原油中瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性及其影響因素*

宋江峰

（中國石油遼河油田建設(shè)有限公司，遼寧盤錦 124010）

0 前言

瀝青質(zhì)是原油中相對(duì)分子質(zhì)量最重、極性最強(qiáng)的組分［1-2］，極易在油藏開發(fā)及油氣運(yùn)輸過程中產(chǎn)生沉積。由于瀝青質(zhì)復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和多變的化學(xué)組成，導(dǎo)致其沉積影響因素及其沉積機(jī)理仍不明確。瀝青質(zhì)分子的多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)中可能含有氧、氮、硫和金屬等雜原子，這些雜原子在多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)中的空間取向可產(chǎn)生電荷并賦予瀝青質(zhì)分子極性［3-5］。瀝青質(zhì)分子間產(chǎn)生的靜電（由表面電荷引起）和范德華力（偶極-偶極相互作用）使它們聚集在一起，形成更復(fù)雜、更不均勻的瀝青質(zhì)團(tuán)簇。這些瀝青質(zhì)簇可與其他儲(chǔ)層組分相互作用，并在原油中以溶解、分散顆粒、分子或膠體的形式存在［6-7］。在原油開采過程中，熱力學(xué)條件和原油組成變化以及黏土和儲(chǔ)層鹽水中離子存在，均會(huì)對(duì)瀝青質(zhì)簇的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。楚艷蘋等［8］提出，向原油中添加短鏈烷烴，會(huì)導(dǎo)致膠質(zhì)與其它分散介質(zhì)之間互相作用的變化，引發(fā)瀝青質(zhì)沉積；而向原油中添加長鏈烷烴，則會(huì)導(dǎo)致膠質(zhì)溶解，使瀝青質(zhì)失去保護(hù)層，也會(huì)引發(fā)瀝青質(zhì)沉積。Lawal 等［9］通過分析四種瀝青質(zhì)的化學(xué)組成發(fā)現(xiàn)，瀝青質(zhì)分子中的H、C物質(zhì)的量比很小，且高濃度的N元素增強(qiáng)了瀝青質(zhì)分子間的π-π相互作用，導(dǎo)致瀝青質(zhì)的締合傾向增加。Prakoso等［10］認(rèn)為瀝青質(zhì)的非烴組分（氧、氮、硫和金屬雜原子）及其分子鍵合狀態(tài)是影響原油中瀝青質(zhì)整體穩(wěn)定性的主要因素。Shojaati 等［11］通過實(shí)驗(yàn)研究了4 種鹽（MgCl2、CaCl2、MgSO4和Na2SO4）對(duì)瀝青質(zhì)不穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，二價(jià)陽離子比一價(jià)陽離子更能誘發(fā)瀝青質(zhì)沉積。綜上可知，目前國內(nèi)外研究瀝青質(zhì)穩(wěn)定性的方法主要是針對(duì)單因素變化后的瀝青質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，然而實(shí)際瀝青質(zhì)沉積則是多種因素相互作用的綜合結(jié)果，且鮮少有學(xué)者從電性方面研究電荷對(duì)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性的影響。因此，筆者通過選取國內(nèi)不同區(qū)塊易產(chǎn)生瀝青質(zhì)沉積的10種原油油樣，在測(cè)定不同原油油樣密度、黏度、元素組成和四組分（飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)）含量的基礎(chǔ)上，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、傅立葉變換紅外光譜、X射線熒光能譜和Zeta電位評(píng)估等方法，系統(tǒng)研究了原油油樣的組分組成及其與瀝青質(zhì)之間相互作用特征，并分析了蠟、水和無機(jī)鹽對(duì)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性的影響，為抑制瀝青質(zhì)沉積，減少沉積傷害提供了參考和借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)原油取自全國10 個(gè)在生產(chǎn)中均發(fā)生過不同程度的瀝青質(zhì)沉積現(xiàn)象的不同油田的不同區(qū)塊，取樣井均選取各區(qū)塊的主力油井，從井口處獲取原油油樣，以避免原油中的瀝青質(zhì)在地面管匯處沉積，造成原油油樣失真。將靜置后的原油油樣用鋼紗網(wǎng)（孔徑約10～50 μm）過濾，以去油樣中沉淀在底部的砂粒和大塊瀝青質(zhì)。對(duì)部分含水率較高的稠油采用機(jī)械方式進(jìn)行脫水處理。

