页岩气作为一种非常有前景的非常规天然气能源,尤其是在北美地区,最近几年从富含有机质的页岩中开采出页岩气的量逐年上升,预计将来在全球范围内页岩气的开采量也会持续增长。而页岩气的形成过程非常复杂,页岩既作为源岩,又作为储存岩,从页岩中开采页岩气是不同与常规气体的开采。如何能高效率地开采页岩气这对全球能源安全起到了一个关键性的保障作用,同时对改善能源结构也具有非常重要的意义。本文在国家自然科学基金项目（项目批准号:51374257）、教育部新世纪人才计划项目（项目批准号:NCET-09-0844）的资助下,利用TOUGH+REALGASBRINE（由Lawrence Berkeley National Laboratory开发）软件进行数值模拟分析,为了验证模拟的可靠性,本文还与实验结果进行了对比分析,发现在相同的参数条件下,实验结果和模拟结果能达到很好的吻合。在此基础上,进行了多组分吸附模拟,CO₂驱替CH₄模拟,超临界CO₂驱替CH₄模拟,以及工程实例的数值仿真研究。通过上面的实验和模拟分析得到如下研究成果:（1）本文先是进行了页岩单组分吸附模拟,与单组分吸附实验结果进行了对比分析发现,页岩的吸附受温度和压强影响比较大,吸附量和压强呈正相关,而与温度成负相关。页岩气的累计产量随着时间也逐渐增加,最后达到最大值。（2）在单组分吸附实验和模拟的基础上,进行了多组分吸附实验,发现在相同条件下,页岩对不同气体的吸附量是不同的,这是由于范德华力的不同导致不同气体的吸附能力不同,范德华力大的气体其吸附能力就越强。同时,由于在混合气体中,这种吸附能力强弱的体现导致气体之间会出现竞争吸附,而在混合气体中吸附能力强的气体所占的比例越多,则其吸附量也越大。（3）以带有劈裂裂缝的页岩渗流实验为基础,进行了宏观裂缝的数值模拟,发现有宏观裂缝的页岩其渗透率要大一些,渗透率随着孔隙压力的增加而有所增加,而有宏观裂缝的页岩对孔隙压力的敏感程度要高一些。同时在有宏观裂缝的情况下,温度越高其热应力也越大,在热应力的作用下,页岩的渗透率会降低。通过模拟可以看出有宏观裂缝的页岩对气体的吸附量明显减少,但有利于气体的产量增加。（4）在多组分吸附模拟中可以看出混合气体中各组分气体会出现竞争吸附,利用这一原理使吸附能力强的CO₂去驱替吸附能力弱的CH₄以增加其产量。发现温度越高越有利于气体的产量增加,这是由于温度上升被吸附的气体容易被解吸出去。同时在相同温度条件下,压强越大气体的产量也越大。（5）由于页岩气深埋于地下,地下环境温度高、压强大,所以在开采中利用CO₂来驱替开采CH₄,实际情况中CO₂已经处于超临界状态,为了更加真实的反应开采情况,达到高效开采页岩气的目的,本文进行了超临界CO₂驱替CH₄的研究,发现超临界CO₂来驱替CH₄的研究规律与气态CO₂驱替CH₄的基本一致。同时发现由于超临界CO₂的一些物理性质发生了变化导致其更加有利于页岩气的开采,使开采量增加。（6）在上述的理论和模拟的研究基础上,本文进行了工程实例的研究,发现当注入CO₂后生产井所产的气体明显增加,规律符合前面的研究。同时进行了气体的瞬态流动研究,发现离井越近,气体的流速越大,这是由于井周围的压力很小,气体能够快速流动。并且发现有宏观裂缝的页岩气体饱和度相对较低,气体的流速也较大。（7）本文还研究了Klinkenberg效应对气体产量的影响,由于在低渗孔隙介质中,气体的流速非常慢,此时应该考虑Klinkenberg效应所产生的影响。发现在产气初期,是否考虑Klinkenberg对累计产气量并没有产生太大的影响,而随着时间的推移,考虑了Klinkenberg效应的累计产气量明显高于没有考虑的。所以在页岩气长时间开采的过程中,Klinkenberg效应不容忽略。