火烧油层是将空气或氧气注入到油层,燃烧部分原油后实现稠油氧化、裂解、降粘的一种热力开采方式,在石油资源日益匮乏的时代正逐步得到应有的认识与重视。稠油油藏是否可以采用火烧油层工艺来开发,需要一定的标准及方法进行预测、筛选,以确保项目工程的可行性。油藏条件在根本的程度上决定了这些提高原油采收率的方法能否应用实施。岩层的矿物组成对火烧油层前缘推进有很大影响,岩层中所含金属盐对火驱燃烧具有催化氧化作用,其效果与金属盐的种类、含量及表面积有关;储层中原油物化性质及岩层矿物差别对火烧油层过程中稠油燃料沉积及高温氧化有不容忽视的影响。本论文主要通过一维燃烧管物理模拟燃烧试验,研究了硫铁矿及锡盐、铜盐、锌盐三种金属盐对火驱燃烧前缘的影响。对燃烧前后添加了硫铁矿的油砂样品进行族组分分析和岩矿电子探针分析,判断硫铁矿对火驱过程的影响范围及程度;对原油及添加了这些金属盐的油样进行了热重分析,并建立了稠油催化氧化动力学模型,从反应机理角度分析了金属盐的催化氧化作用。火驱燃烧物理模拟实验结果表明,低含量硫铁矿促进了稠油高温氧化反应,提高火驱前缘峰值温度;高含量的硫铁矿加大燃料沉积量。电子探针结果表明,硫铁矿在燃烧过程中发生了反应,生成了FeO,同时部分硫元素进入稠油中。族组分结果表明,稠油高温氧化导致胶质转化为沥青质、烷烃和芳烃。硫铁矿的加入使得更多的沥青质可以转化为积碳,提高了燃料沉积量。锡盐、铜盐、锌盐三种金属盐对火驱燃烧前缘均有改善。其中,锡盐对火驱整个过程都有增强,但效果提升不大,前缘温度峰值略有提升,实验显示只有在质量分数0.3%~0.6%的含量范围内,其效果才比较明显,且前缘温度峰值不与锡盐的含量正相关;铜盐提高火驱前缘稳定燃烧,各段前缘温度都能保持在一个较高的范围内,另外在0.33%~1.0%范围内,火驱效果对铜盐含量的变化并不敏感;锌盐能大幅度提高火驱的燃烧速率及前缘燃烧温度,但燃烧不稳定,通常会发生局部的剧烈氧化,似乎锌盐仅针对高温氧化阶段的催化作用比较突出,所以其质量分数越高作用越明显。TGA曲线显示出添加金属盐的主要作用是降低了原油氧化过程各个阶段的活化能,使得反应所需的温度区间下降。虽然三种金属盐均降低了高温氧化阶段的表观活化能,但失重速率曲线和放热曲线并不是在温度轴上平移变化,这说明高温氧化中的反应类型也可能改变,放热也受到影响。锡盐、铜盐、锌盐三种金属盐的存在对原油氧化的活化能产生了影响,但其对低温氧化、燃料分解、高温氧化三个阶段的催化效果存在差异,各阶段氧化反应活化能降低的幅度不同,这些与燃烧模拟实验的结果能很好地保持一致,说明了氧化动力学分析的可靠性,以及不同金属盐催化机理的差异。