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瀝青質(zhì)對重質(zhì)油體系穩(wěn)定性的影響
高含量的瀝青質(zhì)膠核是體系中對重質(zhì)油穩(wěn)定性影響最大的成分,下面是小編搜集整理的一篇探究瀝青質(zhì)對重質(zhì)油體系穩(wěn)定性影響的論文范文,供大家閱讀參考。
[摘 要]迄今為止,關(guān)于膠質(zhì)瀝青質(zhì)的定義尚沒有確的定義。它不是具有明確地質(zhì)意義的一種物質(zhì), 也不是按化學性質(zhì)或結(jié)構(gòu)劃分的一種化合物, 而是一類雜散的、 無規(guī)則的有機地質(zhì)大分子,膠質(zhì)瀝青質(zhì)一般是指石油中不溶于正戊烷或正庚烷而可溶于苯或甲苯的一類特定組分。由于石油瀝青質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性, 目前, 關(guān)于它在原油中的存在狀態(tài)仍無統(tǒng)一認識。在石油行業(yè)中,對膠質(zhì)瀝青質(zhì)的各種性質(zhì)的機理、影響因素、以及對其危害的處理措施的研究尚未有十分重大的突破。本文僅就膠質(zhì)瀝青質(zhì)的危害、影響因素、及預(yù)防措施進行簡略的概括與闡釋。
[關(guān)鍵詞]膠質(zhì);瀝青質(zhì);偶極作用;氫鍵作用;電荷轉(zhuǎn)移
引言
研究者發(fā)現(xiàn),瀝青質(zhì)是體系的膠核組分,高含量的瀝青質(zhì)膠核是體系中對重質(zhì)油穩(wěn)定性影響最大的成分,它的存在為油品帶來了一系列不良的影響,對重質(zhì)油體系穩(wěn)定性研究的重點和核心都在于對瀝青質(zhì)的研究。
瀝青質(zhì)是渣油中芳碳率最高、分子量最大、極性最強的部分。由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,已經(jīng)不能單純的從化合物的角度進行分析,只能從平均分子結(jié)構(gòu)的角度來加以研究。
1 瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的研究
雖然瀝青質(zhì)的組成非常復(fù)雜,但是由于組分的分子骨架中碳數(shù)仍占90%以上,所以測定其平均結(jié)構(gòu)參數(shù)是有意義的。
2 瀝青質(zhì)分子間力的研究
瀝青質(zhì)膠核形成的像話作用方式包括偶極相互作用力、電荷轉(zhuǎn)移作用、芳香盤片中心的未配對自旋點位的配位作用(通常是雜原子)、氫鍵作用以及極性相互作用等,這些相互作用對石油體系的宏觀性質(zhì)有重要的影響。
上述相互作用可劃分為三種類型:1、偶極相互作用2、電荷轉(zhuǎn)移作用;3、氫鍵作用。電荷轉(zhuǎn)移作用和氫鍵作用是特殊吸引力,他們與偶極相互作用同屬分子間相互作用力。石油膠體體系中膠束的形成是芳香單元片之間在分子間力作用下重新取向和聚集的結(jié)果。在分子間力的作用下,膠束還可以進一步形成聚集態(tài)(無序聚集)、束狀聚集(有序聚集)乃至中間相或絮狀物。
(1) 偶極相互作用
瀝青質(zhì)中極性分子所占的比例通常達到4%~50%,瀝青的許多物理和化學性質(zhì)與體系的極性有關(guān),但對瀝青及其組分的極性進行直接測量則及其少見。
有研究對瀝青質(zhì)中的永久偶極子做了定量研究,評價了他們在瀝青質(zhì)分子締合過程中的作用。主要得到了如下結(jié)論:1、偶極相互作用導致瀝青分子締合形成高分子齊聚物。這種締合作用源于偶極子靠靜電吸引而頭尾相連形成了二聚體,三聚體,以致多聚體。2、在重質(zhì)油中,包含雜原子的極性官能團隊產(chǎn)生締合起著關(guān)鍵作用。3、體系的介電常數(shù)能夠反映瀝青質(zhì)分子的締合狀態(tài)。
由于偶極子系雜原子導致的局部電荷不平衡引起,二瀝青質(zhì)的締合狀態(tài)又與分子中的偶極子數(shù)目有關(guān),因此推測,瀝青質(zhì)的自締合以及瀝青質(zhì)與膠質(zhì)分子中所含的雜原子數(shù)目有關(guān)。
(2) 電荷轉(zhuǎn)移作用
膠質(zhì)和瀝青質(zhì)之間通過電荷轉(zhuǎn)移作用形成的電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物為膠溶態(tài)瀝青質(zhì),因此油性介質(zhì)中膠質(zhì)分散瀝青質(zhì)的能力取決于兩者殘余電荷轉(zhuǎn)移作用的程度。雖然假定石油和瀝青的重組份子之間存在著電荷的轉(zhuǎn)移作用,但證據(jù)主要來自對它們的分子量的研究結(jié)果。迄今為止,幾乎沒有研究過瀝青的電荷轉(zhuǎn)移特性。
根據(jù)瀝青質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),瀝青質(zhì)的稠環(huán)芳香體系包括以下結(jié)構(gòu)實體:烷基取代多環(huán)芳烴,雜環(huán)芳烴和電負性取代基芳烴。各個組份根據(jù)其提供貨接受電子的對應(yīng)能力的差異而具有不同程度的電荷轉(zhuǎn)移或接受能力,如瀝青質(zhì)與碘共存時是電子供體,與吡啶共存時是電子受體。在瀝青的宏觀結(jié)構(gòu)中,導致單元片之間疊合的∏-∏相互作用即源于∏供體和∏受體之間的相互作用。
