致密砂岩油藏有着丰富的资源前景,但衰竭开发递减快,最终采收率低。致密油藏注气开发是具有潜力的开发方式,但对于致密储层中压裂形成复杂缝网与微裂缝发育的渗流环境,传统油气传质作用表征过于笼统,常规渗流数学模型难以准确地模拟复杂裂缝网络中不同机理作用下的油气传质过程。本文依次从微观油气渗流模拟、基质裂缝传质表征、油气传质数值模拟方法和注气优化设计四个方面开展研究。首先,基于强非均质岩心的真实扫描结果,应用形态学操作等刻画了高精度的微尺度孔喉结构模型,耦合NS方程、水平集方程模拟微观油气两相渗流过程,实现了致密基质中油气微观传质过程的模拟,总结了常规气驱五类剩余油形成过程及机理,提出了超前注气以提高动用程度,并从流体性质、界面张力、压力梯度等方面分析了其动用机理。其次,针对基质裂缝间油气复杂传质过程,构建了不同裂缝形态下的微观浓度扩散传质模型,基于等效通量法修正了考虑微裂缝作用的有效扩散系数,总结了气体沿裂缝高速窜流过程中速度非均匀引起的机械扩散传质作用,厘清了储层条件、开发政策对于压差传质的影响,综合表征了浓度扩散传质、速度差异传质、压差传质作用三类油气传质作用。然后,为明确复杂油气传质机理对于产能的影响,建立了考虑基质-裂缝油气传质作用的嵌入式离散裂缝模型,基于向量化编程方法表征传质机理,采用离散裂缝网格刻画基质裂缝复杂接触关系,相比传统商业软件更加精准刻画了传质机理与作用范围。矿场实例应用表明考虑油气传质机理渗流模型拟合效果更好。最后,在传统油气渗流数值模拟基础上,结合改进的PVT实验分析流体性质变化规律,以实现对于注入不同气体问题的模拟,应用向量存储解决了多井变生产制度问题的模拟。针对典型井组,计算了关键渗流参数,分析了不同缝网形式对注气效果的影响,应用响应面设计法对注入方式、注入流体、井网形式等影响因素绘制了优化图版。本文针对致密油藏油气传质规律开展相关表征、模拟、评价工作,为致密油藏注气补充能量研究提供了一定的方法思路,对鄂尔多斯盆地长7致密油藏生产开发有一定借鉴意义。