我国对页岩气的开发已经进入了攻坚阶段,在勘探开发技术和流动机理研究方面都存在诸多问题亟需解决。页岩气藏的开发通常采用“大规模水力压裂+水平井”开发方式,现在提出了用超临界二氧化碳强化页岩气高效开发的方法,所以建立一套二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流理论已迫在眉睫。针对此问题本文建立了页岩中CH4-CO2双组分气体流固耦合渗流模型,为建立上述渗流理论提供一定的理论基础。本文通过调研国内外文献,在总结前人研究成果的基础上,分析了页岩储层介质特征、多尺度多孔介质中气体的运移特征以及页岩变形对气体流动的影响,提出了页岩多尺度多孔介质中气体流态的划分方案,并阐述不同孔隙尺度下气体的流动特征,以此建立页岩中CH4-CO2双组分气体流固耦合渗流模型,并编制了相应的计算机程序对案例进行了模拟计算,证实了本文模型、方法与技术的正确性和有效性。取得的主要成果如下:1.提出了页岩多尺度多孔介质中气体流态的划分方案。在系统总结和归纳页岩储层介质特征(孔隙、裂缝以及主要的物性参数)、分析气体在多孔介质中运移特征的基础上,发现了页岩储层具有特低孔、超低渗和孔隙多尺度性等特点,以及在页岩多孔介质中气体有解吸、扩散和渗流三种流动方式,然后按孔隙直径的大小把页岩孔隙划分为基质纳米孔、纳微米孔和裂缝,并阐述了不同孔隙尺度下气体的流动方式及流动特征。2.建立了页岩中CH4-CO2双组分气体流固耦合数学模型。首先按照页岩多尺度多孔介质中气体流态的划分方案,建立了不同孔隙尺度下多孔介质中气体流动的数学模型,包含纳米孔中的流动方程、纳微米孔中的流动方程和裂缝中的流动方程;然后在分析页岩气开发过程中储层压力降低时有效应力、基质收缩效应等对页岩储层渗透率、孔隙度等物性参数的影响的基础上,建立了页岩变形场方程;最后加上辅助方程、物性参数耦合方程以及定解条件,共同构成了页岩中CH4-CO2双组分气体流固耦合数学模型。3.建立了页岩中CH4-CO2双组分气体流固耦合数值模型。采用有限差分的方法对所建立的流固耦合渗流数学模型进行差分离散,网格系统采用块中心网格,再对所得差分方程进行线性化处理,最后采用超松弛方法中的逐次线松弛(LSOR)迭代求解线性方程。4.完成了求解该数学模型计算程序的编制。通过所编制的计算程序对案例进行模拟计算,对得出的计算结果进行分析,证实了本文模型、方法与技术的正确性和有效性。