水力压裂是我国页岩气开发过程中常用储层改造技术,但其面临裂缝单一、易闭合、水资源浪费等问题。可控冲击波技术通过对储层施加动荷载,在储层内创造复杂缝网,可作为常规储层改造方式的有益补充。为揭示可控冲击波改造对强化页岩气开采的内在机理和效果,在河北省自然科学基金优秀青年科学基金项目(编号:A2024210057)、国家自然科学基金面上项目(编号:1237021756)资助下,本文首先开展了不同层理角度页岩动态冲击实验,分析了循环冲击后页岩动态力学性能及损伤演化规律;其次,探明了循环冲击后对页岩解吸率变化规律及渗透率响应特征,揭示了冲击波改造对页岩的促解吸、促渗流机理;最后建立了考虑冲击损伤的页岩气开采多场耦合数值模拟,探明了冲击波改造对页岩开采效果的提升效果。主要结论如下: (1)循环冲击通过累积损伤效应显著降低页岩动态力学性能,峰值强度与弹性模量呈线性负相关,最大应变量线性递增,促进裂缝网络扩展与贯通;不同层理角度0°、45°、90°页岩的破坏模式呈现显著各向异性,形成以十字形、沿层理面剪切破坏和劈裂型的剪切-张拉破坏的破坏形式;裂缝密度随冲击次数呈指数增长,且裂缝长度、裂缝宽度和分形维数同步提升。 (2)循环冲击显著增强页岩吸附能力,0°、45°、90°层理页岩最大吸附量分别提升31.25%、30.25%、22.90%,其中0°层理页岩吸附增幅最大,与裂缝网络扩展及表面活性提升直接相关;Langmuir模型因其简洁性和拟合优度更适用于甲烷吸附解吸预测;循环冲击通过提升P_L值显著增强解吸效率,证实损伤演化通过优化孔隙连通性促进甲烷分子脱附与扩散。 (3)随着冲击次数增加,不同层理页岩实测渗透率显著提升,0°层理从12.78 m D增至89.32 m D,增幅达599%;45°层理从14.73 m D增至101.89 m D,增幅592%;90°层理从11.78 m D增至93.88 m D,增幅697%,模拟渗透率同步增长,证实循环冲击通过扩展主裂缝长度、增大开度及优化形状因子构建高效渗流网络,裂缝密度与渗透率呈显著正相关; (4)随着冲击次数增加,储层损伤呈现由井筒区域向外围扩展的渐进式分布特征,低压区覆盖面积增长323.32%,高压区迁移与分散形成动态压力平衡体系,表明循环冲击通过裂缝网络扩展优化了渗流通道;P_L值从1 MPa呈指数型增长至1.0395 MPa,增幅3.95%,证实其通过增强吸附气解吸效率与裂缝连通性提升储层渗流能力;冲击3、6、9次后400天页岩储层甲烷残余含量由91.4533%降至80.252%,降幅达11.2013%。通过裂缝网络复杂化降低渗流阻力与破坏页岩表面吸附平衡,加速甲烷分子脱附的双重机制,直接提升储层采收量。