针对我国煤层气储层渗透性差、采收率低的难题,利用自制三轴渗透仪进行CO2在常规与超临界2种状态下的煤样增透试验。在宏观增透试验基础上进行微观成像试验,利用分形理论、图像处理、Matlab编程等数据处理方法,提取增透后煤样微观孔隙特征,计算表面孔隙率,得到盒维数分析图及孔隙分布分形维数,定量分析CO2作用后煤微观结构的发育程度。宏观增透试验结果表明:超临界CO2作用后,煤样渗透率较常规CO2作用后提高了十几倍,增透效果明显;微观成像结果显示,煤孔隙分布具有明显的分性特征,超临界CO2作用后,煤孔隙分布的分形维数及表面孔隙率均大于常规CO2作用后的煤样,孔隙分布定量计算结果与扫描电镜结果是一致的。微观试验结果说明超临界CO2有效促进了煤微观孔隙的发育。宏微观试验相结合,证实了超临界CO2对改善低渗透煤层的渗透性有良好的作用。