石油与天然气工程专业介绍

（一）学科概况

石油与天然气是储藏于地下岩层内不可再生的天然流体矿产资源，是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，是人类社会重要的动力燃料和化工原料，是现代化工业、农业、国防的重要战略物资，对国家政治、经济、军事安全发挥着不可替代的保障作用。

石油与天然气工程学科是关于石油与天然气等地下油气资源的钻探、开采及储运的工程技术科学，主要解决油气资源在钻探、开采及储运中的工程科学与系列技术问题，同时培养与之相适应的高层次人才，属于多学科高度综合与交叉融合的一门工程科学。

中国是世界上最早发现和利用油气资源的国家之一，世界上最早的油井是我国在公元4世纪钻探出来的，钻井方式主要以人力手工挖掘大口径浅井和以人畜为动力冲击钻凿小口径深井为主；1000年前的北宋时期，科学家沈括就在《梦溪笔谈》中记载了石油及其作用。西方国家在19世纪中叶的第二次工业革命推动了石油与天然气开采理论与技术的形成和发展；20世纪以来，石油与天然气工业高速发展促进石油与天然气工程学科逐步从其他学科中分离出来，成为相对独立的学科。1953年成立的北京石油学院标志着我国石油与天然气工程高等教育和学科体系的开始；改革开放以来，我国石油与天然气开采技术取得了跨越式发展，石油与天然气工程学科也进入了蓬勃发展时期。目前全国共有19所高校和科研院所设有石油与天然气工程学科学位点，学位授权点数量、布局基本合理，基本满足我国石油与天然气开发和人才培养需求。

经过多年的开发利用，我国埋藏浅、品位高的优质储量资源逐渐进入开采中后期，新探明储量正向深层、复杂构造、低品位、难动用资源过渡，油气资源的开发领域扩展至超深层、海洋、极地；勘探开发对象扩展至复杂油气、非常规油气（页岩油气、致密油气、煤层（岩）气、天然气水合物）及地热能等多类型地质能源；油气勘探开发理念向地质-工程一体化转变，我国全面进入油气藏开发的非常规时代。油气钻探已经从浅井、中深井发展到深井、超深井和海洋深水井，从直井和水平井发展到大位移井、分支井、鱼刺井及各类复杂结构井；油气开采方式已经从单纯依靠天然能量发展到通过人工手段补充能量，广泛应用水平井体积压裂技术，并综合利用物理、化学和微生物等各种方法进一步提高采收率；油气储运已经从孤立的产储运地面集输、管道、铁路油罐车、油库发展到遍布石油天然气工业上、中、下游的综合储运网络体系，从小口径、短距离、低压力、人工操作的地区性管道发展到大口径、超长距离、高压力、全自动远控的跨国管道，处理和储存的油气介质及相应的工艺技术更趋多样化和复杂化。在国家“双碳”目标背景下，亟需转变传统的开发思路，构建新时代低碳绿色、智能高效的开发新模式。因此，石油与天然气工程学科需要建立更多的、适应现代油气钻采和储运的理论、方法和技术。

随着“碳中和”相关学科及新型能源的发展，石油与天然气工程学科逐渐向地热开采、天然气水合物开采、CO2驱油与埋存、原油原位改质、氢储存与输运等相关领域的地下及地面工程延伸，石油与天然气工程形成了新的学科增长点。随着信息技术的进步，智能建井、智能开采、智能油藏技术等得到迅速发展和应用，大数据、人工智能等也融入油气管网的建设与运营。因此，石油与天然气工程学科发展还需要广泛吸收相关学科的新理论、新技术，创新形成现代的、多学科交叉融合的油气钻采与储运技术，服务国家战略和社会经济发展需求。

