研制系列微乳液助排剂、纳米流体增渗剂以及可降解纤维等各种助剂；开发低密度、高性能和多功能新型支撑剂，明确不同类型支撑剂在复杂裂缝中的沉降运移规律；发明功能性调堵体系，实现对缝网基质封堵过程的注得进、抗剪切、堵得住；研制低界面张力泡沫驱体系、纳米流体与气溶性表面活性剂体系，实现对基质中剩余油的有效剥离与启动。

（3）新型高效人工举升技术

针对深层、特/超稠油油藏，探究沿井身的多物理场耦合变化规律，构建可定量表征举升过程中井周温度场、压力场、粘度场及流体相态动态变换的模拟技术，开发不同类型油井举升方式的优选、配置与参数设计技术；改进现有举升工艺并完善配套设备，提高常规举升方式的适应性，扩展井筒举升的深度和流体粘度范围；探索新型能量转换途径，研发U管压力平衡举升、水力-电力-机械力-气举力合力举升等举升新工艺及配套设备，突破常规举升技术的局限。

（4）天然气水合物藏出砂预测与防砂完井设计

开展天然气水合物藏出砂可视化实验及数值模拟，揭示天然气水合物出砂微观机理，建立精确定量出砂预测方法；剖析不同防砂措施在水合物储层气水砂混合流动条件下的挡砂、堵塞和流通规律，研发新型防砂工具、固相挡砂充填介质，建立水合物储层极粉细砂的防砂新技术；推导储层内部气水流动携砂运移动态模拟模型，探讨基于极粉细砂防砂与适度控砂的协调作用机制，构建适度防控的优化理论与设计方法。最终形成针对水合物储层极粉细砂的出砂预测、前期预防与适度控制的配套理论与技术，突破天然气水合物极粉细砂的防控瓶颈。

围绕苛刻物理环境下复杂油气井工程理论与技术中的重大科学和基础理论问题，以非常规油气高效钻完井为目标，建立基于非牛顿流体力学的井筒非稳态多相流动压力控制理论，研究非常规油气地层优快钻井方法、井壁稳定理论及井眼轨迹控制方法，构建非常规油气藏井筒完整性评价与控制一体化的管理平台。

（1）井筒压力控制钻井理论及技术

针对非常规油气藏钻井过程中面临安全钻井液密度窗口窄、井涌井漏同时存在、井筒压力控制困难等复杂问题，基于非常规油气藏储层孔渗特征及流体相态特征，揭示油气藏与井筒流体耦合作用机制，阐明钻井期间储层流体侵入井筒的动态过程及内在机理；基于钻井过程中所采用的非常规的非牛顿流体钻井液流变性及相态变化规律，建立井筒环空非牛顿流体非稳态多相流动模型；综合分析井筒环空流体参数变化规律，阐明溢流的发生和发展演变机制，揭示井筒压力控制机理，形成基于非常规油气藏、井筒与地面一体化的井筒压力控制钻井理论及技术。

（2）安全高效建井理论与技术

针对深部地层硬度高/研磨性高、机械钻速极低这一钻井难题，研究深部硬岩破碎机理与高效破岩理论与方法，形成深部地层优快钻井技术；针对非常规储层井眼失稳破坏严重、井筒安全风险突出这一难题，研究苛刻物理环境下地层岩石在钻完井过程的力学响应特征及工程应对策略，分析井周地层垮塌、漏失或裂缝扩展的基本规律，形成大位移井井壁失稳预测及控制技术；针对非常规储层开发井井身结构复杂、井眼摩阻大、井眼延伸能力有限等技术难题，研究油气井管柱受力变形特征及其与井壁的相互作用机制，形成复杂结构井轨道设计及管柱磨阻扭矩预测理论。

