近20年,随着中国的石油公司积极实施“走出去”战略,我国在中东地区获得大量碳酸盐岩权益区块。区别于国内缝洞型介质的碳酸盐岩油藏,中东典型碳酸盐岩油藏主要以生物碎屑灰岩构成的孔隙型储层为主。受储层物性及润湿性等的影响,这类油藏存在水淹规律认识不清、含水上升快、驱油效率不高等现象。因此,研究中东典型碳酸盐岩油藏的水驱机理和有效控水增油方法成为亟待解决的问题。为此,本论文利用分子模拟、宏观物理实验、渗流理论等方法,从微观和宏观两个方面对中东典型碳酸盐岩的水驱机理和开发规律进行深入研究。首先,阐明了碳酸盐岩润湿性变化的微观机理。分子模拟研究表明原生方解石表面呈亲水性,当原油组分中含有多个羟基的极性组分丙三醇时,由于该组分极性较强,与方解石之间有很强的库伦作用和氢键作用,可促使水湿的方解石表面发生润湿反转变为油湿。而其余组分均无法改变方解石表面的水湿性。揭示了水驱油过程中离子构成对油水间相互作用的影响规律。离子浓度对水/油界面张力的研究表明,对于氯化钠型地层水,水/油界面张力随着离子浓度的增大呈现先降低后升高的趋势,当离子浓度在0.1mol/L左右时界面张力最小。离子类型对水/油界面张力的研究表明,随着水中阴离子SO42-离子比例的升高,界面张力呈现先降低后增大的趋势,当SO42-离子占比为25%时界面张力最小;随着水中阳离子(Ca2+、Mg2+)比例的升高,界面张力呈现持续降低的趋势。刻画了水驱过程中方解石孔隙内的微观流动机制。根据原油的速度剖面和粘度剖面将油湿孔隙内的微观流动划分为三个区域:体相区、过渡区和吸附区。体相区以非极性组分为主,流体粘度为常数,流动遵循Poiseuille定律;过渡区内原油组分以长链非极性组分和极性组分为主,粘度逐渐增大且流动不再符合Poiseuille定律;吸附区完全被极性组分占据,粘度趋于无穷大。基于上述认识对微观孔隙内的速度剖面进行表征,得到反“S”型的速度剖面,并重新表征了毛管束模型中的有效喉道半径和有效渗透率。针对水淹规律不清的问题,运用相似准则设计并制作了80cm×80cm×10.7cm的5层非均质宏观物理模型。通过实时监测宏观物理模型内部不同小层间饱和度场的变化特征,得到油藏的水驱规律和水淹模式。最后,结合实际区块采用数值模拟研究对比了本文提出的非线性渗流模型和常规线性渗流模型的开发效果,通过实验确定了油湿孔隙非线性渗流的物性界限,确定出最优的井网井型、注采比以及注入水离子匹配关系。