提高原油采收率和治理含水层污染分别是能源与环境两大主题中亟待解决的重大问题之一。存在于这两大问题中的本质过程,即多孔介质内多相流体的驱替一直是工程流体渗流研究者的重点研究对象。目前,研究者针对多相流体在多孔介质内的分布和饱和度、毛细管压力与流体饱和度的关系、流体在多孔介质内的渗透率等宏观性质已开展了大量的研究。但是,由于介质微观形貌的复杂性和流体运动的不可视性,多孔介质内流体流动遵循的物理规律和相关数学描述至今也没有完善而达到共识。为此,人们建立了网络模型、管束模型和Lattice-Boltzmann方法等模型和模拟方法以期从孔隙尺度甚至分子水平上对多孔介质内多相流体流动进行描述和理解。其中,管束模型中的单根毛细管内流体驱替行为被广泛地用于对微观流体毛细管作用的研究,其理论基础——Washburn方程已从描述单相驱替拓展至液-液两相驱替。考虑到自然界中更多的是各种润湿性不同的流体共存的状态,如混相或部分混相的CO2驱、氮气驱、天然气驱、烟道气驱被用于三次采油中以及非水相污染物渗入不饱和含水层等,可将之抽象为油/水/气三相驱替的体系。因此,有必要将Washburn方程拓展至互不相溶的油/水/气三相,并在各种模拟实际体系中加以应用与研究。本论文基于两相Washburn方程的理论基础,建立了描述油/水/气三相流体驱替的拓展方程及相关理论；构建了研究微尺度条件下油/水/气三相驱替行为的实验方法；利用模型体系研究了流型和孔径对三相流体驱替行为的影响,在模拟实际体系中探讨了固体润湿性、油组分、电解质和表面活性剂等因素的影响和作用。此外,还对多管束实验的方法进行了初探,研究了多管束的存在对油水驱替行为的影响。具体研究内容包括：1.拓展Washburn方程及相关理论使之适用于描述微尺度条件下油／水／气三相驱替行为。首先,从最简单的模型——平板模型出发,得到粘性流体作层流运动时受到的摩擦阻力、切应力与其粘度之间的关系；继而得到圆管模型中流体作层流流动时受到来自管壁的粘性切应力与流体平均流速的关系；通过对圆管内液-气、液-液两相流体进行受力分析,基于牛顿第二定律和动量定理,验证目前文献中常用的Washburn方程的理论基础。最后,同样基于牛顿第二定律和动量定理,将适用于两相驱替的Washburn方程拓展至液-液-气三相驱替,或者更确切地说是油-水-气和水-油-气三相体系；得到了三相驱替体系的外压与流速的关系式及其各相压力梯度的理论表达式。2.构建了研究微尺度条件下油／水／气三相驱替行为的实验方法。根据建立的理论,用半径为0.92μm的毛细管内癸烷/纯水/氮气三相流体驱替实验建立实验方法。在实验方法的构建中,发现了三相体系与油水两相体系不同的驱替行为特征,即：在油-水-气三相体系中,水-气界面的存在逆转了油-水两相自发驱替中水驱油的自发性,须为体系提供外压才能发生气→水→油过程;在水-油-气三相体系中,油-气界面的存在使水-油-气三相体系的水驱油自发过程的速度显著提高。3.利用模型体系研究了流型和孔径对微尺度条件下油/水/气三相驱替行为的影响。考虑流体粘度和管壁形状的影响,使用的模型体系为粘度近似的水和癸烷,化学惰性的氮气以及高纯度的石英毛细管。通过半径1-10μm的毛细管内油／水／气三相自发驱替速率,外压-流速关系,毛细管压力-驱替液饱和度关系(渗吸和排驱曲线)以及压力梯度-驱替速度关系等结果系统探讨了流型和孔径对微尺度条件下油/水/气三相驱替行为的影响。其中,自发驱替过程中动态接触角的大小,控制驱替过程中体系与外界之间的力、功和能的转变和转化过程,以及孔径对压力梯度-驱替速度关系决定性的影响均进行了深入的讨论。4.基于模拟实际体系探讨了固体润湿性、油成分、无机盐和和表面活性剂等因素对微尺度条件下油/水/气三相驱替行为的影响和作用。分别使用疏水毛细管、模拟油(含2wt%原油的煤油)、注入水和复配表面活性剂水溶液用于油/水/气三相驱替实验,系统探讨了固体润湿性、油成分、无机盐和表面活性剂等因素对三相驱替行为的影响和作用,研究发现这些模拟实际体系均是通过改变毛细管内壁润湿性来影响微尺度条件下油/水/气三相驱替行为的,重点从三相自发驱替速度,控制驱替中的渗吸和排驱曲线以及毛细管滞后等方面讨论毛细管内壁润湿性影响三相驱替行为的方式。在所有三相驱替实验中,流体的驱替速度-压力梯度关系均与模型体系一致,说明影响驱替速度-压力梯度关系的主要因素还是在于孔径的大小。5.对多管束实验的方法进行了初探,研究了多管束的存在对油水驱替行为的影响。在实验室现有的单根毛细管流体驱替实验装置和方法上进行应用的拓展,以期将文献中提到的平行管束模型在油水驱替行为研究中真实地实施起来。研究发现,在不同管径的多管束共同存在的情况下,有必要采取逐步升压的方法提高驱油效率,以避免一次升压后大管束内产生气段塞或多种流体混合的段塞,导致大管束的液态流体的滞留。同时,须考虑孔径大小的分布,来选择实施的外压。通过比较单根、双根和三根管束油水驱替实验的结果发现,在外界存在其他毛细管的情况下,管束内流体的毛细管压力和驱替速度-压力梯度关系均有变化。本文主要研究的对象为微尺度条件下液-液-气的三相流体,而液-气-液三相驱替由于需要考虑气体的压缩性和驱替过程中原来的液-气界面不可避免地产生新液相的现象,使得相关过程变得更为复杂,需要对Washburn方程进行更细致的理论处理；考虑到CO2驱、氮气驱、天然气驱、烟道气驱也常被用于三次采油中,气体种类对微尺度流体驱替行为的影响也值得深入研究；本文中使用的流体均为牛顿流体,但是在三次采油中,聚合物水溶液等其他非牛顿流体也会用于提高原油采收率,因此,有必要在Washburn方程中进一步引入粘弹性指标使之适用于更多的流体体系；此外,多管束实验仅是针对实验室现有的装置用于多管束实验的初步探索,后续还需对装置进行改进使之操作更加便捷。这些未尽研究必然会引起本领域研究者的重视和兴趣。