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本论文针对致密油储层孔隙类型复杂、多尺度孔喉发育,且渗流规律不明确等问题,研究了致密油储层微观孔隙结构及渗流规律。基于鄂尔多斯盆地延长组致密油井下岩心,开展了X衍射矿物成分分析、扫描电镜孔隙类型划分、压汞法孔喉特征表征以及物性参数测试等实验研究。以CT成像和扫描电镜实验结果为约束条件,综合四参数随机生长法（QSGS）、马尔科夫链蒙特卡洛法（MCMC）和过程法（PB）构建了符合致密砂岩三维特征的多尺度数字岩心。以构建的数字岩心为介质,运用单一尺度和表征体元尺度的格子Boltzmann方法（LBM）模拟了单相流动,分析了岩心渗透率的影响因素。运用伪势LBM模拟了油水两相流动,分析了两相相渗曲线的影响因素。本论文的贡献和认识如下基于多种实验方法实现了致密砂岩全尺度孔隙结构的定性描述和定量表征。致密砂岩矿物成分以石英、长石和黏土为主;孔隙类型包括残余粒间孔、骨架矿物晶间孔、黏土矿物孔和微裂缝;孔喉半径介于9.2 nm500μm,纳米孔和中孔是主要的孔隙尺寸,其中又以纳米孔为主。岩心物性与长石含量正相关,与伊蒙混层和伊利石含量负相关,与绿泥石含量弱正相关。明确了致密砂岩三维孔喉特征,构建了符合致密砂岩特征的多尺度数字岩心。CT实验结果表明纳米级黏土矿物孔连通了微米级粒间孔。基于QSGS法和PB法构建了微米级的骨架、粒间孔和黏土矿物三相的数字岩心。基于QSGS法和MCMC法构建了纳米级的黏土矿物数字岩心。耦合的微米-纳米级的多尺度数字岩心可以较好的表征真实岩心的结构特征。模拟了单一尺度和多尺度岩心中单相流动过程,分析了结构参数对岩心渗透率的影响。单一尺度的模拟结果表明岩心渗透率与孔隙度呈正相关关系,与比表面积和迂曲度呈负相关关系。表征体元尺度的模拟结果表明多尺度岩心渗透率与黏土矿物渗透率和体积分数呈正相关关系;在合理孔隙度范围内,与粒间孔体积分数无关。模拟了油水两相流动过程,分析了驱替压力、油水黏度比和润湿性对相渗曲线的影响。油相相对渗透率(Knw)与驱替压力正相关;水相相对渗透率（Kw）在混合润湿情形下与驱替压力正相关,在强水湿情形下与驱替压力无关。Knw在强水湿情形下与油水黏度比正相关,Kw对油水黏度比变化不敏感。Knw随多孔介质由强水湿向混合润湿转变而逐渐降低,Kw随润湿性的变化而逐渐增加。本论文的研究建立了致密油储层全尺度孔隙结构表征及多尺度流动模拟方法,刻画了致密砂岩纳米-微米级孔隙的定性和定量特征,揭示了结构参数和流体参数对岩心渗透率和相渗曲线的影响,对于实现致密油藏的高效开发有重要的理论价值和现实意义。