原位热解技术是新兴油页岩开采技术,具有流程少,成本低,效率高,占地少的优点,是未来重点发展的开采方式。但仍会对采区地质环境带来一定的影响。在大规模开发之前,需要对该技术对地质环境的影响开展相关研究,并提出解决方案,在尽可能减小地质环境扰动的前提下,实现开采效率和经济效益最大化,无疑具有重大的现实意义。本文以油页岩原位注热为研究背景,采用实验研究、机理分析、定量计算以及数值模拟结合的方法,对吉木萨尔油页岩热解过程中的物理力学特性进行了研究。得到主要研究成果如下:(1)吉木萨尔油页岩热解失重分为三个阶段:室温到350℃,该阶段的失重主要是由于油页岩中水分的析出引起的;350℃到600℃,该阶段的失重主要是由于油页岩中有机质热解产生页岩油以及相关气态产物引起的;600℃以上,该阶段的失重一般认为主要是由于油页岩中的碳酸盐热解以及固定碳高温碳化产生挥发性气体引起的。(2)利用高温热分析仪获取油页岩的热解失重曲线,基于该曲线分析油页岩的热解机理,并由此建立油页岩热解反应速率方程,实现了油页岩热解反应速率的定量表达。温度越高,油页岩完全热解所需的时间越短,350℃时需要上千分钟,在450℃和500℃条件下油页岩热解完毕只需要几十分钟甚至几分钟。(3)通过压汞法对不同热解条件(不同温度、不同时间)下油页岩的孔隙率进行测定,得出随着温度的升高,油页岩的孔隙率数值持续上升,在350℃-500℃温度范围内,孔隙率变化范围陡然增加;随着加热时间的增长,油页岩的孔隙率数值也逐渐增大,350℃条件下油页岩孔隙率增长较为缓慢;400℃、450℃和500℃条件下,油页岩在热解初期即有大幅增长,之后趋于缓慢增加。(4)基于热解过程中油页岩孔隙率的变化机理,结合热解反应速率方程,建立了油页岩热解过程中孔隙率定量模型。并通过理论计算值与实验值的对比验证,得出由于尺寸效应的影响,理论计算值与实测的孔隙率相比数值普遍偏大,但尽管如此,该模型仍能较准确地计算热解过程中油页岩的孔隙率,尤其适用于热解时间较长的小尺寸试件。(5)通过单轴压缩实验对不同热解条件(不同温度不同时间)下油页岩的抗压强度和弹性模量进行测定,可以得出:油页岩的抗压强度和弹性模量均随着温度的升高而呈先小幅下降后大幅下降再缓慢降低的趋势。并分析得出热解过程中油母质的减少以及骨架强度的降低是油页岩力学特性弱化的主要原因。(6)基于热解过程中油页岩力学特性的变化机理,结合热解反应速率方程,建立了油页岩热解过程中弹性模量定量模型。并通过理论计算值与实验值的对比验证,得出弹性模量计算值与实验值相对误差较小,该模型能较准确地计算热解过程中油页岩的孔隙率。(7)通过对油页岩实际注热过程中渗流规律的模拟研究,发现随着注热时间的增加,油页岩热扩散范围越大。温度梯度越大,升温速率越快,孔隙率和渗透率增长越快。井壁附近温度梯度较大,升温速率快,后期井壁周围的温度梯度减小,温度的增长趋于缓慢上升。离井壁远的地方温度梯度小,传热速率较为缓慢,因此温度,孔隙率和渗透率缓慢上升。