Brookfield DV-Ⅲ型流變儀，美國Brookfield 公司；Anton Paar DMA4100型密度計(jì)，奧地利Anton Paar公司；LECO CHN型碳?xì)涞胤治鰞x，美國LECO公司；Thermo IRIS INTREPID型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國Thermo Fisher公司；JSM-7500F型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM），日本JEOL 公司；EAGLE Ⅲ型X射線熒光能譜儀，美國EDAX公司；Nicolet iS10型傅立葉變換紅外光譜儀，美國Thermo Fisher公司；Alltech 2000型蒸發(fā)光散射檢測(cè)器，美國ELSD公司；島津LC-2030型液相色譜儀，日本島津公司；ZetaPALS型Zeta 電位分析儀，美國布魯克海文儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）原油物性及組分組成測(cè)定

采用Brookfield DV-Ⅲ流變儀和Anton Paar DMA4100 密度計(jì)分別測(cè)定室溫條件（25 ℃，0.1 MPa）下原油的黏度和密度。采用LECO CHN碳?xì)涞胤治鰞x測(cè)定原油油樣中的C、H、N 含量。采用Thermo IRIS INTREPID 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定原油油樣中的金屬元素類型及含量。

（2）原油四組分測(cè)定及瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)表征

依據(jù)NB/SH/T 0509—2010《石油瀝青四組分測(cè)定法》方法，向原油油樣中添加正戊烷（或正庚烷）將瀝青質(zhì)與其他碳?xì)浠衔锓蛛x，將瀝青質(zhì)沉淀物過濾后，用二氧化硅作為吸附劑，通過蒸餾塔對(duì)混合溶劑進(jìn)一步分離，分別采用正烷烴洗提分離出飽和烴，甲苯洗提分離出芳香烴，甲苯或甲醇洗提分離出膠質(zhì)，最終計(jì)算出每種組分占總組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。采用超高分辨率JSM-7500F 型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察瀝青質(zhì)表面的雜質(zhì)，并結(jié)合X射線熒光能譜儀確定瀝青質(zhì)沉積物表面（溶解深度為1～5 μm）的化學(xué)元素類型及含量。采用傅立葉變換紅外光譜儀（波數(shù)范圍40 000～15 cm-1，分辨率大于0.09 cm-1）研究正戊烷不溶性瀝青質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。

（3）瀝青質(zhì)溶解度曲線測(cè)定

利用正庚烷將瀝青質(zhì)沉淀在含有聚四氟乙烯的柱子中，然后逐漸連續(xù)地改變?nèi)軇┝鲃?dòng)相，使得每次從柱子中洗脫出來的瀝青質(zhì)與流動(dòng)相（正庚烷、90∶10二氯甲烷/甲醇混合物和100%甲醇）溶劑效率有關(guān)。采用Alltech 2000 型蒸發(fā)光散射檢測(cè)器和島津LC-2030型液相色譜儀進(jìn)行脫洗液的檢測(cè)和定量，以確定瀝青質(zhì)溶解度特征參數(shù)ΔPS［15-16］。

（4）瀝青質(zhì)電學(xué)性質(zhì)測(cè)定

取每種原油約500 mg 的瀝青質(zhì)沉積物，加入50 mL的去離子水，混合均勻后，采用高速離心機(jī)以10000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心分離20 min，溶液穩(wěn)定后提取上清液，采用Zeta 電位分析儀連續(xù)3 d 測(cè)定上清液中總?cè)芙夤腆w（TDS）濃度、電導(dǎo)率、pH值、微粒粒徑及Zeta 電位值等參數(shù)，每個(gè)參數(shù)重復(fù)5 次測(cè)量取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油中瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性分析

