原油中的金属元素会导致催化加工过程使用的催化剂中毒失活，并容易造成炼厂设备的腐蚀和结垢。原油中的金属元素的种类、含量和赋存状态受原油属性及生油环境的影响而有较大的差别，对加工过程的影响需要具体而深入的研究。本论文对辽河超稠油各种基本性质进行了测定，包括所含金属元素的种类、含量，并分析了金属元素在四组分中的分布规律，重点研究了超稠油中主要金属元素的赋存状态，考察了超稠油中金属元素的有效脱除方法及适宜条件，探索了超稠油粘度及密度与其金属元素含量之间的关系，这些成果对相关的理论研究和生产实践均具有指导意义。 根据有关标准对超稠油的性质进行分析可知，辽河超稠油除密度大、粘度高外，其金属元素含量、灰分、酸值、氮含量也都较高，但其硫含量及轻组分含量较低。按照我国原油的分类标准，辽河超稠油属低硫环烷基超稠原油。 利用全溶剂法进行超稠油的族组成分离，制得沥青质、胶质、芳香分和饱和分四个族组分。钙、镍、铁、锰四种主要金属元素在上述四组分中的含量依次递减，四种主要金属元素在胶质中的量占超稠油中相应金属元素总量的质量百分数均为最高，而且超稠油中含量最高的钙元素在四个族组分中的含量也最高。对饱和分和芳香分的FT-IR及GC-MS分析表明，辽河超稠油属于降解严重的未熟原油。 采用蒸馏水、酸性水、乙醇等溶剂及阳离子交换树脂对超稠油进行的萃取及离子交换实验结果表明，钙、镍、铁和锰绝大部分以油溶性金属化合物的形态存在，进一步的研究证实，钙、铁、锰三种金属元素的主要赋存状态为石油酸盐，而镍元素主要以镍卟啉及非卟啉的混配物形态存在；对与金属元素结合的石油酸采用酸碱抽提，进行分离提纯，并用FT-IR及MS进行分析鉴定，得知石油酸的组分非常复杂，碳数在C<,11>～C<,69>之间均有分布，环烷环的数目为1～6个，而芳香环的数目不超过2个。 根据分子设计理论及软硬酸碱原理，结合超稠油中主要金属元素的赋存状态，开发出一系列高效的稠油脱金属剂，并在SH-I型电脱盐试验仪上进行了脱金属效果评价，结果表明，本文开发的稠油脱金属剂，除了可有效地脱除超稠油中的水溶性金属元素外，还能有效地脱除其中的油溶性金属元素。MPTA型稠油脱金属剂在工业化试验中表现出优良的脱金属性能及显著的节能降耗效果，其性能优于国外同类产品，预示着该高效稠油脱金属剂的良好应用前景。对辽河超稠油的性质与其中金属元素含量的关系进行了探索，发现超稠油的粘度、密度与金属元素含量存在一定的联系。通过实验数据分析，确定了超稠油的降粘率与金属元素脱除率间的定量模型，这将为超稠油的加工利用提供指导。