经典的有效应力理论认为,不存在有实际应用意义的非线性有效应力。然而,低渗岩石微裂缝和岩石孔隙变形的共同作用,导致油气开采过程中有效应力表现出明显的非线性,无法通过现有的线性有效应力理论客观地研究低渗储层岩石物性随孔隙流体压力的变化规律。为此,论文以低渗透岩石为研究对象,采用理论研究、孔隙网络模拟、室内实验、岩石微观孔隙结构分析和数值模拟等多种研究手段,开展渗透率非线性有效应力的研究。探索性地研究了非线性有效应力与岩石微观结构和成岩顺序的关系,进一步完善了现有的储层岩石应力敏感评价体系,并用数值模拟器分析了渗透率与孔隙流体压力间的非线性流固耦合对单井开发指标的影响。论文开展的主要研究工作如下：(1)根据有效应力的定义和Bernabe推测的渗透率等值曲线的形态特征,对比分析线性有效应力和非线性有效应力及其相互之间的区别与联系,提出非线性有效应力的计算公式。(2)提出粘土矿物裂缝岩石的简化模型,建立描述渗透率与围压和孔隙流体压力关系的数学模型；绘制渗透率等值线并计算有效应力系数；讨论粘土矿物和裂缝对渗透率等值线和有效应力系数影响；结合以往的研究成果,建立有效应力系数与岩石变形特征间的关系。(3)基于不同类型的孔隙裂缝模型,建立应力敏感性的混合孔隙网络模型：编写相应的三维孔隙网络模型程序,分析微观参数和孔隙组合方式对非线性有效应力的影响。(4)改进与完善实验装置和测试方法,实现高围压和高孔隙流体压力下渗透率的长期稳定测试,完成渗透率有效应力实验；提出非线性有效应力的实验计算方法,并分析处理实验数据得到研究岩石的非线性有效应力系数和非线性有效应力；结合有效应力的定义检验计算方法的合理性,论证有实际应用意义的非线性有效应力。(5)分析非线性有效应力系数及其变化特征,寻找其与围压和孔隙流体压力差值间的单一函数关系；开展铸体薄片分析和电镜扫描实验、激光扫描共聚焦显微镜实验、X-衍射实验和毛细管压力实验,研究得到岩样的微观特征和成岩顺序,并结合实验影响因素认识论文研究低渗岩石和以往研究岩石的有效应力系数及其与岩石变形特征间的关系。(6)结合理论推导和对实验数据的拟合,对比分析渗透率与有效应力间的经验模型和理论模型,认识不同应力敏感系数的物理含义,计算获取研究岩石的应力敏感系数。(7)分析不同应力敏感系数间的关系、不同岩石应力敏感系数特征和渗透率与有效应力关系曲线形态,得到应力敏感性划分的标准和经验模型与不同应力敏感岩石间的关系；同时结合孔隙网络模型模拟结果和岩石微观特征论证和分析岩石的应力敏感性特征。(8)提出渗透率与孔隙流体压力相互耦合作用在数值模拟中的实现方法,并用数值模拟器模拟分析这种耦合作用在不同应力敏感模型和不同有效应力下对单井开发指标的影响。通过研究明确了非线性有效应力的含义,提出了实验确定非线性有效应力的计算方法,形成了一套结合理论、孔隙网络模型模拟和实验研究非线性有效应力的方法,论证得到了有实际应用意义的非线性有效应力,深化了非线性有效应力成因和变化规律的认识,丰富和发展了有效应力理论,为评价储层岩石应力敏感性以及合理开发低渗油气藏提供了理论依据。