提高钻速、井下复杂防控、提高油气钻遇率是深层超深层油气钻井面临的3大问题。围绕这3大问题，“十二五”以来，中国在旋转导向、精细控压、高效PDC钻头及提速钻具、承压堵漏等技术方面取得重要进展，钻成了一批8 000 m左右的超深井。聚焦钻井提速，总结近年来在钻柱动力学、高效破岩和辅助提速钻具方面的研究进展，主要包括：回顾了国内外钻柱动力学理论发展历程，探讨了钻柱振动与屈曲以及动态摩阻扭矩评价方法；聚焦深部硬岩塑—脆性临界高效破岩理论，总结了基于塑—脆性临界破碎的钻头选型与优化设计方法；系统介绍了基于冲击加速裂纹扩展和振荡减阻等视角研制的系列提速钻具和基于CAE数值计算的相关分析评价方法；以及总结分析了基于能量高效传递与高效利用的综合提速方法；并提出了加大井下动力钻具攻关和开展新型破岩方式的研究建议。研究工作对提高深难钻地层和超深层复杂结构井的钻井速度有一定参考价值。

逆冲走滑断层体系广泛分布在含油气盆地富油二级构造带中，定量表征对油气勘探开发意义重大，受水平挤压应力与压扭剪切应力叠加耦合作用，逆冲走滑断层体系内同时发生逆冲推覆位移与走滑位移，造成体系内地层破碎、断层体系复杂、测井与地震响应杂乱，断层识别、组合、表征与建模困难。围绕逆冲走滑断层成生机制特点及断层体系复杂性解析与表征，研发出分区分级解析与三维全景表征技术，成功应用于柴达木盆地英东油田油砂山断层下盘逆冲走滑断层体系的定量解析与三维全景表征。依靠分区对比，建立关键标志层交叉引层与分区标定技术，有效解决了逆冲走滑断层体系破碎地层层位标定多解性强的难题，实施了对研究区油砂山断层下盘6个关键标志层的有效标定与全区满覆盖追踪。应用多尺度多类型逆冲走滑断层褶皱阶梯状网格建模与全景可视化表征技术，实现了对研究区油砂山断层下盘逆冲走滑断层剖面—平面—三维立体空间多视域全景可视化表征。

塔西南拗陷柯克亚地区卡拉塔尔组为碳酸盐岩储层，其孔隙—裂缝系统决定着油气的富集程度，应用单一测井参数识别和评价孔—缝系统非常困难且效果差。为此，以主成分分析方法为核心，在损失很少信息条件下，将多个成分耦合后并在保证数据信息丢失最小的原则下提出了一种基于常规测井数据资料对碳酸盐岩孔隙—裂缝系统储集空间解释与评价的新方法，对未实施成像测井区域实现储层纵向高密度孔隙—裂缝系统联合量化分析与评价。研究利用声波测井、密度测井、中子测井、深侧向测井及浅侧向测井等测井资料，结合研究区实测孔渗数据及压汞测试等数据，建立塔西南柯克亚地区次生孔隙—裂缝储层解释数学模型，量化表征碳酸盐岩孔隙—裂缝系统储集空间。结果表明，柯克亚卡拉塔尔组孔隙—裂缝储层解释模型的识别结果与成像测井解释结果吻合率较高，可达73%，表明该方法有效，研究结果可为致密碳酸盐岩油气藏的高效勘探提供有力保障。

针对局限湖盆滨浅湖滩坝相砂体薄、相变快、储层非均质性强，现有地震分辨率难以有效刻画的问题，以大芦湖油田博兴洼陷沙四上亚段为例，在区域等时界面T₇约束下利用年代地层切片提取了地震振幅属性，明确了滩坝相在地震振幅属性上的响应特征，采用地震沉积学技术探索滩坝微相的刻画。沙四上亚段滩坝相发育5种地震反射特征，采用聚类分析方法识别了滩坝微相的分布范围，探索径向基多属性融合方法进行砂体厚度预测。结果表明，在原始地震属性中产生干扰的西北部砂体不发育，以半深湖相泥岩为主，研究结果与真实地质认识吻合程度高，消除了单个地震属性具多解性的问题。研究综合上述成果精细刻画了研究区滩坝微相的分布，显示出研究区内坝砂微相发育且分布范围较广，呈现多列砂坝面向半深湖区平行排列的特征，油气显示较好，是下一步非常规油气勘探开发的有利目标区。