2.1.1 原油物性特征

10種原油油樣的基本物性及四組分（SARA）含量測(cè)試結(jié)果見表1。根據(jù)世界石油協(xié)會(huì)對(duì)稠油的分類標(biāo)準(zhǔn)［17］，10 種油樣的原油類型涵蓋了重質(zhì)油（相對(duì)密度＜1，黏度＜10 000 mPa·s）、超重質(zhì)油（相對(duì)密度≥1，黏度≤10 000 mPa·s）和瀝青（相對(duì)密度＞1，黏度＞10 000 mPa·s）。原油油樣的密度為0.892～1.052 g/cm3，黏度為486～18 816 000 mPa·s，正戊烷不溶性瀝青質(zhì)含量為13.01%～45.56%，正庚烷不溶性瀝青質(zhì)含量為1.72%～37.72%。通過對(duì)比重?zé)N（膠質(zhì)+瀝青質(zhì)）與輕烴（飽和烴+芳香烴）的質(zhì)量含量之比和密度、黏度的關(guān)系（圖1）可以看出，除2#和8#原油油樣外，其余原油油樣的密度和黏度與重?zé)N與輕烴之比有較好的線性關(guān)系，說明原油中重?zé)N（膠質(zhì)+瀝青質(zhì)）比例的增加將增大原油的密度和黏度。

圖1 原油的密度和黏度與重?zé)N、輕烴含量之比的關(guān)系

表1 實(shí)驗(yàn)原油基本物性及組分組成含量

為了進(jìn)一步明確原油物性與四組分之間的關(guān)系，對(duì)比了原油元素組成（包括碳、氫和金屬質(zhì)量含量）與原油中瀝青質(zhì)含量之間的關(guān)系。從圖2 可以看出，除2#、8#和5#原油油樣外，原油油樣中的氫含量和H、C物質(zhì)的量比隨瀝青質(zhì)含量的增加而降低，而非烴化合物含量卻隨瀝青質(zhì)含量的增加而增大。這是因?yàn)樵头肿油ㄟ^物理和化學(xué)作用相互結(jié)合，而瀝青質(zhì)通常由非烴和不飽和烴類化合物組成，當(dāng)瀝青質(zhì)含量增加時(shí)，氫含量降低，非烴類化合物含量增加。然而2#、8#和5#原油油樣表現(xiàn)為異常值，被排除在趨勢(shì)分析之外，因此，為了更好分析不同特征原油油樣中瀝青質(zhì)的沉淀傾向，需要對(duì)這3種原油油樣開展分析。

根據(jù)《基金會(huì)管理?xiàng)l例》規(guī)定，全國性公募基金會(huì)的原始基金不低于800萬元人民幣，地方性公募基金會(huì)的原始基金不低于400萬元人民幣，非公募體育基金會(huì)的原始基金不低于200萬元人民幣。相比之下，非公募體育基金會(huì)準(zhǔn)入要求更低、這也是近年來其數(shù)量與日俱增、、反超公募體育基金會(huì)的原因所在。

圖2 瀝青質(zhì)含量與原油中H含量、氫碳物質(zhì)的量比和非烴化合物含量的關(guān)系

2#原油油樣中氫含量（13.8%）和H、C物質(zhì)的量比（0.165）遠(yuǎn)高于其他9種原油油樣，對(duì)應(yīng)的非烴化合物含量（2.4%）就遠(yuǎn)低于其他原油油樣，這主要是因?yàn)?#原油油樣中含有蠟，高含量的蠟會(huì)與瀝青質(zhì)一起沉積，因此，2#原油油樣的正戊烷不溶性瀝青質(zhì)含量并不代表實(shí)際瀝青質(zhì)含量。通過后期對(duì)2#油樣的蠟含量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，2#原油油樣中蠟含量高達(dá)28.6%。此外，5#原油油樣的氫含量（10.8%）和非烴化合物含量（10.3%）均很高，分析發(fā)現(xiàn)該原油油樣在脫水前含水率達(dá)到34.3%，雖然實(shí)驗(yàn)前經(jīng)過機(jī)械脫水處理，但顯然原油中仍然存在一定量的水。而該油樣的高氫含量和非烴化合物含量（氧含量較高）主要與水有關(guān)，由于水和瀝青質(zhì)都是極性分子，它們之間相互作用會(huì)形成更多的乳化液，使水分子附著在瀝青質(zhì)表面。

