工业4.0 技术革命促进油气行业步入数字化、智能化高速发展的智慧油田新阶段，中国石油领域数字化建设和应用集成取得多项进展，已采集钻井、录井、测井、试油气、分析化验和油气生产等多项海量勘探开发的数据；并对数据展开多项大数据分析，加快自动化建设及智能决策等。但使用的数据面临井筒工程数据库标准不统一、数据深度共享难、数据孤岛问题严重等挑战。为加速地质工程一体化建设和应用，深化井筒工程大数据服务及智慧油田建设，分析了井筒工程大数据与传统大数据的联系与区别，统计了国内外油气大数据技术与平台现状，介绍了井筒数据特征和层次，总结了常见井筒工程问题的大数据算法；提出了如何根据业务需求进行算法优选的方案。最后，对当前大数据技术在井筒工程中应用存在的问题提出了发展性建议。

双峰盆地为琼东南盆地中央峡谷水道的沉积物卸载区，其深水沉积体系规模巨大。随着南海北部深水区勘探进程的加快，双峰盆地油气勘探前景日益受到关注。通过海平面升降、地震资料反射特征等综合分析，对双峰盆地晚中新世深水沉积体的发育特征与油气地质条件展开了系统研究。研究结果表明：双峰盆地深水沉积体主要发育于晚中新世，发育分支水道、水道复合体、水道天然堤复合体、朵叶体等深水沉积单元，深水沉积体分布面积达上万平方公里，为潜在的超大规模储层；同时，双峰盆地西部拗陷和北部拗陷具有较好的生储盖条件，为具有油气勘探潜力的优选区域。由于双峰盆地整体位于深水——超深水区，烃源岩品质好坏、生排烃规模大小以及勘探目标是否具有经济性等是该区油气勘探的不确定因素，该结果对双峰盆地的油气勘探远景分析及战略选区、选带具有重要指导意义。

流体动态监测是油气藏高效开发关键技术。四维地震可以直接对流体变化成像，实现三维空间流体动态监测，因此被广泛应用于深海油气田开发、稠油热采、二氧化碳封存等领域。但主流四维地震解释方法在表征复杂流体变化时仍存在多解性强、可靠性差的问题。面对上述技术挑战，基于理论模型和四维地震正演模拟，利用相位转换技术，构建了四维地震响应和不同流体变化之间的关系，提出四维地震流体变化指示因子，实现了复杂流体变化方式和变化范围的动态解释。利用本文提出的新方法对西非安哥拉深海P 油田四维地震资料进行了流体变化解释，解释结果与生产动态信息吻合。流体变化解释结果表明，油、气、水的渗流特征差异和油藏构造特征控制了气、水的运动路径。流体动态变化的有效监测为开发方案调整提供了可靠的依据。

宝岛A 气田是在宝岛凹陷发现的首个深水、深层大气田。宝岛A 气田的主力气组为陵水组三段，该气田水深变化大，断裂系统发育，储层非均质性强，埋深大，成岩作用普遍发育，受成岩作用改造的影响，储层物性差且分布规律复杂。为此，根据岩石薄片和黏土矿物X 衍射等分析化验资料，详细描述了研究区陵水组三段深水深层低渗储层的岩石物性特征、成岩特征、成岩序列及孔隙定量演化等。研究表明，机械压实作用降低孔隙度约22.0%，是宝岛A 气田陵水组三段储层致密的最主要因素。溶解作用增加了储层孔隙度约11.9%，胶结作用使储层孔隙度降低了13.7%。孔隙演化过程揭示，压实作用是早期储层物性变差的主要因素，中晚期油气充注，使矿物溶蚀改善了储集空间，晚期碳酸盐胶结进一步使储层致密。该研究成果有效指导优势储层预测研究，为气田高效开发提供地质依据，为保障国家加快进军深海步伐奠定基础。

