随着工业的快速发展,石油对经济发展和时代进步起着重要的作用。但是,中国目前生产的原油难以满足国内需求。油页岩作为一种重要的非常规能源,因其巨大的储量而引起了人们的重视。但是其传统开采方法对环境污染较大,并且成本较高。因此寻求高效率,低成本的清洁开采方法迫在眉睫。而原位燃烧技术作为一种清洁的开采方法,因为其具有开采成本低,产油率高等优点,已经在开采稠油方面得到了应用。本文将原位燃烧技术应用到油页岩的开发上。由于实验室实验耗费时间长、成本高且可重复性低,本文采用数值模拟的方法对其进行了研究。本文分别对油页岩原位燃烧的一维和二维模型进行了数值模拟。从机理上分析油页岩的原位燃烧过程,并针对相关参数敏感性进行了分析。文中建立的数学模型能够正确的反映油页岩原位燃烧过程,同时研究成果可以为现场试验提供理论指导,这对油页岩的开发具有重大的现实意义。油页岩的原位燃烧过程是一个复杂的物理化学过程,其中涉及多相多组分渗流、能量传递和化学反应等复杂机理。因此,本文在正确描述物理机理的基础上对其建立了数学模型。文中假设油藏中的流体流动符合达西定律,同时油页岩和各相之间处于局部热平衡状态（局部温度相等）。原位燃烧过程中化学反应引起的质量和能量变化在控制方程中以源项的形式体现出来。本文用以下方程组描述油页岩的原位燃烧过程:方程中的介质包括N相和固体岩石骨架,其中第l相含有Nl个组分。□为多孔介质的孔隙率。ρl,αl,Dl和ul分别表示l相的密度、体积分数、扩散系数和速度。Yl,k为l相组分k的质量分数,Sl和Sl,k分别表示l相和l相组分k的质量源项。cl、cr、λ、kab、krl、μl和hl分别表示l相的比热容、岩石骨架的比热容、热传导系数、绝对渗透率、l相的相对渗透率、l相的粘度以及l相的相对高度。方程组（1）中,前两个方程分别为l相和l相中k组分的质量守恒方程,第3个方程为能量守恒方程,其中源项Se的数值由化学反应决定。易见,该问题温度的变化是由于热传导、流体的热对流和化学反应共同引起的。对以上方程组赋予适当的初始、边界条件,就构成了油页岩原位燃烧过程完整的数学模型。方程组中的变量为al,Yl,k,T和p,都是时间和位置（x,y,z）的函数。由此可见,方程组（1）是一个非线性偏微分方程组。为了研究油页岩原位燃烧过程,本文采用数值计算的方法求解方程组（1）。首先,本文利用有限差分法对油页岩原位燃烧的一维模型进行了数值模拟。在方程组（1）的基础上建立了一个两相九组分的数学模型。为了数值求解该模型,本文给出了相应的离散格式。在油页岩原位燃烧过程中,多孔介质区域内复杂的化学反应是引起能量及质量变化的主因之一。本文针对原位燃烧过程中相关的化学反应,在保证总能量和物质的质量与对比实验一致的前提下,将其简化为三个化学反应,即干酪根的热解反应,焦炭的氧化反应以及无机物的分解反应。其化学反应表达式为:式中,OM表示油页岩内的有机物（干酪根）,VM为油页岩热解后产生的油气混合物,C表示焦炭。以此化学反应简化模型为基础,根据阿伦尼乌斯公式（ArrheniusLaw）可得出方程组中的源项表达式。其中,干酪根和碳酸钙的质量源项表达式分别为:式中,nOM和ncaCO₃分别表示OM和CaCO₃的浓度;AOM和ACaCO₃分别为其化学反应的频率因子;EOM和ECaCO₃为化学反应（2）和（4）所对应的活化能。以OM和CaCO₃的质量源项为基本表达式,根据化学反应系数,可求得方程组（1）中的源项表达式。基于以上数学模型及离散方法,本文对油页岩原位燃烧的一维简化模型进行了数值模拟。结果表明,数值模拟结果与相关实验数据具有较高的一致性,可以正确的反映油页岩原位燃烧过程。并且观察到油页岩热解区域位于焦炭燃烧区的下游,此结构保证了产生的油气不参与氧化反应,能够被顺利回收。氧化反应区域的焦炭完全反应没有残留,为原位燃烧过程提供了大量能量。其次,利用Fluent软件对油页岩原位燃烧的二维模型进行了数值模拟。根据油页岩样本的实际情况,对化学反应模型做了进一步简化,即忽略了无机物的分解反应。通过向Fluent中嵌入用户自定义子程序的方法,实现了油页岩原位燃烧过程的数值模拟。并将计算结果与相关实验进行了对比。结果显示,油页岩的温度分布曲线与实验结果吻合,并且燃烧峰的移动速度也与实验测量结果一致。为了寻找最优的开采方案,本文分析了入口注入流量、入口处氧气含量、初始含油率和多孔介质渗透率的敏感性。计算结果表明,增大入口处的气体注入流量和氧气含量能够提高产油率和油页岩的平均温度;对于初始含油率大的油页岩层,更加适合利用原位燃烧技术进行开采;同时提高油层的渗透率可以提高油页岩的产油率。根据以上结果,我们可以为油页岩原位燃烧方法的现场试验提供重要的理论指导。