油砂中原油黏度大常温下不能流动,常规热采开发存在循环预热周期长、蒸汽能耗大、储层动用程度低的问题;注水微压裂技术是促进井周微裂缝产生,形成高效注气通道,缩短见产周期,提高开发效果的有效改造手段。如何准确控制注液压力,提高注采双水平井间的水力连通性是亟需解决的工程难题,油砂储层注液扩容机理成为解决该问题理论和技术上的一大难点。本文针对油砂注水微压裂过程中的油砂变形及渗流特征,系统开展了如下研究内容:（1）油砂岩石力学特性实验研究针对油砂结构疏松易扰动的问题,提出了天然油砂实验室取心和人造油砂样品制备方法,通过室内实验分析油砂的岩石力学特性变化规律。认识了油砂的扩容规律和渗流行为,验证了低强度高塑性的力学特性是影响油砂骨架与孔隙流体相互作用的主控因素。（2）油砂细观渗流与变形机理研究通过CT岩心扫描物理实验,开展油砂细观结构数字岩心研究,提出了油砂三相介质图像分割方法,精确还原了油砂骨架颗粒与沥青质的多种接触关系。通过建立油砂三维孔隙网络模型,进行多因素下孔隙尺度渗流模拟,获得了油砂的绝对和有效渗流规律。通过对比注液前后油砂数字岩心孔隙连通性、孔喉特征变化,定量表征了油砂骨架与孔隙流体的交互行为,揭示了油砂的扩容机理。（3）可视化油砂注液物理模拟分析开展了油砂注液过程可视化物模实验研究,采用数字图像相关性分析方法,通过多初始点多核迭代运算,获取了液体作用下油砂骨架变形的全位移与应变场。观察到样品两端由不连通至连通时油砂的变化过程,提出了剪切扩容与张性扩容的识别方法,发现了油砂在远注液端先发生剪切扩容后发生张性扩容的现象,获得了不同注液条件下的渗流规律。（4）油砂储层注水微压裂模拟与效果评价考虑现场实际工况条件,注液压力诱导产生微裂缝,形成井周高渗扩容带,建立了油砂储层微压裂三维扩容-渗流耦合有限元模型,通过提出水力连通系数和水力波及范围概念,评价了油砂微压裂改造效果,分析了储层物性对扩容的影响,为现场施工时注液压力调控与水力连通判断提供了依据,取得了良好效果。