未来的石油与天然气工程将在智慧油气田、智能钻井、常规油气大幅提高采收率、致密与页岩油气开采、信息化储运等技术领域取得突破，以实现油气开采行业的可持续协调发展，保障国家能源供应。同时，在油气低碳绿色开采、地热开采、天然气水合物开采、CO2驱油与埋存、氢储存及输运、碳中和等技术领域取得重要进展，并在原油原位改质、原位制氢、中低熟页岩油原位转化等技术领域进行探索。

（二）学科内涵

1.研究对象

石油与天然气工程是一门以油气资源钻探、开采、储运为研究主体的工程学科。研究目标是将各种油气资源以安全、精准、快捷方式钻探，以低碳、高效、经济方式开采，以环保、安全、高效方式储存与输运。研究对象是地球表层非固态地质能源的钻探、开采、地面储存与输运等涉及的所有科学理论与工程技术的集合体。它研究温度、压力、应力条件下岩石的变形、破坏与稳定，石油杆管的变形、运动与失效，地层多孔介质与石油管内的流体运动、相态变化及与周围介质的物理、力学、化学相互作用。

2.理论体系与知识基础

油气钻采与储运过程遵从基本的物理、力学和化学等科学规律。从这些基本规律出发，揭示温度、压力、应力条件下油气及其周围介质在钻采与储运中的物理、力学、化学现象和过程、运动及变化规律，形成安全、环保、优质、高效、智能的钻采和储运理论与技术是本学科的主要任务。同时，本学科也与地球系统中其他学科相交叉，研究地层及流体在不同时空尺度上的物理、力学、化学特征及在油气钻采和储运工程中的运用。数学、物理学、力学、化学、地质、地球物理、机械、控制、材料以及计算机、人工智能、信息测量与控制、碳储科学与工程等学科是石油与天然气工程的学科基础，这些基础学科与本学科相结合，形成了石油与天然气工程自身的理论体系和学科基础：以油气储层与流体特征评价为基础的开发地质与油藏描述理论体系；以油气井工程材料力学、油气井岩石力学、油气井流体力学、油田化学、井下控制工程学为基础的油气井理论体系；以系统科学、经济学、管理科学为基础的油气田全生命周期开发规划理论体系；以油气相态理论、油气渗流理论、油气田开发工程理论、采油采气工程理论、提高采收率技术为基础的油气开采理论体系；以油气多相管流及油气田集输技术、油气输送管网与储存系统及城市输配系统工程为基础的油气储运理论体系；以计算机、大数据、人工智能等现代信息技术为基础的智慧油气田建设理论体系；以环境学、生态学、地球化学为基础的绿色油气田建设理论体系。

3.研究方法

石油与天然气工程学科的研究对象日趋复杂，研究方法也在不断发展和创新。为揭示油气介质在钻采与储运中的物理、力学、化学现象和过程、运动和变化规律，形成安全、环保、优质、高效、智能钻采和储运理论与技术，逐渐形成了本学科独特的研究方法。

（1）确定性与不确定性分析结合、定性与定量分析结合的研究方法。针对油气藏储层条件的随机性和复杂性，需要采用确定性与不确定性结合的研究方法对储层发育和流体赋存特征进行预测，采用定性与定量分析结合的研究方法对不同类型油气藏的开采方法进行评价和选择，并对油气钻采和储运过程中大量的不确定性信息进行处理和分析。

（2）理论研究、室内实验、动态分析、数值模拟、计算机仿真等多研究手段相结合的过程研究方法。在石油与天然气工程开采领域中，大部分科学问题都与过程有关，针对不同油气藏，在不同开采时间，其储层条件、流体物性等均与早期相比发生了不可逆的变化，通过理论推导、室内实验、动态分析、数值模拟，研究和分析不同油气藏储层与流体条件、不同开采时间的钻采规律与油气流变规律，通过计算机仿真等手段分析不同时间、不同流体的储运技术要求，为现场试验与应用提供关键技术参数与解决方案。

（三）学科范围

石油与天然气工程一级学科主要包含油气井工程、油气田开发工程和油气储运工程3个二级学科，还可设海洋油气工程、智能油气工程和石油工程管理等二级学科，注重加强和拓展地质工程一体化、油气藏与二氧化埋存工程等方向研究。

