2.2原油活性组分的动态界面扩张流变性质

原油活性组分吸附到油水界面上，形成界面吸附膜。膜内分子与油相间存在扩散交换，因此，吸附膜同时具有弹性和黏性。其中，扩张弹性（εr）与吸附膜内分子间相互作用有关，而扩张黏性（εi）则与对抗界面形变、试吸附膜重新恢复平衡状态的各种弛豫过程有关，其中扩散交换弛豫过程是吸附膜必不可少的过程。界面膜的特性可以用扩张弹性和黏性来表征。不同质量分数胶质的界面动态扩张弹性和黏性见图3。

从图3（a）中可以看出，在实验初期，胶质分子在界面的吸附较少，膜内分子间相互作用较弱，扩张弹性较低；随界面老化时间增加，活性分子在界面上富集，界面吸附膜排列更加紧密，膜内分子间作用力增强，弹性也随之明显增大；当界面吸附接近平衡时，弹性也接近其平台值。对比图1和图3（a）可知，不同质量分数胶质动态界面扩张弹性与动态界面张力随时间变化的趋势基本上是一致的。

图3不同质量分数胶质模拟油的动态扩张弹性和黏性

由图3（b）可以看出，扩张黏性与弹性的变化趋势是类似的，不过黏性达到平台值的时间要短于弹性。这是由于随着界面吸附分子数目的增加，扩散交换等过程也更加频繁，形变导致的能量中有更多的部分耗散在环境中，因此黏性也随时间变化而缓慢增大至平台值。在达到最终的平衡之前，界面分子数目的变化对相互作用一直存在较大的影响；而在吸附后期，界面分子浓度对各弛豫过程的影响已经不大。因此，动态扩张黏性先于弹性达到平台值。

2.3振荡频率对原油活性组分界面扩张流变性质的影响

界面扩张流变研究手段是通过记录平衡界面在收到扰动时的变化来获知界面膜的信息，因此，扰动的程度和扰动的快慢是决定扩张流变参数的两大外在条件。在一定扰动程度的范围内，扩张参数维持不变，这个范围称为线性范围，扩张流变的实验均在线性范围内进行，这就排除了扰动程度的影响。扰动快慢可用扩张频率来表示，对于不同性质的界面膜，由于存在不同类型的弛豫过程，或者各弛豫过程的贡献不同，则随着扩张频率的变化，扩张参数会表现出不同的变化规律。因此，可以从扩张弹性和黏性的频率谱来考察界面膜的特性。

扩张频率对不同质量分数胶质模拟油的界面扩张弹性和黏性的影响见图4。从图4中可以看出，随着频率降低，总体上扩张弹性和黏性均逐渐减小，说明胶质在油水界面形成的是黏弹膜。当界面变形速度较慢时，各种弛豫过程有足够的时间去修复由界面面积变化带来的界面张力梯度，因而扩张弹性和黏性均随频率的降低而减小。

图4频率对不同质量胶质模拟油扩张弹性和扩张黏性的影响

实验对lg｜εr｜－lgω斜率的分析来定量表征频率对界面膜性质的影响。在整个理论频率范围内，弹性从接近于零逐步升高至平台值，有几种类型的主要弛豫过程，lg｜εr｜－lgω曲线上就会出现几个不同的斜率。在本实验的低频范围内，一般只会出现一个斜率。由于其它原油组分的扩张弹性和黏性随频率的变化趋势与胶质类似，实验把各活性组分lg｜εr｜－lgω曲线的斜率数据列于图5中。斜率越低，说明弹性随频率的变化越小，则界面膜越接近不溶膜。

从图5可以看出，不同活性组分的lg｜εr｜－lgω曲线斜率有较大的差别：酸性组分和胶质的曲线斜率均随质量分数增大而增加，在所测试浓度范围内都表现出相对较高的黏性；而饱和分和芳香分在低浓度时曲线斜率较小，界面膜类似不溶膜，随着其质量分数的增加，界面膜转换成黏弹膜；至于沥青质在整个测试浓度范围内曲线斜率均随质量分数变化不大，且数值较小。实验浓度范围内所有活性组分的曲线斜率均较低，说明原油界面膜以弹性为主。

