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我国在科学前沿探索的历程中，国家重点实验室通过开展创新研发活动，取得了一批具有国际先进水平的成果，起到了非常重要的推进作用。能源领域的科技创新，当然也离不开国家重点实验室。这其中，有依托石油高校建设的国家重点实验室，也有依托企业建设的国家重点实验室，发挥重要的作用。中国油气领域的国家重点实验室，共有12个，其中“三桶油”共9个，高校有3个。
| 序号 | 国家重点实验室名称 | 依托单位 |
| 1 | 油气资源与探测国家重点实验室 | 中国石油大学 |
| 2 | 重质油加工国家重点实验室 | 中国石油大学 |
| 3 | 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 | 西南石油大学 成都理工大学 |
| 4 | 提高石油采收率国家重点实验室 | 中国石油勘探开发研究院 |
| 5 | 海洋石油高效开发国家重点实验室 | 中海油研究总院 |
| 6 | 石油化工催化材料与反应工程国家重点实验室 | 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院 |
| 7 | 化学品安全控制国家重点实验室 | 中国石化青岛安全工程研究院 |
| 8 | 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室 | 中国石化石油勘探开发研究院 |
| 9 | 绿色化工与工业催化国家重点实验室 | 中国石化上海石油化工研究院 |
| 10 | 石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室 | 中国石油石油管工程技术研究院 |
| 11 | 石油石化污染物控制与处理国家重点实验室 | 中国石油安全环保技术研究院 |
| 12 | 天然气水合物国家重点实验室 | 中海油研究总院 |
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