随着常规油气资源逐渐减少,页岩气作为非常规能源在能源工业中的地位日趋重要,并对全球能源需求的贡献越来越大。不同于常规油气资源,纳米孔隙、天然裂隙和水力压裂裂缝的同时存在使页岩储层呈现极强的非均质性。本文以非均质页岩气藏为主要研究对象,综合运用理论分析、数值计算的研究方法,深入开展页岩气多尺度流动及压裂水平井产能评价分析。主要研究成果及创新点如下:(1)利用数值计算方法研究了页岩气的微观扩散机理和流动规律。探讨了气体在不同克努森数下的多重流态,包括连续流、滑脱流、过渡流和分子扩散等。得到了考虑滑脱和扩散效应的页岩基质视渗透率表达式,并进行了参数敏感性分析。同时,验证了Langmuir等温吸附模型对页岩气吸附-解吸特性的适用性和优越性。(2)建立了非均质页岩气藏多尺度渗流分析模型(MNH)。结合页岩基质视渗透率表达式和Darcy定律描述页岩基质中的流动状态,并考虑页岩气的吸附-解吸特性。利用随机生成的一维离散裂隙网络模型表征页岩储层的天然裂隙,基于立方定律描述页岩气在微裂隙网络中的流动规律。对于水力压裂裂缝,基于Brinkman-NS耦合原理提出一种裂缝等效处理方法。并基于MNH模型分析了页岩气开采过程中储层内气体压力分布规律和流动特性。(3)探讨了压裂液返排阶段的两相流规律。基于气泡流均质模型研究了水力压裂裂缝内自由流动的水气两相流机制,论证了两相流与单相流流动机制的差异性,并着重分析了自由流动中气水比的变化趋势。基于Darcy两相流理论探讨了压裂等效区域中的水气两相流动机制,给出了饱和度表示的返排率表达式。探讨了返排率对气相渗透率的影响规律,并基于气相渗透率表达式修正了水力压裂裂缝等效渗透率张量,扩展了MNH模型的适用范围。(4)基于考虑返排率影响的MNH模型对页岩气压裂水平井的产能进行了定量地评价分析。提出了控制压裂水平井产能的两个控制因子,并探讨了产气速率曲线的衰减特性。分别讨论了解吸气、天然裂隙开度和密度、水力压裂裂缝开度和间距等影响因素对页岩气压裂水平井控制因子、产气速率和累积产量的影响规律。通过不同组合形式的8个方案探讨各影响因素对页岩气压裂水平井产能的综合影响效应,提出了高效产能的优化方案,为页岩气工程提供理论与实践指导。