随着近年来国民经济的快速发展,人们对石油的消耗越来越严重。同时,化石能源的消耗所排放的二氧化碳日益增多。本文选择将二氧化碳注入衰竭油藏,既可以为二氧化碳提供有利埋存场所,又可利用二氧化碳提高采收率。结合衰竭油藏的特点,研究中利用具有正态分布特征的随机孔隙度分布模型对衰竭油藏的非均质性进行表征。由于油藏中大部分孔隙被水占据、剩余油多分散在水驱无法触及到的死角或更为细小的孔隙中。(1)首先建立二氧化碳-地层水两相流动数学模型,耦合与地层局部温度和压力相适应的黏度和密度方程。结果表明：地层的孔隙度非均质性对二氧化碳注入点压力影响不大,但对饱和度分布和驱油效果影响较大。注入点压力随着油藏深度增加而增加,随着注入时间逐渐增加并最终趋于稳定。由于密度差异,存在重力超覆现象。在相同储存空间下,深部油藏中储存二氧化碳的量相对较小,且所需注入点压力较大。但从长期封存效果来看,深部地层具有一定封闭优势。(2)考虑到二氧化碳逐渐与地层剩余油、岩石等接触,建立基于流、固、热、多相流多物理场耦合方程组,主要包括岩石固体变形、能量传输、流体流动和溶质运移过程。模拟结果显示：经过相同的驱替时间后,驱油面积随着应力增加逐渐减小,随着注入剂二氧化碳温度的升高和注入压力的增大而增大。注入压力对驱油效果的影响起主要作用。原油的黏滞系数随注入时间逐渐降低。(3)针对地层闭合度高、地层倾角较大、储层厚、垂向渗透率高的衰竭油藏,建立二氧化碳重力稳定驱替和黏性指进模型。结果表明：二氧化碳的降黏作用降低了黏性指进速度；正韵律地层中的黏性指进程度低于反韵律地层；高渗透率地层比低渗透率地层中的黏性指进程度轻：高驱油速度会增加指进程度；地层中原油初始黏度越大,黏性指进现象越严重。(4)利用人工神经网络对二氧化碳驱油的采收率进行了预测。从预测结果看,神经网络预测的输出值与期望值的误差率在8%以内,预测结果与数模计算期望值的曲线相关系数为0.93,精确度高。因此,运用人工神经网络预测二氧化碳驱采收率是可行的。可作为预测二氧化碳驱采收率的一个有效方法。