致密储层孔隙结构复杂,微纳米级孔喉发育,流体渗流规律不同于常规储层。如何精确表征致密储层复杂孔喉结构特征,实现致密储层从单一孔喉到复杂网络的跨尺度流动模拟,揭示非线性渗流本质,获取考虑微尺度效应的宏观物性参数,对致密储层高效开发具有重要意义。首先,针对致密储层孔喉几何特征及分布规律,本文分别构建了具有复杂孔喉截面形状组合的规则拓扑及复杂拓扑随机网络模型,将致密储层孔喉分布的多尺度特征归纳为三类模式,并提出了三类致密储层多尺度孔隙网络模型的构建方法,为致密储层孔隙尺度流动规律研究提供了物理平台。其次,考虑微观边界层影响因素,运用逐一变量法分别得到了去离子水及不同粘度流体边界层厚度表征新模型。基于对边界层表征模型的分析,将单一孔喉边界层效应耦合进具有复杂截面形状组合的孔隙网络模型中,提出了耦合边界层效应的孔隙网络单相流动计算新方法,分析了边界层效应对致密储层有效孔隙结构及流动规律的影响,阐述了致密储层出现非线性渗流的重要原因。再次,通过引入形状因子建立了适用于任意复杂截面形状的喉道形变模型,基于对喉道形变特征的分析,首次将介质变形效应及边界层效应（合称协同效应）耦合进具有复杂孔喉截面形状组合的孔隙网络单相流动模拟中,分别分析了介质变形及协同效应对致密储层有效孔隙结构及流动参数的影响。最后,进一步将介质变形效应、边界层效应及协同效应耦合进孔隙网络油水两相流动计算中,建立了考虑微尺度效应的初次排驱（油驱水）油水两相流动新模型,并首次提出了直接在两相流中耦合边界层效应的计算方法。研究结果表明边界层效应通过动态改变致密储层有效流动空间及拓扑特征而影响流体流动规律,使流体流动出现了非线性渗流现象,介质变形效应加剧了流动的非线性特征;因边界层效应引起致密储层有效流动结构的动态变化,致使初次排驱（油驱水）毛管力曲线及油水相对渗透率曲线发生一定程度的偏移,介质变形效应及排驱过程中角隅处水膜的存在影响了边界层效应对油水两相宏观物性参数的偏移程度。本文采用自下而上的研究思路,从致密储层复杂孔喉结构及单一孔喉微尺度效应表征出发,利用孔隙网络模型实现了考虑微尺度效应的致密储层孔隙尺度流动规律研究,实现了致密储层从单一孔喉到复杂网络的跨尺度流动模拟,并有效获取了有效宏观物性参数。本文研究成果对发展和完善致密储层微观渗流力学理论具有一定意义,对致密油藏高效开发开发过程中的渗流模型和参数确定具有理论指导意义。