海底扇储层是世界油气勘探开发的热点，砂体分布样式与成因复杂，目前，针对深水地堑轴向海底扇砂体的研究缺乏。以英国北海X油田上侏罗统B段为例，挖掘井震信息，开展古地貌恢复与砂体预测，明确深水地堑轴向海底扇砂体分布规律及控制因素。研究发现，海底扇砂体以近源过路型为主，平面呈条带状、朵叶状或舌状形态。其中，朵叶状砂体的长宽比多小于5，厚度与宽度大，表现为侧向迁移或溯源退积叠置样式，常见于B4油组；条带状砂体的长宽比多大于10，厚度与宽度小，表现为垂向加积叠置样式，发育于B2油组。海底扇砂体分布主要受控古地貌，地堑的差异沉降导致的纵向陡坡坡折(大于6°)，造成海底扇砂体呈现近源过路样式；内部地堑的限制性程度影响着海底扇的形态与叠置样式，相较于薄层富泥型海底扇砂体，厚层富砂型海底扇砂体受到的限制性相对弱，海底扇砂体多呈朵叶状或舌状形态与迁移叠置样式；地堑地貌的侧向对称性影响着海底扇的侧向发育位置与迁移方向。

针对深水海底扇油气藏的勘探开发作业成本高、施工难度大、技术要求高，岩石取芯数量有限，因此获取的岩石相样本数量较少这一问题，提出了基于小样本的深水海底扇岩石相智能分类方法。首先，利用经验模态分解方法(EMD)和滑动窗口为每个井点构建多层图像样式作为输入；其次，利用长短时记忆网络(LSTM)和卷积神经网络(CNN)算法构建岩石相识别模型；再利用生成对抗网络(GAN)模型扩充少数类样本；最后，引入遗传算法(GA)优化模型参数。以西非尼日尔三角洲盆地Akpo油田为研究工区，利用此方法开展岩石相智能识别研究。研究表明，本文提出的GAN-GA-CNN模型对岩石相的分类准确率可达94.22%，相比原始的CNN模型的预测精度有很大提升，证明了本文所提方法的可行性。

BZ19-6凝析气藏已投入开采的4井区经过近两年的试采，因地层凝析气流体的超临界逆向强反凝析相变特征导致近井区储层伤害及凝析气井产能下降。为了厘清BZ19-6凝析气藏地层流体超临界反凝析相变对气井产能影响机制，综合运用地层流体逆向凝析相态演化实验、储层岩芯反凝析伤害实验测试、凝析气井油气两相渗流动态数值模拟方法，结合超临界流体萃取技术与近临界流体非平衡热力学理论，揭示了BZ19-6凝析气藏地层流体在近井区发生强反凝析时的饱和度分布规律及对气相渗流能力的制约关系，明确了反凝析伤害对气井流入动态的具体影响程度。研究成果可为BZ19-6凝析气藏及同类型凝析气藏的早期试采阶段动态分析、气井合理配产与开发调整提供技术参考。

合理产能的评价对气井生产十分重要，是气田科学长久开发的基础。塔里木油田库车山前超深超高压裂缝性致密砂岩气藏具有基质致密、裂缝发育等特点，渗流特征多表现为裂缝、基质组合的双重介质储层特征，整个流动过程分为裂缝流动、过渡流动以及总系统流动3个阶段。针对目前产能评价方法缺乏针对性的问题，对早期产能对应的均质裂缝流动阶段和过渡阶段及长时间稳产对应的裂缝-孔隙流动阶段产能评价公式进行研究，从理论上建立考虑表皮系数以及高速非达西系数的裂缝-孔隙型双重介质储层气井产能评价公式。通过实例计算表明，该产能公式与产能试井产能计算结果较接近，比常规一点法经验公式产能计算结果更为准确，在超深超高压裂缝性致密砂岩气藏中有较好的适用性。

