页岩是一种典型的天然多孔介质,内部存在着随机无序的微纳米尺度孔隙以及天然或人工宏观尺度的流动空间裂缝,开发过程涉及到多尺度效应及流固耦合等难题,使得页岩气在页岩内的流动与传热过程变得非常复杂。本文在对页岩多孔介质简化的基础上从宏观和微观角度深入研究页岩气的流动传热特性,以期能够较为全面认识页岩气在岩层中的流动传热过程,为页岩气的开发提供必要的理论支持和技术保证。首先,通过Matlab语言编程软件采用格子Boltzmann模型对页岩气在突扩和连续扩张两种变截面通道内的流动与传热微观特性进行了研究,结果表明发生连续扩张的通道内中心线上流体速度及温度梯度均大于发生突扩通道内的流体流动速度及温度梯度,这表明其能量消耗大,开发过程难度偏高。对突扩通道而言,其截面扩张系数及努森数对气体流动传热特性的影响较大,截面扩张系数越大页岩气藏开发难度越高。然后,采用CFD数值模拟研究页岩气在并联连通通道中的流动传热特性,探索变角度情况下通道内的流动传热特点。研究表明随着连通通道偏转角度的增加,通道中的气体流速在不断减小,平均温度呈缓慢上升的趋势,但总体变化不大;选取典型的偏转角度为30°时不同流动压差对页岩气在页岩孔隙中的流动传热特性进行研究,结果表明随着压差逐渐增大,气体平均流速在增加,而相对高温区逐渐减小,局部区域由于扰动作用温度变化剧烈,多孔介质内温梯度变化明显。最后,采用CFD数值模拟方法研究了气体在随机多孔介质中的流动传热特点。分析孔隙度及固体骨架导热系数对于多孔介质导热特性的影响,研究发现随着孔隙率的增加,有效导热系数并非简单的呈线性规律递减,当固相骨架导热系数较大时,多孔介质内部温度分布均匀性趋强,温度梯度很小;考虑流动传热时研究压差以及多孔介质孔隙度对其内部流动传热特性的影响,结果表明流体的流动速度随着压差的增大而呈现接近线性单调递增的趋势,多孔介质内部温度分布不均匀性随着流动压差的增大而增大,多孔介质平均流动速度及平均温度均随着孔隙度的增加都在逐渐增加。通过对不同工艺技术条件下多孔介质不同结构通道中流体流动及传热过程的研究,较为深入地认识了页岩气在页岩多孔介质中的流动、传热特性,对促进页岩气开发,提高采收率具有一定的借鉴意义。