注蒸汽热力采油是一项复杂、技术难度大的系统工程,它涉及到油藏地质、采油工程、传热学、经济分析等多门学科,因此,科学、经济的管理好蒸汽吞吐井就必须从油藏的实际出发,研究蒸汽吞吐的热力学过程,包括井筒内饱和水蒸汽温度/压力传输、储层内多相流传质传热等,进而选定科学合理的生产方式和工作制度。本文将蒸汽在井筒及地层中的流动作为一个统一的系统,考虑井口注汽参数与地层吸汽能力之间的协调关系,建立了注汽过程中井筒高温汽/液热动力学数学模型,综合分析了油藏中温度场、流体场、固体力场之间的耦合关系和三场耦合的力学机理,建立了一个反映变温、变形油藏的热-流-变形耦合模型。在此基础上,针对水平井段吸汽不均匀问题,建立了水平井注汽参数优化模型,对注汽管柱结构和注汽参数进行研究及优化,为提高油井产能和油井采收率提供了技术支持。论文研究内容包括:1、基于质量、动量、能量守恒及传热学理论,建立了预测井筒蒸汽压力、温度分布的综合数学模型,采用迭代法求解,计算了井筒中的压力和干度等参数的分布,同时对其进行了敏感性分析。2、基于连续介质力学、流固耦合、耦合热弹性力学及热力学理论,建立了热-流-变形耦合数学模型,并给出了相应的Galerkin有限元公式及解耦方法。采用FEPG有限元软件对热采油藏注蒸汽过程进行了模拟计算,在初始地应力和热-流-变形耦合状态下对岩层水平位移、垂向位移、水平应力、垂向应力等参数进行对比分析。在此基础上得出了相应结论,从应用的角度说明了油藏热-流-变形耦合研究的重要性。3、在上述研究工作的基础上,以水平段注汽均匀为设计目标,建立了水平注汽管柱压降模型、热损失模型和配注器节流模型。通过仿真与有限元数值模拟的方法,对水平注汽管柱结构进行了优化设计,给出了部分定量结果。