近年来,社会发展对石油的需求量越来越高。随着油田开发的深入,常规石油资源不断衰竭,目前国内大部分油田注水开发逐渐进入中、高含水期,原油产量大幅度下降,而新油气资源的勘探难度越来越大。为了维持不断老化的油田的原油产量,寻找一种经济有效的提高原油采收率技术(EOR)成为了科研人员关注的焦点。传统的化学驱、气驱、微生物驱等采油技术存在成本高昂、环境污染大、货源与应用范围受限等缺点。为此,高压注空气技术(High Pressure Air Injection,HPAI)作为一项极具发展前景的二次或三次采油技术,近年来受到了越来越多的关注。然而油藏空气驱过程中涉及到的化学反应和物理驱替极为复杂,目前国内相关的理论研究仍然匮乏,现场实践也处于探索阶段,因此有必要开展油藏注空气氧化机理与驱油实验相关研究。本文首先采用静态等温氧化管实验方法研究了新疆某轻质原油的低温氧化特征与氧化反应历程,结合色谱测试、红外光谱分析、物性测量,从微观角度分析氧化过程中原油碳烃分子结构的变化,确定出原油主要体现的氧化反应模式为:加氧反应、缩聚反应和碳键剥离反应。同时进行了原油低温氧化敏感性研究,分别从氧化后产出气和氧化油的组成与物性变化等方面分析含水饱和度、含氧浓度、特定组分和储层岩石对原油氧化效果的影响。随后,采用热重/微分热重-差热分析联用技术(TG/DTG-DTA)定量地获取原油反应温度区间、峰值温度、质量损失、氧化放热效应等热行为特征,分析了原油组成、含氧浓度和储层岩石的影响。基于经典的Arrhenius热动力学理论,求得原油在不同影响因素作用下的活化能、指前因子等动力学参数,定量地表征各因素对原油氧化活性影响的大小,同时探讨了轻质油藏实施贫氧空气驱的可行性。在原油氧化特征与氧化活性分析的基础上,进行空气驱低温氧化驱油实验研究。采用长细管模型考察了不同注气压力、不同注气速度、不同含氧浓度条件下原油低温氧化效果及对采收率的影响。采用长岩心驱替装置模拟真实油藏条件,通过对不同渗透率岩心和不同气驱介质条件下的驱油效率进行比较分析,来加深对轻质油藏高压注空气驱油机理的认识。本文结合静态等温氧化管实验和非等温热重测试考察了轻质油藏HPAI过程中原油氧化及敏感性,在原油低温氧化机理、氧化反应模式及原油氧化活性等方面取得了一定的认识。同时进行了注空气动态驱油效果室内评价,理解空气驱低温氧化驱油机理,进一步发展注空气提高原油采收率技术。这些研究对以后轻质油藏HPAI理论发展和现场应用均有一定的参考价值和借鉴意义。