1.油气井工程

主要研究油气建井过程岩石、流体、管柱三者自身物理、力学、化学基本特征及相互作用规律，并形成相应控制技术的一门工程学科。主要理论基础有地质学、固体力学、工程地质力学、流体力学、应用化学、机械电子、信息与控制、数据挖掘与人工智能等。学科采用观测分析、理论研究、数值模拟、机械制造、计算机技术等相结合的研究方法，揭示油气井工程各个环节各种现象的产生机制及其演变规律，解决制约安全、精准、快捷钻探的基本技术问题，实施安全、优质、高效和环保的钻探控制。

油气井工程学科的主要研究范围包括油气井设计、破岩理论与方法、油气井安全技术、测量与控制技术、钻井液技术、储层保护技术、固井技术、完井技术、油气测试与地层改造技术、智能钻井完井理论与方法等。主要应用范围包括地质钻探、固体矿钻掘、地热开采、核废料处理、地下储气、地下储能、CCUS、地下原位制氢与原油改质、地质灾害地下监测等的建井和测量过程。油气井工程学科领域已形成了以“油气井力学与控制工程、油气井岩石力学与工程、油气井流体力学与工程、油气井化学与工程”为代表的多个稳定学科研究方向。

2.油气田开发工程

主要研究和运用现代综合性科学技术开发油气藏的一门工程学科。它通过建立油气藏开发地质模型，研究储层流体渗流规律和油气相态演化，优化油气田开发方案，研究采油采气及提高油气采收率等理论和工艺技术。主要理论基础有石油地质、渗流力学、岩石物理、化学、多相流、传热学、热力学、最优化方法、现代信息科学等。学科采用岩心分析、室内实验、矿场测试、数值模拟等研究方法，深刻认识油气层及其流体的相态特性、油气流动的基本规律，制订出合理的开发方案及调整方案，并实施必要的工程技术，实现科学、合理地开发油气田。

油气田开发工程学科的主要研究范围包括油气田开发地质学、油气渗流机理、采油采气技术、油气井增产技术、开发方案制定与调整、油气藏数值模拟、油气藏储层评价、剩余油气精细描述、试井解释方法、油气开发智能优化与调控技术、原油地下改质、油气藏原位制氢、地下储氢、CO2埋驱一体化技术、提高油气采收率技术等。油气田开发工程学科领域已形成了以“油气田开发地质学、油气渗流理论与仿真技术、油气藏开发系统理论与技术、油气生产理论与技术、提高采收率理论与技术”为代表的多个稳定的学科研究方向。

3.油气储运工程

是横跨交通运输和石油工程两大学科的复合型学科。主要理论基础有流体力学、热力学、传热学、材料力学、物理化学、流体机械、过程控制、系统工程等。学科采用基础理论与方法结合、先进工艺设备与数字智能技术结合的研究方法，解决油气储运系统的规划、设计、施工、运行及维护中的理论与技术问题。

油气储运工程学科的主要研究范围包括油气的矿场收集与处理，长距离运输(以管网输送为主)，储存与装卸，以及城市输配系统等，通过认识油气储运各个过程的规律，满足不断变化的各种条件下油气储存及运输的要求，并不断提高其安全性与经济性，实现数字化和智能化运营，并在各环节中达成双碳目标，实现氢、CO2储运和融入能源互联网。油气储运工程学科领域已形成了以“油气集输与处理、油气长距离管道输送、油气储存与储备、油气储运设施安全”为代表的多个稳定的学科研究方向。

