自从上个世纪七十年代美国南达科塔州Buffalo油田率先开展轻质油藏高压注空气提高原油采收率以来,至今大约50年的时间里,世界范围内众多学者和工程师对轻质油藏注空气技术的驱油机理和现场实施可能性进行了大量研究。与蒸汽吞吐和火烧油层这类传统意义上的热力采油不同,高压注空气技术并不需要复杂的配套设施,同时其低廉的成本以及丰富的气源能够很好地应对我国气源短缺的问题。但是到目前为止,国内外对于空气驱驱替机理研究还不够具体,对原油与空气氧化反应的认识还不够深入,同时对注空气过程中原油在地层中的相态行为的研究几乎为空白。因此本文针对以上问题开展了相关研究。本文首先对空气驱的国内外室内研究和现场应用现状进行了调研。分析了空气驱的研究进展和实验手段,并且针对目前国内外研究的不足之处,确立了本文的研究思路和内容。针对长庆油田J油藏原油,通过室内高压氧化管实验考察了温度、氧化时间、压力、含水饱和度和氧气浓度对原油氧化性质的影响。通过压力监测以及气相和油相组分的变化,具体研究了各因素影响下原油氧化性质的变化,并且通过对比得出长庆油田J油藏原油的氧化反应的敏感性因素。通过对动力学模型进行推导,确立了以Arrhenius模型为主,Coats-Resfern模型和Ingraham-Marrier模型进行验证的方法,通过热重-差示量热分析联用的方法研究了原油以及氧化后原油在升温过程中的质量损失及放热情况,并计算了活化能和指前因子。研究发现原油在升温过程中存在明显的低温氧化、燃料沉积和高温氧化三个反应阶段,每个阶段原油的质量损失和放热情况都呈现出不同的趋势。原油低温氧化阶段反应所需的活化能要远低于高温氧化阶段的活化能,并且随着温度上升,原油的瞬时活化能也呈现出上升趋势。通过对Harrcourt-Esson模型进行改良,首次将原油氧化瞬时活化能的概念引入到原油动力学的研究中,建立了以Harrcourt-Esson模型为基础研究原油氧化瞬时动力学的方法。并通过不同温度阶段的产物分析,建立长庆油田J油藏原油加氧反应和碳键剥离反应的反应模型。同时对氧化后原油进行分析判断了不同条件下氧化后原油的性质改变情况,明确了氧化后原油的动力学参数的变化。通过X射线荧光光谱仪和离子色谱对长庆J油藏地层岩芯和地层水的金属含量进行测定,选定八种金属化合物来研究其对原油氧化反应的影响。通过TG-DSC方法研究表明J油藏地层中所含主要金属元素对原油氧化反应的影响分为四类,细化了金属对原油氧化的影响类型,为空气驱油藏筛选提供了依据。通过热重-红外联用的方法,通过对油藏温度、低温氧化阶段和高温氧化阶段地层水和地层岩的氧化产物进行分析,对比不同阶段的动力学参数,研究了地层水和地层岩石对原油氧化反应的综合催化作用。通过传统PVT实验研究了空气与氧化后气体分别与地层活油向前多次接触实验。明确了空气与传统注气驱之间的区别,分别对注入两种气体之间原油的相态性质变化进行描述,讨论了在长庆油田J油藏的条件下注空气和氧化后气体原油混相的可能性。本文在空气驱氧化性质,金属催化氧化及相态变化方面取得了一定的研究进展,对以后的空气驱相关科学研究和现场应用具有指导意义。