2.1.2 無機(jī)元素分析

原油中所含金屬元素中，釩（V）和鎳（Ni）屬于瀝青質(zhì)組分的一部分，而其他金屬則主要由儲(chǔ)層巖石中的無機(jī)微粒（砂、黏土和鹽等）遷移至原油中所致［18-19］。將原油油樣中的金屬元素分為有機(jī)金屬元素（V 和Ni）和無機(jī)金屬［包括鋁（Al）硼（B）、鋇（Ba）、鈣（Ca）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鉀（K）、錳（Mg）、鉬（Mo）、鈉（Na）、硅（Si）、錫（Sn）、鈦（Ti）和鋅（Zn）］元素。表2 為10 種原油油樣中有機(jī)、無機(jī)金屬元素含量測(cè)試結(jié)果見表2。從表2可以看出，原油中總金屬元素含量在0.0029%～0.1410%，其中無機(jī)金屬含量在0.0021%～0.0814%。相比原油中的C和H的含量，金屬元素含量很小，但其對(duì)瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性卻有重要的影響。

表2 原油油樣中金屬含量及瀝青質(zhì)特征參數(shù)ΔPS

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)原油中金屬元素對(duì)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性的影響，引入瀝青質(zhì)溶解度特征參數(shù)ΔPS，該參數(shù)表示瀝青質(zhì)溶解度分布中間50%面積（介于25%和75%之間）的溶解時(shí)間，由于瀝青質(zhì)的溶解度參數(shù)是由各組分的體積平均值給出的，因此可以將溶解時(shí)間轉(zhuǎn)換為溶解度參數(shù)，當(dāng)ΔPS越大時(shí)，原油中瀝青質(zhì)穩(wěn)定性越差，詳細(xì)計(jì)算方法參見文獻(xiàn)［15］和［16］，在此不再贅述。由表2可知，1#油樣的ΔPS最小，僅為0.45，說明1#油樣中的瀝青質(zhì)最為穩(wěn)定，而10#油樣的ΔPS值最大，達(dá)到3.15，說明10#油樣中的瀝青質(zhì)穩(wěn)定性很差，具有很強(qiáng)的沉積傾向。通過對(duì)比ΔPS 分別與瀝青質(zhì)含量和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量之比的關(guān)系（圖3）可知，原油中瀝青質(zhì)含量隨ΔPS 值的增加而增大（圖3a中排除2#、8#、9#油樣后的擬合曲線，線性回歸率達(dá)0.8003），也就是說原油中瀝青質(zhì)含量增加時(shí)，將導(dǎo)致瀝青質(zhì)的沉積傾向增加。而膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之比隨ΔPS值的增加而降低（圖3b中排除2#、8#、9#油樣后的擬合曲線，線性回歸率達(dá)0.6912），說明膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之比的增大，會(huì)導(dǎo)致瀝青質(zhì)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

圖3 瀝青質(zhì)溶解度特征參數(shù)ΔPS與瀝青質(zhì)含量及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量之比的關(guān)系

