二氧化碳强化采油（CO2-EOR）是将CO2注入油藏,利用CO2与油的物理化学作用,提高石油采收率,并实现CO2有效封存的一种技术,已在国内外广泛应用。影响CO2-EOR效果的主要因素之一是储层岩石的非均质性。在储层岩石内,非均质的孔隙结构通过与CO2-油的扩散传质以及多相流动的耦合作用,控制CO2与油的驱替过程和空间分布。目前,在孔隙尺度上,对混相和近混相条件下CO2驱油行为的数值模拟研究较少,导致孔隙结构异质性对CO2/油驱替过程的影响规律和作用机制认识不足,影响了CO2-EOR注入方案的优化设计与经济性分析。在孔隙尺度上对复杂多孔介质内CO2驱油行为的数值模拟,需要借助多孔介质数字岩心模型设置流动通道几何,以及能反映驱替过程物理本质的数学模型。本文首先提出了基于计算机断层扫描（CT）图像、颗粒大小分布和孔隙度测量数据构建非均质复杂数字岩心的建模方法。该方法基于不同大小颗粒的填充、生长、移动和收缩过程的模拟,生成与目标多孔介质孔隙和颗粒特征几乎一致的非均质数字岩心。在此基础上,本文开发了具有多目标、批处理、友好图形界面等优点的复杂数字岩心建模分析软件Pore&Flow Analysis,可以为格子-玻尔兹曼方法（LBM）和COMSOL等孔隙尺度数值方法或者模拟器提供多孔介质孔隙结构文件。基于相场法,本文分别构建了非混相、近混相和混相条件下描述多孔介质内扩散-多相流动耦合过程的CO2/油驱替数学模型,结合自主开发的复杂数字岩心建模软件,在孔隙尺度上数值模拟了非均质多孔介质内非混相、近混相和混相条件下的CO2/油驱替行为,揭示了不同CO2注入速度、CO2-油扩散系数及非均质孔隙结构对采油效率的影响。模拟结果表明:1)与非混相驱油相比,近混相驱油可以在一定程度上增加CO2扫掠面积,但不能改善对小孔喉中油的驱替;2)对于混相驱油,CO2优先驱替大孔喉中的油,随后逐渐侵入小孔喉,明显改善了对小孔喉中油的驱替效果;3)为了显著提高采油效率,混相驱油是首选方案,但提高CO2扩散系数对采收率的提高作用很小;4)对于非混相驱油,高CO2注入速度可以加快采油过程,但是无法显著提高采油率,在近混相条件下低CO2注入速度反而更有利于提高采油效率。