油页岩属于沉积岩,矿物的天然沉积和排列造成其在物理、传热、渗透及力学特征等方面表现出较强各向异性。油页岩原位开采是指油页岩在地下实施高温干馏,在这个过程中油页岩物理力学特征各向异性随温度改变,这将会影响油页岩原位注热开采过程中温度传导规律、渗流规律、污染物迁移规律和井筒稳定性。因此,揭示实时高温作用下油页岩的热物理特征、渗透特征、力学特征、变形特征各向异性演化规律对油页岩原位开采高效进行具有重要意义。本文通过室内试验研究了实时高温作用下油页岩的热物理、渗流特征、力学特征、变形特征各向异性演化规律。建立了考虑油页岩各向异性热流固耦合数学模型,并结合室内试验获得的高温作用下油页岩各向异性的传热、渗流、力学参数,采用COMSOL多场耦合数值软件对原位注蒸汽热解油页岩进行了数值研究,分析了注蒸汽开采过程中油页岩储层温度场、渗流场、应力场、变形场的分布规律及产油产气规律。具体研究内容和主要结论如下:（1）采用NETZSCH LFA 457激光导热分析仪、SYC-2型超声岩石参数测试仪、显微CT设备分别研究了不同温度作用下油页岩的热传导系数、波速、裂纹扩展的各向异性变化规律。研究表明:垂直层理方向的热传导系数和波速在20℃～350℃线性下降,350℃～500℃快速下降,且在400℃时明显下降,500℃～600℃逐渐趋于稳定。平行层理方向的热传导系数和波速随在20℃～500℃线性下降,500℃～600℃趋于稳定不变。在不同温度下,热传导系数和波速在同一层理方向变化规律一致,二者呈线性关系。（2）采用太原理工大学自主研制的高温三轴岩石稳态法渗流测试系统和高温三轴脉冲法低渗测试系统研究了油页岩20℃～600℃平行层理方向及垂直层理方向渗透率随温度变化规律。研究表明:平行层理方向渗透率(kpar)在20℃～300℃渗透率随温度升高而升高,300℃～350℃由于裂隙闭合kpar出现下降,在20℃～350℃渗透率处于2.3×10-19至2.9×10-18m~2之间,处于低渗透率阶段,当温度上升至400℃,平行层理方向裂隙增多导致kpar突增至6.4×10-17m~2,为20℃时的440倍,400℃为kpar随温度变化的阈值温度,随着温度继续升高kpar持续快速增大,直至550℃后kpar增大速度变缓;垂直层理方向渗透率(kper)在20℃～450℃处于超低渗阶段,渗透率量级为10-20及以下,在450℃时由于大孔的连通导致渗透率突然增大至2.77×10-19m~2,450℃可以称为kper随温度变化的阈值温度,随着继续温度升高kper继续增大,在550℃后kper微弱下降。（3）采用太原理工大学自主研发的高温单轴岩石试验机结合声发射测试系统,研究了20℃～600℃油页岩垂直层理和平行层理方向力学特征及声发射特征随温度的演化规律。研究表明:垂直层理方向油页岩的弹性模量和抗压强度随着温度升高先降低再升高,并且在400℃抗压强度和弹性模量达到最小值;100℃时自由水蒸发导致平行裂缝出现,平行层理方向抗压强度和弹性模量出现第一次骤降,而后处于稳定阶段,当温度升至400℃时由于干酪根热解产生大量裂缝,强度出现第二次骤降,而弹性模量微微上升,而后随着温度继续升高略微上升。高温作用下平行层理方向和垂直层理方向的油页岩的声发射现象表现出明显的各向异性,垂直层理方向试件破坏时峰值能量率先增大后减小;平行层理方向试件破坏时峰值能量率逐渐减小后微微上升。（4）利用太原理工大学自主研发的高温三轴岩石实验系统研究了20℃～600℃不同应力约束下油页岩垂直和平行层理热变形、蠕变随温度变化规律。研究表明:在油页岩垂直层理方向,无约束条件下油页岩试件随温度呈膨胀变形;在2MPa恒定轴压约束下试件随温度表现为压缩变形,压缩变形剧变温度点为200℃,5MPa约束下变形规律相似但数值不同,变形剧变温度点仍为200℃;10MPa恒定轴压约束下,压缩变形剧变温度点变为100℃。在平行层理方向,无约束状态下试件为膨胀变形;当轴向压力为2MPa和5MPa时其变形规律均为先膨胀再压缩再膨胀再压缩变形;轴向压力为10MPa时为压缩变形。蠕变规律:垂直和平行层理方向蠕变变形随着时间呈压缩状态且与时间呈对数关系,分别在200℃和350℃时蠕变速率最大。（5）建立了考虑油页岩各向异性热流固耦合数学模型,利用室内实验测得的各向异性传热、渗流、力学、变形参数,采用COMSOL多场耦合数值软件对原位注蒸汽热解油页岩进行了数值研究,研究结果表明:油页岩储层的温度场分布与过热蒸汽在储层中的运移密切相关,在温度场边缘形成了温度快速降低带;对油气产量影响最大的因素为渗透率的各向异性,其次是力学参数的各向异性,而热传导系数的各向异性对油气产量影响不大。