火驱（火烧油层）技术现状与控制方法研究

报告编号：OGB-A-019 所属板块：稠油与热采 出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司 报告日期：2026年7月 保密级别：内部参考 版本：V1.0

执行摘要

火驱（火烧油层，In-Situ Combustion，ISC）是通过向油藏注入空气或富氧气体、点燃并维持地下移动燃烧前缘，利用燃烧释放的热量、烟道气、蒸馏与裂解改质作用驱替原油的热力采油（EOR）技术。作为继蒸汽吞吐（CSS）、蒸汽驱与蒸汽辅助重力泄油（SAGD）之后被寄予"第三代热采接替"厚望的方法，火驱的独特价值在于：热量在油藏内部原位生成，因而在中深层、薄互层、水敏、蒸汽难以有效覆盖及蒸汽驱枯竭后的稠油油藏中，具有蒸汽类方法难以替代的适用空间；同时其理论采收率上限高、空气来源不受水资源约束，在特定油藏条件下具备优于蒸汽驱的能耗与碳强度潜力。

本报告基于全球视野、以技术导向与市场导向为主、兼顾政策与商业维度，对火驱技术进行了从燃烧动力学原理、油藏筛选、工艺井网、控制方法，到国内外工业化实践、市场竞争格局、前沿专利与风险的多层次系统梳理。研究得到的关键判断包括：

• 技术成熟度呈"原理成熟、工程可控性仍是瓶颈"的二元特征。直井干式火驱在油藏与工艺匹配良好时已实现工业化稳产（罗马尼亚 Suplacu de Barcau 项目自1964年运行至今，采收率据运营方披露超过50%），但对燃烧前缘的实时感知、均衡推进与熄灭防控仍高度依赖经验与间接诊断，是制约规模化复制的核心工程瓶颈；而水平井火驱（THAI 趾-跟部注空气）虽在实验室与先导试验中展现出改质增效潜力，但其最具代表性的加拿大 Petrobank 现场试验最终未能实现商业化连续稳定运行，暴露出水平井火线控制的严峻挑战。

• 控制方法是本技术的"胜负手"，也是本报告的重点落点。火驱能否成功，取决于能否将地下燃烧维持在高温氧化（HTO，典型380~650℃）主导的稳定模式，避免滑入以耗氧不产热、生成过氧化物与胶质沥青质为特征的低温氧化（LTO）失控区。围绕这一目标形成的"注入端参数调控—井口尾气在线诊断—观察井温度场标定—地面变形/微地震前缘成像—数值模拟闭环"控制体系，其成熟度直接决定项目的技术风险等级。

• 中国已形成具有自主特色的火驱工业化能力。以新疆油田红浅1井区（H1）火驱工业化示范为标志，中国在蒸汽驱后稠油油藏的火驱接替上取得实质进展，并向辽河、胜利、河南等老区扩展，形成了"注蒸汽预热点火—直井火驱—尾气监测调控"的技术路线。但在水平井火驱、井下改质、智能化燃烧调控等前沿方向，与国际先进探索仍存在差距，且尚缺乏体系化的火驱专用行业标准。

• 市场空间受稠油资源禀赋与经济性双重约束。全球超重油与油砂资源规模巨大，但火驱在全球 EOR 项目中的占比长期处于个位数百分比量级，远低于蒸汽类方法与气驱；不同咨询机构对 EOR 与热采市场规模的统计口径差异很大，报告中已对此作出显式提示。火驱的经济性对空气油比（AOR）高度敏感，空气压缩能耗是主要操作成本项。在碳约束趋严与 CCUS 政策激励（如美国 45Q 税收抵免）背景下，火驱"原位产热+可与碳捕集埋存耦合"的属性正在被重新评估，但其地下燃烧同时也是 CO₂ 排放源，碳属性存在争议，需分油藏、分工况客观判断。

风险提示（详见第07章）：火驱面临燃烧熄灭与前缘失控、氧气突破与井口安全（回火/爆燃）、高温导致套损、湿式与富氧工艺的额外风险、以及经济性对气价/电价敏感等核心风险，须以完善的监测—控制体系与安全规程加以管理。

