致密储层在全球油气资源中占比较高,随着油田开发技术的提高,开采低渗乃至特低渗储层中蕴藏的石油已具有工业价值。实现致密储层的高效开发需要应用专门的油藏数值模拟技术。目前商业软件不能准确描述我国致密油藏非线性渗流规律,并且存在裂缝处理方面的缺陷,亟需完善。对致密储层而言,其孔径在微纳米数量级,其间渗流往往表现出非线性特征,传统的线性达西定律已不能准确描述。要完成致密油藏数值模拟,需要建立合适的非线性渗流模型,这是致密油藏研究的核心问题之一。将非线性渗流模型应于致密油藏数值模拟软件,了解并掌握非线性渗流对水驱以及CO2驱的影响规律,对提高致密油藏采收率,实现我国“碳达峰、碳中和”的双碳目标,具有重要的科学研究意义和工程应用价值。本文旨在探讨致密油藏储层中的非线性渗流规律和非线性渗流对致密油藏水驱以及CO2驱的影响规律。通过理论分析、实验测量以及数值模拟开展致密油藏非线性渗流研究,并且在完成对自研软件的开发和测试基础上,依托自研软件探讨非线性渗流规律对致密油藏数值模型结果的影响。全文的具体研究内容和相关结论如下:1.提出了一类致密油藏非线性拟启动压力梯度渗流模型。该类模型具有三个特性:严格单调性、慢启动性以及渐近线性。在该类模型中,推荐使用“单参数指数函数拟启动压力梯度模型”,该模型对非线性渗流部分的描述仅包含一个参数,即拟启动压力梯度λ,从而形式简洁,易于应用。2.针对硅油在人工微纳孔道和水油在致密油藏岩心中的渗流开展实验研究,利用本文提出的“单参数指数函数拟启动压力梯度模型”对实测的流速-压差曲线进行拟合,得到了相应的拟启动压力梯度值。实验结果表明,拟启动压力梯度值与渗透率相关,两者关系可以近似用幂律描述。根据岩心实验结果总结出了拟启动压力梯度与渗透率之间的经验关系式。对水而言,其拟启动压力梯度值与渗透率之间的幂指数约为-1.35;对油而言,其拟启动压力梯度与渗透率之间的幂指数约为-0.46。一般情况下,水相拟启动压力梯度值小于油相拟启动压力梯度值。3.完成了对自主研发的致密油藏数值模拟软件SLNONLINE的可靠性和性能测试。自研软件SLNONLINE实现了核心代码的模块化设计,同时针对商业软件“不能准确描述我国致密油藏非线性渗流规律”和“裂缝处理缺陷”的问题,完善了相关功能。对自研软件SLNONLINE的测试结果表明,其单机可计算网格规模突破500万,大于串行ECLIPSE。此外,由于自研软件SLNONLINE中专门开发了嵌入离散裂缝模型模块,因而大幅提高了对人工导流裂缝的计算效率。4.利用自研软件SLNONLINE开展了致密油藏水驱以及CO2驱的数值模拟研究,重点考察了非线性渗流模型对驱替开发的影响规律。数值模拟结果表明,由于致密油藏渗透率低,因此非线性渗流模型的应用对其中的水驱和CO2驱过程有很大影响。在定压生产条件下,利用非线性渗流模型预测出的水驱和CO2驱过程均明显变缓,相应的注入量和产油量均明显小于线性模型的模拟结果。渗透率越低,对应的拟启动压力梯度值越大,非线性渗流效应越明显。此外,由于非线性渗流模型所对应的地层阻力较大,因此当流场中存在导流裂缝时,导流裂缝的减阻增产效果更明显。