稠油体系的微观结构及流变性分析.pdf

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1、2012年3月西安石油大学学报(自然科学版)MaF．2012第27卷第2期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vo1．27No．2文章编号：1673-064X(2012)02-0054-04稠油体系的微观结构及流变性分析朱静，李传宪，辛培刚，许东(1．中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东青岛266555；2．海洋石油工程(青岛)有限公司，山东青岛266555)摘要：论述了稠油的胶体结构性质．沥青质胶束在体系各种力作用下通过自缔合作用，可形成不同层次的超分子结构，使稠油成为一种多分散的胶体体系．利用透射电子

2、显微镜观察了稠油内部胶团结构的形态，分析了胶质一沥青质的存在状态．利用RS75旋转黏度计测试并分析了稠油的黏温特性及流变特性．结果表明：黏温曲线在测量区间内(20—80℃)较好地符合Arrhenius方程。低温下的活化能高于高温下的活化能；在较低温度下，稠油黏度具有剪切稀释性，并且随压力增大而增大，这是低温下胶质、沥青质结构增强及少量蜡晶析出共同作用的结果．关键词：稠油；微观结构；黏温特性；流变性中图分类号：TE266．5文献标识码：A稠油中含有大量的胶质、沥青质，形成复杂的内稠油体系内微观结构的复杂性在宏观上表现为部微观结构．沥青质是由数目众多、结构各异的非烃流变特性的复杂性．

3、本文利用透射电子显微镜观察化合物组成的复杂混合物，分子之间经非共价键作了稠油体系内的微观结构，对胶质一沥青质的存在用聚集成不同层次的超分子结构而悬浮在液烃中，状态进行了进一步分析；利用RS75旋转黏度计对并相互结合成网状结构．分子量和极性均较小的胶稠油的黏温特性及流变特性进行了系统研究．质分子在以范德华力为主导力作用下与分子构型匹1实验部分配的沥青质发生作用，在沥青质核心分子周围吸附形成空间排斥层，二者形成的缔合体被芳香烃包围，1．1稠油组成及物性逐渐向外过渡至脂肪烃．文献[5]用红外光谱、本研究所使用的油样为某油田外输稠油，油样紫外光谱及同步荧光光谱对胜利油田稠油中的沥青的组成

4、及物性参数见表1．质和胶质进行了分析，提出了胜利稠油中沥青质与表1稠油的组分及物性参数胶质的近似结构模型．文献[6]用环境扫描电子显Tab．1Compositionandphy~calpropertyofheavyoil微镜观察稠油非烃组分胶质和沥青质的形貌，分析(脂肪(芳香(胶(沥青黏度(20℃)／相对烃)／％烃)／％质)／％质)／％(mPa·S)密度结果表明：胶质分子之间、沥青质分子之间以及二者35．2326．4120．181O．675oooo．9236之间可以发生相互作用，形成结构较大的颗粒；胶质和沥青质的含量和平面堆砌结构是影响稠油黏度的由表1可见，油样中脂肪烃含量较低，

5、沥青质与因素．另外，稠油中的N、s等杂原子占稠油元素总胶质含量较高，黏度高，相对密度大．按照我国稠油量的1％一5％，它们对沥青质和胶质在稠油体系分类标准，该油样属于普通稠油．沥青质是原油中极中的缔合状态起着重要的影响．性最强的组分，分子内及分子之间的极性相互作用收稿日期：2011—10-25基金项目：国家自然科学基金项目(编号：50904077)资助作者简介：朱静(1978-)，女，讲师，主要从事石油与天然气储运方面的研究朱静等：稠油体系的微观结构及流变性分析一55一很强，即使在较低浓度下分子之间也容易发生缔合，是影响稠油开采和输送的重要因素之一．本文通过沥青质与胶质之间存在着超

6、过沥青质分子间自聚的实验测定了温度、压力及剪切速率对稠油黏度的影缔合作用．胶质与沥青质形成的缔合体在芳香烃保响．护下有效地“分散”在脂肪烃中，使稠油成为一种多2．1．1温度对稠油黏度的影响将稠油加热到8O分散的胶体体系．cI=，恒温60min，然后从80℃开始以0．5℃／min速1．2实验仪器度连续降温，在剪切速率为5S的无压条件下，用透射电子显微镜、德国哈克公司生产的RS75旋转黏度计测量其不同温度下的黏度值，测量结果旋转黏度计、恒温水浴．如图2所示．2结果与讨论2．1稠油体系透射电镜图像分析图1为室温下稠油的透射电镜图像，其中的凸起或凹陷是由稠油中的分散相“颗粒”在复膜时产生

7、的，因此其存在状态能够直接反映稠油体系内的微观结构．图2稠油黏温曲线Fig．2Viscosity—temperaturecharacteristicofheavyoil由图2可知，当温度高于500【=时，黏度随温度的变化比较平缓；但当温度低于50℃时，随温度降低，黏度迅速增加，且温度越低，黏度的变化越剧烈．对稠油样品的黏温关系进行回归分析，发现能(a)放大100倍比较好地符合Arrhenius方程，这与文献[8-9]的报道是一致的．Arrhenius方程为r／1000AeaE／(