塔河缝洞型油藏具有很强的非均质性,储层流体流动规律复杂。油藏前期主要依靠天然能量开采,随着开采进行,部分井呈现能量供应不足、含水率上升、产量下降等趋势。注入水不能在水驱基础上增加流动通道,且沿高导流通道流动时含水率上升迅速,容易产生平面线性水淹。目前塔河油田已实施注气开发模式,室内实验与矿场结果表明注气可在注水基础上增加流动通道,有效提高原油采收率。但是塔河缝洞型油藏厚度较大且井间连通性差,导致气驱后井组中/下部层位剩余油富集。氮气辅助重力驱可以充分利用油水密度差异大、储层垂直裂缝普遍发育的优势,通过优化注采参数实现稳定驱替,在气驱基础上进一步提高采收率。但仍然存在以下两点问题:现有井网注气后不同岩溶成因储集体剩余油赋存状态不清;氮气辅助重力启动剩余油力学机理及驱替规律有待研究等。针对缝洞型油藏注气开发的现有问题,本文通过改进的物理模拟实验方法,在设计制作不同岩溶成因储集体二维剖面模型与可视化概念模型的基础上,开展表层岩溶带、断溶体和古暗河等三种类型储集体注气后剩余油分布特征、氮气辅助重力驱油效果和启动剩余油力学机理研究,主要得到以下结论与认识。注气驱油过程中,气体能量集中于注气井底,压制底水至生产井井底,井间气体发生横向驱替至气窜,驱替整体呈气水协同作用;表层岩溶带注气后剩余油主要富集在井间与注气井、生产井底;古暗河注气后剩余油主要为井控范围外剩余油、盲端洞剩余油,致密充填段呈上气下水中间剩余油富集;断溶体注气后剩余油分布特征受断裂发育控制,类似于单个溶洞内剩余油分布形式,呈现“上气中油下水”的分布模式。氮气辅助重力驱油阶段,驱替初期为气体压制底水,整体气水协同,驱替更为平稳,可有效启动生产井底和井间剩余油,其中断溶体效果最优;注采关系建议选择高部位注气,底水较弱时应合理控制注气速度,另外,对表层岩溶带和古暗河,小尺度/下部裂缝易被屏蔽,而断溶体中裂缝连接位置决定了气驱作用程度。基于毛管力、重力与驱替力等受力分析,建立了气驱和水驱启动最小裂缝尺度计算公式;研究表明,缝洞结构复杂时,注气以井间驱替为主;缝洞结构简单时,注气以驱替生产井/注入井底溶洞为主。