提高油气采收率是油气田开发的一个不变主题,不管在任何时刻、任何阶段,提高采收率都是油气田开发的重点与核心内容。随着注水开发技术在陆上油田的不断深入和调整,大部分油田已经处于高含水、低采收率、无效水循环较为严重的阶段,薄差储层的整体动用程度较低。目前,注气开发作为三次采油提高原油采收率的一种方式,已经被越来越多的应用于各大油田。气体以其不同与水的特性,能够降低原油粘度,减小界面张力,提高单位孔隙中的驱油效率,扩大波及体积。但是在油、气、水三相并存的环境中,油气两相的接触特征与渗流规律又与单纯油气两相系统中的存在差异,在可动水参与下的油气相间组分传质扩散特征,油气两相混相特征,油气水三相渗流规律,以及气驱油和气水交替驱油的机理都尚待进一步深入研究。本论文在总结分析前人研究成果的基础上,采用自主研制的CO2混相可视驱油实验装置,对不同压力和流速下油、气接触形态变化、混相过渡带的形成过程与变化阶段进行了直观观测,证实了混相动态渐变的特性,将过渡带划分为4个阶段。并在混相条件下开展长填砂管逐级取样实验,研究了孔隙介质中可动水参与下的多相多组分相间传质特征和渗流规律。然后,通过引入电阻率与含水饱和度关系原理,在非混相条件下,采用稳态实验方法研究了不同润湿性下饱和历程差异对油、气、水三相相对渗透率的影响,得到在三相渗流体系中,非润湿相的相对渗透率与岩石润湿性、饱和历程以及其他两相饱和度在岩石内空间分布有关。提出采用岩心在线CT扫描和岩心薄片仿真微观模型相结合的实验方法,分别从岩心尺度下和微观孔隙结构下、定性定量地研究了水驱、气驱油机理及剩余油分布特征,进一步揭示了水驱后转气驱及气水交替驱对微观剩余油的启动方式和运移过程。最后,针对华北油田Q28油藏开展注CO2适宜性评价,通过引入多层次模糊综合评判原理,优选出11个注气影响因素,定量计算出各因素的隶属程度及各因素之间的权重比例,建立模糊评价模型对Q28油藏进行综合评价。在建立地质模型和动态生产模型的基础上,开展油藏数值模拟研究,并结合正交试验分析原理,进一步优化注气参数,得到最佳注气参数组合,验证了模糊综合评价的结果,为合理制定注气开发策略提供相关理论和数据依据。