图5原油各组分的lg｜εr｜－lgω曲线斜率随其质量分数的变化

当饱和分浓度较高时，其斜率指数上升，说明界面膜的性质发生了质的变化，这与实验推测的饱和分中酯类组分发生水解反应是一致的。

2.4原油活性组分质量分数对其界面扩张流变性质的影响

浓度是影响表面活性物质界面扩张流变性质的内在因素。在临界胶束浓度（cmc）之前，随着浓度增加，界面分子数目增多，这不仅会增强界面相互作用，体相浓度的增大本身会导致扩散交换的加快，这两种变化趋势对扩张弹性的影响是相反的，这就造成弹性随浓度变化在cmc前就通过一个极大值。

同时，在低体相浓度条件下，界面分子数目增加导致更多的弛豫过程产生，扩张黏性增大；然而，随着体相浓度的进一步增大，界面分子数目增加缓慢，而体相浓度增大带来的扩散交换加快起主导作用，黏性反而开始降低。

原油活性组分是界面活性物质，其界面扩张参数随质量分数的变化规律与表面活性剂类似。以胶质组分为代表，不同频率条件下的扩张弹性和黏性的质量分数依赖性列于图6。从图6中可以看出，不同频率条件下，界面扩张弹性和黏性均随胶质组分质量分数通过一个极大值。由于弛豫过程的增强对扩张弹性只起降低作用，而对黏性则作用复杂，因此黏性降低的趋势慢于弹性。

频率0.1Hz条件下，不同类型活性组分的扩张弹性和黏性随质量分数的变化列于图7。从图7（a）可以看出，除饱和分因缺乏更高浓度数据外，其它不同类型原油活性组分的界面扩张弹性均随活性组分质量分数增大先增大后减小，通过一个极大值；弹性最大值高低顺序为：饱和分＞芳香分≈沥青质＞胶质≈酸性组分。

图6胶质质量分数对胶质模拟油界面扩张流变性质的影响

如前所述，东辛原油富含饱和分，饱和分中存在蜡组分。当模拟油中饱和分浓度较高时，蜡组分可能以蜡晶的形式析出，对增强油水界面强度有明显作用，造成扩张弹性的急剧增大。

图7 0.1Hz时原油各组分扩张弹性和黏性随其质量分数的变化

从图7（b）可以看出，不同原油活性组分扩张黏性随质量分数的变化有所不同。其中芳香分在实验范围内随浓度一直缓慢增大。这是由于芳香分中活性组分扩散交换慢，随浓度增大，弛豫过程对黏性贡献较大，而扩散交换对黏性的降低作用较弱造成的。饱和分在高浓度条件下便显出较高的黏性，同样是由于酯类水解产生新的弛豫过程，而这类弛豫过程只在界面上发生，对黏性贡献较大。

3结论

（1）各原油活性组分均具有界面活性，能降低油水界面张力。饱和分中富含蜡组分，其中的酯类与弱碱性的东辛模拟水能够反应生成活性较强的组分，极大地降低界面张力。

（2）扩张弹性与界面分子数目相关，因此各原油活性组分的动态界面扩张弹性随时间的变化与动态界面张力的变化趋势基本一致；而扩张黏性由各弛豫过程决定，更容易达到平衡值。

（3）各活性组分的扩张弹性均随质量分数通过一个最大值，其高低顺序为：饱和分＞芳香分≈沥青质＞胶质≈酸性组分。其中饱和分蜡组分在高浓度时以蜡晶形式析出，增强界面膜强度。

（4）不同弛豫过程对黏性贡献不同，扩散交换较慢的芳香分的黏性随浓度缓慢增大；存在界面反应过程的饱和分的黏性在高浓度时急剧增高；而扩散交换较强的活性组分通过一个最大值。