页岩气是指赋存于泥页岩中的非常规天然气,是目前极具开发价值的清洁能源。中国页岩气储量丰富,对于缺乏常规油气资源且能源需求巨大的中国而言,页岩气的成功开发无疑具备重大战略意义。目前,页岩气开发已积累大量现场经验和技术,但是仍面临诸多理论难题。页岩储层渗透率低,孔喉结构复杂,多尺度渗流机制不明;体积压裂复杂裂缝网络扩展规律仍认识不够深入;不规则裂缝形态及流动特征在产能预测数值模型中的精细表征仍缺乏有效方法。因此,深入开展页岩储层体积压裂水平井产能预测数值模拟研究具有十分重要意义。本文首先开展了页岩渗透率、孔隙结构、吸附性能及裂缝导流能力基础实验,深入分析了页岩储层物性特征及裂缝流动特征,为后续产能预测数值模拟提供基础参数。基于连续介质模型,借鉴相控建模原理,以复杂裂缝扩展模拟结果或微地震裂缝监测结果为相控约束条件,结合离散裂缝建模方法,实现了基于地质力学或监测数据的不规则水力裂缝形态和分级流动特征的表征。对比了产能数值模拟中不同裂缝处理方式,阐明了复杂裂缝模型的优势,并基于复杂裂缝模型,系统分析了产能的影响因素,直观评价了地质因素和施工参数(应力差、天然裂缝角度、簇间距)对页岩气井生产动态的影响,首次实现了裂缝扩展和产能动态特征的一体化研究。最后,基于有限元方法,建立并求解了页岩储层体积压裂水平井双重介质离散裂缝模型,模型综合考虑了页岩储层中的解吸附、克努森扩散、过渡流、滑脱流、达西流和裂缝导流能力的衰减;采用降维方法处理裂缝系统,可实现任意形态裂缝表征,并以正交缝网、斜交缝网和分形树缝网为代表,突出有限元模型的优势。本文重点探讨了页岩气产能预测数值模拟方法。通过相控建模技术实现了页岩复杂裂缝扩展与产能数值模拟的有机结合,探索了有限元方法在复杂裂缝表征及页岩产能数值模拟的应用,研究成果为页岩储层合理改造策略和高效开发方案的制定提供理论依据。