低渗储层常规注水注气开发效果不理想,孔隙结构的强非均质性是重要的影响因素。深入认识和研究氮气泡沫驱在不同非均质程度低渗油藏中的特殊渗流特征和采油机理,可以为非均质性低渗油藏的泡沫驱开发提供理论指导。本文采用多种测试手段和实验方法,从微观非均质性的定量表征、不同非均质程度下水驱油渗流特征和采收率对比、氮气泡沫驱对非均质油藏的适应性评价、非均质储层泡沫驱微观渗流特征和剩余油动用机理、非均质储层泡沫驱宏观渗流规律和剩余油动用特征等几个方面进行研究,以期为非均质低渗油藏是否采取氮气泡沫驱等问题提供一定的理论基础和数据支持。首先,结合恒速压汞测试结果和分形维数定量表征了岩石的微观非均质性,并基于此设计了具有不同非均质性孔隙结构的微观模型,获得了不同微观非均质孔隙中水驱渗流特征和剩余油分布特征;另一方面通过不同渗透率级差岩心并联驱替实验研究了不同储层非均质性对水驱采收率的影响,并利用核磁共振仪（NMR）进行监测,结果发现随非均质性的增强,低渗层水驱油动用孔隙半径下限从0.1μm上升到1μm。其次,进行了适合低渗油藏的发泡剂性能评价实验,优选出了浓度为0.15%的XHY-4发泡剂,之后进行双岩心并联氮气泡沫驱油在线核磁实验,结果表明氮气泡沫驱显著提高了非均质油藏的原油可动用孔隙半径下限,半径下限从0.1μm～1μm增加到0.01μm。再次,基于非均质微观模型,直观的获得了不同非均质微观孔隙中多相流流动（油,气,水,泡沫）特征的定性表征;定量对比非均质模型中不同渗透率区域水驱和泡沫驱后剩余油形状,获得泡沫驱将连片状剩余油转换为分散型剩余油的微观作用机理;并通过在线电子计算机断层扫描（CT）岩心实验明确了提高微观波及效率和微观洗油效率两种提采方式在泡沫驱过程中的贡献率,从微观机理上分析了泡沫驱的渗流规律和剩余油动用特征,定量表征了泡沫驱提高采收率机理。最后,设计了与油藏物理性质相似的三维物理模型,在更接近三维真实油藏的基础上研究不同非均质程度对氮气泡沫驱宏观渗流特征的影响,以及注入压力和注入量对泡沫驱宏观渗流和剩余油动用的影响,并利用数值模拟验证了实验结果。