实验室聚焦“非常规油气资源与工程”，设置5个研究方向：
1. 非常规油气富集机理与资源分布预测
我国含油气盆地构造特征复杂、沉积环境相变快、源-储配置关系多样，使得非常规油气资源勘探与预测难度大，形成非常规油气富集机理与资源分布预测的关键理论与技术，是实现我国非常规油气“增储上产”的关键。
2. “井-地一体”智能油气探测方法与装置
建立多物理场耦合响应与数学物理表征模型，创新多相介质多尺度物理场正演方法，突破“井-地一体”信息采集与处理的技术瓶颈，创新研发智能油气探测方法、装置与软件，实现我国非常规油气资源“智能高效”精准探测，是非常规油气精细勘探与定量评价的关键。
3. 复杂结构井工厂智能钻完井理论与技术
基于现有非常规油气水平井钻完井技术体系，突破复杂结构井工厂智能钻完井理论与技术瓶颈，形成我国非常规油气“智能高效”钻完井技术体系，是提升我国非常规油气钻完井技术水平，大幅度提高工程效率和质量、降低作业成本的关键。
4. 地质-工程一体化立体开发理论与技术
创建考虑复杂裂缝形态的水力压裂扩展模型，揭示多物理场耦合渗流机理，创新井工厂体积压裂改造技术与装置，形成地质-工程一体化立体开发理论与技术，是实现我国非常规油气“绿色低碳”规模效益开发的关键。
5. 清洁地质能源开发与CCUS理论与技术（培育）
面向国家油气供应安全和“双碳”目标的重大战略需求，推进清洁地质能源高效开发，发展CCUS与油气协同高效开发理论与技术，探索“全生命周期零碳循环油气开发”新方法，是油气能源领域绿色、智能发展的关键。
