与常规气藏开发相比,页岩气藏属于典型的特低孔、特低渗非常规气藏,水平井和体积压裂技术是实现其经济开发的关键技术。然而体积改造形成的复杂缝网以及复杂的气体运移机理对页岩气藏工程理论和方法是一种全新的挑战。其中,页岩储层参数和增产改造体积等参数的诊断和评价是制约页岩气藏工程理论的主要技术瓶颈之一,也是页岩气高效开发的关键科学问题之一。因此,为实现页岩气藏储层参数、流动特征和增产改造效果等方面的分析和评价,亟需建立一套适用于实际现场的页岩气藏压裂水平井试井和产量递减动态分析理论及方法。为此,本文在广泛调研国内外学者研究成果基础上,结合室内页岩岩心流动实验,分析了页岩气吸附解吸规律及多重运移机理,引入尘气模型(Dusty Gas model)建立了综合考虑页岩气扩散、达西流和吸附解吸影响因素下的有机统一运移数学模型;采用间接法构建了能准确描述压裂水平井渗流特征的非结构PEBI网格;针对页岩气藏不同储层压裂效果,提出了对称双翼裂缝、两区复合、裂缝多区复合和离散裂缝网络压裂水平井概念物理模型,同时考虑气体运移机理、气体高压物性与压力之间很强的非线性关系,结合非结构网格控制体有限单元法及非线性流动方程全隐式法推导了页岩气藏四种压裂水平井概念模型的数值试井和产量递减数值离散数学模型,计算获得了对应模型下的试井和Blasingame现代产量递减典型曲线,定量分析了页岩气运移机理、体积压裂等相关参数对典型曲线的影响,综合形成了一套页岩气藏压裂水平井数值试井及产量递减分析方法,为页岩气藏的高效开发奠定了理论基础。通过本文的研究主要获得以下研究成果:(1)开展了页岩气流动实验及运移机理分析研究。基于页岩非稳态脉冲渗透率、气体扩散系数、氮气等温吸附实验以及气体运移机理分析,揭示了页岩气体扩散、吸附解吸与储层压力之间存在很强的非线性特征,明确了采用数值模拟法开展页岩气藏压裂水平井试井及产量递减分析研究更能准确反映气藏流动的实际规律。(2)构建了准确描述压裂水平井渗流特征的非结构PEBI网格。在Voronoi网格生成理论基础上,分别从气藏模块、压裂水平井井模块布点方案出发开展PEBI网格实用化研究,实现了压裂水平井非结构PEBI网格程序化,为数值试井和产量递减分析理论的建立奠定了基础。(3)形成了页岩气藏压裂水平井数值试井分析理论方法。在压裂水平井非结构PEBI网格和尘气运移模型基础上,采用控制体有限单元法和全隐式法推导并建立了页岩气藏对称双翼裂缝、体积压裂两区复合、裂缝多区复合和离散裂缝网络四种压裂水平井概念模型的数值试井数学模型,计算获得了对应模型的试井典型曲线,精确刻画了典型曲线流动特征,定量分析了相关敏感性参数对曲线的影响,提出了相关参数的解释方法。(4)基于物质平衡理论,推导了考虑吸附解吸作用下的页岩气藏物质平衡方程,修正了 Blasingame现代产量递减分析方法中的物质平衡拟时间,首次将Blasingame方法扩展到页岩气藏。进一步在非结构网格和尘气模型基础上,结合控制体有限单元法和全隐式法推导了页岩气藏对称双翼裂缝、体积压裂两区复合、裂缝多区复合和离散裂缝网络压裂水平井产量递减数学模型,计算获得了对应模型的Blasingame现代产量递减典型曲线,结合典型曲线和压力云图揭示了不同流动阶段特征,定量分析了相关参数对曲线的影响,实现了增产改造体积、裂缝网络和渗透率等相关参数的诊断及定量评价。(5)结合页岩气藏压裂水平井实际压力恢复测试数据和生产动态数据验证了本文数值试井和Blasingme现代产量递减分析理论模型及方法的正确性和实用性。本文研究成果深化了对页岩气藏压裂水平井生产过程中吸附解吸、扩散以及渗流等多流动机制的认识,实现了气藏渗流能力、SRV等宏观参数的诊断与定量评价,进而形成了页岩气藏压裂水平井数值试井及现代产量递减分析理论方法,为页岩气藏压裂水平井动态分析及布井方案制定提供了理论依据,推动了页岩气藏工程理论研究与应用的进步。