截至2015年底,世界石油探明资源量为1.6976万亿桶,仅满足全球50.7年的生产需要。中国是世界第一能源消费大国,且石油对外依存度高,这些因素将直接威胁到我国的经济发展甚至是国家安全。因此我国有必要对非常规能源进行开发利用,以寻找新的替代能源。油页岩是一种富含有机质的沉积岩,作为一种非常规能源,因其资源量大而具有极好的开发潜力。中国油页岩资源量丰富,将其折算成页岩油可达476.44亿吨,高居世界第二位。目前油页岩的开发利用方式有地上干馏和地下原位裂解,后者因产品质量好和环保等优点而具有更好的前景。本文基于国家油页岩原位开采先导试验工程进行研究。本文首先用热重分析仪(STA-449F3)研究农安油页岩的热解特性,发现其裂解温度范围为300℃~540℃(N2气氛);用Hot Disk热常数分析仪测试油页岩的热物理性质,发现该性质具有各向异性,并分析了热物理性质系数随温度的变化规律,最后拟合出导热系数随温度变化的公式。然后对油页岩原位裂解的温度场进行了数值模拟。农安油页岩层厚7.2m,注热井和开采井间距5m,假定通过压裂的方式建立了三种裂缝,即模型1(两条裂缝、缝高4mm)、模型2(三条裂缝、缝高4mm)和模型3(四条裂缝、缝高4mm)。用ICEM CFD划分网格,Fluent模拟在注气温度450℃或420℃、不同注气流量下油页岩层的温度场。模拟结果表明:在裂解区域建立3条裂缝、缝高4mm(模型2)的注气通道,且N2注入流量为140Nm3/h时,其能量利用率可达58.3%,加热47.3天即可完全裂解该区域的油页岩。接着选取适用于注热管柱的保温材料;采用理论计算的方式,计算出保温层的临界厚度;进行注热管柱的保温结构设计并在地面进行测试,最后用Fluent软件模拟一定初始条件下不同气体流量流过注热管柱后的温度。结果发现:长70米,外径?32mm的注热管柱,缠绕4层纳米SiO2气凝胶GR10,当N2注入温度为500℃的情况下,注热管柱的出口温度在一定注气时间后可达400℃以上。最后依托于农安油页岩原位裂解先导试验工程,通过射孔—压裂的方式建立裂缝,对注热管柱进行了保温处理,最后进行了注热试验。试验发现N2在注热井井口温度450~500℃、注入流量120~140Nm3/h的情况下,其孔底温度可达400~420℃。在加热10d左右后,可监测到产物中HC含量大于10%,说明油页岩层开始裂解。