復雜油氣藏流體流動的非線性及非線性滲流理論研究的滯后，已成為制約世界各國油氣田開發工程技術進一步發展的世界級難題。自1980年代初開始著手低滲氣藏、復雜裂縫有水氣藏、煤層氣藏、變性介質油氣藏等復雜油氣藏的滲流物理模型、實驗裝置、滲流機理及其相應的開發開采系列應用技術研究，取得了重大進展。這些系列應用技術已成為我國復雜氣藏開發的關鍵技術，促進了我國氣田，特別是西部復雜氣田的有效開發。提出的水驅氣藏開發系列關鍵技術在全國超過95%水驅氣田推廣，該項成果使水驅氣藏采收率提高15-20%，已成為我國水驅氣藏開發的一項成功主導技術。截止2005年底，在該研究領域有3項成果獲得了國家科技進步獎（二等獎2項，三等獎1項），有5項成果獲得了省部級科技進步一等獎。
實驗室在前期研究基礎上，重點對低滲砂巖氣藏、碳酸鹽巖縫洞型油藏非線性滲流規律進行了系統研究并取得重要進展。
低滲氣藏非線性滲流機理及應用技術：以低滲氣藏高效開發基礎理論與應用技術形成為目標，提出并建立了低滲異常高壓氣藏非達西滲流規律實驗和參數的測定方法，研制了相應的測定裝置（最低滲透率可達到10-9mm2）；提出并實現了從室內低壓條件向地層條件轉換的啟動壓力梯度數據處理新方法，研制了配套的ESCK（滲透率有效應力系數）實驗測定裝置（填補了國內在這一研究領域的空白），并利用該裝置，首次測得了ESCK響應特征的下限值小于0.4，成果發表在Journal of Geophysical Research“Effective pressure law for permeability of E-bei sandstones。理論上證明了ESCK下限值等于巖石的孔隙度，成果發表在國內一級期刊《地球物理學報》，這一研究成果突破了以往理論研究認為ESCK的下限值不會小于0.625這一界限。目前通過實驗室國際合作開放課題正與麻省理工學院Yvs Bernabe教授合作開展深入研究。
建立了考慮啟動壓差、滑脫效應及介質變形等因素影響的新的低滲氣藏非線性滲流流固耦合數學模型，完成了低滲透氣藏滲流規律理論描述，這是對非線性滲流理論的重要發展，成果在《水動力學研究與進展(A,B)》、《計算力學學報》、《石油學報》等期刊發表論文7篇，張烈輝教授作為亞洲唯一代表被邀參加了2009年5月在英國舉行的第六屆油氣安全生產與開發會議并做大會報告(Factors affecting productivity of abnormal high pressure tight gas reservoirs)；研制了相應的應用軟件（試井、數模），提升了該領域的自主研發能力；針對低滲氣藏排液采氣井的特點，自主研制“垂直管氣液兩相流及球塞氣舉實驗架”，從物理模擬實驗證實了球塞連續氣舉與球塞助噴具有可行性和有效性，并提出了球塞氣舉工藝推薦作法，形成了系列球塞連續氣舉配套技術（獲實用新型專利5項）。成果在國內多個氣田的開發前期評價及產能建設中應用，有效地提高了低滲氣藏的開發水平，取得了較為顯著的經濟效益和社會效益。其中，“磨溪氣田嘉二低滲透異常高壓氣藏滲流機理及開發技術研究”獲2007年四川省科技進步一等獎。
碳酸鹽巖縫洞型油藏油水流動規律及應用技術：據初步統計，全球180個裂縫、溶洞型油藏，最終采收率一般不超過40%；我國一般不超過30%。如我國最大的古生界海相碳酸鹽巖油田塔河油田（標明石油地質儲量達6.3億噸），標定采收率不超過15%。該類油藏的勘探開發對于我國石油能源接替具有非常重要的戰略意義，油水流動規律研究取得突破是實現高效開發的關鍵。本室建立了基于滲流和流體力學理論的二維、三維可視化縫洞型油藏流動機理實驗研究平臺（這是國內外第一臺用于研究縫洞型油藏地下油水運動規律的全三維物理模擬實驗裝置），開展了多相流體在復雜縫洞系統中真實流動狀態的物理過程模擬及縫洞型油藏地下管流—滲流耦合的非線性滲流規律研究，建立了縫洞型油藏地下油水管流—非線性滲流基本微分方程和數值仿真模型，對碳酸鹽巖縫洞型油藏油藏工程方法及高效開發技術的建立具有重要指導意義。
研究成果已引起業內廣泛關注和高度重視，進一步的研究內容已納入國家科技重大專項《大型油氣田及煤層氣開發》關于縫洞型油氣藏高效開發技術應用的課題（2008ZX05049-05）。
