本文是十三五国家科技重大专项课题(2017ZX05009004)“低渗-致密油藏高效提高采收率新技术”的部分研究内容。针对低渗特低渗油层气体段塞复合驱提高采收率,以大庆外围YS油田的特低渗透油层为背景,利用CMG软件建立细管理想模型,进行了富气-氮气复合驱过程中,富气、氮气在油气相中的动态分布数值模拟计算,分析了气体段塞复合驱的机理;建立了均质和非均质模型,模拟计算了不同油层长厚比、渗透率、渗透率级差及富气段塞尺寸时的驱油效果和气驱效益,确定了不同参数下富气-氮气复合驱的合理段塞尺寸;选用30 cm长的低渗透、特低渗透2类天然岩心,分别进行了5种不同驱替方案的富气-氮气复合驱室内物模实验研究,确定了富气-氮气复合驱合理的前置段塞尺寸及其驱油效果;应用CMG软件预测了五点法井网条件下富气-氮气复合驱的驱油效果和气驱效益;并进一步对富气-氮气复合驱和二氧化碳-氮气复合驱进行了驱油效果和气驱效益的对比分析。研究结果表明,低渗特低渗透油层采用一次注入合理的前置富气段塞+后续氮气的段塞复合驱方式,可以减少富气的用量,充分发挥富气与氮气各自的优势,获得较好的驱油效果;一维长细管理想模型中,从富气与氮气在油气相中的分布来看,富气段塞至少应有0.5 PV才能有效地阻止氮气窜逸对采收率的影响,从采收率曲线来看,富气的合理段塞为0.6 PV;均质模型中不同渗透率的富气-氮气复合驱采收率在注入富气PV数小于0.6时无较大差异,在注入富气PV数大于0.6后渗透率越低的油层获得的采收率越高;非均质模型中,渗透率级差越大,富气-氮气复合驱中富气段塞的合理尺寸越小,采收率越低;物模实验中,富气-氮气复合驱的段塞组成以0.6 PV富气段塞+后续氮气为宜,此时特低渗透岩心的富气-氮气复合驱采收率为73.21%,低渗透岩心的富气-氮气复合驱采收率65.91%,二者相差7.3%;低渗、特低渗五点法井网中,无论是极限气油比约束条件还是极限日产油量约束条件,富气-氮气复合驱的富气段塞均以0.6PV为宜,此时,低渗透井网的富气-氮气复合驱极限气油比约束条件采收率为51.46%,极限日产油量约束条件采收率为52.80%,特低渗透井网的富气-氮气复合驱极限气油比约束条件采收率为50.88%,极限日产油量约束条件采收率为51.90%;五点法井网中,低渗与特低渗油层富气-氮气复合驱合理前置段塞均为0.6 PV,二氧化碳-氮气复合驱的合理前置段塞均为0.4PV,此时低渗油层中富气-氮气复合驱的采收率较二氧化碳-氮气复合驱的采收率低6.73%,富气-氮气复合驱的投入产出比是二氧化碳-氮气复合驱投入产出比的0.38倍,特低油层中富气-氮气复合驱的采收率较二氧化碳-氮气复合驱的采收率低12.10%,富气-氮气复合驱的投入产出比是二氧化碳-氮气复合驱投入产出比的0.39倍。总体而言,二氧化碳-氮气复合驱比富气-氮气复合驱具有一定的优势。