沥青质和胶质对含蜡油胶凝特性的影响及其机理研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:guangmingkoxiuluo
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蜡结晶析出并形成三维网状结构是导致含蜡油胶凝的根本原因。沥青质和胶质作为原油中最主要的两种极性组分,它们可以与蜡分子作用,参与蜡的结晶过程,改变析蜡特性,从而影响含蜡油的胶凝行为。目前关于沥青质和胶质对含蜡油胶凝特性影响的研究主要局限在宏观流变特性、介观(微米尺度)蜡晶形态这两个层面。本文通过配制含沥青质/胶质的含蜡模拟油,深入分析了沥青质和胶质对蜡晶微观晶体结构(纳米尺度)和蜡晶表面电性质的影响,并且考察了极性溶剂邻二甲苯含量和石蜡组分多分散性变化对胶凝特性的影响,深化了对含蜡油胶凝特性及其机理的认识。关于沥青质对含蜡油胶凝特性的影响,从宏观流变性看,沥青质可以降低含蜡油的析蜡点、累计析蜡量、胶凝温度和屈服应力。因为沥青质的存在导致一部分蜡晶缺陷较多、表现出非晶体的性质,导致结晶度下降,并且小于同一温度的累计析蜡量。基于标度理论,发现模拟油的胶凝结构随累计析蜡量的增加从强连接机制向弱连接机制转变,并且转变处对应的累计析蜡量随沥青质含量的升高而增大。从介观尺度的蜡晶形态看,随着沥青质含量的升高,蜡晶尺寸逐渐减小,构成蜡晶的基本单元晶粒的尺寸同样呈现减小的趋势。从微观的蜡晶晶体结构看,随着沥青质含量升高,晶胞参数a和b几乎不变,而晶胞参数c明显增大,并且代表蜡晶结构无序程度的△n也增大,表明蜡晶构象无序性增强,导致结构强度下降,表现为屈服应力降低,显示晶胞参数c和△n与含蜡油胶凝结构强度具有密切相关性。此外,随着沥青质含量升高,蜡晶表面zeta电位绝对值单调升高,蜡晶界面性质发生显著变化,蜡晶表面吸附了更多的电荷,双电层作用导致蜡晶之间存在较高的静电斥力能,从而阻碍了蜡晶的生长和聚集,表现为胶凝温度和屈服应力的降低,即蜡晶表面zeta电位是影响胶凝特性的另一主要因素。关于胶质对含蜡油胶凝特性的影响,胶质含量在0.0~5.0 wt%时,胶质对含蜡油的析蜡点、累计析蜡量、胶凝温度和屈服应力的影响均是先降低后升高,极小值均位于胶质含量为1.0 wt%时。结晶度同样呈现先降低后升高的趋势,并且要小于相同温度时的累计析蜡量。晶胞参数c和△n呈现先增大后减小的趋势,表明蜡晶构象无序性先增强后减弱,对应于屈服应力的先降低后升高。蜡晶表面zeta电位绝对值单调升高,双电层作用导致蜡晶之间存在较高的静电斥力能。而胶凝温度和屈服应力的结果呈现非单调性变化,说明蜡晶表面电性质的变化对胶凝特性的影响程度要逊于蜡晶晶体结构变化带来的影响。通过改变极性溶剂邻二甲苯的含量,发现邻二甲苯含量的升高导致胶质颗粒变小,并且分散程度变大,使得蜡晶形态从聚集成团逐渐转变为分布均匀的状态,蜡晶的晶胞参数c和△n都减小,对应于屈服应力的显著增大。最后研究了沥青质对不同多分散性正构烷烃模拟油胶凝特性的影响。随着正构烷烃多分散性的增强,模拟油的析蜡点和胶凝温度先降低后升高,极小值均在碳数分布方差为2.0时,而屈服应力单调降低。在添加沥青质之后,胶凝温度和屈服应力的降幅随正构烷烃多分散性的增强而增大,表明在正构烷烃多分散性越强的模拟油中,沥青质对胶凝的抑制作用也越强。蜡晶的平均粒径和平均晶粒尺寸随正构烷烃多分散性的增强同时呈现减小的趋势,蜡晶形态由粗大的长棒状逐渐转变为细小的针状。添加沥青质前后进行对比,发现随着正构烷烃多分散性的增强,晶胞参数c的增幅越来越大,而屈服应力的降幅也越来越大,进一步说明代表蜡晶微观结构性质的晶胞参数c与含蜡油宏观胶凝结构强度具有密切相关性。
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