我国页岩气资源储量丰富,具有十分巨大的开发潜能。页岩十分致密,需采用水平井多级压裂的开发方式才能获得工业产能。由于页岩储渗空间的多尺度特征,页岩气的产出过程涉及渗流、解吸、扩散和滑脱等多重运移机理,常规的线性渗流模型不再适用于页岩气的流动模拟。因此,本文针对页岩气在多尺度孔隙介质的运移机理,开展了以下研究:(1)页岩储渗空间以微纳米孔隙为主,通过计算页岩气在不同压力和孔隙尺度条件下的Knudsen数,确定页岩微纳米孔隙的渗流流态主要包括连续流、滑脱流和过渡流,其中纳米级孔隙为滑脱流和过渡流,微米级孔隙及裂缝为连续流;(2)页岩气主要以游离态和吸附态赋存,采用连续介质力学和分子运动学相结合的方法,综合考虑游离态页岩气黏性流、Knudsen扩散、滑脱效应和吸附态页岩气解吸作用、表面扩散等多重运移机理,首次建立了统一流态的页岩气多尺度运移模型,该模型能够计算不同流态条件的页岩表观渗透率,并分析了温压条件、储层性质和气体性质对表观渗透率的影响;(3)根据建立的表观渗透率模型,采用无限大地层点源函数,结合镜像反映原理、Poisson求和及Newman积分原理等推导了封闭箱形气藏点源函数。考虑缝网离散段相互干扰、流量非均匀分布特点,建立了储层—缝网耦合的多尺度渗流压裂水平井非稳态产能模型。通过本文的研究,取得了以下结论和认识:(1)页岩表观渗透率受渗流温压条件和储层性质、气体性质的影响,其中温度和气体分子质量的影响较小,而孔隙尺度和压力影响较大,随着孔隙尺度减小和压力降低,页岩表观渗透率增加。在不同尺度孔隙下,各微观运移机理的影响程度不同,在微孔中表面扩散作用占据主导;在中孔各微观传输机理变化剧烈,随孔隙尺度增加,表面扩散作用减弱,黏性流、滑脱效应及Knudsen扩散作用增强;在大孔中黏性流作用占据主导,其余依次为滑脱效应、Knudsen扩散、表面扩散。(2)均质封闭箱形气藏缝网参数一致时,对于整体缝网,生产初期缝网产量均匀分布,生产中期缝网产量分布呈现两边高中间低的“U”形对称分布,生产后期各缝网产量再次达到均匀分布;对于单条离散缝网,生产初期各离散段流量分布为“W”形对称分布,生产后期各离散段流量分布为“U”形对称分布;(3)忽略多尺度效应及渗透率变化会导致预测产量偏低,这种偏差随着页岩孔隙尺度减小而增大;页岩孔隙尺度和井底流压的减小,会导致多尺度效应增强:Langmuir体积和Langmuir压力增大,页岩气产量增加,但增幅逐渐减小;缝网参数主要影响压后初期产量,随着缝网条数、渗透率和改造长度增加,压裂水平井产量增加。本文的研究成果可以为页岩压裂水平井产能预测和裂缝参数优化提供理论指导作用。