摘要：提高石油采收率的生產(chǎn)實踐涉及諸多界面現(xiàn)象，其中油水乳狀液的形成與驅(qū)替原油的效率密切相關，而采出乳狀液的破乳則一直是油田生產(chǎn)中的難題。原油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)及環(huán)烷酸等極性物質(zhì)是天然的界面活性物質(zhì)，它們能夠吸附在乳狀液的油水界面上，形成牢固的界面膜，這些界面膜給乳狀液液滴聚并造成了不同程度的障礙］。原油乳狀液的穩(wěn)定和破乳與諸多因素有關，如兩相組成與比例、粒徑大小及分布、溫度、界面張力以及界面膜的性質(zhì)等，其中界面張力與界面膜強度對于乳狀液的形成、穩(wěn)定及破乳起著至關重要的作用。界面擴張流變參數(shù)是界面動力學性質(zhì)的重要參數(shù)，通過擴張流變的研究，可以獲得界面上分子排布、分子間相互作用和超分子聚集體的信息，表征界面膜的強度。文獻中針對原油活性組分已經(jīng)進行過擴張流變的研究，但考察其與地層水間的相互作用的研究還比較缺乏。

本文采取四組分分離方法（SARS）得到飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，利用醇堿萃取法得到酸性活性組分，系統(tǒng)研究了這五類原油活性組分與東辛地層水間的界面張力及界面擴張流變性質(zhì)，有助于深入理解原油乳狀液的界面膜穩(wěn)定機理。

1實驗部分

1.1實驗原料

實驗原料為勝利油田東辛采出原油。航空煤油為北京化學試劑公司，室溫下與重蒸后的去離子水的界面張力約為40 mN／m；實驗用水為經(jīng)重蒸后的去離子水配制的東辛地層模擬水，其主要成分見表1。

1.2原油活性組分分離

1.2.1原油組分分離采用SARA四組分分離方法得到飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。采用醇堿萃取法分離得到酸性組分。

表1東辛地層模擬水成分

1.2.2原油組分元素分析用ElementarVario EL（Germany）元素分析儀器測定原油中各組分元素的質(zhì)量分數(shù)，結(jié)果見表2。

表2原油中各組分元素的質(zhì)量分數(shù)

從表2可以看出，東辛原油的飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組分的nH／nC依次降低，說明各組分環(huán)狀結(jié)構、芳環(huán)結(jié)構、不飽和度依次增加，尤其從飽和分到芳香分不飽和度增加最快。從表2還可以看出，飽和分中不含雜原子N，這也正是飽和分極性較小的原因；芳香分中N元素的質(zhì)量分數(shù)為1.21%，低于膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中N元素的含量。酸性組分的nH／nC較為接近飽和分，說明其中以脂肪酸為主。

東辛原油中飽和分的nH／nC為1.97，質(zhì)量分數(shù)為81.57%；而文獻報道的勝利勝采原油飽和分的nH／nC為1.89，質(zhì)量分數(shù)為40.4%。這說明東辛原油中以長碳鏈的烷烴為主。

1.3界面擴張流變性質(zhì)測量

采用法國IT－CONCEPT公司生產(chǎn)的TRACKER擴張流變儀，利用滴外形分析方法測定動態(tài)界面張力；同時，通過對懸掛液滴的振蕩，測定界面擴張流變性質(zhì)。

本文中所有實驗溫度均控制在（30.0±0.1）℃，擴張形變?yōu)?0%（ΔA／A，ΔA為形變面積，A為界面面積）；水相為重蒸后的去離子水配制的東辛地層模擬水，油相為航空煤油配制的不同濃度瀝青質(zhì)和酸性組分溶液。

2結(jié)果與討論

2.1原油組分的油水界面張力

原油活性組分具有一定的界面活性，可以在油水界面上吸附，從而降低界面張力。本文中的原油活性組分與東辛模擬水的油水界面張力都表現(xiàn)出類似的動態(tài)行為，因此，實驗以膠質(zhì)組分作為代表。圖1為不同質(zhì)量分數(shù)膠質(zhì)模擬油與東辛模擬水的動態(tài)界面張力。

圖1不同質(zhì)量分數(shù)膠質(zhì)模擬油的油水動態(tài)界面張力

由圖1可以看出，不同質(zhì)量分數(shù)的膠質(zhì)模擬油的界面張力均隨時間變化不斷降低，直到達到平衡；且濃度越大，界面張力平衡值越低。一般來說，隨著時間的延長，活性分子會不斷吸附到油水界面上，導致界面張力值逐漸降低，最終達到吸附與脫附的動態(tài)平衡，界面張力值基本不變。同時，從圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，油水界面張力達到穩(wěn)態(tài)平臺值的時間隨濃度增大逐漸縮短。這可以解釋隨濃度增大，界面與體相間的擴散交換加快，界面吸附層達到平衡的時間縮短。

不同質(zhì)量分數(shù)芳香分、飽和分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和酸性組分與東辛模擬水的界面張力穩(wěn)態(tài)值隨質(zhì)量分數(shù)的變化見圖2。

圖2原油組分的油－水界面張力穩(wěn)態(tài)值隨其質(zhì)量分數(shù)對數(shù)的變化

從圖2可以看出，對于不同原油活性組分，油－水界面張力均隨組分質(zhì)量分數(shù)的增大而降低；酸性組分是界面活性最強的組分，油－水界面張力降低最多，平衡時界面張力值只有5 mN／m左右；由于膠質(zhì)中富含酸性組分，其界面張力明顯低于飽和分、芳香分和瀝青質(zhì)；盡管瀝青質(zhì)是重要的成膜物質(zhì)，但其降低界面張力能力較弱，平衡時界面張力還高達23mN／m左右。

模擬油中飽和分濃度較高時，其與模擬水間的界面張力顯著降低，甚至接近膠質(zhì)模擬油的界面張力。從元素分析的結(jié)果就可以看出，東辛原油飽和分含量較高，且nH／nC高達1.97，說明其中可能富含蠟組分，而蠟組分中存在高級脂肪酸和長鏈脂肪醇形成的酯。東辛地層水中含有較多的HCO－3，溶液呈弱堿性，酯類水解后會生成長鏈酸，大大降低界面張力。