油页岩是一种高灰分的可燃沉积岩,其固体有机质主要为干酪根和少量沥青质。世界范围内,油页岩的储量非常丰富,若折算成页岩油约为全球常规原油储量的2.5倍。现阶段,油页岩的开采方式主要为地面干馏技术,但是这种技术会给环境带来高污染气体、高酸性废水和大量弃渣。随着环保要求的提高,原位加热开采必将成为油页岩大规模、商业化利用的主要技术。注高温蒸汽就是一种有效的油页岩原位加热开采技术。与传统的地面干馏技术相比,该技术拥有安全环保、加热效率高、经济效益好等优点,且不需破坏页岩储层。目前,油页岩原位注蒸汽开采以及其数值模拟都是崭新的研究课题。本文首先针对注高温蒸汽过程中油页岩变化特征展开论述,随着温度的上升,油页岩热解过程主要分为三个阶段:干燥脱水阶段、干酪根热解阶段和高温无机矿物分解阶段。调研三个地区油页岩生油率、孔隙度、渗透率与温度关系的实验数据,利用MATLAB软件的cftool工具箱进行曲线拟合,得到其拟合关系式,为油页岩注蒸汽原位开采数值模拟做好基础数据准备;其次,采用CMG数值模拟软件模拟油页岩热解产油实验。在建立数值模型的过程中,考虑到油页岩本身的特征变化,将模型设计成双重孔隙渗流地质模型。干酪根分解化学反应采用交替反应机理,将分解过程简化为三个化学反应方程式。对比分析数模与实验结果,确定抚顺油页岩的初始干酪根含量、比热容、导热系数、介质类型、干酪根转化油气条件、转化规律等;然后,参考某油页岩原位电加热项目,建立注蒸汽原位开采油页岩的数值模型,将其中的电加热井改为注蒸汽加热井,并考虑干酪根在受热后的分解反应,将原位注蒸汽加热模型的模拟结果与原位电加热模型相对比,比较原位注蒸汽加热和原位电加热的优缺点,讨论注入蒸汽速率、注汽温度、加热范围这三个主要因素对注蒸汽原位开采效果的影响;最后,提出一种适合于抚顺油页岩现场实际需求的五点法井网注蒸汽原位开采油页岩模型。研究结果表明,油页岩生油率、孔隙度、渗透率与温度变化的拟合方程式与统计结果相比,变化趋势一致、拟合误差小;在模拟油页岩热解产油实验过程中,将数模结果与实验结果进行对比,数值模拟结果基本符合实际情况,所建立的油页岩注蒸汽热解数值模型可靠性较高;与原位电加热相比,注蒸汽原位加热油页岩时,高温蒸汽扩散快,油页岩升温也快,预热期短,产油量峰值更高。高温蒸汽的注入速率、注汽温度、油页岩加热范围对注蒸汽原位开采的影响较大。注入速率增大,油页岩层温度升高快,干酪根分解也快,产油峰值到达时间早,产油峰值大,产油时间短。注汽温度较高,使得油页岩层温度较高,干酪根分解提前,页岩油产出较快,峰值到达时间早且峰值产油量大。加热范围增大,油页岩层温度升高慢,干酪根分解也慢,产油峰值到达时间晚,但产油峰值大,产油时间长,累积产油量高。将抚顺油页岩设计为五点法井网开采,第六个月开始产油,且产量不断增加,至第六十个月时产量达到峰值,最大峰值产量3.14 t/day,随后产量开始下降,直至为零,最终开采的累积产油为6938.10 t,因此在实际的作业现场有较好的应用潜力。本研究成果将为油页岩注蒸汽原位开采的现场应用提供技术参数和理论依据。