中国在数千年采盐历史过程中形成了大量采卤型盐腔，与地下盐腔储气库相比，采卤型盐腔具有地质条件复杂、腔体形态极不规则、密闭性及稳定性差等特点。为了研究采卤型盐腔的封闭性能，以薄层不规则采卤型盐腔为研究对象，基于地质、测井和各种室内岩芯实验结果，建立了四川盆地Y盐腔三维精细地质模型和井筒三维动态地质力学模型，并对固井界面微环空和裂缝扩展进行了数值模拟。结果表明：1) 在明确模型渗透率及压力分布的基础上，模拟显示四川盆地Y盐腔具有良好的封闭性；2) 循环荷载作用下的疲劳损伤和塑性应变会局部集中，主要集中在水泥环与套管的界面处；3) 适当降低水泥环弹性模量和纤维含量，会增强井筒处的封闭能力；4) 在评价盐腔封闭能力时，围岩渗透率是主要因素。盐腔储气库建设过程中，应根据区域内岩石封闭能力的强弱，合理预留一部分盐岩顶板厚度，保障腔体密闭性。

下刚果盆地发育大规模深海水道沉积，是主要的油气储层类型。针对其内部水道单元叠置样式及迁移模式尚不明晰问题，开展了深水水道构型模式研究。研究利用三维地震资料及RGB分频属性融合技术，在沉积构型模式驱动下，厘清了不同水道构型级次沉积特征，还原了研究区浊积水道沉积过程。研究取得以下认识：研究区发育下切式限制性水道体系，内部发育3期摆动切叠的复合水道，底部复合水道平面顺直，内部单一水道垂向切叠，中部复合水道平面为低弯曲条带，内部单一水道侧向切叠，顶部复合水道平面高弯曲摆动，内部单一水道侧向接触或孤立。3期复合水道对应侵蚀底形、主体沉积以及晚期废弃3个阶段，储层形成于水道主体沉积阶段。研究明确了不同水道构型单元的沉积特征及叠置样式，建立了研究区深海水道沉积过程，对于同类型油藏的开发策略及高效生产有着重要的地质理论意义。

塔里木盆地西南山前带地区的地表、地下构造模式复杂，构造岩性多变，属典型的“地表地下双复杂”区域，地震波场复杂，处理与成像难度大，精度低。为厘清该地区的地震波场传播规律，为后续资料处理提供理论基础，以实际地震资料、测井数据以及近地表露头数据为基础，建立了代表该地区地质特征的双复杂速度模型，并进行地震波场模拟分析。首先，利用近地表层析数据与高程建立了近地表速度模型，再以地震解释数据为基础，对复杂构造模型进行模式化调整，最后，将近地表速度模型与构造模型进行融合完成速度结构建模。为更好地建立符合目标工区实际Q值分布，总结了一套基于稀疏井数据的Q模型建立方法。通过对上述方法建立的速度模型与Q模型进行地震波场正演模拟，分析了地表高程起伏、近地表速度分布等因素对地下地震波场的影响。上述研究可为研究区的地震采集观测系统参数优化、提高地震成像质量建立理论基础。

吐哈油田鄯善区块已进入高含水开发后期，水驱进一步提高采收率潜力有限，需探索新的提高采收率技术。CO₂驱油提高采收率的有效性已被国内外研究广泛证实，但鄯善区块缺乏CO₂气源，外购和运输成本高昂。为降低CO₂注气成本，探索将丰富的烃类伴生气与CO₂混合驱油的可行性。利用鄯善区块原油、岩芯和伴生气，测定不同CO₂含量混合气与原油的最小混相压力；开展高温高压条件下岩芯驱油实验，先水驱以模拟高含水开发后期状态，随后注入不同CO₂含量混合气进行气驱，并结合核磁共振和CT扫描进行监测。结果表明，混合气中CO₂含量超过43%即可实现与原油的混相；当CO₂含量约50%时，驱油效果接近纯CO₂驱油，显著优于纯伴生气驱油；CO₂和伴生气混合驱油能够在微观孔隙尺度上有效动用剩余油。由此可见，CO₂和伴生气混合驱油是一种经济可行的替代方案，可为鄯善区块开发后期提供理论支持。

