火烧油层（ISC）技术是为了提高重质原油和沥青的开采率而发展出来的一种改质技术,在火烧油层过程中的化学变化研究是该技术难点之一。在火烧油层过程中,通过热裂解形成焦炭来维持燃烧前缘持续燃烧,在此过程中通过热量和其他综合因素来提高原油采收率。本文对所用超稠油的原油性质进行了分析,制备了Ni-Fe基催化剂,并对供氢体和催化剂浓度进行了优选。在实验过程中发现当催化剂浓度为1wt%时,改质效果较好。实验中分别使用了H₂O、四氢萘、十氢萘、甲酸为供氢体,通过对比TG/DTG曲线及使用不同供氢体时的改质效果可知,改质效果最好的是四氢萘,其次分别为十氢萘、甲酸、H₂O。原油的热分析方法是研究原油氧化的重要手段,本文利用热分析仪所得的TG/DTG将原油的氧化阶段划分为蒸馏阶段、低温氧化阶段、燃料沉积阶段和高温氧化阶段,对不同实验条件的四个阶段的温度范围进行了划分。实验发现,供氢催化作用下的原油氧化进程加快,氧化反应更剧烈。在对供氢催化作用对原油氧化速率影响的实验研究中发现,在加入催化剂和供氢体后,原油氧化速率大幅度提升,且高温氧化速率大于燃料沉积与低温氧化速率。研究不同实验条件对稠油改质的影响是提高原油采收率的重要方法,通过室内管式炉实验可知,随着温度的升高,稠油的粘度、非烃含量、硫含量、氮含量均不同程度降低,饱和烃和芳香烃含量升高。并且温度对粘度影响较大,Ni-Fe基催化剂和四氢萘的添加对脱硫率、脱氮率影响较大。最后本文对火烧裂解反应过程中化学键及自由基的变化规律进行了研究,揭示火烧时催化剂和供氢体对稠油作用机理。