核心行动建议（结论后置，完整论证见第08章）：对于蒸汽驱枯竭老区与中深层水敏稠油，建议将火驱作为优先评估的接替方案，走"精细油藏筛选→燃烧管室内评价→先导试验→分区推广"的稳健路径；技术攻关应集中于燃烧前缘实时感知与智能调控、水平井火驱稳定性、井下催化改质与富氧火驱降本；同时前瞻布局火驱与 CCUS 耦合的碳资产路径。

说明：本摘要为决策层快速阅读入口。第02至06章为技术与市场铺陈，第07章为风险提示，最终结论与建议按"结论后置"原则集中于第08章。

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

中国稠油资源丰富，但经数十年蒸汽吞吐与蒸汽驱开发，主力稠油老区普遍进入高轮次、高含水、高采出程度的"三高"阶段，蒸汽类方法油汽比持续下降、经济效益变差，接替技术选择成为稠油可持续开发的战略命题。同时，占稠油资源相当比例的中深层、薄层、水敏及低品位油藏先天不适合蒸汽驱，蒸汽在长井筒与地层中的热损失使其技术经济性大打折扣。

火驱作为一种热量原位生成、不依赖水资源、理论采收率高的热采方法，长期被视为破解上述困局的重要候选。然而，火驱也是热采技术中工程复杂度最高、可控性挑战最大的一类——地下燃烧一旦失稳，轻则效率骤降、重则氧气突破引发井下安全事故。因此，"火驱能否用、在哪用、怎么控"成为决定其从"理论优选"走向"工程主力"的关键问题。

本报告正是围绕这一问题意识展开：既要厘清火驱技术与市场的现状与痛点，也要重点剖析决定其成败的控制方法，并为企业在稠油接替技术的立项、选型与投资决策上提供依据。

1.2 核心调研问题

本次调研聚焦回答以下核心问题：

• 火驱的燃烧机理与动力学本质是什么？高温氧化与低温氧化的边界如何界定，为何是控制的核心？
• 什么样的油藏适合火驱？其与蒸汽驱、SAGD 的适用边界在哪里？
• 火驱有哪些工艺与井网形式？直井火驱、水平井火驱（THAI）、湿式火驱、富氧火驱各自的技术定位如何？
• 火驱的控制方法体系如何构成？燃烧前缘如何监测、如何调控、如何防止失控与井下安全事故？（报告重点）
• 国内外火驱工业化实践的现状、代表性项目与经验教训是什么？
• 火驱的市场空间、竞争格局与经济性如何？碳属性与 CCUS 耦合前景如何评估？
• 火驱面临哪些核心风险，未来技术演进与产业化方向在哪里？

1.3 调研范围界定

• 技术范围：以陆上稠油/特稠油/超稠油油藏的火驱为核心，涵盖干式/湿式火驱、正向/反向火驱、直井/水平井火驱、富氧火驱及配套点火、监测、控制、改质工艺；
• 地域范围：全球视野，重点覆盖中国、罗马尼亚、印度、美国、加拿大等主要火驱实践国家，并进行国内外对标；
• 时间视角：全时间轴，梳理火驱从早期矿场试验到当代工业化与前沿探索的完整脉络，并对未来12~36个月及更长期趋势作出预判；
• 颗粒度：宏观（资源与市场格局）、中观（技术路线与产业链）、微观（典型项目与关键参数）多层次结合。

1.4 调研方法说明

本报告采用多源信息交叉验证的研究方法：以国际石油工程学会（SPE）、海洋技术会议（OTC）等的技术论文、《Fuel》《Energy & Fuels》等燃烧与能源类期刊，以及《石油学报》《石油勘探与开发》《油气地质与采收率》《特种油气藏》等中文核心期刊为主要技术来源；以主流能源咨询机构与行业调查（如 Oil & Gas Journal 的双年度 EOR 调查）为市场数据来源。

为保证严谨性，本报告遵循如下数据处理规范：所有市场与统计数据按"发布机构+基准年份+统计口径"三要素归因，并对机构间口径差异作出显式提示；所有来自设备或服务商的性能宣称，均标注为"厂商声明（未经独立验证）"；配套《参考文献汇总》采用 GB/T 7714—2015 著录格式，并对每条来源给出五级可信度评级（★~★★★★★）。报告正文不展示文献来源标注，以保证阅读连贯性。

