低渗透油藏受层间储层物性差异的影响,层间动用程度差异大,层间矛盾突出,并且受井网条件、配产等影响,很难实现油藏的均衡驱替。对于非均质油藏,必须最大限度地追求相对较高的均衡驱替,实现原油最大采出效益。本文综合运用渗流力学和油藏工程方法,建立了多层非均质油藏水驱油数学模型,研究了纵向非均质性、地层厚度等因素对储层驱替效果的影响;推导了平面非均质油藏水驱模型,分析了储层平面非均质性对水驱注采体系的影响;通过建立均衡驱替原则,,基于低渗透油藏注采参数优化数学模型,对目标区块进行了注采参数优化设计,形成合理注采参数计算图版;最后结合径向钻孔及水力压裂措施对目标区块进行了注采系统优化研究。研究结果表明:储层的平面非均质性与纵向非均质性是影响油层均衡驱替的两个主要因素,当储层非均质性超过一定界限时,无法通过调整注采参数达到均衡驱替,必须通过水力压裂和径向钻孔两种工艺措施来实现解决油藏的均衡不驱替问题。对于目标区块,当储层平面渗透率极大于14~15、纵向渗透率极差大于13~15、厚度大于30m时,仅通过调整注采参数不能达到均衡驱替,需要通过工艺措施(压裂、径向钻孔)调整;对于纵向驱替不均匀井组,可通过径向钻孔措施进行调整,对于平面驱替不均匀井组,可通过人工压裂措施进行调整。本文的研究对于多层非均质油藏的开发具有一定的指导意义。