石油是重要的运输驱动能源,我国对石油资源的生产和进口具有不平衡性,强化采油技术能够提高石油产量,可平衡石油生产与进口的差距。微流控芯片加工技术的日益成熟使国内外学者可以研究从孔隙尺度探究毛细管力、粘性力、重力对水驱油过程的影响。而在重力驱油领域,传统的重力驱油研究方法或不利于表征重力、毛细管力、粘性力对两相流动的相互影响,或没有对重力驱油残余油饱和度变化进行量化表征。因此,本文通过实验与数值模拟相结合,探讨了重力、粘性力、毛细管力对水驱油两相流动的影响及其作用。本文使用微流体流量控制板控制注入流体流速,并通过微流体流量传感器和相机记录两相驱替过程及多孔介质两端压力,旨在探究单一流速下残余油饱和度、被圈闭油团变化趋势。此外,本文使用相场法研究了水平/重力驱水驱油过程,通过设置不同流体对物性(密度、粘度)、注入平均速度及重力,控制粘性力、毛细管力和重力的相对大小。通过实验和数值模拟研究发现:(1)在单个流速的驱替过程中,粘性指进会使大面积流体团被圈闭,导致正癸烷溶液采收率降低。随着流体团数量增加,残余油饱和度逐渐减小。(2)对于水-油水平驱替过程,在毛细指进过程中,未被驱替油占据残余油饱和度的绝大部分比例。当主流路径突破多孔介质出口端后,其他流动支路将停止继续向前流动。此时主流路径压力降低,使油渗吸倒流回先前被水占据的孔道。在粘性指进过程中,被圈闭油团是残余油形成的主要机理。残余油饱和度与毛细管数成反比。增强粘性力作用(增大流速)或者采用有利粘度比流体对可起到强化采收率的作用。界面特征长度与水饱和度呈线性比例关系。水在多孔介质中的突破时间随着毛细管数的增加而减小。增大流速及采用不利粘度比流体对会加剧多孔介质内流动路径过早突破,降低油采收率。(3)在水-油重力驱替过程中,相较于水平驱,重力驱驱替前缘在低流速下会更早突破多孔介质出口端。主流路径在突破出口端后压力骤减,形成优先流动。在不利粘度比下,毛细管数较低且重力数较高时未被驱替油占据残余油饱和度大部分比例,且随着毛细管数增加以及重力数降低,开始出现大面积被圈闭油,未被驱替油数量减少。当毛细管数较高且重力数较低时,残余油类型主要为小面积被圈闭油。残余油饱和度与对数毛细管数呈反比例线性关系,密度比对重力驱采油过程影响有限。重力驱在低毛细管数下加剧了水-油驱替过程不稳定性,使驱替前缘过早突破多孔介质出口端。残余油饱和度与对数重力数呈正比例线性关系,当注入平均速度较高时,重力对水-油流动影响较小。单一的无量纲数不能准确预测残余油饱和度。组合无量纲数考虑了重力、毛细管数、粘度比、密度比对残余油饱和度影响,能够准确预测残余油饱和度变化趋势。