*图1-1 火驱技术在稠油热采方法谱系中的定位图*

02 · 火驱技术现状全景

2.1 技术定义与核心原理（白话版）

火驱的本质，可以概括为"让油藏自己烧起来一部分，用烧出来的热和气，把剩下的油赶出来"。具体过程分三步：

第一步，通过注气井向油藏持续注入空气（或富氧空气）。第二步，在注气井附近用点火装置（电加热器、化学自燃剂或注蒸汽预热）将油层点着，形成一个高温燃烧区。第三步，持续注入的空气不断供氧，使燃烧区像一堵"火墙"一样，从注气井向生产井方向缓慢推进（正向火驱）。

需要特别澄清一个常见误解：火驱烧掉的并不是油藏里的全部原油，而只是其中最重、最难采出的一小部分——即在高温下经蒸馏和裂解后残留在岩石骨架上的"焦炭状燃料"（coke/fuel）。这部分燃料通常只占原始油量的百分之几到十几，燃烧它产生的热量却足以把前方大量原油加热、降黏、蒸馏并驱替出来。也就是说，火驱是"牺牲少量最劣质的油，换取大量优质油的高效采出"。

燃烧前缘向前推进时，会在油藏中依次形成若干个特征鲜明的温度—饱和度分带，从燃烧带向生产井方向大致为：已燃区（岩石被烧净、高温残留）→ 燃烧带（火墙本体，温度最高）→ 焦化/结焦带（原油裂解生焦，为燃烧提供燃料）→ 蒸发—蒸馏带（轻质组分被蒸出）→ 冷凝—热水带（蒸汽与水冷凝放热）→ 油墙富集带（被驱替原油聚集）→ 未波及原始油藏。这一"多带串联"结构是理解火驱驱油机理与设计监测方案的基础。

*图2-1 火驱燃烧前缘驱替分带原理剖面示意图*

2.2 燃烧机理与氧化模式：LTO 与 HTO 的分野

火驱能否成功，从化学本质上取决于地下的氧化反应处于何种模式。原油与氧气的反应并非单一过程，而是随温度呈现两种截然不同的机制，二者之间存在一个关键的"负温度梯度区"（NTGR，Negative Temperature Gradient Region）。理解这一分野，是理解火驱全部控制逻辑的钥匙。

低温氧化（LTO，Low-Temperature Oxidation）：发生在相对较低的温度区间（大致低于约300℃）。在此模式下，氧气主要与原油发生加氧反应，生成含氧化合物（过氧化物、醇、醛、酮、酸）以及更重、更黏的胶质—沥青质产物。LTO 的核心危害在于：它消耗氧气却几乎不释放足以维持燃烧前缘推进的热量，同时使原油变稠、增加燃料沉积的不确定性。一旦火驱滑入 LTO 主导，燃烧前缘会逐渐"闷熄"，注入的氧气可能穿透地层直达生产井，酿成氧气突破的安全隐患。因此，LTO 是火驱运行中必须极力避免的"失控前兆"。

高温氧化（HTO，High-Temperature Oxidation）：发生在高温区间（典型约380~650℃，视原油与岩石性质而异）。在此模式下，沉积的焦炭状燃料发生完全或近完全的燃烧（生成 CO₂、CO 与水），释放大量热量，是维持燃烧前缘稳定、高效推进的目标模式。HTO 主导下，产出气体呈现高 CO₂ 浓度、低残余 O₂、可控的 CO/CO₂ 比值等特征——这些特征后来正是井口尾气诊断燃烧状态的核心依据。

因此，火驱控制的根本目标可以凝练为一句话：想方设法把地下氧化反应稳定维持在 HTO 模式，坚决防止其滑入 LTO 失控区。 报告第05章的全部控制方法，本质上都服务于这一目标。

*图2-2 原油氧化速率—温度关系曲线（LTO/NTGR/HTO 三区划分图）*

2.3 燃烧动力学关键参数

火驱的工程设计与控制离不开若干动力学与化学计量参数，它们通过室内燃烧管实验（combustion tube test）与热分析（TGA/DSC/加速量热）标定，是连接实验室与矿场的桥梁：

