石油是现代工业的“血液”,是经济社会发展的动力和基础。随着地层油藏资源的不断开发,我国的主力油田已经逐步进入石油开采的中后期阶段,现有老旧油田未开采油气资源主要集中于低渗透率微孔隙甚至纳孔隙地层结构中,给剩余油藏探测与开采带来了巨大挑战,因此,亟需研究一种新型的石油探测开采方法。近年来,以微纳马达为代表的功能性微纳结构由于具有体积小、负载能力高等特点,能够深入狭小空间完成宏观机器人无法完成的任务,可为目前石油领域存在的问题提供新的解决方法与思路。因此发展基于微纳马达的地层微纳孔隙油藏精准采样技术,对维护国家的能源安全和发展安全具有重要的战略意义。本论文针对真实油藏储层环境参数,分析了现有微纳马达驱动方式的特点和限制,提出了一种超声场驱动的地层采样微纳马达;基于超声驱动微纳马达应具有形状非对称性的特点,分别采用了物理气相沉积法和电化学沉积法制备了Janus球微纳马达和锥管微纳马达;基于丙烯酸树脂交联反应原理,采用基于面投影微立体光固化3D打印技术,制备了二维微流道模型和三维地层微流道模型。基于微纳马达超声驱动机理,建立了超声驱动微纳马达运动的数学模型,通过数值仿真研究了微纳马达在流场中的运动行为,并探究了电压、频率、马达构型对其运动行为的影响;通过实验方法研究了微纳马达在人造岩心模型中的运动行为,并通过仿真研究分析了微纳马达在封闭有障碍流场中的运动规律。针对油藏储层中的微纳特征结构,设计了砂岩地层中典型的非均质流道模型,并通过仿真与实验相结合的方法,证明了微纳马达可以在超声驱动下,进入流阻较高的微细流道中;此外,设计了地层采样微纳马达的功能化工艺路线,并通过数值仿真模拟了微纳马达捕获油滴的过程。