地下深层岩石内部多相渗流行为的精准描述及科学评价对油气资源开采及CO2地质封存等工程问题的解释与合理解决具有重要的理论意义和应用价值。尤其是非常规油气储层埋深常常超过3,000米,地质碳封存工程深度也多在地下1,000米以下,岩层孔隙结构复杂、地层压力大、温度高,现场与实验室测试手段难以准确探测和分析高温高压地质环境下储层岩石复杂的孔隙结构及其内部流体等的运移规律,特别是,难以直观地观测和定量分析岩石孔隙结构内部流体等多相渗流的动力学特征与运移路径,造成无法准确地评价非常规油气储层的改造效果、资源的开采效率及CO2的封存效果。因此,研究压力、温度条件下岩石复杂孔隙结构中两相渗流特征、渗流路径变化以及影响因素,对于认识和掌握深埋储层中多相流特征以及准确地评价和预测油气资源开采效率及CO2的封存效果具有十分重要的意义。由于现场与实验室测试面临诸多困难与挑战,数值模拟方法成为定量分析深埋储层岩石复杂孔隙结构中多相流流动过程的重要手段。然而,如何确定适合的数值模型与数值方法来分析多场耦合条件下岩石复杂孔隙内多相渗流过程一直是学术界面临的瓶颈难题,诸多问题尚未有令人满意的结果,例如:（1）如何准确定量地描述岩石孔隙结构的非均质性对多相渗流行为的影响,尤其是对渗流优势路径的影响;（2）复杂孔隙结构中多相流优势路径的选择机制与影响因素尚不清楚;（3）目前多相流数值模拟研究主要采用二维模型,假设模型厚度远小于孔隙喉道尺寸,忽略了厚度对渗流场分布的影响,缺乏深入分析孔隙结构模型厚度及流场非均匀性对对多相渗流行为的影响。同时,这种假设也导致难以采用物理模型实验来验证数值模拟结果的可靠性;（4）现有模型较少考虑温度-渗流耦合（T-H耦合）效应对两相渗流界面及渗流路径的影响;（5）现有的数值方法模拟分析气-水等较大粘度比和高密度比两相驱替渗流时,存在由于流体介质粘度比过大而引发的渗流界面不稳定性等问题;（6）两相驱替渗流的数值计算结果难以进行实验验证,或与实验结果相比存在较大差距。针对上述问题,本文开展了储层岩石复杂孔隙结构中气-水两相渗流行为的数值模拟研究与实验验证。基于天然储层岩石的孔隙结构特征,建立了孔隙结构模型,制备了不同厚度分布的三维孔隙结构模型来分析和揭示厚度效应对气-水两相渗流行为的影响。在此基础上,模拟分析了温度作用下孔隙结构非均匀性对两相渗流行为的影响。主要研究内容包括:（1）模拟分析了储层岩石孔隙结构内部气-水两相渗流与优势路径选择采用天然储层岩石孔隙网络结构,建立了可压缩气-水两相渗流的二维相场模型,模拟了孔隙结构中气-水两相渗流界面动力学特征与优势渗流路径,探讨了影响气-水两相渗流优势路径的影响因素,对比分析了不同润湿条件下路径的选择机制。采用3D打印技术制备了复杂孔隙网络的透明物理模型,利用气-水两相驱替实验和染色示踪技术,直观观测了气-水两相驱替渗流的特征与路径选择行为,并验证了相场模型数值分析结果的准确性。（2）模拟分析了孔隙结构厚度对气-水两相渗流行为的影响在气-水两相渗流二维相场模型的基础上,为了便于与物理实验结果对比,考虑孔隙结构厚度,建立了气-水两相渗流的三维模型。模拟分析了不同厚度以及沿厚度方向孔隙分布不均匀性对孔隙结构中气-水两相渗流特征与优势路径选择的影响,揭示了孔隙结构非均质性对气-水两相渗流行为的影响。通过三维物理模型渗流实验结果的对比,验证了模拟分析结果的有效性。（3）模拟分析了温度作用下孔隙结构中两相渗流特征与优势路径选择为了分析温度作用对两相渗流行为的影响,基于COMSOL提供的MATLAB二次开发脚本,开发了一个两相渗流的T-H全耦合模型,定量分析了不同温度作用下孔隙结构内部两相渗流界面运移及渗流特征,揭示了温度作用对两相渗流优势路径选择的影响机制。本文研究发现:（1）孔隙结构内部气-水两相渗流路径的选择由驱替压力和孔喉岔路口支路孔径分布决定。（2）由于流动阻力的增加,通道厚度的增加可能引起第二条流动路径的产生及最终气体饱和度的显著变化,因此,在多孔结构两相渗流研究中厚度方向的影响不可忽略。（3）相同驱替条件下,厚度方向非均质孔隙结构的气体突破时间更长,驱替效果更好,但最终气体输出量小。具有相同孔隙率的岩石结构,通道截面形状系数对两相渗流路径影响很大,形状系数越小,厚度方向孔隙非均质性对驱替效果和流动路径的影响越大。（4）地层温度与界面温度对两相渗流优势路径均有不同程度的影响,然而注入介质温度对局部小孔支路流动的影响更为明显。论文主要创新点如下:（1）建立了可压缩气-水两相渗流的二维相场模型,实现了复杂孔隙结构中气-水两相渗流过程的数值模拟,分析揭示了影响气-水两相渗流优势路径的主控因素,对比分析了润湿与中性润湿两种不同条件下路径的选择机制。（2）采用3D 打印技术,构建了复杂孔隙结构的透明物理模型,运用染色示踪等直观可视化地观测了复杂孔隙结构内气-水两相渗流路径的选择,验证了本文二维相场模型的有效性与准确性。（3）将二维相场模型扩展到三维空间,探讨了孔隙结构厚度方向上孔隙分布的非均匀性对气-水两相渗流特征与优势路径选择的影响机制。（4）提出了 T-H全耦合气-水两相渗流的数值模拟算法,实现了温度场与两相渗流场双向耦合的数值模拟,揭示了温度效应对两相渗流形态及渗流优势路径的影响机制。本文为定量直观地分析地层温度作用下储层岩石孔隙结构中多相流体的渗流行为与优势路径提供了研究基础与参考。