随着我国能源需求量的不断升高,石油和天然气产量已成为制约我国经济发展的重要因素。由于成本低、操作简单,注水开发仍然是全世界最常用的二次采油方法。油气田生产资料表明,经注水开发后,仍有大量的原油残留在孔隙之中。经过长期注水开发,目前我国大部分油田已进入中高含水期,实际采收率普遍较低。如何高效合理开发剩余油,提高油田采收率,已成为迫切需要解决的问题。随着Micro-CT成像技术的发展,已有许多学者将该技术引入岩石内部结构表征及微观渗流实验研究之中。高分辨率的CT图像,不仅可以对岩石孔隙结构进行精确成像,并且可以对孔隙空间中的油水进行可视化,揭示孔隙中油水微观渗流机理,从而制定出合理的油气开发及提高采收率策略。基于岩石微CT图像的数字岩心模拟技术具有成本低、周期短、可重复开展等优点,因此越来越受研究人员的关注。本文将充分利用Micro-CT成像及数字岩心建模技术的优势,采用实验及数值模拟相结合的研究方法,开展砂岩储层孔隙结构表征及其油水两相渗流特性的相关研究。主要研究工作包括以下几个方面:（1）通过SCMS-C3型全自动岩心孔渗测量仪获取了两个砂岩岩样的孔隙度及渗透率等参数,通过悬滴法进一步测试了岩样的润湿性,完成了驱替实验所用小岩样及驱替液的制备工作。（2）利用蔡司XradiaMicroXCT-400微观CT设备,完成了微观水驱油实验,分别利用油驱水模拟了油藏的成藏过程,利用水驱由模拟了油藏的注水开发过程,获取了各驱替阶段岩石内部固体颗粒及不同流体相的CT图像。（3）通过对比分析不同滤波及分割方法对岩石CT图像分割及孔隙结构提取的影响,选取非局部均值滤波及分水岭分割方法完成了本文岩石CT图像的处理;基于分割后的图像,求取了孔隙度、连通性、孔径等孔隙结构特征参数;重建了岩石的微观孔隙模型,以此为基础分别采用PNM、VBS及LBM 方法预测了岩石的渗透率,并与实验结果进行了对比分析,验证了三种方法的准确性。（4）基于获取的各驱替阶段CT图像,通过非局部均值滤波及分水岭分割方法提取了束缚水及残余油状态孔隙中的油水分布,通过形状因子及欧拉数完成了驱替过程中油簇微观形态的分类表征,从润湿性、毛管力及孔隙几何等方面分析了残余油簇微观形态的成因,结合提取的油水分布,分析了裂隙对水驱油过程的影响。结果表明,水驱油过程中油簇微观形态主要可分为:孤岛状、簇状、网络状及薄膜状等四种类型。通过原位接触角的求取可知,岩石的宏观润湿性是水湿孔隙和油湿孔隙共同作用的结果,且岩石的微观润湿性具有高度的非均质性。在混合润湿的岩石中,油水相界面微观形态是岩石润湿性及孔隙几何相互作用的结果。（5）采用VOF、LS及VOSET方法开展了单孔隙概念模型中的油水两相流数值模拟,通过模拟结果,定性及定量地分析了三种方法的优劣。结果表明,VOSET方法综合了 VOF及LS方法的优点,既满足质量守恒方程,求取的物理量在相界面附近的连续性也得到了较大改善。（6）基于孔隙二值化图像,通过图像轮廓提取的方法,完成了二维微尺度孔隙模型的重构,通过单相流模拟结果,完成了模型网格独立性验证,确定了最佳的网格单元尺寸。最后,利用VOSET方法对重构的孔隙模型中的水驱油过程进行了数值模拟,根据模拟结果,分析了驱替速度和润湿性对采收率的影响。