压敏效应和基质裂缝间窜流规律研究是致密油藏压裂开发的基本问题,直接关系到数值模拟精度,影响开发方案的制定。针对目前商业化数值模拟软件普遍基于稳定渗流理论、压敏模型形式简单、预测结果可信度低的问题,本论文通过开展济阳坳陷砂砾岩、浊积岩和滩坝砂致密储层基质压敏实验,明确了不同沉积类型致密储层基质压敏规律,建立了考虑杨氏模量和渗透率初值的基质压敏经验模型;为了拓展压敏模型的普适性,结合泊肃叶定律、Hertz接触变形理论及CT结构扫描实验,建立了基于岩石杨氏模量和孔隙结构参数的广义压敏模型。通过开展微裂缝压敏实验,明确了不同渗透率级别微裂缝压敏规律,建立了考虑裂缝渗透率初值的微裂缝压敏经验模型。通过开展主裂缝导流能力实验,明确了主裂缝导流能力长期变化分为闭合初期和闭合稳定期;基于力学变形理论,建立了主裂缝闭合初期考虑支撑剂性能、支撑剂浓度、储层沉积岩类型、储层渗透率和闭合应力的导流能力初值计算模型;基于实验结果,建立了致密储层考虑导流能力初值和时间因素的长期导流能力变化模型,用于计算主裂缝导流能力连续变化过程。根据致密储层压裂改造区基质、微裂缝的双重介质特性,建立了考虑启动压力梯度和压敏效应的基质/裂缝窜流压力扩散方程,分别求解了窜流早期（压力未传播到基质中心）和窜流晚期（拟稳定期）的基质系统压力分布和平均压力,从而建立了致密油藏基质/裂缝非线性窜流模型;通过设计基质/裂缝窜流实验,完成了理论窜流模型的不同基质渗透率、基岩尺寸、基质岩性和裂缝渗透率实验验证;依据窜流实验结果,对理论模型进行了修正,修正的窜流模型较W&R和Kazemi经典模型计算精度提高了26.5个百分点。通过引入建立的基质、微裂缝压敏模型、主裂缝导流能力模型和基质/裂缝非线性窜流模型,建立了致密油藏基质/微裂缝/主裂缝三重介质非线性渗流耦合数学模型;对数学模型进行差分离散,构建了大型稀疏系数矩阵,并提出了系数矩阵不完全LU预处理方法及广义总体共轭梯度平方求解算法。本论文建立了能够反映致密油藏开发特征的渗流数学模型、系数矩阵及求解方法,这为编制致密油藏数值模拟软件提供了理论支撑。将建立的非线性渗流耦合数学模型应用于渤海湾盆地济阳坳陷王587块浊积岩致密储层,与商业化软件Eclipse相比,开发初期产量计算精度提高了13.3个百分点;应用非线性渗流耦合模型优化的王587块合理开发政策是采用交错排状井网、井距350m、排距150m、裂缝半长120m及地层压力系数1.1。