我国塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏类型特殊、特点鲜明,其埋藏深,油藏温度、压力高,缝洞储集空间多样化,结构复杂,储层非均质性强,内部油水流动关系复杂。该类油藏初期普遍依靠天然能量开发,中期注水开发表现出稳产期短,采出程度低。注水开发后的注气矿场试验取得了较好的增油效果,但对水驱后剩余油分布特征及类型、注气启动剩余油类型、注气类型与注气提高采收率机理等尚不十分明确,因此需要建立缝洞型油藏室内物理模拟技术,进而以室内物理模拟实验为手段,提出较为完善的注气提高采收率方法与理论,为油田现场开发提供理论支持。首先,针对水驱后剩余油类型及分布特征不明确的问题,设计制作二维可视化物理模型和三维立体可视化物理模型,并建立相应的物理实验模拟系统。通过开展底水驱物理模拟实验,分析归纳出五种剩余油类型:阁楼油、封闭孔洞内剩余油、绕流油、油膜和充填部位剩余油。根据剩余油类型及分布特征提出了注水、注聚合物、注表面活性剂、注弱凝胶、注N₂、注CO₂、注复合气启动剩余油方法,并对其启动剩余油机理开展研究,实验结果表明注气提高采收率效果明显优于注聚合物、表面活性剂和弱凝胶,认为其可以补充地层能量并且扩大波及体积,从而有效地启动剩余油。其次,缝洞型碳酸盐岩油藏普遍采用的开发方式是初期衰竭式开采,天然能量不足后开展注水补充能量开发,注水失效后实施注气提高采收率。为了克服平板模型边际效应的影响,最大程度还原流体在缝洞空间中真实流动规律,设计制作了三维立体耐压物理模型,开展底水驱后注水补充地层能量方式优选实验,并进行水驱后注气提高采收率实验研究（包括N₂驱,CO₂驱、N₂+CO₂复合气驱）。实验结果表明,周期注水和脉冲注水的提高采收率幅度均高于恒速注水,而周期注水的总注水量小于脉冲注水,故优选周期注水为更有效的注水补充能量方法。在不同压力下进行注气驱时,相同的是三种气体的注入量均随压力的升高而增大,不同的是N₂驱的总采收率随压力升高而降低,CO₂驱与复合气驱的总采收率随压力升高而增大;在8 MPa下复合气的总采收率高于CO₂与N₂单独驱替时的采收率,表明复合气充分发挥了两种气体的各自优势,形成协同效应。注气驱模拟过程以单井井组为单位,充分考虑到井间干扰对驱替效果的影响,在实验过程中发现随着驱替压力的改变、注入气体类型的不同,各井采出动态也有所不同。通过系统的理论研究并结合PVT实验研究表明,在塔河油田地层条件下注N₂和复合气为非混相驱,注CO₂为混相驱。基于可视化物理模拟实验,分析了N₂、CO₂和复合气的启动剩余油机理,认为N₂的驱油机理是:（1）补充地层能量,利用重力分异作用,置换构造高部位剩余油;（2）油气界面张力小于油水界面张力,N₂可以进入细小裂缝中启动水无法波及的剩余油。CO₂的驱油机理是:（1）溶解降粘;（2）溶解膨胀;（3）溶解气驱。其驱替效果与其在原油中的溶解度有关,压力越高,溶解度越大,则驱替效果就越好。复合气的驱油机理则综合了N₂和CO₂的驱油机理,使两种气体驱展现各自优势,既可以利用N₂重力分异作用,置换构造高部位剩余油,又可以利用CO₂在高压下大量溶解原油的特性,产生降粘膨胀作用,从而最大程度的提高缝洞型油藏采收率。