页岩气藏开发实践表明,水平井分段分簇的缝网压裂是实现页岩气商业化有效开发的关键技术,已在国内外各大页岩气田得到了广泛应用。同时,页岩气藏的压裂理论研究发现,页岩气藏的增产改造体积(SRV)与压后产量具有显著的正相关关系,SRV成为影响页岩气藏压裂效果的核心参数。因此,对SRV的准确计算和表征已经成为页岩压裂优化设计和压后评价的关键。目前,对SRV评价方法主要包括两大类:现场监测方法和数值模拟方法。其中,现场监测方法(微地震、倾斜仪监测、电磁感应成像等)在页岩气开发早期得到了广泛应用,成为助推页岩气开发技术进步和发展的关键,但随着页岩气开发的不断深入和发展,受制于成本高和矿场作业工序复杂的影响。因此,发展成本低、可靠性高、可重复性强的SRV数值模拟方法成为了页岩气压裂领域的研究热点之一。页岩气藏水平井分段分簇压裂过程中,多条水力裂缝沿射孔簇起裂延伸,水力裂缝引起地层岩石形变,导致储层地应力发生改变;同时,缝内的压裂液沿裂缝壁面向地层发生滤失,使得储层的压力场和温度场也会发生改变。此时,地层中应力场变化会导致水力裂缝发生非平面转向延伸行为,而应力场、压力场、温度场的共同变化将会促使水力裂缝周围的大量天然裂缝发生破坏,并相互交织成为具有高渗透性的裂缝网络,形成储层改造体积。与此同时,形成的高渗透裂缝网络会加剧压裂液在地层的滤失效应,进一步促使地层三场变化,在这种正反馈耦合作用下,使得储层增产改造体积不断扩展。本文针对以上页岩压裂SRV形成的物理机制,基于岩石力学、断裂力学、弹性力学、流体力学、渗流力学、热力学等基础理论,借助边界元方法、有限差分方法、牛顿迭代法、Picard方法、复合共轭梯度法等数值计算方法,分别建立了页岩储层天然裂缝模型、页岩压裂水力裂缝延伸模型、页岩压裂地层应力场模型、页岩压裂储层压力场模型、页岩压裂地层温度场模型。在上述系列模型的基础上,形成了一套页岩水平井缝网压裂SRV动态表征方法,并提出了相应的数值计算具体流程与步骤。由于该方法与页岩水平井缝网压裂过程中储层SRV实际动态扩展物理机制较一致,因此其模拟计算结果更加符合矿场实际,不仅能够模拟压裂过程中水力裂缝转向延伸行为、表征SRV动态扩展过程,还能计算压裂过程中地层应力场、储层压力场、地层温度场、天然裂缝破坏分布,以及储层渗透率场的动态变化。基于建立的页岩水平井缝网压裂SRV动态数值模拟方法,以中国涪陵页岩气田焦石坝区块开展的矿场实际应用为例,针对该区块内X-2HF水平井全井段缝网压裂进行了数值模拟计算与评价,并将数值模拟结果与现场微地震监测结果进行了相互对比,验证了模型的可靠性;然后,分别研究了主要地质参数(地层应力、杨氏模量、泊松比、原始储层压力、天然裂缝逼近角、天然裂缝倾角、天然裂缝密度、天然裂缝抗张强度、天然裂缝内聚力、天然裂缝摩擦系数,以及地层原始温度等)与重要工程参数(压裂泵注排量、压裂液总量、压裂液粘度、射孔簇数、射孔簇间距等)对页岩压裂SRV的影响,并根据研究结果提出页岩气藏水力压裂优化设计的相关建议。本文研究提出了一套较为可靠、准确、高效的页岩水平井压裂SRV动态表征方法。研究成果有助于完善页岩气水平井缝网压裂基础理论,促进缝网压裂技术工艺进步,降低页岩气压裂设计中的不合理性与盲目性,推动页岩压后评价技术发展,提高页岩气藏增产改造效率与效果。为此,本文对促进我国非常规天然气能源可持续发展具有十分重要的理论指导作用与矿场实践意义。