本论文基于鄂尔多斯盆地旬邑地区延长组样品,采用X衍射矿物分析、联合高压压汞和恒速压汞实验方法、微米CT三维孔隙结构重构、原子力显微镜等研究方法,多尺度表征致密储层孔隙结构。采用德国DSA100液相分析仪,对三种离子溶液下的储层表面润湿接触角与界面张力进行测试,分析变化规律关系。采用傅里叶红外光谱实验方法对储层表面的官能团识别,探究微观流体与储层表面的作用类型和化学变化,应用双电层模型进行润湿性的电化学表征。通过Z电位来定量研究注入流体p H和浓度对储层表面润湿性的影响。应用量子化学分析石英和离子的吸附能量和化学键强弱,采用耗散粒子动力学模拟致密储层孔隙通道微观流动规律。通过建立考虑润湿性的相渗曲线模型,探究润湿性对开发效果的影响。本论文主要的认识如下:鄂尔多斯盆地致密砂岩矿物成分以石英、长石为主,同时有少量碳酸盐和铁矿物,矿物组成对储层物性有影响。储层中纳米级孔隙分布数量最多,介孔数量其次多,微米级孔隙分布最少。通过CT得出石英和长石组分对应了晶间孔隙类型,黏土矿物组分多为溶蚀孔隙和晶内孔隙,孔隙形状为圆管状和长管状,孤立的孔隙占多数。对孤立的孔隙进行纳米尺度下的AFM三维表面建模,评价纳米尺度孔隙表面构造。分析微观储层结构参数中微观均质系数、喉道半径与物性的关系,研究发现微观均质系数与物性线性相关性最大,该系数越大,物性越好。三种溶液对岩石表面静态和动态润湿接触角的影响是不同的,但是同种溶液的静态接触角和运动接触角规律呈现一致性。Ca Cl2溶液与Na Cl溶液和Mn Cl2溶液相比可以显著降低体系界面张力值,在Mn Cl2溶液中高浓度后,界面张力随浓度增大而迅速增加,Na Cl溶液下体系的界面张力值是三种溶液中最大的,三种溶液界面张力随浓度变化曲线与G值随浓度变化曲线相背离。采用红外光谱测试观察到在300～1000cm-1范围内有4～5个吸收带,其中CO32-反对称伸缩振动最为明显,说明该致密砂岩中存在较多的含CO32-及羟基官能团矿物。总结分析了微观条件下储层表面可能的相互作用力类型,建立双电层模型,探究储层表面主要电化学反应类型。通过Z电位和双电层理论得出在Na+体系下随着浓度增大Z电位减小,Ca2+体系随浓度增大Z电位先减小后增大,两种溶液体系均随p H增大Z电位减小,并在碱性环境下有明显减小。运用CASTEP模块来建立、优化和计算Na Cl/Ca Cl2吸附在储层岩石中石英晶体系统的能量体系,得出Ca Cl2-石英体系离子性更强。运用耗散粒子模拟油滴-溶液在介观尺度石英体系孔隙中流动,得到溶液驱替油滴过程图和速度分布。计算了在强水湿情况下,润湿性对油-水两相的相对渗透率影响。综合第三章、第四章所述结论,降低Na Cl浓度会使Z电位负值减小,亲水性降低,这样可以增大油相的流动性,从多层面解释了矿场多用低矿化度水驱开采的内在原因。本论文从孔隙结构和表面结构性质两方面对致密储层结构进行了表征,研究尺度分布从几纳米到几百纳米、微米到宏观尺度。本文对实际开发做出评价建议,对我国致密油藏的大规模开发有决定意义。