我国具有丰富的页岩气资源,作为一种典型的非常规天然气,其开发潜力巨大。由于页岩基质渗透率极低,甚至达到纳米达西级别,通常需要通过大规模的水力压裂,以使页岩储层产生复杂的水力裂缝网络,从而提高页岩气水平井井周储层的渗透率,实现页岩气的商业化开发。然而,页岩气藏投产后储层压力快速下降,造成裂缝闭合压力快速增加,处于高闭合应力条件下的支撑剂将会趋向于嵌入裂缝或者破碎,导致储层裂缝的导流能力下降,降低页岩气产量,因此亟待开展页岩复杂裂缝支撑剂嵌入和破碎的机理研究。本文采用离散元数值模拟方法,研究了裂缝导流能力的流固耦合机理,揭示了支撑裂缝缝宽及其导流能力的变化规律,并通过室内实验对所建模型进行了验证。主要研究内容及结论如下:(1)通过页岩的单三轴力学实验和支撑剂的破碎实验研究,得到了页岩的力学特征和支撑剂的破碎特征。(2)通过离散元法,建立了支撑剂的嵌入和破碎模型,运用数值模拟得到了支撑剂在不同闭合压力下的破碎率,即支撑剂的破碎率随闭合压力增加而增大;开展了支撑裂缝缝宽变化的影响因素研究,揭示了缝宽的变化规律。(3)综合利用离散元法与计算流体动力学方法,建立了渗流-应力耦合的页岩-单层支撑剂-页岩的非线性接触模型,开展支撑剂参数、页岩力学参数、闭合应力变化等对支撑剂嵌入和破碎的影响机理研究。(4)在以上研究基础上,建立了渗流-应力耦合的页岩-多层支撑剂-页岩的非线性接触模型,开展多层支撑剂参数、页岩力学参数、闭合应力变化等对支撑剂嵌入和破碎的影响机理研究。(5)采用劈裂岩心开展了页岩岩心的裂缝导流能力实验,分别从不同影响因素出发,研究了导流能力的变化规律,验证了本文所建立的数值模型。通过开展页岩复杂裂缝内页岩-支撑剂-页岩高度非线性接触的数值模拟研究,揭示了页岩气藏开采后的支撑剂嵌入和破碎机理。最后通过开展页岩支撑裂缝的导流能力实验,验证所建立模型的正确性。本文的研究结果为页岩裂缝导流能力的预测提供了一种新的方法。