以实验为基础得来的达西定律可对多孔介质中流体的运动进行宏观表征，它无法给出孔隙级别上的精细刻画，而宏观上渗流运动规律总是微观上孔隙中流体运动的反映。尽管多孔介质中流体渗流的一些微观机理已经可以通过实验来定性研究，但定量描述缺少必要手段和科学合理的方法。本文在孔隙级别上，以实验研究和理论研究为手段，综合流体力学、渗流力学、计算机模拟和油气田开发等多学科的理论和方法，对微观渗流理论进行了较为深入的研究。首先利用数学方法描述了孔隙特征参数一形状因子、传导率和孔隙孔喉的阀压，在此基础上利用孔隙级网络模型模拟了流体在多孔介质中的流动，并计算得到了各种宏观性质，如渗透率、毛细管压力等。利用压汞实验数据得到的孔隙大小分布曲线修改已有孔隙级网络模型，成功地预测了岩心的相对渗透率。孔隙级网络模型可以定量表征每个孔隙和孔喉中的流体变化，利用这一优点在孔隙级别上分析了润湿性对流体宏观运动规律的影响，所得结论与理论分析完全一致。考虑孔隙中油水分布的不同情况，提出了计算孔隙孔喉中相间界面积的方法，并由此分析了毛细管压力、饱和度和相间界面积三者之间的定量关系。这一定量关系的得到，对于研究与界面有关的现象具有重要意义。在分析渗流边界层的形成及影响因素的基础之上，借助孔隙级网络模型来模拟低渗透介质孔道中形成的边界层对渗流的影响，理论上揭示了低渗透介质流体渗流时驱替压力梯度与渗透率间的内在规律，即：由于边界层的存在，驱替压力梯度较小时，低渗透介质的渗透率随着驱替压力梯度的增加而增加；当驱替压力梯度大于临界值时低渗透介质的渗透率为常数。最后，利用数字岩心模型，在孔隙级别上研究了传质扩散问题。利用格子-Boltzmann方法求解得到孔隙空间速度场分布后，由随机行走算法模拟了示踪剂粒子在孔隙空间的传质扩散运动。通过对示踪剂粒子运动轨迹的统计分析，得到示踪剂在多孔介质中扩散系数变化规律。这种方法的提出，可以不用实验即可确定扩散系数。总之，论文以孔隙级网络模型为平台，在微观尺度上研究了润湿性效应、渗流边界层影响、传质扩散等，所得到的结论与认识为在宏观上理解渗流规律打下了理论基础。