近年来,海上石油输运和石油勘探等领域发展迅速,海底管道溢油事件频繁发生,且油藏开采难度也日益加大,上述过程其实质是油水两相流动问题,因此研究水中油滴运动及水驱油过程具有重要的工程意义。主要研究内容如下:以Olympus高速摄像采集系统为基础,搭建了观测单油滴在静水中运动进入顶部油层的实验系统,完成水中油滴上升过程的动态拍摄,并对数据进行分析处理。实验结果表明,油滴在上升过程中由圆形变成椭圆形,最后趋于稳定状态。油滴上升过程主要受浮力、粘性阻力和惯性力作用。油滴直径越大,上升过程受到粘性阻力和惯性力越大,相同条件下油滴变形程度越大;油滴变形程度与直径呈正相关,与粘度和密度呈负相关。基于Level Set法采用COMSOL软件对单油滴水中运动过程进行数值模拟。结果表明,油水界面震荡幅度与表面张力呈负相关,E₀<5时,竖直波动最大幅度为6.3m m左右,水平波动范围为12mm左右。油滴底部和顶部压差约为72Pa,底部产生3⁴Pa负压,周围水体产生顺时针环流。油滴上升过程变形系数模型基本符合F-T模型,相对误差为-9.2%⁸.2%。为进一步揭示油滴间相互作用关系,对双油滴上升过程进行数值模拟。结果表明,双油滴在上升过程中发生聚并行为时,其过程分为四个阶段:同时上升、油滴碰撞、聚并上升和进入油层。油滴在初始间距S<5.25时发生聚并,当间距S?5.25时,两个油滴未发生聚并。油滴聚并时间为0.12⁰.2s,与表面张力呈负相关,与粘度比呈正相关,与密度比和油滴初始间距无关。接触时刻Re（上）/Re（下）小于0.5时,油滴相对较易发生聚并融合。最后,采用随机多孔介质模型通过Fluent软件对水驱油过程进行数值模拟。结果表明,油水粘性比趋近于1时,粘性指进作用可以忽略,驱替效率可达到96.2%左右。进出口压力差增加到一定程度时,油相饱和度减小甚微,当压力差从5kPa增大到6.8kPa时,驱替效率仅提高2%。驱替效率与孔隙结构均匀性有关,孔隙结构连通性较好,驱替效率较大;闭合孔隙较多时,驱替效率较差。