针对稠油油藏注蒸汽中后期热效率低、蒸汽消耗量大等问题，提出了稠油原位催化裂解产生溶剂辅助注蒸汽开采技术。通过数值模拟和物理模拟相结合的方式，对该方法的可行性进行了研究。通过辽河杜84稠油的室内评价实验，研究了稠油催化裂解产生溶剂的机理，结合反应动力学理论建立了反应动力学模型，利用数值模拟方法研究了稠油原位产生溶剂强化的机理。结果表明，在注蒸汽环境下催化裂解可将超5%的稠油裂解为溶剂，其组成包括碳氢化合物轻烃和非凝结气体，具有作为SAGD汽腔中辅助重力泄油的溶剂介质特征，裂解产生的溶剂浓度也满足溶剂辅助SAGD(Expanding Solvent-SAGD，ES—SAGD)技术对溶剂的需求，且产生的轻烃组分和气体可在汽腔中循环利用，实现提高泄油效率和油汽比的效果。

低渗透储层孔隙小、喉道细、渗流阻力大，常规水驱采出程度仅为20%左右，而注气开发不仅受气源的限制，更因气窜等问题严重影响低渗油藏开发效果，因此，提出了针对低渗透储层的水气分散体系驱油技术。为认识水气分散体系微观驱油机理，利用微观刻蚀模型、高速摄像机采集和ImagePro—Plus6.0软件识别等手段，通过水驱、气驱及水气分散体系驱油实验，记录、识别和定量计算分析了驱替过程中流体流动特征及分布规律。实验研究表明，水驱主要动用区域为主流通道，剩余油主要分布在模型的边部及角部；CO₂气窜特征明显，气体主要在孔隙中心流动，并在孔隙壁面形成水膜/油膜；水气分散体系驱油最显著的特征是其进入孔隙后与油相“高度”混合，混合后的微气泡既能产生“封堵”作用，增大主流通道渗流阻力，又能促使后续流体改向进入水驱或气驱未波及的小孔隙中，扩大波及体积作用明显，对边部及角部剩余油驱替作用显著，甚至能将盲端中的残余油全部采出。水驱、气驱及水气分散体系驱的采收率分别为71.6%、82.0%和91.0%，水气分散体系在提高驱油效率的作用突出。

针对玛湖401井区三开白碱滩组水平段钻遇微裂缝发育地层，存在“先漏后出”、“漏出同层”，大幅度提高承压能力存在难度大、成功率低等问题进行研究。研究发现，白碱滩组岩层具有渗透性强、微裂缝发育的特性，在井深、应力及外力不断增加的条件下容易产生细微裂缝，在钻井液滤液侵入井壁后，井壁微裂缝继续扩张，导致井漏等复杂事故频发。鉴于玛湖401井区白碱滩组取样岩芯的裂缝宽度在1~30 μm，室内采取了多级微米级封堵材料进行优选，结合其他处理剂的优选，建立了一套适合该井区的承压封堵水基钻井液体系及配套施工工艺。应用表明：试验井最大漏速、漏失量及堵漏次数都显著降低，说明封堵材料形成了有效密封段塞，从而提高了地层承压能力，其防漏、堵漏效果显著。

随着中国大力推进LNG进口与LNG接收站建设，未来沿海城市将形成以LNG与PNG供应为主的天然气管网结构。针对LNG和PNG协同供应的天然气管网设计优化的问题，在管网设计优化基础上，将LNG和PNG协同供应对管网的影响纳入约束中，以年折合费用最低为目标函数，建立LNG与PNG协同供应的混合气源天然管网设计优化通用MINLP模型。以某沿海地区为例，提出分级优化与整体优化两种求解策略求解上述模型，分级优化第一阶段布局优化将以最小流量长度和为目标函数线，采用数学规划求解器GUROBI求解，第二阶段采用数学规划求解器CONOPT求解。整体优化通过增量分段线性化的方法对压降约束线性化，采用数学规划求解器DICOPT求解。最终得到分级优化和整体优化两种管网设计方案，分析发现整体优化求解时间大于分级优化，整体优化的年折合费同比降低749.16万元/年，同比降低1.41%，验证了研究建立的数学模型的可靠性，可为LNG和PNG协同供应的天然气管网方案设计提供参考。