然而，2#、8#和9#油樣表現(xiàn)為異常值，與回歸趨勢(shì)不符。為了進(jìn)一步分析產(chǎn)生異常值的原因，對(duì)比了油樣ΔPS 值與SARA 參數(shù)（圖4）和金屬元素組成（圖5）。從圖4可以看出，1#、3#、4#、6#、7#和10#原油油樣的ΔPS 值與重?zé)N、輕烴含量之比呈線性增加趨勢(shì)（圓心符號(hào)），且ΔPS 值也與原油中的有機(jī)金屬含量呈正相關(guān)性（圖5a）。而在2#、5#、8#和9#原油油樣中則觀察到了相反的趨勢(shì)（正方形符號(hào)），這4種原油油樣的ΔPS值雖然與有機(jī)金屬（V和Ni）含量相關(guān)性較差，但卻與無機(jī)金屬含量呈負(fù)相關(guān)（圖5b），即隨著原油中無機(jī)含量的降低，瀝青質(zhì)穩(wěn)定性下降，沉積傾向增加，這是因?yàn)檫@些原油中以儲(chǔ)層微粒形式存在的無機(jī)金屬會(huì)影響瀝青質(zhì)在不同溶劑中的溶解度，導(dǎo)致ΔPS 值存在較大變化。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，5#油樣中含有大量Na（含量為258 mg/L）和S（含量為8021 mg/L）元素，推測(cè)可能是儲(chǔ)層礦物中含有硫酸鈉，導(dǎo)致瀝青質(zhì)穩(wěn)定性受到影響。而9#油樣中存在高濃度的Na（含量為622 mg/L）和K（21 mg/L）元素，是引發(fā)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性異常的主要原因。

圖4 原油中重?zé)N、輕烴含量之比與ΔPS的關(guān)系

圖5 瀝青質(zhì)溶解度特征參數(shù)ΔPS與有機(jī)、無機(jī)金屬含量的關(guān)系

2.2 瀝青質(zhì)物性特征

2.2.1 瀝青質(zhì)的極性

采用傅立葉變換紅外光譜（FTIR）可以定性評(píng)價(jià)瀝青質(zhì)的極性。瀝青質(zhì)的極性主要由偶極矩決定，而偶極矩又取決于分子大小和結(jié)構(gòu)［20］。FTIR光譜提供了對(duì)鍵結(jié)構(gòu)的分析，通過識(shí)別具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的分子，將其與瀝青質(zhì)的極性聯(lián)系起來。此外，由于氫鍵可以增強(qiáng)摩爾偶極矩，可以通過量化瀝青質(zhì)油樣中的氫鍵來評(píng)估瀝青質(zhì)的極性。圖6為原油油樣（1#、2#、5#、8#）及其正戊烷不溶性瀝青質(zhì)的FTIR 圖。由于其他原油油樣及其正戊烷不溶性瀝青質(zhì)的FTIR 圖基本相似，因此選取1#原油油樣為代表進(jìn)行分析。從圖6（a）可以看出，1#原油及其正戊烷不溶性瀝青質(zhì)的譜圖中，在3600～3100 cm-1附近為氫鍵（即O—H 或N—H）伸縮振動(dòng)吸收峰；在1760～1670 cm-1和1260～1000 cm-1范圍內(nèi)的振動(dòng)峰則是由其他極性分子引起，例如酮、醛和醇，它們分別與C=O 和C—O 鍵相關(guān)。在1600、1475 cm-1處的強(qiáng)波峰與含有C=C 鍵的芳香化合物有關(guān)。在2953～2853 cm-1，1458～1376 cm-1和720 cm-1附近為—CH3、—CH2和（CH2）n，n＞4伸縮振動(dòng)吸收峰。

圖6 原油及其正戊烷不溶性瀝青質(zhì)的FTIR光譜圖

然而，在2#和5#油樣的FTIR 光譜中觀察到一些異常。圖6（b）中2#油樣FTIR光譜與其他瀝青質(zhì)油樣存在差異，主要在脂肪族C—H 鍵區(qū)域具有異常高的峰值。Krump 等［21］將這一變化歸因?yàn)榇罅肯炠|(zhì)的存在。此外，2#油樣的FTIR光譜不同于正戊烷和正庚烷的FTIR 光譜，在1600 cm-1附近的輕微峰值則由蠟中含有的少量芳香化合物的伸縮振動(dòng)而引起，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了2#油樣中存在蠟的結(jié)論。圖6（c）中5#油樣在3600～3000 cm-1和800～600 cm-1的波數(shù)上有顯著峰值，這與蒸餾水的FTIR光譜特征相似，主要由大量O—H 鍵的伸縮振動(dòng)引起，說明由于原油油樣中存在水，導(dǎo)致不溶性瀝青質(zhì)表面也附著有水分子，進(jìn)一步驗(yàn)證了上一節(jié)中得出的“5#油樣由于大量存在水導(dǎo)致瀝青質(zhì)穩(wěn)定性異?！钡慕Y(jié)論。此外，8#油樣的FTIR光譜與1#油樣基本相似，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，見圖6（d）。

