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辽河油田超稠油资源丰富，主要集中在曙一区杜84块和杜229块，该区的超稠油发现于1976年，但由于技术条件的限制一直无法开采，直到1996年，随着石油开采新技术新方法在实践中的具体应用以及油气需求的增加，采用蒸汽吞吐方式投入工业性开发，目前生产规模已超过260万吨/年。
现阶段超稠油开发的主要矛盾是产量递减快，蒸汽吞吐采收率低，为改善超稠油开采效果，提高吞吐阶段采收率，提出了超稠油三元复合吞吐(所谓三元即蒸汽、二氧化碳和表面活性剂)这一创新工艺模式，目的是提高周期产量，提高采收率，为减缓超稠油井的产量递减提供一条有效途径。对于我国稠油开采技术水平的提高具有重要意义，具有广阔的应用前景和推广价值。
本课题研究目标在于明晰三元复合吞吐采油机理以及各工艺要素对采油生产的影响，由此得出现场推荐工艺模式和操作参数，指导现场试验。为此，以物理模拟技术为手段，开展了大量的室内实验，首先完成了CO<,2>与超稠油相互作用机理研究，包括高温、高压下，注入油井过程中CO<,2>相态变化及热能消耗、超稠油原油物性分析、CO<,2>在超稠油中的溶解性研究、CO<,2>在油水混合体系中的分配比例研究、超稠油粘度与温度关系研究、超稠油流变特性测试、CO<,2>的溶解对超稠油粘度的影响研究。而后通过界面张力、发泡性能、配伍性能、HLB值测试等实验完成了表面活性剂筛选及性能评价。在以上研究的基础上，开展了三元复合吞吐采油机理实验研究，为此，专门建立了四组单管线型物理模型和一组三管线型物理模型，整个流程主要由蒸汽发生器、注入系统、岩心夹持器系统、采出计量系统等组成，其中高压岩心夹持器是装置中的关键部分。其中，蒸汽发生器由蒸汽发生器和蒸汽特征参数控制组成，用于提供满足实验要求的蒸汽；注入系统由注入泵、流体样品筒、温控空气浴三部分组成，用于提供连续的无脉冲驱替动力源；流体样品筒包括地层原油储样器、地层水储样器、注入气储样器等，用于装各种实验用流体：恒温箱用于将实验流体和实验装置保持在特定的温度环境。利用该实验装置的单管线型物理模型开展了水蒸汽吞吐、CO<,2>+水蒸汽吞吐、活性剂+CO<,2>+水蒸汽吞吐驱油实验，研究CO<,2>溶解驱、萃取降粘等机理；利用三管线型物理模型开展了水蒸汽吞吐、CO<,2>+水蒸汽吞吐、活性剂+CO<,2>+水蒸汽吞吐驱油效果对比实验，研究CO<,2>和表面活剂注入在油层调剖的机理。最后开展了三元复合吞吐影响因素研究，包括活性剂注入浓度、CO<,2>注入量、水蒸汽注入量、放喷速度、不同气体介质等因素对三元复合吞吐的影响实验研究。通过运用石油工程的基本知识，结合曙一区超稠油的基础特征，对实验结果进行了系统分析研究，充分论证了三元复合吞吐的采油机理和影响因素对实施效果的作用，给出现场推荐工艺模式和操作参数。本课题研究论证认为，蒸汽+二氧化碳+表面活性剂这种三元复合吞吐工艺模式可有效改善超稠油开采效果，较蒸汽吞吐可提高采出程度5.63％。其采油机理的核心在于注汽，注入CO<,2>和表面活性剂助剂，是对蒸汽吞吐的一种辅助作用，具体来讲，三元复合吞吐采油的机理主要加热油层、降低原油粘度，其次是解堵作用、降低界面张力、流体及岩石的热膨胀作用等；注入CO<,2>改善吞吐效果的机理主要是扩大蒸汽的波及半径、使原油膨胀、降低原油粘度，其次是降低界面张力、形成溶解气驱、萃取汽化等；助剂改善吞吐效果的机理主要是形成蒸汽泡沫，封堵蒸汽窜流通道，调整吸汽剖面，扩大蒸汽的波及体积，其次还有降低界面张力、降低粘度等。通过本课题研究得出，表面活性剂的浓度越高周期采出程度越高，从经济技术角度，建议活性剂浓度采用5‰；注入CO<,2>量为蒸汽注入量的1/5时其采油效果最好，CO<,2>注入量过小，对原油的作用有限，CO<,2>注入量过大，将使过多的热量进入深部地层而消耗掉；蒸汽注入量越大，吞吐效果越好，但要考虑注入周期和经济界限；放喷生产压差大，有利于吞吐的原油生产；其它气体替代CO<,2>注入都会影响三元复合吞吐的效果。以上得出的工艺参数定量设计范围，具有很强的现场操作性，对现场操作具有重要的指导作用。