致密气藏孔喉尺度为微纳米级,渗流阻力高、比表面积大,微尺度效应明显,微观力及岩石壁面性质对流体渗流规律的影响不可忽略。目前,致密气藏渗流机理的研究通常直接应用低渗透气藏理论及模拟方法,孔喉尺度差异及微观作用力的影响未见体现,微尺度渗流机理尚不明确。本文从分子动力学出发,引入格子Boltzmann(LBM)方法,针对储层的致密特性建立理论模型并开展微尺度渗流模拟,从而揭示致密气藏微尺度渗流机理。基于致密气藏地质成因,结合多种测试方法对致密储层岩石学特征、纳微米级孔喉结构形态以及储层孔渗物性形成系统认识;通过可动流体测试研究流体赋存状态,并分析致密气藏孔喉结构及含水对气体渗流的影响;考虑致密储层高温高压条件下非理想气体稠密效应,从分子动力学角度对微尺度流体流动规律及机制进行理论研究和微观模拟。针对致密多孔介质岩石壁面对气体渗流的影响,一方面在考虑壁面滑移的格子模型中加入表征气体与岩石壁面分子间作用势的外力项;另一方面,采用分形L-系统刻画致密多孔介质壁面粗糙度,建立了不同分形维数的孔喉壁面模型;基于分形L-系统理论,给出了考虑壁面粗糙度的LBM边界等效处理方法。应用改进的LBM模型模拟致密多孔介质中气体流动,揭示致密储层单相气体渗流机制。建立考虑静电力和固液分子间作用力的气水两相流动LBM模型,实现气水两相渗流的微观模拟;结合热平衡原理及气水作用势实现气水表面膜微观受力表征,建立岩石壁面稳定吸附水膜厚度的计算模型;模拟了三维重构致密岩心中的气驱水过程,揭示气水两相微观渗流机理。提出致密多孔介质压实及胶结协同作用下三维简化模型构建方法;结合建立的LBM-D3Q19气水流动模型,模拟致密储层高温高压及常温常压下的气驱水过程,并对比分析了气水分布及赋存状态的异同。研究表明:压实作用和自生胶结是我国致密气藏的主要成因;致密储层气体运移方式为滑移-渗流;范德华力阻碍气体流动,流场特征尺度超过200nm时,范德华力可忽略。壁面粗糙度降低气体渗流截面积并增加流动阻力;相对粗糙度超过2%,气体流速明显降低;分形维数在1.20左右时,孔道壁面阻力最大。高配位数孔喉连通结构,气体流动路径为大喉道优先;大孔隙能否对储层渗透率有贡献,取决于与之连通的喉道大小。固-液微观力作用下气体运移速度降低;加大驱替压力梯度难以有效改善气体在含水气藏中的运移能力;打破水膜束缚是致密气藏实现高效开发的关键。致密储层高温高压条件下,气水两相流体渗流能力均好于常温常压条件的测试结果。本文提出研究致密气藏渗流机理应考虑微尺度效应,并建立了气-固/液-固分子间作用力、岩石壁面粗糙度以及稳定吸附水膜综合影响下的LBM模型,通过模拟研究微尺度渗流机理;在此基础上提出多孔介质压实及胶结协同作用下三维简化模型的构建方法,该方法可用于模拟致密储层真实条件下气水渗流。论文成果可为致密气藏微观渗流模拟提供新的思路和方向。