随着易于开采的常规原油资源的日益减少以及能源需求的不断增长,近年来,越来越多的研究重点开始转移到对稠油和超稠油资源的开发利用中。统计结果表明,全世界的稠油资源大约为常规原油资源的两倍。但是,由于稠油粘度较高且密度相对较大,在多孔介质中流动性极差,稠油开采仍然是一个较大的困难和挑战。在所有的稠油油藏提高采收率技术中,火烧油层被认为是一种很有发展前景的热采方法。与注蒸汽驱不同,火烧油层可以通过燃烧少量原油就地产生热量,从而大幅降低稠油粘度。因此,深入了解原油氧化过程对稠油油藏火烧油层的成功进行起着至关重要的作用。尽管针对火烧油层过程开展了大量研究,但由于烃类混合物及其连续反应的复杂性,火烧油层过程中的反应驱动机理和化学反应尚不清楚。这些问题导致火烧油层技术在现场应用中难以预测和调控。为了深化对超稠油氧化特征的认识和了解,本文以塔河超稠油为研究对象,对超稠油、单组分和以沥青质为基础的二元体系进行TG/DSC热分析实验并对实验结果进行模型拟合分析。TG/DSC热分析曲线清楚表明随着温度变化超稠油四组分展现出不同燃烧途径。峰值温度、反应放热量、温度区间以及活化能等一系列参数变化表明,在非等温氧化过程中,超稠油四组分二元混合物之间存在着相互作用。沥青质表现出易与饱和分和芳香分低温氧化中间产物发生反应的趋势,而胶质由于其与沥青质相似的结构,并不会改变沥青质的燃烧途径。由于促进了焦炭的生成,饱和分和胶质可以减少沥青质高温氧化阶段的反应活化能。相反的是,芳香分与沥青质混合物低温氧化和高温氧化阶段的活化能有所增加,说明了芳香分对这两个阶段的进行起着抑制作用。我们重点研究了沥青质这一被认为是维持燃烧前沿连续性的关键组分上。针对塔河超稠油沥青质组分低温氧化前后的结构与性质变化,尤其是燃烧和热解动力学进行了综合分析。结果表明,在实验温度和压力条件下,静态氧化后沥青质中生成了 10.35%的焦炭。利用扫描电镜对样品微观形态观察表明,氧化产物特别是焦炭的表面由于空气的侵蚀和反应而变得相当粗糙,这一现象有利于后续反应的进行。研究还发现,在静态氧化之后,产物的结构变的进一步压实和缩合。与相关研究相同的是,本次实验同样在TG/DSC曲线上清晰地识别出了不同的区域。热重实验数据和Arrhenius模型计算的活化能揭示了燃烧和热解反应位点的差异。此外,静态氧化生成的焦炭具有最高的反应活性和放热效果。本实验研究结果对评价该稠油油藏的火烧油层方案实施可行性具有一定的指导意义。