采用吸附色谱法，将辽河和孤岛稠油按极性分为饱和分、芳香分、胶质、沥青质。考察了它们的化学组成和界面张力，比较了两个组分系列在不同条件下油-水界面张力的变化规律。结果表明：辽河稠油组分中的芳香共轭成分以及含氧、氮的极性基团较多，界面活性较强；在不同的水包油乳状液体系中，辽河稠油的界面活性比孤岛的强，且沥青质的界面活性最强；pH值对辽河稠油活性组分的油-水界面张力的影响总体上略大于对孤岛稠油活性组分的影响，即对界面活性高的影响较大。

油-水界面张力是研究乳状液稳定性的基础。稠油中界面活性物质（胶质、沥青质及其它极性物质）的界面性质（界面张力、Zeta电势、界面粘度、界面粘弹性等）是稠油乳状液稳定性的主要影响因素[1-3]，不同稠油所含胶质、沥青质的含量、组成及结构不同，其界面性质表现出各自的特点[4-6]。在研究稠油乳状液稳定性时，对界面活性物质的提取，通常根据胶质、沥青质在指定溶剂（戊烷、庚烷、甲苯或混合溶剂）中溶解度的不同，采用梯度淋洗的方法[7-8]。或者采用界面吸附方式，直接从油-水界面分离出界面活性物质[9]。

稠油中包含有天然界面活性物质—胶质、沥青质及其它极性物质，且还包含有大量的饱和分和芳香分。本课题采用吸附色谱法，将辽河稠油（LH）和孤岛稠油（GD）按极性分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质4个组分，考察了油相中芳烃含量、水相pH值对油-水界面张力的影响，以及各组分的平均相对分子质量、H/C原子比、芳香共扼成分与油-水界面张力之间的递变规律。考察了各极性组分的化学组成和油-水界面张力，重点比较了不同稠油下两个系列组分油-水界面张力的变化规律。

1实验部分

1.1仪器与材料

仪器：界面张力采用dIFT双通道动态界面张力仪（芬兰Kibron）在50℃恒温条件下用旋转滴法测定。

材料：实验用油样为辽河杜-84稠油和孤岛稠油（孤岛采油厂中二北区蒸汽吞吐采出稠油）。

1.2稠油基本性质的测定

用JNM-LA300FT-NMR（300MHz）型超导核磁共振波谱仪得到油样的1H-MNR谱图；使用pHS-3C精密pH计，电位滴定法测定油样的酸碱值，酸值的测定参照GB/T 18609-2001方法；碱氮值的测定参照SH/T 0251-93、SH/T 0162-92方法；采用吉林市光明分析仪器厂生产的HY510A自动倾点/凝点测定仪测定稠油的凝点；用成都仪器厂生产的NXS-11A旋转粘度计测定稠油的粘度。基本性质见表1。

表1稠油的基本性质

1.3稠油组分的制备

稠油极性四组分的分离参照RIPP-7方法[10]，不进行260℃以前馏分的分离而直接用正庚烷沉淀沥青质。将可溶质（即脱沥青质油）吸附于中性氧化铝色谱柱，依次用极性增强的石油醚、甲苯以及甲苯-乙醇、甲苯、乙醇冲洗色谱柱，各接收液蒸出溶剂后放入真空烘箱中干燥至恒重，得到饱和分、芳香分、胶质。稠油的烃族组成见表2。

表2稠油的烃族组成

2结果与讨论

2.1化学组成的比较

辽河和孤岛两种稠油组分的平均相对分子质量和元素分析结果见表3、4。

表3组分平均分子质

表4组分元素分析结果

表5组分结构参数

可以看出，随着组分的增重，两种稠油组分系列的H/C原子比逐渐减小。两个系列不同在于，辽河稠油组分的H/C原子比小于孤岛稠油组分，而辽河稠油组分的氧、氮含量均大于孤岛稠油组分。由此可见，辽河稠油组分中的共轭成分以及含氧、氮的极性基团均大于孤岛稠油组分。应该指出，组分中硫含量的变化规律与氧、氮含量的类似，即随着组分增重，硫含量逐渐增多。同时，孤岛稠油组分的硫含量远大于辽河稠油组分，对应的孤岛稠油组分中含硫的极性基团大于辽河稠油组分。

采用经验公式[11]，对两种稠油组分结构参数进行计算，结果见表5。

可以看出，随着组分的增重，两种稠油组分系类列的fA逐渐变大，fN、fP、BI逐渐变小。两个系列的不同在于，辽河稠油组分的fA、fN和BI均大于孤岛稠油组分，即芳香碳率、环烷碳率、烷链支化度较高。因此，辽河稠油组分中共轭成分含量大于孤岛稠油组分。

