根据初步统计,目前全世界约有4-5万亿桶开发价值较高的稠油资源仍然埋藏在地下,因此,深入研究蒸汽驱等提高稠油采收率理论与实用技术的前景良好。稠油蒸汽驱开发实践证明,蒸汽驱不同阶段的工况不同,应该基于不同理论基础、采用不同的参数调控方法解决生产中出现的问题,前人的理论及其方法没有很好地注意这一点。因此,为了保证蒸汽驱全过程在最优操作条件下运行、进一步提高稠油采收率,亟待开展蒸汽驱分阶段优化设计理论和技术参数调控方法研究。本文紧密联系辽河油田齐40块蒸汽驱工业化试验区工程实际,结合蒸汽驱不同阶段出现的生产技术问题,采用理论研究、数值模拟和现场试验相结合的方法,系统、深入地研究了蒸汽驱分阶段优化理论模型与技术参数调控方法。基于蒸汽驱油藏上覆岩层热能损失速率、油层中热能散失速率、蒸汽带能量储存速率以及伴随采油过程被产出热能速率等参数与地面上热能注入速率之间关系的理论分析,纠正Marx-Langenheim经典理论忽略蒸汽超覆影响的缺陷,建立了蒸汽驱油藏能量平衡方程,奠定了蒸汽驱理论分析和工程设计计算基础。蒸汽驱油藏能量平衡分析表明,蒸汽带之上盖层和蒸汽带之下油层中存储着大约2/3的地面注入热能,有效利用这部分能量可以改善蒸汽驱开发效果和经济效益。以地下热能利用率最高为目标,建立了蒸汽驱油层中蒸汽带厚度、面积、体积计算数学模型和半解析半经验的蒸汽驱产量预测数学模型;提出了预测蒸汽驱经济开发年限及油汽比等重要指标的计算方法;建立了蒸汽突破前后两种条件下地面最优化注热(注汽)速率方程;这些研究结果丰富了稠油热采理论知识,形成了比较完整的蒸汽驱全过程地面注热理论分析和操作技术体系。文中阐明了蒸汽驱蒸汽突破之前、之后的注热量、稠油采收率影响因素及其随时间变化的规律,建立的新理论模型和方法为实现蒸汽驱全过程注采参数优化设计和调控提供了理论依据。研究表明,本文建立的蒸汽带覆盖面积数学模型解决了 Marx-Langenheim经典理论公式计算值小于实际值问题。研究发现:蒸汽带覆盖面积、蒸汽带体积不仅是地面注热时间、油藏岩石及流体热物性参数的函数,而且它与地面上恒速注热速率成正比例关系;蒸汽突破之前地面恒速注热总量对油层中蒸汽带的形成和扩展起着决定性作用。通过理论研究和深入地统计分析齐40块蒸汽驱先导试验等成功蒸汽驱案例,提出在蒸汽驱过程中分阶段优化操作条件和实时调控注采参数,可以保证蒸汽驱在最优操作条件下成功运行,从而提高蒸汽驱采收率:第一阶段为恒定蒸汽干度/恒定注汽速率阶段。这一阶段从转汽驱开始至蒸汽突破时刻止:在这一阶段内要基于油藏实际,优选注汽速率、蒸汽干度;要在整个阶段应用优选得到的注汽速率、蒸汽干度恒定不变地运行。第二阶段为恒定蒸汽干度/变化注汽速率阶段。这一阶段从蒸汽突破时刻至之后某一时刻t1止:这一阶段内要以采收率最高为目标优选运行时间t1,在蒸汽突破时刻至时间t1之间,保持应用上一阶段使用的蒸汽干度不变,同时依据本文建立的递减注热方程合理变化注汽速率运行。第三阶段为恒定注汽速率/变化蒸汽干度阶段。这一阶段从时刻t1至蒸汽驱经济开发年限tn止:这一阶段内,保持应用t1时刻的注汽速率不变,同时依据本文建立的递减注热方程改变蒸汽干度运行。基于蒸汽驱不同阶段的特殊性,提出了蒸汽驱操作条件全过程分阶段最优化设计、计算和参数调控方法及其具体实施步骤。应用本文的理论计算方法和计算机程序可以便捷地给出包括布井方式、井网密度、采注比等因素在内的蒸汽驱最优开发方案设计结果,可以为蒸汽驱全过程分阶段地在最优操作条件下运行提供指导。应用齐40块蒸汽驱先导试验和剥蚀阶段变干度开发方式现场试验对本文理论和方法进行了验证,取得了现场试验结果与本文理论分析、设计计算结果符合良好的结论,充分证明了本文蒸汽驱理论模型、注采参数优化设计及其调控方法的正确性和实用性。本文理论分析和现场试验研究结果表明,成功的蒸汽驱全过程需要经历热连通、蒸汽驱替、蒸汽突破及开发后期的剥蚀调整等阶段,每个阶段都遵循各自的科学规律。本文针对不同生产阶段实际工况建立理论模型、提出追求蒸汽驱适用的最优操作条件的新方法,对于有效地提高蒸汽驱采收率具有科学意义和重要实用价值。