在国家能源发展战略的导向下,我国成功建成了涪陵、威远、长宁、威荣等中大型页岩气田,页岩气年产量已突破百亿方,成为继美国、加拿大之后的世界第三大页岩气生产国。不同于常规油气储层,页岩气藏纳米孔隙及微裂缝发育,使得油气储渗空间尺度差异巨大,存在多尺度渗流现象。目前页岩气藏复杂渗流理论的发展还不能与大规模开发实践相匹配,使得储层评价、压裂设计及产能预测等缺乏足够的理论支撑,严重制约着页岩气藏进一步高效勘探开发。因此,本论文针对页岩气储层储渗空间结构认识不清、复杂渗流特征影响机制不明的问题,通过实验测试与数值模拟相结合的手段,系统开展了储层微观结构测试、数字岩心建模、多尺度渗流数值模拟等研究。取得的主要成果及认识如下:（1）对川南五峰-龙马溪组页岩储渗空间多重介质微观结构及物性进行了测试分析,揭示了页岩气渗流的多尺度特征。将页岩气储层孔隙介质分为有机质孔、脆性矿物孔、黏土矿物孔以及微裂缝四类。测试显示页岩岩样总体呈中孔、中粗喉道,中等连通性;介孔对孔隙体积、比表面积的贡献率均超过了 50%,是气体的主要储渗空间。从扫描电镜图像分析,有机孔、黏土矿物孔以介孔为主,面孔率较高,脆性矿物孔则以宏孔为主,面孔率较低;孔隙形貌总体呈狭缝型,有机孔圆润度最高,黏土矿物孔次之,脆性矿物孔最低;润湿性方面,全岩显示中等亲水特征,黏土矿物孔、脆性矿物孔呈强亲水性,有机孔呈弱亲水性。（2）基于地统计学原理对室内岩心实验结果进行了处理分析,获取了页岩微观孔隙结构的统计特征,据此对四参数随机生长模型设置了约束条件,建立了一种基于页岩真实孔隙特征的数字岩心建模方法。优选体素及分辨率重构了考虑岩性物性特征、多重孔隙、微裂缝以及有效应力的页岩数字岩心。对重构数字岩心的结构、物性特征进行了分析评价,数字岩心平均孔喉配位数为3.67,孔径介于8.4～673.5nm,平均孔隙度为9.6%,能够准确表征页岩真实微观结构特征。（3）推导了针对页岩气藏微尺度效应的格子Boltzmann模型演化方程及边界条件处理格式,将页岩气渗流过程的复杂机制利用格子Boltzmann方法进行了分类表征并耦合,提出了广义格子Boltzmann模型修正方法,建立了适用于数字岩心渗流模拟的孔隙尺度及表征单元体尺度页岩气藏微观渗流机理模型。（4）基于本文构建的格子Boltzmann模型,模拟了页岩气在数字岩心内部的流动,从孔隙至REV尺度定量分析了滑脱、吸附/解吸、气体扩散等微尺度效应及多重孔隙、微裂缝、束缚水等储层特征对于页岩气微观渗流规律的影响。研究表明,气体流态进入滑脱流后努森数是表征气体渗流特征的关键参数,努森数增大会加剧滑脱效应,使得气体表观渗透率显著增大;随着储层压力衰竭,影响程度逐渐增强。有机质孔隙表面吸附气可通过减小有效孔径及提升滑脱效应的双重机理影响页岩气运移。气体扩散效应能显著增大边界层气体流速,但影响强弱受制于有机质孔隙吸附气量大小。微裂缝密度对气体表观渗透率影响显著,裂缝长度次之,裂缝宽度影响较弱;有机质含量及物性是影响页岩储渗特性的关键参数,全岩孔隙度及表观渗透率会随着有机质含量的增大而显著提升;随着束缚水饱和度增加,黏土矿物孔渗特征会明显变差,全岩孔隙度随之呈线性递减,气体表观渗透率同样会随之大幅度下降。（5）对微观尺度页岩气渗流模拟进行了补充应用,推导了宏观尺度页岩气藏多级压裂水平井渗流模型。建模过程考虑了纳米孔隙滑脱效应、有机质孔隙的吸附/解吸、气体扩散等微观机制,通过求解模型对页岩气藏生产动态进行了预测分析,结果与气井真实生产数据吻合度高。基于模型求解对页岩气井生产周期进行了流型划分,明确了吸附/解吸作用、气体扩散等渗流微尺度效应以及人工裂缝导流能力、缝长、缝间距等工程相关参数对于页岩气井生产动态的影响。研究表明,裂缝复杂度及总面积的提升会对页岩气渗流有明显的促进作用,优化选层及压裂设计是提升页岩气压裂井产能的关键。本论文针对页岩气储层多尺度的复杂渗流现象,开展了页岩微观孔隙结构实验测试,利用实验结果重构了页岩数字岩心;基于格子Boltzmann模型开展了数字岩心流动模拟,从孔隙至全岩尺度模拟分析了页岩气藏微观渗流影响机制;根据微观渗流机制推导了矿场尺度页岩气藏多级压裂水平井渗流模型,揭示了页岩气井生产动态影响机制。研究成果为页岩气藏渗流规律研究提供了新视角,为指导页岩气藏储层评价、产能预测提供了一定的理论依据。