稠油在世界范围内有着巨大的储量,边水稠油油藏在稠油油藏中占有相当大的比例,其经济高效地开发对解决油气供需矛盾具有重大意义。该类油藏在注蒸汽开发过程中存在严重的边水侵入现象,开发效果受到极大的影响。本文针对稠油油藏热采受限后转边水化学驱开发所面临的主要问题,以渗流力学、油藏工程、人工智能、表面化学等学科为基础,综合运用物理模拟、数值模拟以及深度学习等手段,研究了热采边水稠油油藏水侵规律及化学冷采机理。根据达西定律基本原理和势平衡理论建立了边水前缘预测模型,通过可视化实验对模型进行验证,并开展了油藏倾角、拟流度比和形状因子对水侵前缘的影响因素分析;在研究过程中设计了边水油藏可视化物理模拟装置,分析了不同的原油粘度、油藏非均质性和开发方式下的平面水侵规律和剩余油分布特征。在测定稠油基础物性的基础上,通过室内试验对新型耐温降粘剂体系进行性能评价,所选聚表二元复合体系具有较强的耐温耐盐性和稳定性;借助孔隙级微观热采可视化物理模拟装置,分析了两种优选化学剂体系的改善油层波及机理,并通过微观成像技术获取不同流体在多孔介质中的运移图像,分析了两种化学剂体系的微观驱油机理;在此基础上,通过基于深度学习的图像识别技术进行剩余油识别和定量描述,研究了剩余油从微观到宏观的分布特征和转化规律,化学驱剩余油由聚集型转为分散型剩余油。进而确定了稠油化学冷采提高采收率机理。根据渗流力学、流体力学和相似理论,引入无因次启动压力修正绝对渗透率,引入井筒尺寸转化数修正模型井筒尺寸,并采用方程分析法完善了边水化学驱三维物理模拟相似准则;在此基础上,开展稠油油藏边水化学驱三维物理模拟实验和物理模拟等比例数值化扩展,分析了稠油油藏边水化学驱的开发机理。采用数值模拟技术研究了井楼一区边水稠油油藏热采过程的水侵规律和剩余油分布特征;在此基础上,探究稠油油藏蒸汽吞吐后转边水化学驱的技术对策,优化边水化学驱的工艺参数,最终确定了边水化学驱的最优技术方案,稠油油藏边水化学驱具有很好的开发效果。本文的研究成果进一步完善了热采边水稠油油藏水侵规律及化学冷采机理的理论,对指导边水稠油油藏的高效开发具有重要意义。