2.2原油活性組分的動態界麵擴張流變性質

原油活性組分吸附到油水界麵上，形成界麵吸附膜。膜內分子與油相間存在擴散交換，因此，吸附膜同時具有彈性和黏性。其中，擴張彈性（εr）與吸附膜內分子間相互作用有關，而擴張黏性（εi）則與對抗界麵形變、試吸附膜重新恢複平衡狀態的各種弛豫過程有關，其中擴散交換弛豫過程是吸附膜必不可少的過程。界麵膜的特性可以用擴張彈性和黏性來表征。不同質量分數膠質的界麵動態擴張彈性和黏性見圖3。

從圖3（a）中可以看出，在實驗初期，膠質分子在界麵的吸附較少，膜內分子間相互作用較弱，擴張彈性較低；隨界麵老化時間增加，活性分子在界麵上富集，界麵吸附膜排列更加緊密，膜內分子間作用力增強，彈性也隨之明顯增大；當界麵吸附接近平衡時，彈性也接近其平台值。對比圖1和圖3（a）可知，不同質量分數膠質動態界麵擴張彈性與動態界麵張力隨時間變化的趨勢基本上是一致的。

圖3不同質量分數膠質模擬油的動態擴張彈性和黏性

由圖3（b）可以看出，擴張黏性與彈性的變化趨勢是類似的，不過黏性達到平台值的時間要短於彈性。這是由於隨著界麵吸附分子數目的增加，擴散交換等過程也更加頻繁，形變導致的能量中有更多的部分耗散在環境中，因此黏性也隨時間變化而緩慢增大至平台值。在達到最終的平衡之前，界麵分子數目的變化對相互作用一直存在較大的影響；而在吸附後期，界麵分子濃度對各弛豫過程的影響已經不大。因此，動態擴張黏性先於彈性達到平台值。

2.3振蕩頻率對原油活性組分界麵擴張流變性質的影響

界麵擴張流變研究手段是通過記錄平衡界麵在收到擾動時的變化來獲知界麵膜的信息，因此，擾動的程度和擾動的快慢是決定擴張流變參數的兩大外在條件。在一定擾動程度的範圍內，擴張參數維持不變，這個範圍稱為線性範圍，擴張流變的實驗均在線性範圍內進行，這就排除了擾動程度的影響。擾動快慢可用擴張頻率來表示，對於不同性質的界麵膜，由於存在不同類型的弛豫過程，或者各弛豫過程的貢獻不同，則隨著擴張頻率的變化，擴張參數會表現出不同的變化規律。因此，可以從擴張彈性和黏性的頻率譜來考察界麵膜的特性。

擴張頻率對不同質量分數膠質模擬油的界麵擴張彈性和黏性的影響見圖4。從圖4中可以看出，隨著頻率降低，總體上擴張彈性和黏性均逐漸減小，說明膠質在油水界麵形成的是黏彈膜。當界麵變形速度較慢時，各種弛豫過程有足夠的時間去修複由界麵麵積變化帶來的界麵張力梯度，因而擴張彈性和黏性均隨頻率的降低而減小。

圖4頻率對不同質量膠質模擬油擴張彈性和擴張黏性的影響

實驗對lg｜εr｜－lgω斜率的分析來定量表征頻率對界麵膜性質的影響。在整個理論頻率範圍內，彈性從接近於零逐步升高至平台值，有幾種類型的主要弛豫過程，lg｜εr｜－lgω曲線上就會出現幾個不同的斜率。在本實驗的低頻範圍內，一般隻會出現一個斜率。由於其它原油組分的擴張彈性和黏性隨頻率的變化趨勢與膠質類似，實驗把各活性組分lg｜εr｜－lgω曲線的斜率數據列於圖5中。斜率越低，說明彈性隨頻率的變化越小，則界麵膜越接近不溶膜。

從圖5可以看出，不同活性組分的lg｜εr｜－lgω曲線斜率有較大的差別：酸性組分和膠質的曲線斜率均隨質量分數增大而增加，在所測試濃度範圍內都表現出相對較高的黏性；而飽和分和芳香分在低濃度時曲線斜率較小，界麵膜類似不溶膜，隨著其質量分數的增加，界麵膜轉換成黏彈膜；至於瀝青質在整個測試濃度範圍內曲線斜率均隨質量分數變化不大，且數值較小。實驗濃度範圍內所有活性組分的曲線斜率均較低，說明原油界麵膜以彈性為主。

