页岩气的勘探与开发关系到国家的能源安全,具有十分重要的战略意义。水力压裂是页岩气开采的主要技术,水力压裂所造成的储层改造体积SRV(Stimulated Reservoir Volume)的大小和改造效果是页岩气水力压裂技术开发中的核心科学问题之一。本文在大量文献调研的基础上,通过理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,研究了微裂缝对页岩渗透率的影响,建立了 SRV区域双重介质渗流-应力耦合数学力学模型,通过数值模拟揭示了页岩储层开发过程中的渗流-应力耦合效应。本文的主要结论如下:(1)开展了完整岩样和含微裂缝岩样的流固耦合渗流实验,得到了渗透率随围压、孔隙压力的变化规律。实验结果发现:裂缝岩样的渗透率比完整岩样大出5个数量级。渗透率随有效压力的升高而降低,且降低速率逐渐减小。(2)通过对页岩渗透率影响因素的响应面法分析发现,页岩渗透率对围压的敏感程度要大于孔隙压力。利用Terzaghi有效应力公式分析渗透率与有效应力间的关系时,渗透率的大小被低估。完整岩样的应力敏感性为极强,裂缝岩样的应力敏感性为强。(3)基于修正的火柴杆模型,根据Carman-Kozeney方程,建立了单轴应变条件下,SRV区域孔隙度、各向异性渗透率随有效应力变化的数学表达式,结合渗流场、应力场的控制方程,建立了页岩储层渗流—应力耦合方程组。(4)根据现场实际生产资料和室内实验数据,对SRV区域的渗透率模型进行了拟合,拟合程度较好。将该模型与经典的S-D模型进行对比,发现在有效应力较小时,本文模型适用性更好。(5)利用COMSOL数值模拟软件,模拟了页岩气开采过程中单井压力衰减过程。模拟结果显示:考虑耦合作用的数值模拟更接近现场实际状况;页岩开采初期,裂缝性储层的压力下降迅速;之后,压力梯度和产气速率逐渐降低;主裂缝决定了压裂过程中SRV区域的扩展方向,且SRV区域大小随着裂缝条数、次级裂缝与主裂缝间角度的增加而增加,角度越小时,次级裂缝与主裂缝之间夹角较小的一侧储层压力下降的幅度越大且下降速度越快;随着裂缝角度的增加,次级裂缝两边储层压力的下降情况趋于对称。对于随机展布的裂缝,相交条数和相交点数越多,储层压力下降的范围也越大。