2004年依托我校“石油天然气成藏机理教育部重点实验室”和“中国石油集团公司物探重点实验室”组建以复杂条件油气成藏理论与探测技术为核心的多学科交叉研究平台。2007年批准成立油气资源与探测国家重点实验室，两次评估良好，2015年进入争优行列，2021年整合非常规研究院和5个省部级平台等优势资源，重组实体化运行；建立新疆、长庆等油田示范基地，强化有组织科研与协同攻关。实验室定位面向国家能源安全与双碳战略，聚焦非常规油气资源与工程，突破油气富集机理与精准探测、油气开采机理与立体开发两大关键科技问题，攻关智能钻完井与探测、体积压裂、地质工程一体化立体开发等技术，研发核心技术装置和智能工程软件，构建国家战略科技力量，推动我国非常规油气理论与技术国际领先。
主要研究方向为：（1）油气富集机理与资源分布预测；（2）“井-地一体”智能油气探测方法与装置；（3）复杂结构井工厂智能钻完井理论与技术；（4）地质-工程一体化立体开发理论与技术；（5）清洁地质能源与CCUS理论与技术。
实验室培养和凝聚了一批承担重大任务的战略科技人才和创新团队。现有固定人员219人，院士4人，国家级人才41人，海外博士学位人员占32%，年龄结构合理，学科专业布局优化。自组建以来，承担国家级科研任务537项，到账经费近12亿元，国家科技重大专项项目1项（“十一五”至“十三五”），国家自然科学基金创新研究群体项目1项（连续3期滚动支持），国家“863计划”主题项目1项，国家自然科学基金重大项目2项、重点项目11项、重大国际合作项目7项、国家重大科研仪器研制项目2项、国家杰出青年基金项目7项、国家优秀青年基金项目7项，高等学校学科创新引智计划5项。NSFC创新研究群体1个（连续3期）、全国高校黄大年式教学团队1个、教育部创新团队2个，中国工程院咨询研究重大项目/重点项目和中国工程院-基金委两院联合资助咨询项目等战略咨询研究项目5项，是我国非常规油气领域的主要实验研究和技术研发基地之一。
实验室实验用房总面积达到16000平方米，拥有378台/套仪器设备，仪器设备原值超过1.7亿元人民币，其中超过100万元的大型仪器设备49台/套。实验室面向我国油气重大战略需求，聚焦“油气资源与工程”领域的重大科技问题，产出了原创性重大成果，推动我国油气勘探开发科技进步，为保障国家油气安全做出了实质性贡献。以第一完成单位获国家科技进步奖2项、国家技术发明奖6项。参与完成国家科技进步奖27项、技术发明奖2项、自然科学奖1项，第一单位获省部级一等奖50余项。代表性成果主要包括：创新复杂地质油气富集成藏理论，有力支撑了我国塔里木、准噶尔和渤海湾盆地3个10亿吨级超大油气田发现；研发油气探测核心装备与软件，打造我国油气勘探利器；原创了深井自振空化射流钻井、仿生钻井液等安全高效钻井关键技术，推动我国深井及非常规长水平井钻井技术进入世界先进行列；发明了水力喷射分段压裂、靶向暂堵多缝改造等关键技术，使大量无法动用的致密油、致密气等复杂非常规油气得到效益开发。