除上述3个主要二级学科外，海洋油气工程、智能油气工程和石油工程管理等也是重要的二级学科。其中，海洋油气工程主要是考虑海洋油气资源特殊的地理环境和工作平台，以油气开发工程为基础，以海洋油气环保高效开发为目标的交叉学科，主要理论有海洋环境学、生态学、工程力学、渗流力学等。学科采用基础理论与方法结合、钻井平台工艺与钻采工艺相结合的研究方法，解决海洋油气资源开发与利用的钻采与输运理论与技术问题。智能油气工程主要是以计算机、大数据、人工智能为基础，以智能钻采为目标的交叉学科，主要理论有计算机科学、人工智能，信息科学、自动控制等。学科采用理论、实验、数值模拟与计算机编程结合的研究方法，解决油气田智能钻井、开采和储运的基本理论、方法与技术问题。石油工程管理主要是以管理学、统计学等为基础，以油气藏开采和油气资源利用效益最大化为目标的交叉学科，主要理论有技术经济学、资源经济学、环境学、统计学、会计学、计算机科学、管理科学等。学科采用理论与工程实践相结合的研究方法，研究提升油气资源开发与利用效益、降低工程风险的基本方法与政策。

需加强和拓展地质-工程一体化、井下控制工程及油气藏与二氧化碳埋存工程等学科研究方向。综合利用地质科学与石油工程研究地质-工程一体化理论和技术；采用工程控制论的观点和方法，研究和解决油气井井下工程控制问题的有关理论与技术；交叉石油与天然气工程及碳中和等相关学科，重点研究二氧化碳驱油与埋存的基础理论、方法和技术。

（四）培养目标

1.硕士学位

具有高度的家国情怀、社会责任感，严谨的学风，一定的创新精神和国际视野。具有一定的自然科学、社会科学和哲学知识，掌握石油与天然工程学科坚实的基础理论和系统的专门知识，了解本学科发展现状和趋势。能够运用专业知识与多学科交叉等综合手段与现场资料，分析和解决石油天然气工程理论与技术中存在的问题，具有从事科学研究工作或独立担负专业技术工作的能力与合作精神。熟练掌握一门外国语，能够阅读本专业外文资料、撰写学术论文并进行基本的专业技术交流。

2.博士学位

具有高度的家国情怀、社会责任感、严谨的学风、敏锐的创新思维和国际视野。具有宽广的自然科学、社会科学和哲学知识，掌握石油与天然气工程学科坚实宽广的理论基础和系统深入的专门知识，深谙本学科发展的现状和趋势，能够提出有重要意义的科学研究课题。具有独立从事科学研究工作的能力和协作精神，能够对石油与天然气工程理论与技术中存在的难题进行理论分析、科学实验及多学科交叉研究，并善于运用计算机、实验及现场实录信息资料等综合手段，分析和解决实际工程问题或进行系统工程优化设计，在科学或专业技术上做出创造性的成果。至少精通一门外国语，能熟练地阅读本学科的外文资料，具有较强的写作能力和国际学术交流能力。

（五）相关学科

地质学、力学、化学、数学、物理学、化学工程与技术、动力工程及工程热物理、地质资源与地质工程、机械工程、矿业工程、控制科学与工程、安全科学与工程、管理科学与工程、智能科学与技术、计算机科学与技术、信息与通信工程等。

硕士学位基本要求

（一）获本一级学科硕士学位应掌握的基本知识

硕士生应掌握数学、力学、化学等基础知识，并掌握该一级学科不同研究方向的核心专业知识；其中，油气井工程方向包括地质学、岩石力学、管柱力学、弹塑性力学、多相流体力学、钻井液理论与技术和工程测量方法等；油气田开发工程方向包括地质学、渗流力学、油层物理、采油化学、油藏工程理论与方法、油藏数值模拟技术、采油采气工程理论与方法、采油采气工艺方法、增产技术原理等；油气储运工程方向包括腐蚀与保护、储运系统最优化方法、流变学、管道完整性理论、储运设备检测与故障分析、工艺系统仿真等。

