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不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)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(xué)報 瀏覽 975 次 發(fā)布時間:2025-08-20
瀝青質(zhì)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(zhì)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(zhì)量濃度瀝青質(zhì)溶液的粒徑分布形態(tài)。研究表明，瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面張力隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加而逐漸降低；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為1、3、5 mg/L時，瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加而增加；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度介于10～30 mg/L時，瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加而減?。粸r青質(zhì)質(zhì)量濃度介于30～100 mg/L時，瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加變化不大。瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度低于20 mg/L時，瀝青質(zhì)在二甲苯–煤油體系中粒徑分布均一，且隨著瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加，瀝青質(zhì)分散粒徑增大；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度高于20 mg/L時，瀝青質(zhì)在二甲苯–煤油體系中粒徑分布范圍較寬，且出現(xiàn)多個峰值，瀝青質(zhì)分子呈締合分布狀態(tài)。該研究成果有助于瀝青質(zhì)對原油乳狀液穩(wěn)定性影響機(jī)理的研究，對油田采出液進(jìn)行破乳分離具有一定的指導(dǎo)意義。
1.引言
瀝青質(zhì)不溶于低級正構(gòu)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(qiáng)。瀝青質(zhì)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(shù)原油來說，瀝青質(zhì)都屬于原油中乳化能力最強(qiáng)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(zhì)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(zhì)的相對分子質(zhì)量大，其中雜原子含量高，極性基團(tuán)多，瀝青質(zhì)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(jī)械強(qiáng)度高，能阻止水滴聚并，增加乳狀液穩(wěn)定性。瀝青質(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以形成一定強(qiáng)度的保護(hù)性薄膜，提高乳狀液的穩(wěn)定性。當(dāng)溶液中油水兩相共存時，由于瀝青質(zhì)分子極性強(qiáng)，油相中瀝青質(zhì)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(zhì)分子首先形成單分子膜層，濃度較高時形成次層，從而構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度的一項指標(biāo)，其值越高，原油乳狀液越穩(wěn)定。
瀝青質(zhì)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(zhì)分子中雜原子含量越高，其極性越大，締合性越強(qiáng)，締合數(shù)越高，締合體粒徑越大。瀝青質(zhì)分子的締合作用與溶劑類型相關(guān)，不同溶劑中瀝青質(zhì)分子締合程度不同，粒徑分布不同。
筆者通過測定瀝青質(zhì)模擬油與模擬水間界面張力、界面剪切黏度來考察瀝青質(zhì)在油水界面的聚集程度，測定瀝青質(zhì)在二甲苯–煤油體系中的粒徑分布狀態(tài)來考察瀝青質(zhì)在油相中的分散締合狀態(tài)，進(jìn)而分析瀝青質(zhì)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(chǎn))，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(zhì)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(xié)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(zhì)體系粒徑分布。
2.2.瀝青質(zhì)的提取
瀝青質(zhì)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(jìn)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(fù)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(zhì)。
2.3.模擬油的配制
由于瀝青質(zhì)不溶于低級正構(gòu)烷烴而溶于苯或甲苯類溶劑，為了使瀝青質(zhì)分散程度較好，試驗準(zhǔn)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(zhì)模擬油配制方法如下：稱取一定質(zhì)量的瀝青質(zhì)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(zhì)模擬油，搖勻，并用超聲波儀超聲10 min，使其完全溶解。