低渗透油藏CO₂泡沫驱作为一种迅速发展的新型三次采油技术,综合了CO₂驱和泡沫驱的优点,既能通过CO₂与原油间的混相提高其驱替效率,又能够延缓驱替过程中气体的窜流,在非均质性强的低渗透地层具有广阔的应用前景。然而,目前国内外对泡沫在多孔介质中的渗流机理和数学表征研究较少,因此有必要对低渗透油藏CO₂泡沫驱渗流规律进行研究,为矿场试验和大规模应用提供理论依据。首先,本文基于分流理论建立了表面活性剂溶于水/CO₂的低渗透油藏CO₂泡沫驱一维渗流模拟模型,运用图解法进行求解并与数值模拟结果进行对比验证,确定了驱替过程中含水饱和度分布剖面。通过对不同泡沫质量及表面活性剂分布情况下的分流曲线进行分析,得到了最佳的注入条件。然后基于泡沫生成与破灭机理,建立了低渗透油藏CO₂泡沫驱数值模拟模型并进行开发动态预测,通过灰色关联分析法,筛选出影响CO₂泡沫驱最终采收率的重要因素。最后,基于矿场实际区块地质与流体特征,采用遗传算法和正交试验法对影响驱油效果的注入因素进行了优化。研究结果表明,CO₂泡沫在非均质地层中可以有效封堵高渗地层,提高中、低渗透层的采收率。当地面预先生成的泡沫注入地层时,泡沫运移速度与混相前缘运移速度相等,驱替效率最高。混注的注入方式优于地面预先生成和气液交替注入方式。随着转注时机推迟、气液比、或注入速率的增加,最终采收率呈先升高后降低的趋势;随着表面活性剂浓度、泡沫段塞或前置段塞的增加,最终采收率先迅速增加后趋于稳定;随着原油粘度的升高,最终采收率迅速降低;随着渗透率变异系数的增加,与水驱相比的采收率增幅先升高后下降。各注入因素对CO₂泡沫驱采收率的影响程度排序为:注入量>气液比>表面活性剂浓度>转注时机>前置段塞>注入速率。利用遗传算法和正交试验分析法对前置段塞、注入速率、注入量、气液比、表面活性剂浓度和转注时机进行了组合优化;与水驱相比,CO₂泡沫驱最优方案能提高原油采收率9.60%。