圖5原油各組分的lg｜εr｜－lgω曲線斜率隨其質量分數的變化

當飽和分濃度較高時，其斜率指數上升，說明界麵膜的性質發生了質的變化，這與實驗推測的飽和分中酯類組分發生水解反應是一致的。

2.4原油活性組分質量分數對其界麵擴張流變性質的影響

濃度是影響表麵活性物質界麵擴張流變性質的內在因素。在臨界膠束濃度（cmc）之前，隨著濃度增加，界麵分子數目增多，這不僅會增強界麵相互作用，體相濃度的增大本身會導致擴散交換的加快，這兩種變化趨勢對擴張彈性的影響是相反的，這就造成彈性隨濃度變化在cmc前就通過一個極大值。

同時，在低體相濃度條件下，界麵分子數目增加導致更多的弛豫過程產生，擴張黏性增大；然而，隨著體相濃度的進一步增大，界麵分子數目增加緩慢，而體相濃度增大帶來的擴散交換加快起主導作用，黏性反而開始降低。

原油活性組分是界麵活性物質，其界麵擴張參數隨質量分數的變化規律與表麵活性劑類似。以膠質組分為代表，不同頻率條件下的擴張彈性和黏性的質量分數依賴性列於圖6。從圖6中可以看出，不同頻率條件下，界麵擴張彈性和黏性均隨膠質組分質量分數通過一個極大值。由於弛豫過程的增強對擴張彈性隻起降低作用，而對黏性則作用複雜，因此黏性降低的趨勢慢於彈性。

頻率0.1Hz條件下，不同類型活性組分的擴張彈性和黏性隨質量分數的變化列於圖7。從圖7（a）可以看出，除飽和分因缺乏更高濃度數據外，其它不同類型原油活性組分的界麵擴張彈性均隨活性組分質量分數增大先增大後減小，通過一個極大值；彈性最大值高低順序為：飽和分＞芳香分≈瀝青質＞膠質≈酸性組分。

圖6膠質質量分數對膠質模擬油界麵擴張流變性質的影響

如前所述，東辛原油富含飽和分，飽和分中存在蠟組分。當模擬油中飽和分濃度較高時，蠟組分可能以蠟晶的形式析出，對增強油水界麵強度有明顯作用，造成擴張彈性的急劇增大。

圖7 0.1Hz時原油各組分擴張彈性和黏性隨其質量分數的變化

從圖7（b）可以看出，不同原油活性組分擴張黏性隨質量分數的變化有所不同。其中芳香分在實驗範圍內隨濃度一直緩慢增大。這是由於芳香分中活性組分擴散交換慢，隨濃度增大，弛豫過程對黏性貢獻較大，而擴散交換對黏性的降低作用較弱造成的。飽和分在高濃度條件下便顯出較高的黏性，同樣是由於酯類水解產生新的弛豫過程，而這類弛豫過程隻在界麵上發生，對黏性貢獻較大。

3結論

（1）各原油活性組分均具有界麵活性，能降低油水界麵張力。飽和分中富含蠟組分，其中的酯類與弱堿性的東辛模擬水能夠反應生成活性較強的組分，極大地降低界麵張力。

（2）擴張彈性與界麵分子數目相關，因此各原油活性組分的動態界麵擴張彈性隨時間的變化與動態界麵張力的變化趨勢基本一致；而擴張黏性由各弛豫過程決定，更容易達到平衡值。

（3）各活性組分的擴張彈性均隨質量分數通過一個最大值，其高低順序為：飽和分＞芳香分≈瀝青質＞膠質≈酸性組分。其中飽和分蠟組分在高濃度時以蠟晶形式析出，增強界麵膜強度。

（4）不同弛豫過程對黏性貢獻不同，擴散交換較慢的芳香分的黏性隨濃度緩慢增大；存在界麵反應過程的飽和分的黏性在高濃度時急劇增高；而擴散交換較強的活性組分通過一個最大值。