注空气驱油是目前我国挖潜中轻质、低渗透油藏剩余油的一项比较经济可行的新技术。然而，对于我国大多数非均质（中高渗）薄层、无倾角的水平地层来说，单纯注空气易产生气窜和粘性指进等问题，可以利用泡沫对其进行调驱。因此，本论文针对中原油田胡12块中高渗油藏的高含水现状，采用室内实验、理论计算、数值模拟和矿场试验及跟踪评价相结合的方法，研究此类非均质严重油藏的注空气泡沫提高采收率技术。 为了表征原油与空气/空气泡沫的低温氧化特性，通过基本假设与模型简化，系统研究了空气（泡沫）低温氧化模型，得出注空气的氧化反应模型同样适用于注空气泡沫，能够体现原油与空气或空气泡沫的低温氧化反应过程，而压力降模型与氧化动力学模型适合于评价原油的氧化反应速率、动力学及放热特性。 空气泡沫的稳定有效性对提高原油采收率至关重要，为此通过空气泡沫体系筛选评价与封堵特性实验，优选了泡沫体系的经济配方，评价了其油藏适应性、封堵能力及影响规律。结果表明，所选起泡剂的耐盐、耐二价离子能力强，热稳定性、与油田模拟注入水配伍性较好，优选浓度为0.5％～1％：泡沫体系的最佳气液比为1：1～2：1，半衰期大于70 min，起泡体积大于400 mL，阻力系数大于120，可满足温度为90℃、矿化度为15×104mg/L的室内实验与矿场油藏应用要求；在地层中的发泡性能较好且长期稳定，适用于中高渗非均质严重的胡12块高含水油藏，有利于实现空气的低温氧化作用。 为了评价油藏原油的氧化特性及注空气泡沫的可行性，利用中原油田胡12块的地层油样进行了原油-空气泡沫氧化特性实验，评价了氧化反应的影响规律及其对原油特性的影响，初步确定了低温氧化动力学参数及其模型。研究结果表明，胡12块原油具有良好的氧化性能，应用注空气泡沫提高原油采收率技术是可行的；温度是影响氧化反应的主要因素，温度、压力升高以及水、岩屑、粘土的存在都可能促进氧化反应，而空气泡沫（或起泡剂）可能会阻碍氧化反应，对静态氧化的影响较大，而对动态氧化或实际油藏氧化的影响很小，油藏中原油仍将有效地消耗氧气；氧化反应后原油特性发生了变化，其氧元素含量有所增加，碳、氢、氮元素含量基本不变，而芳香分含量降低，沥青质含量升高，饱和分含量变化不大，胶质含量有升有降；很少剩余油即能消耗足够多的氧气，若不发生气窜，实际油藏生产井中发生氧气突破及对产油造成严重污染的可能性较小。 空气泡沫驱油效果的好坏关键在于明确空气泡沫的渗流特性与驱油机理，为此通过原油-空气泡沫提高采收率实验，分析了油藏条件下均质与非均质模型的驱油特性，评价了空气泡沫体系的渗流特性、驱油规律与低温氧化特性。研究结果表明，空气泡沫驱及后续水驱具有较好的封堵能力与调驱效果，显著地增加了非均质驱油模型的两端压差与产油量，提高驱油效率可达13％～23.6％。 基于空气驱低温氧化模型与泡沫驱经验模型，建立了三维三相七组分空气泡沫驱数学模型，分析了模型的封闭性与求解方法，并应用数模方法拟合了室内实验结果，修正了氧化动力学模型与相渗模型，评价了空气泡沫的低温氧化驱油机理及其影响因素的敏感性。研究结果表明，数学模型封闭，能够体现空气泡沫低温氧化的驱油特性，可以利用IMPES方法求解；模拟结果与实验结果拟合较好，修正后的各模型能够比较准确地反映原油的低温氧化过程及流体的渗流规律；空气泡沫延缓了氧气与CO2的突破，使低温氧化反应更充分、驱油效果更好，且不会对原油性质与储层特性有较大的影响；空气泡沫驱效果较好、成本较低，适用于变异系数为0.7～0.8、注水开发后期正韵律、高温高压及油层残余油饱和度较高而粘度较低的油藏；采用高注低采、气液比为1：1～2：1、空气泡沫/空气/水交注等方式时的驱油效果最佳，而氧气都会在到达生产井之前消耗完毕。 通过总结空气泡沫驱油藏筛选准则，确定胡12块沙三中86-8单元作为中原油田空气泡沫调驱的先导试验区块；采用确定性建模的方法，建立了目标油藏的三维开发地质模型，确定了地层流体拟组分与高压物性，进行了水驱开发的历史拟合与剩余油分析。研究结果表明，所建全油藏地质模型合理得当，剩余油富集区位于高部位，而注水挖潜效果不佳（仅能提高2.74％），可以采用低廉有效的空气泡沫驱技术提高采收率。 基于历史拟合后的实际油藏地质模型，模拟预测并优化设计了空气泡沫驱的注入方案，分析了典型方案的生产动态与空气泡沫调驱的现场试验情况，评价了油藏气体分布、工艺安全性与现场调驱效果，针对现场可能存在的爆炸与腐蚀风险，提出了相应的现场监测方案与安全控制措施。模拟结果表明，胡12-152-17-65-68四井组的空气泡沫/空气/水交注方案经济可行，优化交注比为1.5：1：0.5，而主段塞优化气液比为2：1。现场试验表明，空气泡沫的调驱效果较好，减缓了非均质性严重胡12块油藏的气窜，达到了控水增油的目的；生产井中未监测到氧气突破，也未发生安全事故，且试验区各井产出的氮气含量基本均在背景浓度范围以内，因此此技术安全可行。