复杂油气藏流体流动的非线性及非线性渗流理论研究的滞后，已成为制约世界各国油气田开发工程技术进一步发展的世界级难题。自1980年代初开始着手低渗气藏、复杂裂缝有水气藏、煤层气藏、变性介质油气藏等复杂油气藏的渗流物理模型、实验装置、渗流机理及其相应的开发开采系列应用技术研究，取得了重大进展。这些系列应用技术已成为我国复杂气藏开发的关键技术，促进了我国气田，特别是西部复杂气田的有效开发。提出的水驱气藏开发系列关键技术在全国超过95%水驱气田推广，该项成果使水驱气藏采收率提高15-20%，已成为我国水驱气藏开发的一项成功主导技术。截止2005年底，在该研究领域有3项成果获得了国家科技进步奖（二等奖2项，三等奖1项），有5项成果获得了省部级科技进步一等奖。

实验室在前期研究基础上，重点对低渗砂岩气藏、碳酸盐岩缝洞型油藏非线性渗流规律进行了系统研究并取得重要进展。

低渗气藏非线性渗流机理及应用技术：以低渗气藏高效开发基础理论与应用技术形成为目标，提出并建立了低渗异常高压气藏非达西渗流规律实验和参数的测定方法，研制了相应的测定装置（最低渗透率可达到10-9mm2）；提出并实现了从室内低压条件向地层条件转换的启动压力梯度数据处理新方法，研制了配套的ESCK（渗透率有效应力系数）实验测定装置（填补了国内在这一研究领域的空白），并利用该装置，首次测得了ESCK响应特征的下限值小于0.4，成果发表在Journal of Geophysical Research“Effective pressure law for permeability of E-bei sandstones。理论上证明了ESCK下限值等于岩石的孔隙度，成果发表在国内一级期刊《地球物理学报》，这一研究成果突破了以往理论研究认为ESCK的下限值不会小于0.625这一界限。目前通过实验室国际合作开放课题正与麻省理工学院Yvs Bernabe教授合作开展深入研究。

建立了考虑启动压差、滑脱效应及介质变形等因素影响的新的低渗气藏非线性渗流流固耦合数学模型，完成了低渗透气藏渗流规律理论描述，这是对非线性渗流理论的重要发展，成果在《水动力学研究与进展(A,B)》、《计算力学学报》、《石油学报》等期刊发表论文7篇，张烈辉教授作为亚洲唯一代表被邀参加了2009年5月在英国举行的第六届油气安全生产与开发会议并做大会报告(Factors affecting productivity of abnormal high pressure tight gas reservoirs)；研制了相应的应用软件（试井、数模），提升了该领域的自主研发能力；针对低渗气藏排液采气井的特点，自主研制“垂直管气液两相流及球塞气举实验架”，从物理模拟实验证实了球塞连续气举与球塞助喷具有可行性和有效性，并提出了球塞气举工艺推荐作法，形成了系列球塞连续气举配套技术（获实用新型专利5项）。成果在国内多个气田的开发前期评价及产能建设中应用，有效地提高了低渗气藏的开发水平，取得了较为显著的经济效益和社会效益。其中，“磨溪气田嘉二低渗透异常高压气藏渗流机理及开发技术研究”获2007年皇家永利科技进步一等奖。

碳酸盐岩缝洞型油藏油水流动规律及应用技术：据初步统计，全球180个裂缝、溶洞型油藏，最终采收率一般不超过40%；我国一般不超过30%。如我国最大的古生界海相碳酸盐岩油田塔河油田（标明石油地质储量达6.3亿吨），标定采收率不超过15%。该类油藏的勘探开发对于我国石油能源接替具有非常重要的战略意义，油水流动规律研究取得突破是实现高效开发的关键。本室建立了基于渗流和流体力学理论的二维、三维可视化缝洞型油藏流动机理实验研究平台（这是国内外第一台用于研究缝洞型油藏地下油水运动规律的全三维物理模拟实验装置），开展了多相流体在复杂缝洞系统中真实流动状态的物理过程模拟及缝洞型油藏地下管流—渗流耦合的非线性渗流规律研究，建立了缝洞型油藏地下油水管流—非线性渗流基本微分方程和数值仿真模型，对碳酸盐岩缝洞型油藏油藏工程方法及高效开发技术的建立具有重要指导意义。

研究成果已引起业内广泛关注和高度重视，进一步的研究内容已纳入国家科技重大专项《大型油气田及煤层气开发》皇家永利缝洞型油气藏高效开发技术应用的课题（2008ZX05049-05）。