采用大规模水基压裂液的体积压裂是有效动用页岩油气的关键技术。目前对于压裂液在页岩微观孔隙中的自吸流动机理、自吸对页岩微观结构及物性的影响规律认识不清,使得压裂设计、返排优化目标不明,制约着页岩油气采收率的提高。因此,本文围绕页岩水相自吸作用机理,系统开展微观结构表征、自吸流动模型、工程影响分析等研究。页岩具有多重孔隙特征,根据赋存组分,页岩孔隙可以划分为有机孔、脆性矿物孔、粘土孔三类。联合场发射电镜、压汞和氮气吸附实验,对比分析了该三类孔隙的孔隙形状、孔隙尺寸、分形特征等微观结构特征;基于接触角测试、全岩矿物分析,采用混合润湿性模型计算分析了多重孔隙的润湿性;基于全岩矿物分析、孔隙度测试,采用岩石物理模型对页岩的多重孔隙度进行了劈分计算。结果表明该三类孔隙在孔隙度、孔隙形状、孔径尺寸、分形特征、润湿性等方面具有显著差异。根据水相自吸作用力的差异,页岩的三类孔隙可以进一步划分为仅受毛管力作用的非粘土孔隙（有机孔、脆性矿物孔）、受毛管力和渗透压共同作用的粘土孔隙。对非粘土孔隙,考虑毛管非圆形特征、边界滑移效应,基于N-S方程,采用Navier边界滑移模型建立了椭圆毛管内水相流动方程。结合毛管力方程,考虑孔道迂曲度和孔隙尺寸的分形特征,采用分形理论,进一步建立了非粘土孔隙的分形自吸模型。对粘土孔隙,分析了粘土孔隙的半透膜特征,结果表明页岩存在显著的渗透压效应。基于Fritz半透膜效率模型、范特霍夫公式、等效矿化度计算模型,建立了页岩粘土孔隙渗透压计算模型。考虑粘土孔的高长宽比特征、边界滑移效应,同样基于N-S方程,建立了平板毛管内水相流动方程。结合毛管力和渗透压模型,考虑孔道迂曲度和孔隙尺寸的分形特征,进一步建立了页岩粘土孔隙的分形自吸模型。基于页岩多重孔隙岩石物理模型,结合有机孔、脆性矿物孔、粘土孔的分形自吸模型,建立了页岩多重孔隙分形自吸模型,并通过理论分析、自吸实验验证了该自吸模型的正确性。定义了自吸系数以表征页岩孔隙自吸的能力,开展了水相自吸量的影响因素分析。结果表明影响因素主要包括自吸时间、自吸面积、流体性质,以及三类孔隙的孔隙度、孔隙结构参数、毛管力大小、渗透压大小、滑移长度等方面。开展了页岩自吸及剖缝驱替实验,并通过孔渗测试、三维显微系统、SEM、压汞测试、CT扫描对其微观结构及物性进行了分析。结果表明页岩在自吸过程中伴随着粘土孔缝的张开、矿物的溶解脱落,最终导致孔隙度、渗透率增加,增加幅度与自吸量正相关。基于弹性力学理论,建立了粘土孔的起裂模型,进一步明确了诱导裂缝的起裂机理。粘土孔形态、相对应力方位、围压、毛管力、渗透压、抗张强度是起裂的重要影响因素。最后基于建立的自吸模型,进行了工程尺度返排率预测分析、工程参数优化,并分析解释了现场压裂井的自吸返排特征。本文建立的页岩多重孔隙水相自吸模型,有效揭示了页岩自吸的控制机制,可为闷井时间确定、压裂参数优化提供有效指导。