一种三维非均质物理模型，包括：第一非均质模拟储层、第二非均质模拟储层、第三非均质模拟储层和模拟井，其中，所述第一非均质模拟储层、所述第二非均质模拟储层和所述第三非均质模拟储层从上至下依次平行堆叠设置，所述模拟井从上至下依次垂直贯通所述第一非均质模拟储层、所述第二非均质模拟储层和所述第三非均质模拟储层，所述第一非均质模拟储层、所述第二非均质模拟储层和所述第三非均质模拟储层之间液路连接。本申请提供的一种三维非均质物理模型，可以解决目前剩余油宏观分布及动用状况研究缺少实验依据作支撑的问题；可有效地提高剩余油空间分布规律认识的工作效率，是目前解决剩余油分布及模拟开发方案可行性的重要手段。