原油胶体分散体系理论

原油胶体分散体系理论该理论以胶体理论为基础：胶体之间既存在着斥力势能也存在着引力势能[69]。前者是由于带电胶粒相互靠拢时形成双电层交叠产生的静电排斥力，后者是由于长程范德华引力形成的。胶粒之间的总势能U可用其斥力势能UR和引力势能UA来表示。斥力势能和引力势能的相对大小决定了胶体的稳定性。总势能U、斥力势能UR和引力势能UA随粒子间距的变化如图4-2所示。在总势能曲线上有一个势能峰值和两个势能最小值。两个势能最小值中，距离原点较近且深的称为第一最小值；距离原点较远而且浅的称为第二最小值。峰值的大小构成了阻碍胶粒聚结的势垒（Umax），如果胶粒要发生聚结，则必须要越过这一势垒才能实现。通常情况下胶粒在第一最小值处聚结，形成结构、性质较为稳定的物质，但对于较大的粒子，特别是形状不对称的粒子如片状粒子或者棒状粒子，则很容易在第二最小值处聚结，形成结构松散的物质。当原油的温度低于蜡的结晶温度时，液态的蜡质从原油中析出，由于原油中所含有的胶质和沥青质等物质的存在，使得析出的蜡质胶体具有胶粒的性质。这种蜡质晶体胶粒本身的性质，使得位能上有较深的第二最小值的存在。在外磁场作用下，胶粒间的范德华引力势能的增加导致蜡质的聚结在第一和第二最小值处同时发生。蜡质在第一最小值处聚结生成结构致密的晶体，但是在聚结速率较大的条件下，生成的蜡晶结构与蜡晶胶粒在第二最小值处生成的蜡晶聚集体有相似之处，蜡晶间距较大，吸引力不强，结构松散。另外，原油粘度的大小与原油中所含轻馏分的浓度有关。磁处理前原油中蜡晶胶粒体积小，相对来说表面积较大，有较多的轻馏分油吸附在蜡晶表面，因而游离的轻馏分油的浓度较低，原油的粘度大。而磁处理原油中蜡晶胶粒聚结成为较大蜡晶或蜡晶聚集体，将吸附的轻馏分油完全或部分释放出来，从而增加了轻馏分油的浓度，降低了原油的粘度[70,71]4.1.3磁场影响分子间色散作用理论石油胶体分散体系理论”为“DLVO理论”在磁处理机理探讨中的应用提供了必要的理论前提[72]。原油的胶凝过程也就是石蜡等物质的结晶析出并结成网络的过程。对于非极性分子而言，色散力是物质分子间相互吸引的主要原因。长程范德华力是分子间色散力的宏观表现。根据DLVO理论，影响蜡晶颗粒能否发生凝聚的一个重要因素就是蜡晶颗粒的长程范德华引力的作用。在原油管道输运中，采用磁处理来防蜡、降粘增输，正是利用了磁场对于分子间色散力的影响。磁处理的原油是具有相变趋势的原油，此时原油中已经析出大量蜡晶颗粒，它们的表面吸附着轻馏分油悬浮于原油中。从梁长青等的试验结论可知，磁场均匀性对磁处理效果的影响是至关重要的，用永磁体的磁场处理原油，沿轴向分布的均匀磁场可以获得最好的效果[73]磁场影响分子体系瞬时偶极矩在垂直于磁场方向上的涨落，使分子在垂直于磁场方向上产生σ振动。根据景辉对低维色散能的研究结果，在低维情况下，色散作用能不仅与电偶极矩涨落的大小有关，还与涨落的相对取向有关。对于二维色散作用能，瞬时电偶极矩在同一平面内（纵向）的两个分子较不在同一平面内的其它情况色散作用能大。纵向、横向、以及混合型二维色散三作用能之比为1:0.4:0.7[74]。磁场方向与原油流向正交并且沿轴向均匀分布，保证了蜡晶分子瞬时电偶极矩的涨落在同一平面内，最强的色散作用发生在原油流动的方向上。均匀的磁场对蜡晶分子的影响相同，保证了在外加磁场作用下，蜡晶分子瞬时偶极矩能够精确的同位相，从而分子间产生较强的色散作用。分子间的色散作用在均匀磁场作用下增强，蜡晶颗粒间的范德华力引力势能也相应的随之增强。于是蜡晶颗粒在无磁场时尚不能聚结的条件下聚结，并释放出吸附的液态轻馏分油，这种聚结发生在原油内部并且形成的蜡晶悬浮于原油中，因而防止了其网络化以及在输油管壁上的聚结。由于色散作用的累加效应，磁场对高分子量石蜡分子的影响显著于液态轻馏分油的影响，在流经磁场作用的区域后，由于磁处理效应的暂态性，轻馏分又很快恢复到原来的状态，而磁场对石蜡颗粒的影响却在输油管道持续降温的背景条件下保持下来。在磁场作用下结果是，原油中的石蜡颗粒的数量减少，并且游离态轻馏分油浓度增加。原油的粘度随游离态轻馏分油浓度的增加而降低，因此，磁处理原油可以产生降粘的效果[31]。