由于油气资源在国民经济发展中的重要地位,多年来国内外有关油气开发中提高采收率的研究探求和技术创新持续不断。结合我国国情,传统的注气开发方式在我国短期内不可能出现像欧洲、北美大面积应用的局面,相比之下空气资源丰富且可就地取材,空气驱已成为一种提高原油采收率的有效手段。此外对于高温高盐油藏,许多化学驱技术并不能顺利实施,这给空气驱更是提供了良好契机。轻质油藏空气驱在世界范围内受到了广泛关注,但基础理论和应用研究上依然存在着诸多空白与不足,其中原油氧化机理、热效应和防气窜是本文的研究关键。我国陆上油田空气驱实施相比于国外起步较晚,缺乏相关理论与配套技术研究工作积累,因此有必要开展相关研究。本文首先对国内外轻质油藏空气驱的研究历程、研究方法及主要结果进行了综述,建立了空气驱油藏筛选标准,分析了空气驱中基础理论及应用上的薄弱环节及其对空气驱实施效果的影响,明确了本文的研究思路与尚需开展的工作。采用TG/DTG/DTA热分析手段,结合经典的原油氧化热动力学理论,从全岩矿物组分对原油氧化热动力学及放热行为的影响研究为切入口,首先研究了原油氧化行为产生差异的原因、弄清了全岩矿物中具备催化能力的组分和惰性组分；然后,针对性地研究了粘土矿物类型对原油氧化催化能力的影响,为空气驱方案设计提供了参考。研究结果表明粘土矿物对原油氧化催化能力为：蒙脱石>伊利石>绿泥石>高岭石,原油氧化方面,高岭石并非最优的催化剂,本文通过研究得到了新的见解。综合运用原油氧化热动力学参数、原油组成、油藏条件等信息进行类比分析,来研究空气驱中原油自燃可行性。在此基础上,研制了一套热效应监测设备,监测到了塔里木K油藏轻质原油在油藏条件下等温氧化过程中明显的放热现象,并引入了氢碳比(H/C)理论,依据产出气体组成来分析放热程度。通过实验研究,证明了该分析手段的合理性,同时也提供了一种较为方便、经济、快捷的热效应实验研究方法。基于多孔介质中热传导理论,建立了描述热效应对原油渗流规律影响的数学模型,能够较好地模拟分析热效应对原油渗流规律的影响,据此总结分析了提高热效应对原油采收率贡献的途径。根据实验研究和理论计算分析,使得人们对热效应这一现象有了更为深刻的认识。考察了压力、时间、粘土矿物及含水饱和度对多孔介质中轻质原油氧化行为的影响,通过氧化过程中系统压力、产出气体组成和氧化前后原油组分的变化特征,深入分析了原油低温氧化反应机制,建立了轻质原油中的中质组分裂解反应新模式。依据原油低温氧化过程中加氧反应和碳键剥离反应两步模式,分析了耗氧速率和耗氧量的影响因素。最后,通过实验探讨了空气驱中各种气驱方式的驱油效率。应用CMG软件的STARS模块,以塔里木K油藏为研究背景进行了空气驱油藏模拟研究,分析了储层温度分布模式、气体超覆现象、气体突破时间以及空气驱采收率特征,弄清了影响空气驱实施效果的关键因素。结合第2章阐述的聚合物凝胶广泛应用于气驱流度控制、堵气的现状认识上,油藏模拟结果进一步提升了空气驱中聚合物凝胶技术的重要性,为后续的聚合物凝胶体系研究以及防气窜机理探讨提供了依据。针对裂缝性或强非均质性油藏,探索了提高空气驱应用效果的聚合物凝胶防气窜技术,在新型二次交联凝胶体系研制和深化当前国际上的热点堵剂—聚乙烯亚胺(PEI)交联凝胶体系成胶动力学认识两个层面进行了努力,重点分析了两类本体凝胶体系受多孔介质剪切作用下的成胶机理以及矿化度对成胶动力学的影响。以这两种聚合物凝胶体系作为研究对象,探讨了气体压迫多孔介质中聚合物凝胶行为的防气窜机理。根据实验结果,一方面可引导基于该类凝胶体系的新产品研发,同时也可有效指导现场应用,所研究的聚合物凝胶体系可为空气驱的顺利实施提供有力的技术支撑。本论文在空气驱氧化机理及防气窜方面取得了一定的研究进展,将对今后空气驱的相关研究工作和现场应用具有参考价值和指导意义。