采用吸附色譜法，將遼河和孤島稠油按極性分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)?？疾炝怂鼈兊幕瘜W(xué)組成和界面張力，比較了兩個(gè)組分系列在不同條件下油-水界面張力的變化規(guī)律。結(jié)果表明：遼河稠油組分中的芳香共軛成分以及含氧、氮的極性基團(tuán)較多，界面活性較強(qiáng)；在不同的水包油乳狀液體系中，遼河稠油的界面活性比孤島的強(qiáng)，且瀝青質(zhì)的界面活性最強(qiáng)；pH值對遼河稠油活性組分的油-水界面張力的影響總體上略大于對孤島稠油活性組分的影響，即對界面活性高的影響較大。

油-水界面張力是研究乳狀液穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。稠油中界面活性物質(zhì)（膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及其它極性物質(zhì)）的界面性質(zhì)（界面張力、Zeta電勢、界面粘度、界面粘彈性等）是稠油乳狀液穩(wěn)定性的主要影響因素[1-3]，不同稠油所含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量、組成及結(jié)構(gòu)不同，其界面性質(zhì)表現(xiàn)出各自的特點(diǎn)[4-6]。在研究稠油乳狀液穩(wěn)定性時(shí)，對界面活性物質(zhì)的提取，通常根據(jù)膠質(zhì)、瀝青質(zhì)在指定溶劑（戊烷、庚烷、甲苯或混合溶劑）中溶解度的不同，采用梯度淋洗的方法[7-8]?；蛘卟捎媒缑嫖椒绞?，直接從油-水界面分離出界面活性物質(zhì)[9]。

稠油中包含有天然界面活性物質(zhì)—膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及其它極性物質(zhì)，且還包含有大量的飽和分和芳香分。本課題采用吸附色譜法，將遼河稠油（LH）和孤島稠油（GD）按極性分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)4個(gè)組分，考察了油相中芳烴含量、水相pH值對油-水界面張力的影響，以及各組分的平均相對分子質(zhì)量、H/C原子比、芳香共扼成分與油-水界面張力之間的遞變規(guī)律?？疾炝烁鳂O性組分的化學(xué)組成和油-水界面張力，重點(diǎn)比較了不同稠油下兩個(gè)系列組分油-水界面張力的變化規(guī)律。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與材料

儀器：界面張力采用dIFT雙通道動(dòng)態(tài)界面張力儀（芬蘭Kibron）在50℃恒溫條件下用旋轉(zhuǎn)滴法測定。

材料：實(shí)驗(yàn)用油樣為遼河杜-84稠油和孤島稠油（孤島采油廠中二北區(qū)蒸汽吞吐采出稠油）。

1.2稠油基本性質(zhì)的測定

用JNM-LA300FT-NMR（300MHz）型超導(dǎo)核磁共振波譜儀得到油樣的1H-MNR譜圖；使用pHS-3C精密pH計(jì)，電位滴定法測定油樣的酸堿值，酸值的測定參照GB/T 18609-2001方法；堿氮值的測定參照SH/T 0251-93、SH/T 0162-92方法；采用吉林市光明分析儀器廠生產(chǎn)的HY510A自動(dòng)傾點(diǎn)/凝點(diǎn)測定儀測定稠油的凝點(diǎn)；用成都儀器廠生產(chǎn)的NXS-11A旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定稠油的粘度。基本性質(zhì)見表1。

表1稠油的基本性質(zhì)

1.3稠油組分的制備

稠油極性四組分的分離參照RIPP-7方法[10]，不進(jìn)行260℃以前餾分的分離而直接用正庚烷沉淀瀝青質(zhì)。將可溶質(zhì)（即脫瀝青質(zhì)油）吸附于中性氧化鋁色譜柱，依次用極性增強(qiáng)的石油醚、甲苯以及甲苯-乙醇、甲苯、乙醇沖洗色譜柱，各接收液蒸出溶劑后放入真空烘箱中干燥至恒重，得到飽和分、芳香分、膠質(zhì)。稠油的烴族組成見表2。

表2稠油的烴族組成

2結(jié)果與討論

2.1化學(xué)組成的比較

遼河和孤島兩種稠油組分的平均相對分子質(zhì)量和元素分析結(jié)果見表3、4。

表3組分平均分子質(zhì)

表4組分元素分析結(jié)果

表5組分結(jié)構(gòu)參數(shù)

可以看出，隨著組分的增重，兩種稠油組分系列的H/C原子比逐漸減小。兩個(gè)系列不同在于，遼河稠油組分的H/C原子比小于孤島稠油組分，而遼河稠油組分的氧、氮含量均大于孤島稠油組分。由此可見，遼河稠油組分中的共軛成分以及含氧、氮的極性基團(tuán)均大于孤島稠油組分。應(yīng)該指出，組分中硫含量的變化規(guī)律與氧、氮含量的類似，即隨著組分增重，硫含量逐漸增多。同時(shí)，孤島稠油組分的硫含量遠(yuǎn)大于遼河稠油組分，對應(yīng)的孤島稠油組分中含硫的極性基團(tuán)大于遼河稠油組分。

采用經(jīng)驗(yàn)公式[11]，對兩種稠油組分結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表5。

可以看出，隨著組分的增重，兩種稠油組分系類列的fA逐漸變大，fN、fP、BI逐漸變小。兩個(gè)系列的不同在于，遼河稠油組分的fA、fN和BI均大于孤島稠油組分，即芳香碳率、環(huán)烷碳率、烷鏈支化度較高。因此，遼河稠油組分中共軛成分含量大于孤島稠油組分。