2.2组分在油相中的质量分数对油-水界面张力影响的比较

考察了辽河和孤岛稠油组分在油相中的质量分数对油-水界面张力的影响，结果见图1、2。

可以看出，两个组分系列的空白模拟油与去离子水的界面张力为41.45 mN/m，各组分模拟油与去离子水的油-水界面张力由小到大顺序是：沥青质、胶质、芳香分、饱和分，对应的界面活性由大到小顺序是：沥青质、胶质、芳香分、饱和分，且饱和分和芳香分基本没有界面活性，属于界面惰性物质。

随着组分在油相中质量分数的增加，二者胶质和沥青质的油-水界面张力均逐渐降低，而辽河稠油胶质和沥青质的油-水界面张力下降幅度明显大于孤岛稠油的。在同一系列中，沥青质的油-水界面张力下降幅度大于胶质的，对辽河的来说差别较大，对孤岛的来说差别较小。由此可见，辽河稠油胶质和沥青质的界面活性强于孤岛稠油的，而沥青质的界面活性又强于胶质的。

2.3水相pH值对油-水界面张力影响的比较

考察了水相中pH值对活性组分油-水界面张力的影响，结果见图3、4。

可以看出，随着pH值的增大，两个系列界面张力均有先增大后降低的趋势，且在两个系列中，都是沥青质界的面张力降低幅度大于胶质的。可以明显的看出，辽河活性组分油-水界面张力随着pH值增大，降低幅度大于孤岛活性组分。

pH值对组分油-水界面张力影响的本质是水相中的碱与组分中酸性基团中和反应，进而改变组分的极性。胶质、沥青质为两性物质，碱性条件下分子中的羧基等酸性基团变为羧酸根等阴离子，酸性条件下氨基等碱性基团发生质子化转变成为铵正离子等阳离子，极性基团处于离子状态时易于向界面聚集，表现出较低的界面张力。

pH值较低时，H+吸附在油-水界面，它可与胶质和沥青质中的含硫、含氮部分反应或络合形成带电基团，类似于阳离子表面活性剂，具有较强的极性，从而导致油-水界面张力较低。pH=7时有一个最大值，因为胶质和沥青质分子可能在次界面发生分子间重排，并饱和界面，多余的分子或胶束又扩散到油相中，界面上分子减少，界面张力上升；pH值在碱性范围内，胶质和沥青质在界面的吸附开始为扩散控制，吸附接近平衡时，沥青质分子在次界面进行分子间重排，过程受限于沥青质分子相互作用，不再是简单的扩散控制，而是一种反应控制，即沥青质分子中的酸性基团发生去质子化反应，形成类似于阴离子的表面活性剂吸附于油-水界面上，这时界面张力降低，碱性条件下的界面张力低于酸性条件下的。

辽河稠油活性组分的氧、氮含量高，酸性基团多，但芳香共扼结构多，空间阻滞作用强，酸性基团参与反应的机率相对要低。反之，孤岛稠油活性组分酸性基团少，但芳香共扼结构也少，酸性基团参与反应的机率相对要高。组分表现出来的界面活性差别是这两种因素相互竞争的结果，因此，pH值对辽河稠油活性组分的油-水界面张力的影响总体上略大于对孤岛稠油活性组分的影响。

在同一系列组分中，胶质的硫、氧、氮含量低，酸性基团少，但芳香共扼结构也少，酸性基团参与反应的机率相对要高，而沥青质硫、氧、氮含量高，酸性基团多，但芳香共扼结构多，空间阻滞作用强，酸性基团参与反应的机率相对要低，总体上表现为pH值对沥青质的油-水界面张力的影响大于对胶质的影响。

3结论

（1）辽河稠油组分中的芳香共轭成分以及含氧、氮的极性基团均大于孤岛稠油组分，其界面活性也强于孤岛稠油的。

（2）组分中芳香共轭结构和极性基团的含量不同对油-水界面张力的影响也不同。辽河稠油胶质和沥青质的界面活性强于孤岛稠油的，而沥青质的界面活性又强于胶质的。

（3）pH值对辽河稠油活性组分的油-水界面张力的影响总体上略大于对孤岛稠油活性组分的影响，且对沥青质的油-水界面张力的影响大于对胶质的影响。即pH值对界面活性高的影响大。