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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【下】
來源：石油天然氣學報 瀏覽 523 次 發布時間:2025-08-20
3.結果與討論
3.1.不同質量濃度瀝青質模擬油–模擬水體系界面張力
界面張力的大小是評價乳狀液穩定性的指標之一，油水界面張力越小，乳狀液越穩定。測定了不同質量濃度(0～100 mg/L)瀝青質模擬油和模擬水之間的界面張力。圖1為不同質量濃度瀝青質模擬油–模擬水體系界面張力隨時間的變化關系圖?？梢钥闯觯S著瀝青質在模擬油中質量濃度的增加，體系界面張力由46 mN/m逐漸降低到28 mN/m。降低界面張力的能力隨瀝青質在模擬油中質量濃度的增加而增強。與不含瀝青質的二甲苯–煤油溶液相比，瀝青質質量濃度低于5 mg/L的體系界面張力降低較小，這是由于瀝青質質量濃度較低，在油水界面上的吸附量較少，從而使油水界面張力降低程度較小。瀝青質質量濃度大于5 mg/L時，油水界面張力明顯降低，即瀝青質質量濃度越高時，吸附到界面處的界面活性組分越高，體系界面張力越低。界面張力測定的結果表明，油相中瀝青質質量濃度的增加有助于油水乳狀液體系的穩定。
圖1.不同質量濃度瀝青質模擬油–模擬水體系界面張力
3.2.不同質量濃度瀝青質模擬油-模擬水體系界面剪切黏度
界面剪切黏度的大小取決于油水界面是否有穩定的膜結構形成，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可以反映油水界面膜的強度大小，界面剪切黏度越高，原油乳狀液越穩定。
試驗測定了不同質量濃度(1～100 mg/L)瀝青質溶液與模擬水之間的界面剪切黏度。瀝青質模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨時間的變化關系如圖2所示。隨著瀝青質質量濃度的增加，界面剪切黏度表現出先增加而后減小的趨勢。即瀝青質質量濃度為1～5 mg/L時，隨瀝青質質量濃度增加，油水界面剪切黏度增大；瀝青質質量濃度為5～100 mg/L時，隨瀝青質質量濃度的增加，油水界面剪切黏度降低；瀝青質質量濃度為5 mg/L時界面剪切黏度最大。瀝青質質量濃度為30、50、100 mg/L時，油水界面剪切黏度均隨時間的延長而增加，并且這3種質量濃度下油水界面剪切黏度相差不大，3條曲線近似重合。當瀝青質質量濃度大于1 mg/L時，油水界面剪切黏度隨時間的延長而增加，在試驗測定的時間內未達到平衡；當瀝青質質量濃度為1 mg/L時，在同樣的轉速下界面剪切黏度最小，但是很快達到平衡。
因此，低質量濃度體系(1～5 mg/L)和較高質量濃度體系(10～100 mg/L)瀝青質溶液與模擬水間的界面剪切黏度變化規律不同，這與其在溶液及界面上的存在形態不同有關。當瀝青質質量濃度為1 mg/L時，油水界面剪切黏度很快達到平衡，這說明瀝青質中活性組分很快在油水界面處達到吸附平衡；瀝青質質量濃度繼續增加到3 mg/L和5 mg/L時，油水界面剪切黏度隨剪切時間延長而增大，但一直難以平衡到某一固定值，這說明瀝青質中活性組分一直在油水界面處吸附并參與界面膜的形成；瀝青質質量濃度介于1～5 mg/L時，油水界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加而增加，形成界面膜強度逐漸增強。瀝青質質量濃度介于10～30 mg/L時，油水界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加而減小，這是由于瀝青質質量濃度增加到一定程度時，分子間形成締合現象，參與形成界面膜的活性組分減少，界面剪切黏度減小，界面膜強度減小；當瀝青質質量濃度介于30～100 mg/L時，隨瀝青質質量濃度增加，油水界面剪切黏度變化不大，這是由于此時瀝青質溶液中分子間締合達到飽和，有足夠的瀝青質分子參與界面膜的形成，構成了穩定的界面膜。
圖2.不同質量濃度瀝青質模擬油–模擬水體系界面剪切黏度
3.3.不同質量濃度瀝青質模擬油體系粒徑分布
采用納米粒度分析儀測定了不同質量濃度瀝青質在二甲苯–煤油體系中的粒徑分布形態，測定出的粒徑分布如圖3(a)和圖3(b)所示。由圖3(a)可以看出，瀝青質質量濃度為1、3、5、10 mg/L時，瀝青質粒徑分布為單峰形式，且強度較大，說明在對應質量濃度下瀝青質溶液中的分子粒徑主要集中在對應的峰值范圍內，瀝青質粒徑分布均一，此時吸附在油水界面上的瀝青質分子的排列方式為有序排列。瀝青質質量濃度較低(1 mg/L和3 mg/L)時，油水界面上吸附的瀝青質分子少，瀝青質分子在油水界面上排列疏松，界面膜強度低，界面剪切黏度較??；瀝青質質量濃度增加到5、10 mg/L時，吸附到油水界面上的瀝青質分子增加，瀝青質分子在油水界面上排列致密，形成的界面膜強度增加，界面剪切黏度也較高。由圖3(b)可以看出，瀝青質質量濃度大于10 mg/L時，瀝青質粒徑分布為雙峰形式，且瀝青質質量濃度越高，瀝青質粒徑尺寸越大，粒徑分布范圍越寬。這是由于瀝青質質量濃度增加時，瀝青質分子締合成由一定數量的類似于膠束顆粒的締合體，瀝青質質量濃度越大，締合體尺寸也越大，締合體在界面上的吸附排列不如質量濃度為5 mg/L時有序緊密，因此其界面剪切黏度低于質量濃度為5 mg/L瀝青質溶液與模擬水間的界面剪切黏度。而且隨瀝青質質量濃度增加，締合體尺寸變大，締合體在界面上的排列不緊密，導致油水界面剪切黏度降低。當瀝青質質量濃度大到一定程度(大于20 mg/L)時，瀝青質在油水界面處的吸附達到飽和，隨瀝青質質量濃度增加，油水界面剪切黏度變化較小，即質量濃度為30、50、100 mg/L的瀝青質模擬油與模擬水間的界面剪切黏度隨測定時間的延長其增加的趨勢相一致。粒徑分布測定出的結果能很好地解釋界面剪切黏度的試驗現象。
4.結論與認識
1)不同質量濃度瀝青質模擬油–模擬水體系界面張力的變化：隨油相中瀝青質質量濃度增加，油水界面張力降低。
圖3.不同質量濃度瀝青質溶液粒徑分布圖
2)不同質量濃度瀝青質模擬油–模擬水體系界面剪切黏度的變化：油相中瀝青質質量濃度介于1～5 mg/L時，油水界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加而增加；油相中瀝青質質量濃度介于10～30 mg/L時，油水界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加而減??；油相中瀝青質質量濃度介于30～100 mg/L時，油水界面剪切黏度隨瀝青質質量濃度增加變化不大。
3)不同質量濃度瀝青質模擬油體系中，瀝青質顆粒的粒徑分布呈現2種分布形態：瀝青質質量濃度低于20 mg/L時，粒徑分布形態為單峰，瀝青質粒徑分布均一，且瀝青質質量濃度增加，瀝青質顆粒粒徑增大；瀝青質質量濃度高于20 mg/L時，粒徑分布形態為多峰，且分布范圍變寬，瀝青質在油相中呈現分子締合分布狀態。