低渗透碳酸盐岩储层孔隙结构复杂,孔隙类型多样,裂缝与溶蚀孔洞广泛发育、非均质性较强。结合X-CT扫描图像,将碳酸盐岩岩心划分为孔隙型、裂缝型、溶孔型三种不同的岩心类型。基于分形理论,结合高压压汞实验,分别采用4种分形模型计算碳酸盐岩岩样的分形维数。分析了计算分形维数与碳酸盐岩岩样物理性质的关系。通过数学模拟方法,分别构建了分形毛细管束模型的单相流绝对渗透率模型以及存在滑脱效应的低渗透碳酸盐岩油藏单相流气测渗透率模型。在气测渗透率和克氏渗透率实验数据的基础上验证了模型的有效性。利用分形渗透率模型对孔隙型、裂缝型、溶孔型岩样的渗透率进行了预测,并与Winland渗透率模型进行了比较。研究结果表明,Winland渗透率模型更适用于预测低渗透碳酸盐岩油藏孔隙型、溶孔型岩样,不适用于裂缝型岩样。基于弯曲毛细管束模型和分形理论,根据孔隙大小分布和迂曲度分形特征,建立了一种新的、更广义的两相流相对渗透率预测模型。以相对渗透率实验为基础,验证了该模型的有效性,整体显示实验获得的气-水相对渗透率与模型计算的相对渗透率结果拟合效果很好,发现模型预测值和现有实验数据之间具有较强的一致性。同时,分析了影响两相流相对渗透率模型参数的因素。