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由于缝洞型油藏复杂的空间结构和多尺度特征,建立准确的数学模型来描述流体流动,精确捕捉两相运动界面是缝洞型介质两相流机理研究中的难点。本文基于离散缝洞网络模型,建立了自由流-渗流耦合模型对缝洞型油藏进行流动模拟研究。从微观尺度出发,根据体积平均法推导宏观尺度的Stokes-Darcy模型及耦合界面条件。将简化后的单相流解析解与实验对比验证耦合界面条件的正确性;对比分析单相Stokes-Darcy模型(两域法)与Brinkman模型(单域法)2D数值解。然后在Stokes-Darcy模型的基础上,对缝洞型介质油水两相流进行数值模拟,分别建立基于相场法和水平集法的两相自由流-渗流耦合数学模型。自由流区域采用耦合Cahn-Hilliard(相场法)/Level Set(水平集法)和Navier-Stokes方程,渗流区域采用耦合Cahn-Hilliard/Level Set和Darcy方程,结合区域界面上的法向连续、切向跳跃及其他条件,建立了CHNSD(相场法)和LSNSD(水平集法)两种数学模型,对比分析2D数值解。模拟结果一致,但这两种方法只能表征活塞式驱替,对于耦合流动问题,水平集法不易收敛,耗时长,易出现质量不守恒,相场法更具优势,将CHNSD应用于2D垂直面耦合流动,模拟结果与实验过程基本相符,但是通过NS方程和BJS条件得到的界面切向应力在相界面与区域界面重合的位置不能吻合。随后针对CHNSD模型存在的问题,建立了另外一种基于相场法的数学模型对两相自由流-渗流耦合问题进行数值模拟。自由流区域采用Cahn-Hilliard-Navier-Stokes耦合方程,渗流区域采用经典的两相Darcy方程,交界面上满足法向连续及引入相对渗透率修正的BJS条件。该模型的2D数值解和实验结果基本相符,两区域界面上存在速度滑移,区域之间存在质量传递,通过NS方程和BJS条件得到的界面切向应力一致,证明了本文BJS条件在数学模型及数值计算中的正确性。根据该模型,对简单2D缝洞型介质和3D溶洞型介质进行流动模拟,分析流动规律。在缝洞型介质中,流体主要沿着裂缝流动,逐渐形成稳定的渗流路径,生产井见水早,留下大量剩余油,当孤立溶洞由裂缝连接后,内部原油更容易被驱替出来,溶洞的存在减缓了见水时间。在3D溶洞介质中,驱替过程主要受重力影响,当驱替流体到达出口后,出口上部的油相成为剩余油。