不稳定注水是水驱开发油田改善开发效果的一种水动力学方法。本文采用渗透率呈两级分布的纵向非均质物理模型进行不稳定注水开发效果和主要影响因素的室内水驱油实验研究。在对实验结果分析的基础上，通过理论研究，全面的阐述了不稳定注水过程中，弹性力、毛管力改善纵向非均质油层开发效果的宏观机理和微观机理，得出了对不稳定注水，除了驱替力外，不稳定注水提高水驱采收率是毛管力和弹性力共同作用的结果，并且毛管力的作用要比弹性力的作用大的结论。在室内实验研究和理论研究的基础上，综合考虑各个因素的影响，以一个区块或井组的储层为研究对象，建立不稳定注水的间注周期和注水量的优化数学模型及效果评价模型，通过对间注周期和配注量的优化数学模型的求解获得井组的优化方案，形成系统的不稳定注水优化设计与效果评价体系，并借助VB语言编制“不稳定注水优化设计与效果评价系统”。最后，利用该体系，对实际油田不稳定注水进行方案设计与效果评价。实践表明，无论是砂岩油藏还是裂缝性油藏，不稳定注水对油田开发都有一定的效果。