天然气站场突发气体泄漏事故的应急响应高度依赖于泄漏位置与泄漏量等关键信息获取的准确性。当前，多数天然气站场已配备云台式激光甲烷检测仪，该设备具备感知微小泄漏的能力，但由于缺乏配套气云循迹与搜索算法，无法实现对泄漏源的自主搜寻。为解决这一问题，研究建立了全局式泄漏源搜索模型(GSRC)和球形泄漏源搜索模型(SSRC)，并分别通过数值模拟和现场试验评估其有效性和优缺点。结果表明，基于实时气云浓度和搜索算法建立的GSRC和SSRC两种泄漏源搜索模型，赋予了云台式激光甲烷检测仪对泄漏的自动搜寻和定位功能，同时，通过对影响因素的深入分析，确定了模型的基本参数值；建立了西部典型站场全尺度CFD泄漏扩散模型，模拟发现SSRC模型具有最小的搜寻路径长度和平均搜寻时间，即最高的搜寻效率；将SSRC模型内嵌至云台式激光甲烷检测仪的工控平台后，现场试验数据显示，在10~60 m³/h泄漏速率条件下，86%的泄漏事件可在4 min内完成定位，且44%定位误差不超过2 m，72%定位误差不超过4 m。该泄漏源搜寻模型可大幅提高搜寻精度，为应急抢险和恢复提供技术支撑。

鄂尔多斯盆地煤矿开采扰动和地层沉陷严重威胁着临近天然气井的井筒完整性，导致近30%开发区生产井面临着天然气井下和地面泄漏的风险，给该区域天然气和煤矿生产带来巨大的安全隐患。为了有效降低煤矿开采区天然气井安全生产风险，在井筒完整性影响因素分析的基础上，采用WBS-RBS矩阵构建井筒完整性结构单元要素与潜在风险因素耦合模型，建立井筒完整性风险评价指标体系并利用层次分析法和熵权法综合确定其组合权重系数，并基于后悔理论建立井筒完整性风险评估模型，确定煤矿开采区天然气井井筒完整性的主控因素和风险等级。以PG14井为例进行模型验证分析，并提出相应的治理对策。结果表明，基于后悔理论的井筒完整性风险评估结果与现场实践基本一致，说明该方法应用于煤矿开采区天然气井完整性风险评估领域是可行的，且能够有效提高评估结果的客观性，从而指导煤矿开采区天然气井完整性风险管理。

针对管道科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flowmeter，CMF)计量超差问题，开展了流固耦合状态下科里奥利流量计的振动特性研究。以西南管道典型CMF300科氏质量流量计为例，采用ANSYS流固耦合有限元技术，对科氏流量计进行了流固耦合模态振动分析和实验研究。结果表明：1) 计算得到第二阶模态的固有频率为科氏质量流量计的激振频率，第六阶模态的固有频率为科氏力频率；2) 有限元模态分析的激振频率为80.043 Hz，模态测试实验的激振频率为83.820 Hz；3) 实验对CMF300的激励频率和驱动频率进行了测试，其结果与有限元计算模型相吻合；4) 建立的数值模型及模态测试方法可以获取每个场站不同科氏质量流量计实际固有频率。研究结果为消除外界干扰对流量计的计量误差提供了理论依据。

泡沫堵调能够改善蒸汽驱吸汽剖面，扩大蒸汽波及范围，是改善蒸汽驱开发效果的有效措施。针对渤海N油田蒸汽驱过程中面临的海上环境复杂、作业施工风险大和大井距水平井堵调难度大等特点，开展海上大井距水平井蒸汽驱泡沫堵调研究。通过室内实验，评价了耐高温起泡剂的关键性能指标。RFA—1耐高温起泡剂耐温可达350 ℃，高温环境下阻力因子可达44，具有良好的堵调性能。通过现场实施，验证了泡沫堵调改善蒸汽驱开发效果的有效性，泡沫段塞堵调能够有效控水，改善吸汽剖面，措施过程中，窜流井含水率明显降低，由81.7%最低降至47.0%，阶段增油约800 t。