多层稠油油藏火驱开发过程中,注气层间、平面矛盾突出,注入空气易沿单向、单层突进,火线波及不均现象严重,火线波及规律认识以及火线位置识别难度大。辽河油田的测试资料表明,注气井的吸气剖面逐渐由多层吸气转变为指状吸气,火驱后岩心分析渗透率远远小于火驱前测井渗透率,这些现象与火驱过程中储层物性的变化密切相关。本论文基于辽河油田多层火驱开发实际,建立了注气井筒沿程参数计算模型,分析了火线波及主控因素,提出了多层火驱火线位置识别方法,揭示了火驱油藏物性变化机理,提出了考虑储层物性变化的多层火驱数值模拟方法。取得的主要成果如下:(1)建立了多层火驱注气井单管和同心双管注空气井筒沿程参数计算数学模型,实现对笼统注气和分层注气各层吸气能力和流体物性参数分布的预测。通过对注气井筒内空气的非等温、变质量流动过程的模拟发现,受到火驱储层高温影响,井筒温度大幅升高,空气密度显著降低,井筒沿程压力的摩擦损失增加,各层吸气量降低。采用单管笼统注气,各层吸气量与储层物性存在明显相关性,注入空气易沿高渗层突进;采用同心双管分层注气,通过将物性差异较大的储层分隔开,各层吸气相对均匀,火线纵向推进较为均匀。(2)分析了多层火驱开发平面波及程度和纵向动用程度的主控因素,提出了考虑油藏非均质性的火线位置识别方法。储层平面非均质性和前期采出程度是影响平面波及程度的主要因素,单层厚度、渗透率,以及层间渗透率级差是影响纵向动用程度的主要因素。在物质平衡方法的基础上,利用生产动态资料判断生产井与注气井间的连通性,确定生产井沿各方向的受效比例,并依据注气剖面测试资料或井筒模拟结果,确定各层的吸气百分比,实现了对非均质性强、层间干扰复杂的多层火驱油藏各油层火线位置的识别。以该方法作为矿场火驱开发中火线调控的理论依据,分析了生产井关井控气、气窜封堵和注气井分层注气等措施的应用效果。(3)揭示了火驱过程中油藏物性的变化机理,建立了变渗透率火驱数学模型,模拟分析了储层物性变化对火驱开发的影响以及多层火驱影响因素。高温作用、焦炭沉积和重质组分堵塞是火驱过程中油藏物性的变化主要原因,高温作用改变了岩石矿物成分和孔隙结构,对孔隙度和渗透率的降低不可逆;焦炭沉积对储层物性的影响程度随焦炭浓度动态变化;重质组分堵塞会导致熄火,应极力避免。定量描述了高温烧结和焦炭沉积对孔隙度和渗透率的影响,模拟结果显示,变渗透模型燃烧带前、后的地层流动能力下降,火线推进速度变慢,燃烧带温度略有上升,结焦带宽度变窄,油墙和剩余油区温度降低,超覆程度增大。利用变渗透率火驱模型,分析储层渗透率、油藏厚度、含油饱和度,以及注气速度、注气压力、注采方式对多层火驱开发的影响。(4)选取了辽河油田某典型区块多层火驱典型井组,考虑低温氧化、热裂解和高温氧化3个化学反应阶段,求取各阶段反应动力学参数,采用变渗透率火驱数值模拟方法,优化了研究区块最大注气速度、注气方式、注气压力、射孔层位和排液量,并分析了各参数影响开发效果的机理。