2.2組分在油相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對油-水界面張力影響的比較

考察了遼河和孤島稠油組分在油相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對油-水界面張力的影響，結(jié)果見圖1、2。

可以看出，兩個(gè)組分系列的空白模擬油與去離子水的界面張力為41.45 mN/m，各組分模擬油與去離子水的油-水界面張力由小到大順序是：瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分、飽和分，對應(yīng)的界面活性由大到小順序是：瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分、飽和分，且飽和分和芳香分基本沒有界面活性，屬于界面惰性物質(zhì)。

隨著組分在油相中質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，二者膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的油-水界面張力均逐漸降低，而遼河稠油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的油-水界面張力下降幅度明顯大于孤島稠油的。在同一系列中，瀝青質(zhì)的油-水界面張力下降幅度大于膠質(zhì)的，對遼河的來說差別較大，對孤島的來說差別較小。由此可見，遼河稠油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的界面活性強(qiáng)于孤島稠油的，而瀝青質(zhì)的界面活性又強(qiáng)于膠質(zhì)的。

2.3水相pH值對油-水界面張力影響的比較

考察了水相中pH值對活性組分油-水界面張力的影響，結(jié)果見圖3、4。

可以看出，隨著pH值的增大，兩個(gè)系列界面張力均有先增大后降低的趨勢，且在兩個(gè)系列中，都是瀝青質(zhì)界的面張力降低幅度大于膠質(zhì)的?？梢悦黠@的看出，遼河活性組分油-水界面張力隨著pH值增大，降低幅度大于孤島活性組分。

pH值對組分油-水界面張力影響的本質(zhì)是水相中的堿與組分中酸性基團(tuán)中和反應(yīng)，進(jìn)而改變組分的極性。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)為兩性物質(zhì)，堿性條件下分子中的羧基等酸性基團(tuán)變?yōu)轸人岣汝庪x子，酸性條件下氨基等堿性基團(tuán)發(fā)生質(zhì)子化轉(zhuǎn)變成為銨正離子等陽離子，極性基團(tuán)處于離子狀態(tài)時(shí)易于向界面聚集，表現(xiàn)出較低的界面張力。

pH值較低時(shí)，H+吸附在油-水界面，它可與膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中的含硫、含氮部分反應(yīng)或絡(luò)合形成帶電基團(tuán)，類似于陽離子表面活性劑，具有較強(qiáng)的極性，從而導(dǎo)致油-水界面張力較低。pH=7時(shí)有一個(gè)最大值，因?yàn)槟z質(zhì)和瀝青質(zhì)分子可能在次界面發(fā)生分子間重排，并飽和界面，多余的分子或膠束又?jǐn)U散到油相中，界面上分子減少，界面張力上升；pH值在堿性范圍內(nèi)，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在界面的吸附開始為擴(kuò)散控制，吸附接近平衡時(shí)，瀝青質(zhì)分子在次界面進(jìn)行分子間重排，過程受限于瀝青質(zhì)分子相互作用，不再是簡單的擴(kuò)散控制，而是一種反應(yīng)控制，即瀝青質(zhì)分子中的酸性基團(tuán)發(fā)生去質(zhì)子化反應(yīng)，形成類似于陰離子的表面活性劑吸附于油-水界面上，這時(shí)界面張力降低，堿性條件下的界面張力低于酸性條件下的。

遼河稠油活性組分的氧、氮含量高，酸性基團(tuán)多，但芳香共扼結(jié)構(gòu)多，空間阻滯作用強(qiáng)，酸性基團(tuán)參與反應(yīng)的機(jī)率相對要低。反之，孤島稠油活性組分酸性基團(tuán)少，但芳香共扼結(jié)構(gòu)也少，酸性基團(tuán)參與反應(yīng)的機(jī)率相對要高。組分表現(xiàn)出來的界面活性差別是這兩種因素相互競爭的結(jié)果，因此，pH值對遼河稠油活性組分的油-水界面張力的影響總體上略大于對孤島稠油活性組分的影響。

在同一系列組分中，膠質(zhì)的硫、氧、氮含量低，酸性基團(tuán)少，但芳香共扼結(jié)構(gòu)也少，酸性基團(tuán)參與反應(yīng)的機(jī)率相對要高，而瀝青質(zhì)硫、氧、氮含量高，酸性基團(tuán)多，但芳香共扼結(jié)構(gòu)多，空間阻滯作用強(qiáng)，酸性基團(tuán)參與反應(yīng)的機(jī)率相對要低，總體上表現(xiàn)為pH值對瀝青質(zhì)的油-水界面張力的影響大于對膠質(zhì)的影響。

3結(jié)論

（1）遼河稠油組分中的芳香共軛成分以及含氧、氮的極性基團(tuán)均大于孤島稠油組分，其界面活性也強(qiáng)于孤島稠油的。

（2）組分中芳香共軛結(jié)構(gòu)和極性基團(tuán)的含量不同對油-水界面張力的影響也不同。遼河稠油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的界面活性強(qiáng)于孤島稠油的，而瀝青質(zhì)的界面活性又強(qiáng)于膠質(zhì)的。

（3）pH值對遼河稠油活性組分的油-水界面張力的影響總體上略大于對孤島稠油活性組分的影響，且對瀝青質(zhì)的油-水界面張力的影響大于對膠質(zhì)的影響。即pH值對界面活性高的影響大。