高应力储层或者地应力条件复杂的储层难以准确预测破裂压力，容易出现储层难以压开，易进液、难进砂等问题。射孔孔眼是连接井筒与地层的重要通道，研究孔眼起裂压力及方位有助于认识高应力储层或者地应力条件复杂的储层破裂行为，为后续优化加砂压裂工艺提供依据。基于弹性力学理论建立了套管射孔井井周应力场模型和射孔孔眼周围应力场模型，以此确定孔眼起裂压力及方位；与某高应力储层现场数据进行对比，证明了该模型的可靠性，并分析了高应力储层不同地应力状态下直井孔眼的起裂压力及方位。结果表明，对于走滑断层和逆断层地应力状态，沿最大水平主应力方向射孔时，孔眼始终横向起裂，孔眼附近倾向于形成水平缝，起裂压力最低，且走滑断层的近井压裂裂缝形态更迂曲；沿最小水平主应力方向射孔时，水平地应力差越小，孔眼容易横向起裂，孔眼附近倾向于形成水平缝，起裂压力更高，且走滑断层的近井压裂裂缝形态更迂曲；水平地应力差越大，孔眼容易纵向起裂，孔眼附近倾向于形成垂直缝，起裂压力更低，且逆断层的近井压裂裂缝形态更迂曲。该研究有利于高应力储层或者地应力条件复杂储层的高效开发。

明确复杂地应力状态下煤层气水平井井眼破坏失稳机理是合理制定煤层气储层钻井方案的关键前提。利用自主研发的煤层气井围岩形变可视化真三轴物理模拟实验装置，考虑水平地应力差异影响，研究增加垂向应力条件下煤层气储层水平井围岩变形破坏机制。结果表明：1) 井眼变形可分为3个阶段：缓慢缩小变形阶段、稳定缩小变形阶段和加速缩小直至闭合阶段。2) 在井眼变形后两个阶段，试件3个方向的变形主要受井眼变形破坏控制。3) 随着最大或最小水平主应力增加，井眼稳定缩小变形阶段的垂向主应力-变形曲线斜率显著增大，单位应力增量下3个方向应变先减小后增大；同时，井眼破坏时的截面积增大，对应的临界垂向主应力增大而垂向应变减小。4) 当两向水平主应力同步增大时，上述变化趋势更为显著，更有利于维持井眼稳定。研究结果可为煤层气水平井钻井设计提供指导

承压堵漏是解决裂缝性地层井漏问题的重要方法，准确预测地层封堵承压能力是科学利用承压堵漏技术的核心基础。为此，在分析非均匀地应力状态下裂缝宽度变化特征的基础上，基于叠加原理推导了任意封堵位置处裂缝尖端应力强度因子计算公式，建立了裂缝性地层封堵承压能力解析预测模型。与传统模型相比，新模型的预测结果具有更高的精度和可靠性。最后，分析了不同工程地质参数对裂缝封堵承压效果的影响规律。结果表明，增加裂缝尖端长度，同时降低裂缝尖端流体压力，有利于提高地层的封堵承压能力；当在井壁附近形成低渗透封堵层时，有必要对封堵层长度进行优化，以最大化地提高地层的封堵承压能力；当地层渗透率确定时，裂缝封堵承压效果随着地应力比的增加而降低，随着弹性模量、泊松比以及断裂韧性的增加而增大。

碳酸盐岩气藏普遍含水，开发过程中水侵易导致大量气体被封闭在储层。因此，从孔隙尺度刻画和认识水侵封闭气特征及再动用方法具有重要意义。基于真实碳酸盐岩储层的CT扫描图像，抽提了裂缝-孔隙型储层的孔缝特征，制作了刻蚀玻璃薄片并开展了气水两相流动实验，可视化呈现了水侵动态及封闭气特征，进一步结合格子玻尔兹曼方法，评价了孔隙结构特征、润湿性和压力梯度对水侵动态的影响，最后揭示了封闭气再动用机理。结果表明，碳酸盐岩储层越疏水，水侵后形成的封闭气体积越大，形成的封闭气类型包括盲端(角隅)封闭气、绕流封闭气、卡断封闭气、“H”型封闭气和缝网封闭气；在水侵压力梯度增加时(气井提产)，大量气体以网状封闭气的形态残留在储层中；实际水淹气藏“间歇开井”(间歇降压、增压)可以使得卡断封闭气和缝网封闭气重新动用。