圖7為1#、2#、8#油樣中正戊烷不溶性瀝青質(zhì)和正庚烷不溶性瀝青質(zhì)的SEM 圖像以及對(duì)應(yīng)瀝青質(zhì)表面的元素類型及含量。從圖7（a）和（b）均可以觀察到正戊烷和正庚烷不溶性瀝青質(zhì)表面組分存在雜質(zhì)（或無機(jī)物），結(jié)合能譜分析（EDS）可知，除有機(jī)烴外，瀝青質(zhì)沉積物還包括主要由鈉、氯、鈣和鋁構(gòu)成的無機(jī)礦物，而儲(chǔ)層中巖石則是這些無機(jī)礦物的主要來源。此外可以進(jìn)一步看出，與正戊烷不溶性瀝青質(zhì)相比，極性更高的正庚烷不溶性瀝青質(zhì)表現(xiàn)出更高的聚集傾向，并以更大的塊狀或簇狀存在。而正庚烷不溶性瀝青質(zhì)的碳濃度較低，無機(jī)元素（鈉、氯、鈣和鋁）濃度較高，這說明正庚烷不溶性瀝青質(zhì)與極性黏土或其他儲(chǔ)層組分的相互作用的親和力更大。盡管SEM-EDS結(jié)果為瀝青質(zhì)沉積物表面無機(jī)物含量的存在提供了證據(jù)，但仍難以評(píng)估這些元素對(duì)瀝青質(zhì)整體穩(wěn)定性的影響。

圖7 正戊烷與正庚烷不溶性瀝青質(zhì)的SEM圖像

2.2.3 瀝青質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)

為了進(jìn)一步明確無機(jī)元素對(duì)原油中瀝青質(zhì)穩(wěn)定性的影響，通過測(cè)量瀝青質(zhì)水溶液上清液的總?cè)芙夤腆w（TDS）值、pH值、電導(dǎo)率、顆粒粒徑及Zeta電位值來評(píng)價(jià)無機(jī)微粒與極性化合物的相互作用，進(jìn)而研究瀝青質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)。由表3 可知，10 種原油瀝青質(zhì)水溶液上清液的TDS 值為1.3～57.6 mg/L，如此高的TDS 值表明極性瀝青質(zhì)與儲(chǔ)層中無機(jī)成分之間的存在相互物理作用。10 種原油瀝青質(zhì)水溶液上清液的電導(dǎo)率為2.6～115.5 μS。通過分析TDS值與電導(dǎo)率之間的關(guān)系（圖8）可知，兩者之間具有很好的線性關(guān)系，說明瀝青質(zhì)水溶液上清液的電導(dǎo)率與溶液中總?cè)芙夤腆w濃度大小有直接關(guān)系。

圖8 瀝青質(zhì)沉積物水溶液TDS值與電導(dǎo)率的關(guān)系

表3 瀝青質(zhì)水溶液上清液的電學(xué)參數(shù)

Zeta電位表示浸沒在連續(xù)分散介質(zhì)中的帶電分散膠體團(tuán)簇之間的靜電排斥程度，是定量評(píng)價(jià)電荷對(duì)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性影響的關(guān)鍵參數(shù)。由表3 可知，10種正戊烷不溶性瀝青質(zhì)水溶液的Zeta 電位值均為負(fù)數(shù)，說明瀝青質(zhì)表面存在大量與砂巖和黏土礦物有關(guān)的帶負(fù)電荷的無機(jī)微粒，而這些帶電微粒之間的相互作用又會(huì)影響瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性。相比其他油樣，5#油樣水溶液的Zeta 電位絕對(duì)值最大，說明該油樣的帶電分散膠體團(tuán)簇之間的靜電排斥力較強(qiáng)，瀝青質(zhì)穩(wěn)定性相對(duì)較好，出現(xiàn)聚集傾向的可能性較小。圖9 為瀝青質(zhì)顆粒粒徑與Zeta 電位的關(guān)系。從圖9可以看出，除2#和8#油樣外，Zeta電位與瀝青質(zhì)顆粒粒徑呈指數(shù)關(guān)系，也就是說瀝青質(zhì)顆粒粒徑隨Zeta電位絕對(duì)值的降低而增大，說明Zeta電位絕對(duì)值越大的油樣，其瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性更好。

