随能源需求量的日益增长,以页岩气为代表的非常规油气资源正备受重视。大力开发和利用页岩气资源,可进一步优化能源供给结构。而准确预测烷烃气在岩层中的流动规律和对其产量的预测已备受关注,其中渗透率普遍被认为是页岩气传输的关键控制因素之一。然而,由于页岩基质中存在复杂的微观结构和易挥发的储层条件,应力、滑脱效应等因素都会使页岩的渗透特性产生不同的变化,使准确描述页岩基质中气体的流动行为和预测渗透率的变化仍是一个挑战。与此同时,页岩基质中的气体传输并不总是符合达西定律所描述的黏性流动状态,相反,当气体的平均分子自由程与页岩孔隙尺度相当时,黏性流态传输是零星且不规则的。整个气体抽采过程是气体吸附效应、黏性流动、滑脱流动和努森扩散等流动成分交替影响下的非线性过程。因此,研究气体传输与应力耦合作用下页岩渗透率演化机理对于页岩气的产收具有一定的积极意义。本文中的试验样品选取黔北凤冈地区凤参1井牛蹄塘组页岩作为试样,通过利用吸附装置与压汞仪、三轴渗流装置分别开展物性试验和渗流试验。基于此,建立物性结构参数与渗透率的表征关系,并在此基础上考虑应力的影响,进一步建立考虑压缩特性与孔隙结构耦合影响的渗透率模型;基于吸附试验建立考虑温度及过剩吸附量影响的吸附模型,进一步构建不同温度下的吸附变形方程;在此基础上,建立考虑滑脱边界条件修正的渗透率模型和基于不同权重系数耦合应力/应变与气体传输影响的渗透率模型。主要成果为:1)进行物性试验及渗流试验。通过物性试验,分析孔容孔径与压缩系数关系以及页岩内部孔裂隙分布;页岩渗透率取决于孔裂隙的物性结构特征,阐述孔裂隙结构特征和压缩特性基础上,需在此基础上进一步建立两者之间的耦合关系。本文拟进行低温液氮吸附试验和高压压汞试验,得到初始渗透率与孔隙结构参数关系,并以初始渗透率为中间桥梁,同时基于页岩渗流试验,建立考虑孔隙结构和压缩特性联动影响的渗透率模型,实测值与理论模型匹配度较高。体现出页岩孔隙结构与其渗透特性的关联性,也为水力压裂等页岩气的开采方式提供重要的理论支撑。2)相关学者开展页岩吸附和渗流相关试验研究,其中,吸附模型多为单层Langmuir吸附模型,且未考虑过剩吸附量与温度的影响,因此,模型预测结果存在偏差。同时多数研究气体传输对页岩表观渗透率的影响,对于建立外应力恒定条件下的表观渗透率模型较少,考虑气体传输和应力耦合作用的渗透率模型研究还鲜见报道。鉴于此,建立考虑过剩吸附量的吸附模型,结合应力/应变关系,进一步建立考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率模型,通过试验验证其合理性,为页岩气增透和开采提供理论支撑。3)相关学者主要开展关于页岩渗流机理和试验研究,其中渗流模型大多未考虑动态孔隙结构的影响。同时试验研究主要为不同围压条件下的渗流试验,其理论多为渗透率和有效应力的经验方程来体现,对于基于毛细管模型,并在此基础上耦合动态孔隙结构、滑脱效应影响的理论研究鲜见报道。鉴于此,本文首先建立毛细管模型,结合吸附变形及应力/应变关系,进一步考虑滑脱效应的动态影响,建立不同围压条件下的页岩表观渗透率模型,验证其合理性,考察多尺度传质特征的影响因素,分析页岩表观渗透率演化规律。