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在经济迅猛发展的二十一世纪,能源无疑成为了国家经济发展的基础,同时也是社会稳定的重要保障。石油、天然气等传统能源作为不可再生资源,在早期能源结构中占有重要地位,但传统资源在我国储量匮乏,我国的能源结构一度呈现不合理的状态,导致原油对外依存度逐年攀升。非常规油气资源的开发和利用越来越引起我国乃至全世界的关注,油页岩是一种富含有机质的沉积岩,作为一种非常规油气资源以其巨大的储量展现出广阔的开发前景,我国油页岩资源储量居世界第二位,可提取页岩油476.44亿吨。和传统的高污染地面干馏方式相比,油页岩的地下原位裂解技术凭借其低成本、低污染的优势必然会发展成为油页岩主要的开发利用方式。但是油页岩地下原位裂解技术工艺复杂,目前尚处于试验探索阶段。本文提出了油页岩酸化压裂-注高温氮气原位裂解的工艺方法,通过大量的室内试验和软件模拟工作,意在提高油页岩原位裂解过程中的能量利用率方面有所突破,研究如何能获得更高的产油率是非常有现实意义的。本文首先配置了符合油页岩层酸化压裂的交联酸压裂液,对其流变性能、耐温性能、抗剪切性能、携砂性能以及缓蚀性能进行了测试,均满足实际工程的需要。随后使用该种交联酸压裂液与油页岩样品进行多种实验,将酸化后的油页岩样品和原始样品进行分析比对。在油页岩的组成与结构方面,X射线衍射测试与傅里叶变红外光谱测试显示酸化后的样品中碳酸类矿物被溶蚀而其中的有机成分则没有受到影响;扫描电镜和压汞实验数据表明酸化后的油页岩样品的孔隙结构发生了明显变化,其孔隙率明显升高。在油页岩的热解行为方面,酸化后的样品热解失重速率明显增大,费舍尔出油率结果显示酸化后的油页岩样品可以得到更高的油气产率,并且得到的页岩油中低分子烃类的含量较高,计算其热解活化能时,其热解活化能有所降低,说明其热解反应更加容易进行。上述实验表明油页岩原位裂解工艺中,在向油页岩层注热前,首先对油页岩进行酸化压裂改造,不但可以形成宏观裂缝为热载体提供通道,还可以改善油页岩的微观结构,从而在后期的裂解过程中提高油气产率和能量利用率。在压裂-注氮气原位裂解油页岩工艺中,油页岩层被压裂后需要注入高温氮气来加热油页岩,本文用自制的裂解试验装置来模拟这一过程,并详细介绍了裂解装置的组成装置和实验原理。实验条件设定为总的氮气注入体积为12m3,注入温度为550℃的前提下,以不同的注气流量分别进行多组试验,结果表明:油气产率随着气流量的增大呈现先升高后降低的趋势,当氮气的注入流量为5m3/h时,收集得到的页岩油产物量最多,共收集到202g,产油率为8.63%,该流量下裂解试验的能量利用率最高。试验结束后对收集到的页岩油进行了分析测试,其组分和性质与原油相近。最后结合吉林大学开展的农安油页岩原位裂解试验工程的实际工程背景进行计算机软件模拟优化其工艺参数。首先介绍了农安油页岩压裂-注高温氮气的原位裂解工艺原理,结合其实际地层复杂情况,进行数学模型和物理模型的建立,使用FLUENT软件模拟高温氮气在压裂缝中流动并向油页岩传递热量的过程,模拟得到了不同氮气注入流量条件下将油页岩层加热一定时间的温度场分布云图,通过模拟结果绘制曲线得到了不同流量下将油页岩层加热至平均温度为400℃所需要的时间。模拟结果与上述裂解试验的结果基本一致,随着注气流量的增加,油页岩层被加热至平均温度为400℃所消耗的总能量呈先降低后升高的趋势,并且对其原因机理进行分析和讨论。最终得出,当氮气的注入流量为30m3/h时,所需注入的总能量最小,总能量利用率最高,为61.1%,总的注气加热时间为125天。本文提出油页岩酸化压裂-注氮气裂解的原位裂解工艺方法,首先从改善油页岩层结构入手,这为后期加热时得到更高的产油率奠定了基础;后期通过试验以及对实际工程的数值模拟得到注气流量与加热能量利用率的定性关系,优化了注气流量;从而在另一方面降低原位裂解过程中的能量消耗,整体上提高油气产率和能量利用率。