致密油在世界范围分布较广、储量巨大,但由于其开发难度大,开采过程产量递减非常快,采用常规的方法难以获得较高的商业价值,因此属于典型的非常规油气资源。目前北美地区以巴肯为首的致密油藏主要采用CO2吞吐的开发方式,有效提高了致密油的开发效果,结合我国CO2气源不足、空气资源丰富可就地取材的国情,研究致密油藏注空气/CO2吞吐提高采收率机理具有一定的实践和理论意义。本文首先对国内外致密油藏注气吞吐研究进行了充分的调研,并结合致密油藏注气吞吐成功案例,采取类比分析方法从理论上初步判断致密油藏注空气/CO2吞吐开发潜在可行性。同时结合现场资料分析,对M致密油藏的构造特征、储层特征、流体性质、地层压力和温度以及生产特征进行了分析,初步判断M致密油藏注空气/CO2吞吐具有一定的提高采收率潜力。在现场资料的基础上,开展了注空气/CO2吞吐物理模拟研究,研究了不同空气/CO2比例吞吐、不同吞吐周期和不同焖井时间对致密岩心采收率的影响。实验结果表明随着CO2含量的增加,吞吐过程采收率越高,注CO2吞吐提高采收率21.10%,注空气吞吐提高采收率7.84%;随着吞吐轮次的增加,单轮吞吐提高采收率越低,提高采收率主要集中在第一轮,到第四轮吞吐基本不再出油;随着焖井时间的增加,注气吞吐提高采收率也随之增加,但增加的幅度非常小,当焖井时间大于6h之后,注入气在岩心中达到溶解扩散平衡,增加焖井时间对吞吐提高采收率影响不是很大,实验结果为致密油藏注空气/CO2吞吐开发提供了实验基础。采用TG/DSC热分析实验研究了混合CO2空气氧化实验,随着温度的升高,原油与混合气作用主要存在轻组分挥发、重组分裂解、重组分低温加氧反应、燃料沉积和高温氧化五个阶段,并利用Coats模型计算了不同阶段混合气与原油氧化动力学参数,原油低温氧化阶段的活化能在24.67KJ/mol-26.39KJ/mol之间,高温氧化活化能则变化较大;采用试错法拟合了空气/CO2比例为1:1条件的原油热重TG曲线,确定了原油的氧化反应方程式,为油藏数值模拟提供了反应条件。结合物理模拟岩心吞吐实验和原油原油氧化热重分析实验,利用油藏数值模拟软件CMG-STARS建立了岩心吞吐数值模型,通过数值模拟敏感性研究分析,明确了致密岩心空气/CO2吞吐提高采收率的机理,注入空气/CO2混合气提高采收率的过程中,空气主要表现为增压作用,CO2则主要表现为溶解降黏作用。在岩心模型的基础上,将岩心模型原油氧化反应方程式应用到油藏模型中,并对油藏模型进行了历史拟合校正,在空气/C02比例为1:1条件下,通过对注气速率、注气时间、焖井时间和吞吐轮次等敏感性参数进行敏感性分析,确定了最佳的吞吐施工参数为:注气速率1OOOOm3/d,注气10天,焖井10天,吞吐4个轮次。由于研究油藏温度较低,原油轻质组分含量较高且在吞吐周期内注气时间较短,因此未能监测到原油的低温氧化反应,模拟结果为现场注空气/CO2吞吐开发顺利实施提供了技术支撑。本文在致密油藏注空气/CO2吞吐开发理论方面取得了一定的研究进展,为未来致密油藏注空气/CO2吞吐开发方案的顺利实施提供了理论支撑,该方面的研究有助于积极发展推动致密油藏空气/CO2开发方面的新理论、新方法,为我国致密油藏高效开发提供技术储备。