低渗油田注水开采中目前广泛存在注水压力高的问题,为了降低注水压力,常用的方法是去除水中的杂质或改变岩石表面润湿性,忽略了水的团簇结构也是导致注水压力高的内在原因,所以水团簇的研究具有重大的学术价值和潜在的应用前景。然而,由于液态水的流动性,水中的氢键不停的消失和再生,水团簇也不停的消失和再生,直接用实验手段对水团簇进行分离和观察尚无法实现,故本文对水团簇的的研究主要以理论模拟为主。本文主要从水团簇微观结构和水宏观性质两个方面来开展研究。微观结构研究采用密度泛函方法,泛函选择GGA/PBE。水的宏观性质计算主要采用分子动力学方法,力场选择Dreiding,并进行了水相变的分子动力学模拟,发现水固液相变和超临界相变过程中平均氢键能与氢键平均键长呈线性关系,水气液相变过程中氢键能与氢键数量呈线性关系。根据液态水团簇的分布,本文建立了水团簇（H₂O）_n（n=2-50）的能量最低构型,研究发现随着团簇尺寸的增大,水团簇呈现出由线性结构过渡到平面环状结构、二层柱状结构、多层柱状结构直至笼状结构的趋势,尺度超过20的水团簇中很多出现了团簇内部水。不同尺度水团簇的平均氢键数量、氢键平均键长以及平均结合能可较好地反映上述结构变化趋势,通过结合能分析、二阶差分能等分析确认了其中的幻数水团簇（H₂O）₄、（H₂O）₈、（H₂O）₁₀、（H₂O）₁₅、（H₂O）₂₁。为了寻找降低水团簇尺度的有效方法,分别研究了温度、电场、离子和岩石表面对水团簇的影响。其中重点研究了离子对水团簇影响,分别考察了离子水团簇的电子结构、水的扩散系数以及微米级岩心流动仪中的注水压差,结果均表明I^-能够明显破坏水中的氢键缔合,Ca²⁺、SO₄^2-能够明显促进水中的氢键缔合,此外还发现促进氢键缔合的离子水合效应强,破坏氢键缔合的离子水合效应弱。本文还建立了岩石-水-岩石的粗粒化孔道模型以及粗粒化力场,考察了孔道尺寸对水扩散系数的影响,2-5nm孔径范围内水的扩散系数受孔径的影响非常明显,但是随着孔径的增大,孔径对水扩散的影响开始减弱。