凝胶颗粒是近年来发展起来的一种可有效改善油田开发效果的调剖新技术,目前对凝胶颗粒运移规律的研究还主要集中在室内实验研究上,缺乏有效的微观运移规律的模拟方法,另外凝胶颗粒调剖矿场方案设计只能在动态资料的基础上凭经验关系确定,缺乏一套系统的决策和定量预测技术。开展凝胶颗粒在多孔介质中微观运移和宏观调剖数值模拟研究,不但可以探索凝胶颗粒在多孔介质中的运移规律,而且可以有效指导凝胶颗粒调剖和多元调驱体系的注入参数优化,为我国陆相非均质油田改善开发效果提供理论指导和技术支撑。首先分析了凝胶颗粒在多孔介质中的主要受力情况,研究了多孔介质骨架颗粒模型的构建方法并生成了人造岩心骨架模型,通过拟合微观岩心力学参数生成了天然岩心骨架模型。在天然岩心骨架模型上,基于离散颗粒元方法建立了颗粒流体流固耦合孔隙网络模拟方法,其中流体对悬浮颗粒的作用力通过拖拽力来近似模拟,通过达西线性流验证了骨架颗粒流体耦合的正确性,通过对凝胶颗粒侵入多孔介质的模拟,分析了颗粒粒径比和初始孔隙度对凝胶颗粒封堵性能的作用规律。考虑颗粒的扩散滞后效应建立了凝胶颗粒的深床过滤对流扩散方程,选取无因次变量后分别求解得到了无限大地层、半无限大地层和有限地层颗粒浓度和颗粒滞留量的解析解。将颗粒滞留分为颗粒沉积和颗粒堵塞两部分建立了深床过滤模型,利用特征线法求解得到颗粒浓度和颗粒堵塞的解析解。在深床过滤模型基础上研究了串联岩心有效渗滤系数,并给出了渗滤系数的网格粗化方法。在水驱分流量方程基础上,考虑凝胶颗粒悬浮液的非牛顿流体特性,建立了其分流量方程并给出了半解析解求解方法,并分析了不同地层位置处的分流量曲线。基于实验结果建立了凝胶颗粒调剖物化方程(粘度变化和粒径变化),考虑启动压力梯度建立凝胶颗粒深床过滤动力学模型,再结合孔渗变化模型和油藏渗流模型建立了凝胶颗粒调剖堵水耦合数学模型。采用IMPSAT方法求解压力饱和度,然后采用迭代耦合数值求解浓度和滞留量。在此基础上建立了水平井凝胶颗粒堵剂堵水井筒油藏耦合新数学模型,新模型考虑了凝胶颗粒水平井筒变质量流动和凝胶颗粒的非牛顿流动特征,求解采用了一种新的迭代耦合求解方法,利用新模型模拟了水平井凝胶颗粒堵水堵剂注入压力的动态变化,预测了水平井堵水后的生产动态。在凝胶颗粒调剖模型和聚合物驱模型基础上,考虑凝胶颗粒与聚合物的相互作用(粘度变化和粒径变化)建立了聚驱后凝胶颗粒调剖耦合数学模型。为了提高求解的精确度,压力方程求解采用了预处理共轭梯度法,聚合物对流扩散方程的求解采用了四阶Runge-Kutta方法,凝胶颗粒运移方程的求解使用了算子分离技术。对耦合模型分别进行了室内实验和矿场井组的对比验证,针对某油田应用耦合模型到实际井组的调剖优化设计中,对段塞组合和堵剂用量进行了优化。另外,分别采用数模和解析模型建立了聚合物驱后凝胶颗粒调剖效果快速预测方法。考虑表面活性剂主要作用机理,包括水相粘度变化、油水界面张力、表面活性剂吸附、混相程度、相对渗透率变化和毛管力变化等,建立了表面活性驱数学模型。在相关实验结果分析基础上,建立了凝胶颗粒与表面活性剂的相互作用数学模型,结合已有的凝胶颗粒调剖数学模型,建立了凝胶颗粒表面活性剂耦合数学模型。耦合模型采用了隐式压力显式浓度方法和迭代耦合求解方法,通过与商业模拟器模拟结果的对比验证了表面活性剂模块的准确性,通过与凝胶颗粒表面活性剂裂缝性岩心和人造岩心驱替实验验证了耦合模型的可靠性,耦合模型是一种预测凝胶颗粒表面活性剂调驱动态的有效方法,可应用于现场方案可行性评价。