火驱技术因其采收率高,在稠油开采中具有很大的应用潜力。稠油热转化生成焦炭及焦炭燃烧形成的燃烧带的推进是火驱过程的重要环节。本文针对我国低沥青质稠油的热转化成焦特性、成焦机理与动力学模型开展了研究,并基于火驱过程的数值模拟分析了燃烧带的推进特性,构建了燃烧带推进状态的判别方法,为火驱技术的开发与应用提供指导。首先搭建了常压固定床实验系统与压力反应釜实验系统,在不同热转化条件下开展稠油的成焦实验。研究发现惰性和氧化气氛下稠油的成焦途径不同。惰性气氛下,稠油在350°C开始发生热解,生成的自由基通过聚合、芳构化反应生成焦炭;氧化气氛下,稠油在200°C开始加氧反应,通过含氧官能团的聚合、氧化裂解等反应生成焦炭。热转化条件对稠油热解成焦特性影响较小,但对稠油氧化成焦特性影响显著。升温历程、氧浓度及压力主要通过改变氧化成焦过程中各反应的反应速率与反应程度影响成焦,水蒸气则是通过促进焦炭氧化影响焦炭产率。之后研究了稠油组分的成焦特性及其与稠油成焦的关系。低沥青质稠油主要组分中,饱和分、芳香分、胶质生成焦炭的产率依次增加,氧化活性依次下降。不同稠油同种组分剔除蒸发后生成焦炭的产率基本一致,但焦炭的氧化活性存在差异。稠油生成焦炭的产率可依据其组分含量、剔除蒸发后组分生成焦炭的产率及组分蒸发比例加权平均估算。继而提出了两种气氛下稠油的成焦模型及焦炭氧化模型。热解成焦模型包括组分热解形成焦炭前驱物、焦炭前驱物聚合为焦炭的反应;氧化成焦模型包括组分低温氧化形成焦炭前驱物、焦炭前驱物聚合为焦炭以及焦炭低温氧化反应。基于多升温速率热分析实验及固定床热转化成焦实验开展了稠油成焦及焦炭氧化反应动力学分析,结合蒸发速率方程,构建了稠油成焦及焦炭氧化动力学模型。经实验检验,该模型可较好地描述复杂转化条件下不同稠油的成焦及焦炭氧化过程。最后,研究了燃烧带的推进特性及推进状态判别方法。基于变注气参数、油藏条件及稠油性质下一维火驱过程的数值模拟,提出燃烧带的推进包括可持续、熄火风险和熄火三种状态。燃烧带温度与推进状态有很好的相关性。基于能量守恒方程的无量纲分析,提出燃烧带温度主要由无量纲数HD和CW控制。建立了以HD和CW数确定燃烧带温度的相图,可用于判断变工况参数下燃烧带的推进状态。