（3）井筒完整性评价与一体化控制

针对非常规油气资源勘探开发过程中油套管柱损坏、水泥环密封失效、环空异常高压等井筒完整性问题频发问题，研究气侵条件下水泥环性能的变化规律，建立高温高压环境下水泥环密封性能检测指标与评价方法，揭示深井异常环空压力形成机理；建立环空压力预测模型，预测深井复杂条件下环空压力随时间的演化规律，开展不同工况条件下井筒安全性能评价，建立深井环空压力安全范围的确定方法；建立深井高温高压条件下井筒完整性评价模型，研究不同井筒完整性的响应特征和判别标准；针对油气井工程发展需要，形成保证井筒完整性的理论和技术体系。

页岩/致密和缝洞型碳酸盐岩等非常规油气藏储层空间的强非均质和多尺度特征，流动机制主要受控于微尺度效应、吸附/解吸、多模态等相互作用，常规的油气渗流理论不再适用，形成了从分子-孔隙-岩心-宏观到缝洞的多尺度油气渗流模拟理论与方法，取得了三项创新成果：

（1）厘清了流体在纳微孔隙中的传输机制，首次发现了外电场扰动下纳米孔隙内流体的电共振输运现象；考虑微尺度效应、润湿性、吸附/解吸等，创建了纳微尺度多孔介质流体运移数值模拟方法，揭示了页岩/致密油气藏纳微尺度的流动机制；

（2）发现了纳微尺度多孔介质中的气体耦合运移机制，考虑基岩与天然裂缝间的非稳态窜流及储层多尺度特征，创建了离散裂缝、连续介质耦合的多尺度流动模拟理论和方法，解决了传统数值模拟不能准确模拟页岩气藏生产动态的难题；

（3）发现了基岩和微裂缝区域的渗流与大缝和溶洞区域的自由流耦合界面的流动控制机制并建立了油水两相界面条件，创建了离散缝洞网络模型，实现了渗流与自由流的耦合，形成了相应的多尺度有限元数值算法，解决了缝洞型碳酸盐岩油气藏数值模拟这一国际难题。

该项成果在Nano Lett、德国应用化学等本领域权威期刊发表 SCI 论文97 篇（ESI高被引2篇），出版中英文专著7 部，被50多个国家的专家学者（院士18人）正面引用和评价。在国际多孔介质大会、香山会议、院士学部论坛等国内外学术会议上作特邀报告10余次，并在长庆、胜利、塔里木、涪陵等非常规油气田得到推广应用。相关成果获2017年教育部自然科学一等奖。

致密、低渗、深层油气藏，其油气田成藏过程和油气藏特征与盆地主体大都具有显著差异，储层的三维立体改造和强非均质油藏的高效驱替是该类资源有效动用的关键所在。科研团队经过多年产、学、研联合攻关，在该类储层开发理论与技术上取得重大创新：

（1）提出了低渗透油田高速通道整体压裂增产改造方法，发明了不动管柱水力喷砂射孔与分段压裂联作井下核心装置，使大量不可采储量转化为可采储量，压裂改造后单井平均增产1-4倍。

该项完全自主知识产权的研发成功，使中国成为世界上第二个掌握此项高端技术的国家。该项成果技术已向国内多家单位转让和授权推广应用，工业化应用349井次，压裂改造后井平均增产1-4倍，直接经济效益9.62亿元。技术核心发明点获授权发明专利4项，计算机软件著作权4项，出版专著2部，发表论文105篇，被SCI、EI收录56篇次。相关成果获2012年国家技术发明二等奖。

（2）建立特-超低渗油藏“差异成储、多期运聚、源导共控”多期成藏理论与渗吸驱替理论；研发低渗-超低渗油藏压裂改造功能材料体系及精细压裂技术；建立温和自适应调控和复合强化驱油新工艺。

该成果获国家发明专利45件，实用新型专利62件，软件著作权10件，制定企业标准14项，出版专著21部，发表论文315篇，SCI/EI收录124篇，获省部级科技进步特等奖1项、一等奖5项。2014年中国石油和化学工业联合会组织11名院士参加的评审组鉴定，认为“该成果紧密联系生产实际，取得巨大的经济社会效益，整体技术居国际领先水平”，对同类油藏勘探开发技术进步起到引领作用。相关成果获2016年国家科技进步二等奖。