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不同質量濃度瀝青質溶液界面張力、界面剪切黏度及粒徑分布圖【上】
來源：石油天然氣學報 瀏覽 442 次 發(fā)布時間:2025-08-20
瀝青質是原油里面的一種活性組分，對原油乳狀液穩(wěn)定性起著重要作用。采用界面張力儀、表面黏彈性儀研究了從渤海SZ36-1油田A7井原油中提取的瀝青質組分配制成的模擬油與A7井模擬水間的界面張力、界面剪切黏度，并利用納米粒度分析儀測定了不同質量濃度瀝青質溶液的粒徑分布形態(tài)。研究表明，瀝青質模擬油–模擬水體系界面張力隨瀝青質質量濃度增加而逐漸降低；瀝青質質量濃度為1、3、5 mg/L時，瀝青質模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加而增加；瀝青質質量濃度介于10～30 mg/L時，瀝青質模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加而減??；瀝青質質量濃度介于30～100 mg/L時，瀝青質模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加變化不大。瀝青質質量濃度低于20 mg/L時，瀝青質在二甲苯–煤油體系中粒徑分布均一，且隨著瀝青質質量濃度增加，瀝青質分散粒徑增大；瀝青質質量濃度高于20 mg/L時，瀝青質在二甲苯–煤油體系中粒徑分布范圍較寬，且出現多個峰值，瀝青質分子呈締合分布狀態(tài)。該研究成果有助于瀝青質對原油乳狀液穩(wěn)定性影響機理的研究，對油田采出液進行破乳分離具有一定的指導意義。
1.引言
瀝青質不溶于低級正構烷烴(C5～C8)，能溶于苯或甲苯等芳香烴，較原油中其他組分相對分子量大、極性強。瀝青質是原油中的一種天然乳化劑，對原油乳狀液的穩(wěn)定性起著重要作用。許多研究表明，對于大多數原油來說，瀝青質都屬于原油中乳化能力最強的組分，對乳化起著重要作用，無論以何種分散狀態(tài)存在，瀝青質作為天然的乳化劑都能使原油乳狀液形成穩(wěn)定的乳狀液。瀝青質的相對分子質量大，其中雜原子含量高，極性基團多，瀝青質分子極易吸附在油水界面形成界面膜，這種界面膜不僅排列致密且機械強度高，能阻止水滴聚并，增加乳狀液穩(wěn)定性。瀝青質分子很容易發(fā)生締合，通常以聚集體的形式存在于原油中，并且在原油中容易形成空間網狀結構，可以形成一定強度的保護性薄膜，提高乳狀液的穩(wěn)定性。當溶液中油水兩相共存時，由于瀝青質分子極性強，油相中瀝青質分子會向油水界面移動并吸附，吸附在油水界面上的瀝青質分子首先形成單分子膜層，濃度較高時形成次層，從而構成穩(wěn)定的界面膜，穩(wěn)定W/O乳狀液。
乳狀液體系穩(wěn)定性主要通過2種測試手段來評價：一是測定油水體系界面張力；二是測定油水體系界面剪切黏度。界面張力的大小主要取決于聚集在油水界面上活性組分濃度的大小。界面張力越低，乳狀液越穩(wěn)定。界面剪切黏度的大小取決于油水界面是否有穩(wěn)定的膜結構形成，以及成膜分子排列的緊密程度和成膜分子間相互作用力的大小。界面剪切黏度的大小是反映油水界面膜強度的一項指標，其值越高，原油乳狀液越穩(wěn)定。
瀝青質在乳狀液中的分散狀態(tài)也會影響其穩(wěn)定性。研究表明，瀝青質分子中雜原子含量越高，其極性越大，締合性越強，締合數越高，締合體粒徑越大。瀝青質分子的締合作用與溶劑類型相關，不同溶劑中瀝青質分子締合程度不同，粒徑分布不同。
筆者通過測定瀝青質模擬油與模擬水間界面張力、界面剪切黏度來考察瀝青質在油水界面的聚集程度，測定瀝青質在二甲苯–煤油體系中的粒徑分布狀態(tài)來考察瀝青質在油相中的分散締合狀態(tài)，進而分析瀝青質對油水乳狀液穩(wěn)定性的影響。
2.試驗部分
2.1.試驗材料與儀器
原油(渤海SZ36-1油田A7井原油)，煤油(燕山石化公司煉油廠生產)，二甲苯、氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、氯化鎂、碳酸氫鈉和無水氯化鈣(分析純)。
模擬水組分及質量濃度：NaCl為7536.6 mg/L，NaHCO3為808.6 mg/L，Na2CO3為154.8 mg/L，CaCl2為95.3 mg/L，Na2SO4為197.4 mg/L，MgCl2為397.1 mg/L。
采用芬蘭Kibron dIFT雙通道動態(tài)界面張力儀測定油水界面張力，日本協和SVR·S型界面黏彈性儀測定油水界面剪切黏度，英國Zetasizer Nano-ZS型納米粒度及Zeta電位分析儀測定瀝青質體系粒徑分布。
2.2.瀝青質的提取
瀝青質的提取方法按《石油瀝青組分測定法》(SH/T 0509-92)執(zhí)行。首先將10 g原油和500 mL正庚烷進行混合，攪拌24 h，過濾；然后將濾紙、沉淀一起放入索氏抽提器中用正庚烷反復抽提；再用甲苯抽提濾紙至抽提液接近無色；最后將抽提液蒸餾去除甲苯后，放入真空干燥箱中干燥，即得到瀝青質。
2.3.模擬油的配制
由于瀝青質不溶于低級正構烷烴而溶于苯或甲苯類溶劑，為了使瀝青質分散程度較好，試驗準確度較高，選取體積比為2:8的二甲苯和煤油的混合溶液作為溶劑。試驗所需瀝青質模擬油配制方法如下：稱取一定質量的瀝青質并將其溶解于體積比為2:8的二甲苯和煤油的混合溶液中，配制成瀝青質模擬油，搖勻，并用超聲波儀超聲10 min，使其完全溶解。