(3) 氫鍵作用
氫鍵作用發(fā)生在與電負性原子(如O或N) 相聯(lián)的氫和另外一個電負性原子或富電子中心之間,在瀝青質(zhì)中,雖然像--OH和--NH這樣的氫鍵基團濃度通常很低,但他們對瀝青質(zhì)性質(zhì)的貢獻可能很重要。在瀝青質(zhì)中,形成分子間氫鍵需要兩個分子官能團----質(zhì)子供體(氫堿酸)和質(zhì)子受體(氫鍵堿)---之間的專屬 相互作用,這種相互作用想成氫鍵絡(luò)合物,該相互作用為一快速可逆平衡。
在瀝青中天然存在的氫堿酸包括酚類、酰胺類、吡啶類結(jié)構(gòu)。研究--OH和--NH的紅外伸縮振動發(fā)現(xiàn),瀝青質(zhì)中的酚/醇型--OH和吡咯型--NH幾乎全部以氫鍵絡(luò)合物形式存在。
3 膠質(zhì)和瀝青質(zhì)對乳狀液穩(wěn)定性的影響
世界開采的原油有近 80 %以原油乳狀液形式存在[10]。而原油乳狀液的穩(wěn)定性很大程度上取決于瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等天然乳化劑吸附在油水界面上形成的界面膜的性質(zhì)。此界面膜有兩個特點:油水界面張力較大(25~30 mN/ m) ,即成膜物質(zhì)的界面活性不大而膜的強度大。另一個特點使原油乳狀液的液珠在互相碰撞時膜不易破裂 ,因而乳狀液很穩(wěn)定。Zaki等[4 研究了瀝青質(zhì)、 膠質(zhì)、 石蠟對含蠟的 W/ O 型乳狀液穩(wěn)定性的影響,用20 %(質(zhì)量分數(shù))石蠟溶解在十氫化萘中來模擬含蠟原油 ,發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)單獨不能穩(wěn)定乳狀液。
4 膠質(zhì)瀝青質(zhì)對油層的酸渣傷害
早在20世紀60年代,美國和加拿大的約28%~35%的油井進行酸化施工時會生成酸化油渣。國內(nèi)周萬富等考察了原油性質(zhì)對酸渣的影響,對不同膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量的各油田原油進行了成渣研究的實驗結(jié)果:
得出結(jié)論:影響酸渣生成的重要因素是原油中膠質(zhì)瀝青質(zhì)的含量。不含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的原油不會生成酸化淤渣。
5 膠質(zhì)瀝青質(zhì)的含量對高含蠟原油流變性的影響
原油中膠質(zhì)瀝青質(zhì)和蠟的含量及相互含量的比例是決定原油流變性的3個關(guān)鍵因素,同時也是影響降凝劑改性效果的主要因素。對于高含蠟低膠質(zhì)瀝青質(zhì)原油,原油所含蠟晶多,體積大,低溫時能夠形成可逆網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),熱處理溫度高,處理效果差,處理溫度的選擇不當還會使原油的低溫流動性惡化。對蠟和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量比例適中,例如在0.8~1.5之間的原油,存在一個最佳的熱處理溫度[13]。在同樣條件下,還膠質(zhì)瀝青質(zhì)少的高含蠟原油所需要的降凝劑更多一些[12]。
6 瀝青質(zhì)沉淀在對儲層的損害
當瀝青質(zhì)在儲層發(fā)生絮凝時,部分大尺寸的瀝青質(zhì)顆粒會在孔喉出沉淀下來,較小尺寸的微粒則隨流體一起運移,運移至某些與其尺寸相匹配的孔喉處便會陸續(xù)沉積下來,從而在宏觀上改變儲滲空間,嚴重的時候會堵塞孔喉,從而降低了儲層的滲透率,改變油氣富集規(guī)律,降低采收率,嚴重的甚至會致使無法開采此儲層的原油。而且由于瀝青質(zhì)由于極性很強,即使加入溶劑和分散劑,也很難從巖石表面完全脫附,因此瀝青質(zhì)造成的堵塞和潤濕反轉(zhuǎn)通常是不可逆的,可以認為瀝青質(zhì)沉積對儲層的某些損害是永久性的。
瀝青質(zhì)的沉淀析出被認為是形成焦油的主要因素,焦油是油藏中與油層相聯(lián)系的、強烈富集瀝青質(zhì)(瀝青質(zhì)20%~60%)的部分,焦油層的形成對油藏開發(fā)十分有害,焦油層改變了油-巖之間的潤濕性,降低了油層的滲透性,這在原油開采中直接影響了采出率。
參考文獻
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[3] 李美霞.瀝青質(zhì)沉積問題文獻綜述. 特種油氣藏,1996,3(3):59―62.
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[5] 張人雄,向陽,李曉梅. 超稠油油藏熱采過程中瀝青質(zhì)損害室內(nèi)模擬.石油勘探與開發(fā),2001,28(1):85―86.
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