圖9 Zeta電位與瀝青質(zhì)顆粒粒徑的關(guān)系

圖10 為Zeta 電位與原油中瀝青質(zhì)含量的關(guān)系。從圖10可以看出，除了2#和5#油樣外，其他油樣的Zeta 電位與原油中瀝青質(zhì)含量呈近線性關(guān)系。這表明由于無機(jī)微粒存在而產(chǎn)生的電荷可以穩(wěn)定原油中的瀝青質(zhì)顆粒，并降低瀝青質(zhì)顆粒的聚集傾向。

圖10 Zata電位與原油中瀝青質(zhì)含量的關(guān)系

圖11 為采用高精度電子顯微鏡觀測(cè)到的原油中不含無機(jī)微粒的瀝青質(zhì)與含有NaCl 的瀝青質(zhì)圖像。從圖11可以看出，不含無機(jī)微粒的瀝青質(zhì)聚集傾向明顯，瀝青質(zhì)顆粒粒徑較大，而當(dāng)原油中含有NaCl 時(shí)，在NaCl 晶體周圍聚集的瀝青質(zhì)團(tuán)簇粒徑明顯偏小，且聚集傾向較弱，說明無機(jī)鹽可以通過抵消兩個(gè)帶負(fù)電荷瀝青質(zhì)簇之間的斥力來吸引它們，從而達(dá)到提高瀝青質(zhì)穩(wěn)定性的效果。

圖11 不含無機(jī)微粒的瀝青質(zhì)（a）和含NaCl的瀝青質(zhì)（b）的電子顯微圖像

雖然儲(chǔ)層中無機(jī)微粒能夠穩(wěn)定原油中瀝青質(zhì)，不會(huì)對(duì)瀝青質(zhì)的失穩(wěn)產(chǎn)生顯著影響，但當(dāng)儲(chǔ)層中加入外部無機(jī)元素時(shí)，可能會(huì)對(duì)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，并導(dǎo)致瀝青質(zhì)沉積。因此，在注水開發(fā)或水力壓裂前，需要詳細(xì)分析注入水與瀝青質(zhì)之間的相互作用，以避免瀝青質(zhì)失穩(wěn)，沉積堵塞井筒和儲(chǔ)層。

3 結(jié)論

除異常原油油樣外，其余原油的密度和黏度與重?zé)N與輕烴含量之比呈正比，原油中H含量和H、C碳物質(zhì)的量比隨瀝青質(zhì)含量的增加而降低，非烴化合物含量則隨瀝青質(zhì)含量的增加而增大。瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性隨原油中瀝青質(zhì)含量的增加而減弱，隨膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量之比的增加而增強(qiáng)。

原油中蠟、水以及礦物雜質(zhì)的存在會(huì)對(duì)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。雖然原油中總金屬元素含量很小，但卻會(huì)對(duì)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。有機(jī)金屬元素會(huì)破壞瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性，而來自儲(chǔ)層的無機(jī)金屬元素微粒則會(huì)增強(qiáng)瀝青質(zhì)穩(wěn)定性，減少其沉積傾向。

正戊烷和正庚烷不溶性瀝青質(zhì)表面存在大量與砂巖和黏土礦物有關(guān)的帶負(fù)電荷的無機(jī)微粒，無機(jī)微粒的存在能夠產(chǎn)生電荷，穩(wěn)定原油中的瀝青質(zhì)，降低瀝青質(zhì)的聚集傾向，Zeta 電位絕對(duì)值越大，瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性越好。