受储气库强注强采运行模式的影响，调峰采气过程中储层易发生出砂风险，而出砂将严重影响储气库的寿命和调峰能力。常用的定性经验出砂预测方法缺乏直观、综合的结果，且单一预测指标具有很大的局限性。针对这一问题，综合考虑孔隙度法、声波时差法、组合模量法、出砂指数法和斯伦贝谢比法等定性经验出砂预测方法，采用层次分析法和模糊综合评判决策，建立定性经验出砂预测的模糊综合评判模型，对不同射孔段的地层出砂结果进行预测分析。应用实例表明，该方法实现了不同射孔段的地层出砂结果预测，提高了地层出砂预测的准确性和综合性，对储气库长期安全运行具有重要意义。

针对螺杆马达定子橡胶衬套易脱胶失效的问题，开展了7/8头常规及等壁厚螺杆马达定子衬套失效机理的研究，研究中采用了橡胶-金属界面内聚力原理，通过橡胶-金属粘接力学试验和橡胶单轴拉伸试验，以及有限元和数值分析，获得了界面切应力是造成衬套粘接失效的主要因素，且衬套线型最小圆弧半径是造成界面最大切应力改变的主要原因；钻井液、过盈量对等壁厚衬套界面切应力影响显著，钻井液液柱压力由15 MPa增大到60 MPa，等壁厚衬套界面最大切应力增大146%，等壁厚螺杆马达更容易出现粘接失效。最后提出异壁厚衬套结构，异壁厚衬套界面切应力小于等壁厚衬套，且随最小圆弧半径增大而减小，具有良好的散热性；异壁厚衬套发生疲劳失效时使用时长与最小圆弧半径成正比，预测疲劳失效时最大使用时长为240.99 h，率先发生疲劳失效区域为衬套内腔弧顶，与实际失效现象一致。为螺杆马达设计优化提供了理论依据，并为提高螺杆马达工作寿命做出重要贡献。

超声内检测以其操作简单、检测准确等优点，在管道检测与监测领域取得广泛应用。回波信号中蕴含大量信息，但工况环境变化会对回波信号产生影响。为探究管输压力或流量变化对壁厚检测精度的影响，借助超声内检测模拟实验系统开展实验。使管道处于不同管输条件下，采集超声内检测信号，提取特征参量以分析回波信号的波动情况，利用渡越时间法反演计算了管道壁厚，并分析了不同管输环境对壁厚计算精度的影响。发现随着管输压力或流量的变化，回波信号接收的时间会提前或延迟，幅值存在波动，壁厚精度误差波动在-0.71%~0.96%，表明管流状态(0.3~1.2 MPa，8.129~15.023 m³/h)对壁厚检测精度无明显影响，可忽略管输环境对超声内检测管道壁厚精度的影响，为超声内检测数据的准确分析提供了理论支撑。

利用大庆油田3 类油层典型层位微流控玻璃模型，通过微观驱油可视化方法、接触角法润湿性测定方法、界面张力测试等手段，深入研究了新型无碱中相体系对微观剩余油启动机理。新体系乳化油滴的粒径更小，增溶效果更强，显著提高了波及体积和洗油效率。新体系相比其他复合体系润湿性能更强，可以在很短时间内实现快速润湿反转，改变润湿性。利用可视化实验手段研究了新体系具有快速形变能力的特性，该特性与其他化学体系相比更加有利于微观剩余油的启动和运移，增加了新体系的注入性能，为新体系扩大波及体积提供了助力。提出了角隅状微观剩余油在储层中另一种存在形态，给出了新体系是通过打破区域压力场平衡而启动这类剩余油的机理。通过研究，明确了新型无碱体系微观剩余油启动和运移机理，为深化研究新型无碱体系驱油机理提供了技术手段和支撑。