注CO2驱油已经发展成为一种较为成熟的提高采收率技术,但是截至目前,我国注CO2驱主要应用于一些常规油藏和低渗透油藏,针对衰竭开采中后期的近临界挥发油藏注CO2提高原油采收率的研究相对较少,同时关于注CO2驱过程中三相复杂相态变化的研究就更少。因此,本文以X区块为研究对象,通过物理模拟和数值模拟相结合的手段,来研究衰竭开采中后期的近临界挥发油藏注CO2过程中的复杂相态特征、混相机理以及提高采收率机理。本文的部分研究内容来自国家自然科学基金青年基金,以X区块近临界挥发油为研究对象。通过丰富的文献阅读与调研,对近临界挥发油藏地层流体相态特征及开发方式进行了深入了解,明确了近临界挥发油藏地层流体具有高挥发性、高气油比等特性,开采时应保证其开采压力大于流体的饱和压力等特征。首先,通过单次闪蒸实验、恒质膨胀实验、多级脱气实验,验证了研究区地层流体符合近临界挥发油特征。在原始地层条件下,通过CO2-近临界挥发油两相相平衡实验发现:随着CO2的注入量不断增加,体系的饱和压力不断增加,黏度逐渐减小,密度逐渐增加,当CO2的注入含量在10mol%～20mol%时,近临界挥发油体系朝向凝析气体系转变。同时进一步开展了CO2-近临界挥发油-地层水三相相平衡实验发现:随着CO2的注入量增加,三相体系饱和压力增加,溶解气油比增加;随着含水饱和度的上升,三相体系饱和压力下降,溶解气油比下降,CO2溶解量减小。其次,开展了衰竭开采中后期地层剩余流体注CO2两相相平衡实验,并与原始地层条件下地层流体注CO2相态变化特征进行对比,实验及模拟结果显示:目前地层流体体系变重,仍然为油藏体系。同时对目前地层剩余流体进行注CO2最小混相压力细管实验及细管模拟研究,确定其最小混相压力为28.6MPa。为下文注CO2提高原油采收率机理研究奠定了基础。最终,利用CMG软件的GEM组分模块,从地质因素和注入因素的角度对近临界挥发油藏注CO2提高原油采收率机理进行了研究,发现地层倾角越大,水体越小,渗透率越大,注入气纯度越高,注入速度越大,注入压力大于最小混相压力时,原油采收率最高。结合室内物理实验结果和机理数值模拟研究结果,对研究区进行了注CO2开发方案优化设计,优选出最佳注采井网为两注（低部位注入井）三采,注入速度为9×10~4m~3/d,注入压力为32MPa,注入量为0.3HCPV的注CO2提高原油采收率开发方案。本文的研究成果在一定程度上为近临界挥发油藏注CO2复杂相态和提高原油采收率机理研究提供了实验基础和理论基础,同时为研究区注CO2提高原油采收率开发方案设计提供技术支持,并为同类油藏的开发提供借鉴。