硕士生还应掌握一到两门计算机编程语言，熟悉所在研究领域常用工程计算、数值模拟以及计算机仿真软件；具有基本实验知识，熟悉实验设备操作，能完成基本实验方案设计并开展相关实验；较为熟练地掌握一门外国语，能熟练查阅本专业外文文献，并进行学术交流。

（二）获本一级学科硕士学位应具备的基本素质

1.学术素养

（1）具有基本学术素养。硕士生应具有较强的事业心和社会责任感，具有相当的专业水平、敏锐才智和专业涵养；具有一定的创新思维，通过理论学习、现场实习以及实验研究等多种方式的学习开拓视野，努力发现问题、解决问题，为石油工业的技术发展与进步服务。

（2）掌握并尊重与本学科相关的知识产权。硕士生应遵循学术研究伦理，在科研工作中注意知识产权的应用与保护，特别注意论文署名权、成果引用、数据及成果保密等方面的要求。

2.学术道德

硕士生应严格遵守中华人民共和国《著作权法》、《专利法》、国务院颁布的《关于进一步加强科研诚信建设的若干意见》、中国科协颁布的《科技工作者科学道德规范》等国家有关法律、法规、社会公德及学术道德规范；此外，应考虑石油与天然气工程学科和能源行业的特殊性，在研究报告或学术论文中所应用的油田现场数据应注明采集人、采集地、采集时间，并注意研究成果的保密工作；应准确表述自己的学术成果，不夸大其词；引用他人学术成果时，需客观评价，规范标注。

（三）获本一级学科硕士学位应具备的基本学术能力

1.获取知识的能力

硕士生应该能够熟练使用检索手段和现代化网络等先进手段获取本专业文献、相关知识及研究方法，关注本研究领域最新研究进展。能够较熟练使用石油与天然气工程学科常用的中外文数据库检索以及博硕士论文数据库等，关注“中文核心期刊目录”石油与天然气工程相关期刊。

2.科学研究能力

硕士生应具备从前人研究成果或生产实践中发现有价值的科学和工程技术问题的能力，具有获取研究数据资料、科学分析、推理，归纳、总结、论证和清晰表达所要解决的科学问题和工程问题的能力；具备提出研究思路、设计技术路线以及完成研究过程、解决实际问题的能力。

3.实践能力

硕士生应具有较强的科学实践、学术研究、或技术开发方面的能力。应对油田开采过程与技术等有较全面的了解，从而发现现场实践中存在的问题，应用所学专业知识和工具对发现的问题开展一定的学术研究，或对现有技术、方法提出一定的改进建议和措施；能够独立完成文献综述，设计研究技术路线，开展室内研究和现场试验，真实、准确、严密地分析总结研究结果，独立撰写学位论文、独立回答同行质疑和从事学术交流；具备良好的协作精神和一定的组织研究能力。

4.学术交流能力

硕士生应具有良好的学术表达和交流的能力，能够与导师和课题组成员进行沟通交流；能够撰写论述完整、逻辑清晰的学术论文和学位论文；能够独立进行成果汇报和学术交流；能够与油田工作人员进行有效沟通，收集现场数据和资料，了解现场实际问题。

5.其他能力

应具有严谨求实的科学态度和作风。能够胜任科研院所或企业的科研或技术工作。

（四）学位论文基本要求

1.规范性要求

硕士生应该在学位论文撰写过程中遵守以下规范性要求：

（1）国家学位条例和学校对学位论文管理的各项具体规范。

（2）学术著述的一般规范。

（3）所有正式出版物共同遵循的文字印刷规范。

2.质量要求

硕士生的学位论文质量应达到以下要求：

（1）论文选题的基本理论依据要可靠，技术研究路线清晰。

（2）论文工作应有一定的理论深度或技术难度。

（3）论文工作应在导师指导下独立完成，实际工作量不少于一年。

（4）研究内容应完整，数据翔实、分析合理。

（5）论文写作要求概念清晰，结构合理，层次分明，重点突出，文理通顺，图表规范，符合有关标准规范。