• 燃料沉积量（Fuel Deposition）：单位体积岩石上沉积的可燃焦炭量，决定了燃烧的"燃料供给"。燃料过少则燃烧难以自持、前缘熄灭；燃料过多则空气需求量激增、推进缓慢、经济性恶化。燃料量与原油性质（重质组分含量）、岩石比表面积、黏土含量密切相关。
• 视氢碳比（Apparent H/C Ratio）：燃烧所消耗燃料的等效氢碳原子比，是判断燃烧模式的重要指标。较高的视 H/C 比往往指示 LTO 参与较多；较低且稳定的视 H/C 比通常对应"干净"的 HTO 燃烧。该参数可由产出气体的 O₂、CO₂、CO 浓度反算，是尾气诊断的理论基础之一。
• 空气需求量（Air Requirement）：烧掉单位体积油藏所需的空气量，直接决定注气规模与压缩机配置。
• 空气油比（AOR，Air-Oil Ratio）：注入单位体积（或质量）空气所对应采出的原油量的倒数关系，是火驱经济性的核心指标——AOR 越低，意味着每采一吨油消耗的空气（及其压缩能耗）越少，经济性越好。
• 燃烧前缘推进速度：由空气注入强度、燃料量与油藏物性共同决定，是配产配注与生命周期预测的基础。

*图2-3 火驱关键动力学参数与其工程含义对照图*

2.4 技术分类谱系与成熟度评估

火驱经过数十年发展，已衍生出多个技术分支，可从若干维度进行分类。理解这一谱系有助于针对具体油藏选择合适的技术路线。

按是否伴注水分：干式火驱（Dry ISC，仅注空气）与湿式火驱（Wet ISC / COFCAW，空气与水交替或同注）。湿式火驱利用注入水吸收已燃区余热并携带至前方，改善热利用效率、降低空气需求，但增加了工艺复杂度与前缘控制难度。

按燃烧推进方向：正向火驱（点火位置在注气井、前缘向生产井推进，主流方式）与反向火驱（点火在生产井、前缘逆气流方向推进，主要用于超稠油/沥青但能量效率低、工业应用少）。

按井型与几何：直井火驱（垂直井注采井网，最成熟）与水平井火驱——其代表是 THAI（Toe-to-Heel Air Injection，趾-跟部注空气），采用垂直注气井配合水平生产井，理论上可获得短距离、稳定的"趾到跟"燃烧扫描并实现井下改质。

按注入气体含氧量：常规空气火驱与富氧/纯氧火驱（Oxygen-Enriched ISC）。提高氧浓度可提升燃烧温度、加快推进、大幅减少惰性氮气带来的压缩与举升负担，并显著提高产出气 CO₂ 浓度（利于后续捕集），但对井筒安全与材料提出更高要求。

下表汇总各主要技术分支的定位与成熟度：

说明：上表"成熟度"为基于全球公开实践的综合定性判断，非厂商声明。

从技术成熟度（TRL）整体看，火驱呈现"分支成熟度高度分化"的格局：直井干式火驱在匹配良好的油藏中已达工业化应用水平；湿式火驱与富氧火驱处于先导与局部工业化探索；而以 THAI 为代表的水平井火驱及其催化改质变体，虽在实验室与先导规模验证了机理潜力，但在现场连续稳定运行上尚未跨越商业化门槛。

*图2-4 火驱主要技术分支成熟度（TRL）评估图*

2.5 国内外整体发展现状

火驱发展脉络可大致分为三个阶段。早期探索阶段（20世纪上半叶至1960年代）：火驱概念在多国被提出并进行矿场试验，罗马尼亚、美国、苏联等地开展大量早期实践，其中罗马尼亚 Suplacu de Barcau 项目于1964年投入并延续至今，成为全球运行时间最长、规模最大的火驱标杆。大规模试验与经验积累阶段（1970年代至1990年代）：伴随两次石油危机推动的 EOR 热潮，美国、加拿大、印度、罗马尼亚等开展大量火驱项目，积累了成败并存的丰富经验，也确立了燃烧管实验、油藏筛选准则等方法学基础。当代工业化与前沿探索并行阶段（2000年代至今）：中国以新疆红浅1井区为代表推动蒸汽驱后火驱工业化接替，加拿大 Petrobank 等推动 THAI 水平井火驱与井下改质的前沿尝试，虽遇挫折但深化了对火驱可控性极限的认识。

当前全球现状可概括为：罗马尼亚与印度维持着长期稳定的工业化火驱运行，中国在蒸汽驱后接替方向快速推进并形成自主能力，北美在前沿改质型火驱上进行了高风险探索，整体上火驱在全球 EOR 版图中仍属"小而专"的技术门类——应用规模远不及蒸汽驱和气驱，但在特定油藏类型上具有不可替代性。