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含蜡原油结构形成机理研究!
敬加强，杨莉，秦文婷，罗平亚
（!)西南石油学院国家重点实验室，四川南充%&*""!；$)西南石油学院）
摘要：基于蜡与沥青的红外光谱、含蜡模拟油微观结构以及结晶学理论，对含蜡原油结构形成机理进行了探讨。研究表明，含蜡原油结构形成的机理就是晶核形成、蜡晶生长和蜡晶颗粒连接的机理，其基本条件包括：高分子蜡或沥青质、胶质等大分子物质形成晶核；蜡晶随蜡分子与晶核间的相互作用增大而不断形成与生长，并形成蜡晶颗粒；蜡晶颗粒相互作用增强，致使颗粒彼此接触、
“搭架”形成结构。弄清含蜡原油的结构形成机理，有助于含蜡原油的降凝降粘机理及其低温流动改进技术的研究。
关键词：结构；晶核形成；蜡晶生长；蜡晶连接；含蜡原油
中图分类号：+,&-$)&!；+,!&&)!文献标识码：.
引言
含蜡原油流变性对温度特别敏感，任何热动力学变化都将影响其在油藏条件下的热力学平衡状态，随之产生的高凝高粘问题、高屈服值问题与重有机物沉积问题都将严重影响原油开采与储运的安全运行，甚至造成含蜡原油的流动性丧失，这对含蜡原油在季节性或水下等低温环境、低输量或停输再启动等特殊情况下的安全生产更具挑战性。因此，含蜡原油的流动性改进技术研究，已成为缓解其生产技术问题的热门课题。研究业已表明，含蜡原油粘度及流变性的异常变化根源于含蜡原油结构的形成［!］。为此，基于蜡与沥青的红外光谱、含蜡模拟油微观结构以及结晶学理论，探讨含蜡原油结构形成机理，有助于含蜡原油流动性改进理论及其配套技术的进一步研究。
根据一般凝胶体系形成结构的特点，含蜡原油结构形成的必备条件可归纳为：
!高分子蜡与沥青质胶质等大分子物质形成晶核，这直接与原油组成和温度等外部条件有关；
"蜡晶随蜡分子与晶核间的相互作用增大而不断形成与生长，这一过程与蜡晶形状、大小等密切相关；
#蜡晶颗粒相互作用增强，致使颗粒相互接触、
“搭架”形成结构，这取决于颗粒间力的性质和作
用方式。
因此，原油结构的形成伴随着蜡结晶及蜡晶相互连接的过程：晶核形成、蜡晶生长和蜡晶颗粒连接。
!晶核形成
当液体温度低于凝点时，分子运动自由能将急剧降低，熔融状态中随机分布的分子逐渐靠近，邻近排列的分子链将聚集成分子团。这些分子将继续不断地连接、分离、形成有序晶格点，直到分子团达到一个临界尺寸和稳定状态，该过程被定义为成核，而分子团称为晶核。这些晶核仅仅在低于蜡熔化温度时才稳定，而该温度之上的热运动将打破其稳定状态。晶核可能是同类的或异类的，同类晶核意味着样品纯净且晶核格点具有依时性，而异类晶格意味着所有晶核格点都存在瞬间活性［$］。
根据溶液结晶理论，只要溶液中存在杂质，溶液达到饱和时，溶质就以杂质为晶核而结晶析出［&］。当含蜡原油恒温于其浊点时，沥青胶质等大分子显然是原油冷却重结晶的晶核源，致使重结晶蜡颗粒较小、粘结性较低［’］。随着含蜡原油温度的降低，蜡$蜡分子相互作用增强，当蜡$蜡分子间吸引力大于蜡$油分子间的相互作用时，蜡分子将连接形成晶核［/］。不同蜡与$/%变压器油的红外光谱（图!）证
第$/卷第%期西南石油学院学报012)$/31)% $""&年!$月415678219:15;<=>?;@>;612>5AB7?;C;5;>D>E$""&
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作者简介：敬加强（!(%’#），男（汉族），四川蓬溪人，博士、副教授，从事油气集输工艺与理论的科研与教学工作。
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