1. 非常规油气开发及开采理论与关键技术
（1）非常规油气藏开发理论与技术
针对深层页岩油气、致密油气、重稠油和油砂等非常规油气储层温度压力高、孔喉结构和流体物性复杂等特征，开展非常规油气相态理论、渗流理论和现代试井理论等基础理论研究；基于最新非常规油藏开发理论研究成果，开展产能预测及油藏数值模拟等关键应用技术研究；基于油气田大数据、人工智能、物联网等理论与技术，研究形成一套从岩心到油藏多学科一体化融合的大数据采集、分析与智能决策系统。
（2）非常规储层压裂及提高采收率理论与技术
围绕深层页岩和致密砂岩等非常规油气储层温度压力高、岩石塑性强、应力差异大且分布复杂等特征，开展深层非常规储层复杂应力场空间展布和裂缝网络扩展理论等基础理论研究；基于最新理论研究成果，开展缝网特征定量表征方法、缝网扩展规律预测技术和压裂井产能预测方法等关键方法与技术研究；针对成熟提高采收率技术对非常规油气资源开发成效甚微的问题，开展尺寸足够小、强憎水强亲油、分散油聚并的纳米智能驱油材料，耐高温高盐、润湿反转、乳化降黏、降低界面张力、降压增注等多重驱油功效的纳米驱油体系等研发。
（3）非常规油气多相流动理论与采输工艺技术
围绕斜井、水平井和直井井筒复杂多相流的宏观及微观特性，开展集实验、理论、数值模拟为一体的多相流实验及理论研究、油气水多相流的测量科学与关键技术研究；针对油气开采到地面的流动过程，结合数据采集、传输与自动化控制，开展人工举升及排水采气理论与工艺技术研究、排水采气井下工具研发和泡排剂研发；围绕非常规油气开发数字化、智能化建设，开展油气地面站场设备设施、管道本体、周边环境和第三方行为的动态感知、实时监控和智能预警关键技术研究；基于大数据、物联网、云计算、人工智能与油气开发深度融合最新成果，开展油气采输过程全生命周期设施管控、运行管理、调控决策关键技术研究；基于气质、井筒结构、管道沿线地形、运行温度压力等，开展天然气水合物防治研究。
2. 非常规油气钻井理论与关键技术
（1）非常规油气井力学与控制理论与技术研究
针对非常规油气钻井地层性质复杂、井身结构复杂、钻井难度大、效率低等难题，主要开展非常规油气井钻完井过程中管柱力学、流体力学、岩石力学机理及应用研究，包括复杂管柱受力与行为分析、井筒复杂多相流动机理研究、复杂地层破岩机理与井壁稳定机理研究，油气井压力控制理论、工艺及关键装备研究；钻井提速新方法及减阻器、增压器、增速器、连续管钻井定向器、牵引器等核心井下工具研发与测试。
（2）智能优化钻井理论与技术研究
针对非常规油气钻井成本高、钻井风险大等难题，结合国内外智能钻井技术发展趋势，探索非常规油气井钻完井大数据、人工智能算法与钻井专业理论的交叉融合，开展复杂钻井实时监测与智能优化研究、复杂钻井井筒风险监测与控制研究以及复杂钻井信息传输与智能井下工具研究等。
（3）非常规油气井工作液理论与技术研究
针对非常规油气钻井地层喷、漏、卡、塌等工程难题，满足日益提高的环保要求，开展非常规油气井钻完井过程中复杂地层井壁失稳与稳定力化耦合机理研究，钻完井液添加剂的合成与研制，钻井液体系评价与优选，复杂地层防塌堵漏理论研究与工作液研发，低成本环保页岩气钻完井液及压裂液体系研发，钻完井液环保处理理论与技术研究，油层损害机理分析与保护技术研究等。
3. 非常规油气储层地质学理论与预测方法
（1）非常规油气储层表征、成因机理和流体流动性
针对非常规油气储层，尤其是深层页岩油气储层超致密、孔喉结构复杂、成分和结构表征困难、成因机理争议较大、储层流体流动性评价方法尚不完善的现状，基于储层高分辨率微观表征、岩心无损成像分析、矿物成分分析等实验及分形理论，开展多尺度、多维度、动静结合的非常规储层矿物成分、物性和微观孔喉结构三维可视化表征技术研究；针对非常规油气储层孔隙演化复杂、成孔机制不清等问题，开展成岩系统过程、成岩流体演化、矿物蚀变作用、成岩分异机制及孔隙演化等研究，揭示不同类型非常规储层的成孔机制。基于储层表征技术，开展非常规油气储层流体赋存状态与矿物成分和微观孔喉结构关系研究，尤其是页岩油气储层矿物成分、微观结构特征与页岩油可动性、页岩气吸附性的关系研究，建立完善的非常规油气储层流体流动性评价方法体系。
（2）复杂气候条件下沉积动力过程及非常规油气形成环境
该方向紧跟国际研究热点和前沿科学问题，主要针对地质历史时期的新生代极热气候（PETM）、寒武纪缺氧气候（SPICE）、志留纪缺和二叠纪缺氧气候等特殊事件，研究这些事件发生过程中的大气-水介质-沉积物的协同演化系统，深入解剖该事件发生过程的特殊沉积记录，解释特殊事件背景下的湖泊（海洋）水介质条件的变化、沉积动力机制、早期成岩蚀变及油气形成。针对新生代中国陆相湖泊环境油气聚集，开展极热气候条件下湖泊水介质的运行状态、沉积叠加效应、物质分异机制和页岩有机质聚集机制研究，揭示新生代极热气候环境与页岩油形成的关系；针对晚寒武世缺氧事件，开展上扬子地区海洋环境演化、生态效应及油气资源潜力研究，揭示寒武世缺氧事件与油气形成；针对志留纪缺氧气候环境，开展海洋沉积记录、水介质运行及页岩气聚集机制研究，揭示志留纪气候-环境效应与油气资源形成；针对二叠纪缺氧气候，揭示湖泊咸化过程的沉积记录、矿物旋回叠加、气候环境演化和页岩油资源形成的关系。
（3）深层页岩油气储层“甜点”预测技术研究
针对深层页岩油气储层，开展高温高压条件下岩石毛管压力与岩电参数联测、页岩气等温吸附测试、三轴弹性参数及应力测试、复杂地表条件下地球物理数据采集等岩心实验，结合三维数字岩心及数字地层构建和声电数值模拟研究，明确页岩油气储层高产微观机理，研发页岩储层复杂矿组组分最优化反演方法、页岩油气饱和度参数建模、页岩油气储层可压性测井评价、页岩油气甜点属性参数反演、页岩油气储层“甜点”区域和层段预测等方法，建立适合深层页岩油气储层“甜点”预测的基础理论和技术软件体系。
