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摘 要：沥青质稳定性问题是目前国内外劣质重油稳定性研究中的热点和难点问题。本文对国内外沥青质沉积机理、沥青质沉积评定方法、沥青质沉积预測模型及劣质重油稳定性的检测等研究进展进行全面深入的阐述及分析。并对今后的研究趋势进行预测，认为发展趋势将围绕沥青质沉积机理、油品稳定性的量化分析与评定和沥青质稳定性与影响因素的映射关系等方面开展研究。
关键词：沥青质；稳定性；沉积；机理；评定方法；预测模型
中图分类号：U677.2 文献标识码：A
0 引 言
劣质重油中所含的沥青质是一种重碳氢燃料混合物，易造成不稳定而沉积，从而改变其性质并堵塞管道、过滤器、燃烧喷油嘴等，已严重影响了其生产、加工、储运和使用。因此，采油站、炼油厂、船舶以及劣质重油使用单位等均需经常测试油品的稳定性，以便改进生产工艺，提高生产效率，安全运输与使用。因沥青质的不稳定所造成的间接损失使得全球相关行业每年都需花费几十亿美元用于化学药品投放和管道保温，以及解决因添加剂投放带来的设备报废、额外动力开销等一系列附加问题。因此，如何量化确定和检测劣质重油沥青质稳定性已成为石油及相关行业迫切需要解决的重大难题。与此同时，随着柴油机制造技术的发展和国际市场上燃油价格的迅速上涨，船用柴油机使用劣质重油已成为必然。此外，随着炼油技术的不断改进与提升，石油提炼后留下的渣油在数量上越来越少，燃油的质量越来越差，使得船舶柴油机对燃油选择的余地更小。由于燃油中沥青质的含量不是ISO标准所要求的，因此，劣质重油中沥青质含量的多少及其稳定性往往被供油商、生产厂家及船东所忽视，而燃油中沥青质的多少及稳定性对燃油的品质影响至关重要，特别是对燃油稳定性和相溶性尤为重要，而燃油的稳定性又直接影响柴油机燃油的雾化和燃烧质量，从而直接影响柴油机的安全可靠运转，据统计船舶因加装不同燃油或因加装的燃油不稳定而引发的不相溶问题并导致船舶柴油机的故障呈逐年增加的趋势，已成为船舶安全的一个重要隐患。因此，为保证船舶的安全营运，必须对劣质重油的稳定性进行评定。
为了解决劣质重油沥青质不稳定的问题，人们在沥青质沉积机理、沉积评定方法及沉积预测模型等方面进行了大量实验和理论研究，并取得了一定进展。
1 沥青质沉积机理
Nellensten率先提出沥青质极稀溶液的Tyndall效应及石油沥青质体系的胶体学说。近年来小角X射线散射（SAXS）和小角中子散射（SANS）等实验结果也证实了石油中的沥青质是以胶束形式存在的。石油中的沥青质、胶质、芳香分及饱和分构成了一个动态稳定的胶体体系，Mack于1932年提出了沥青质为分散相，可溶质为分散介质的胶体模型。晏德福[1]提出了以沥青质为核心、吸附在其周围的胶质为溶剂化层构成分散相，其它组分构成分散介质的胶体模型。李生华通过冷冻复形透射电镜技术观测到沥青质和重胶质共同作为分散相，中胶质、轻胶质、芳香分及饱和分作为分散介质的胶体体系。张龙力计算了不同胶粒构成模型下胶粒之间的吸力位能，结果表明：沥青质和重胶质共同作为分散相，中胶质作为吸附层，其余组分作为分散介质的胶粒构成模型具有最低的吸力位能。胶质分子在沥青质缔合物表面的吸附作用可简单地处理为类似于氢键的弱的酸碱相互作用。典型的沥青质-胶质胶束的基本特征是：①沥青质分子相互缔合形成胶核；②油相中部分共存胶质分子吸附于胶核表面形成溶剂化层；③胶束中沥青质分子和胶质分子分别与油相中的各自单体分子处于动态平衡。
关于沥青质在石油胶体系统中沉积的机理，Mansoori[2]提出了影响沥青质沉积的四种效应。根据石油的性质及其所处的状态，沥青质可以按照下述沉积机理中的一种或多种效应而产生沉积。
（1）多分散性效应。沥青质在石油胶体系统中的分散性直接与沥青质的沉积有关。沥青质的分散性取决于石油的化学组成，特别是石油中的极性/非极性与轻质/重质分子的组成。沥青质的沉积可以用油中各组成多分散性的失衡来解释。当温度、压力、组成发生变化时，石油的多分散性将发生相应的变化。例如在原油中添加芳烃溶剂时，将影响沥青质的胶束类型，但是沥青质的大小变化不大，这主要是由于沥青质分子结构产生的堆积约束力的变化。而当在原油中添加非极性的烷烃分子时，沥青质分子中的含杂原子环节或氢键部分就有可能束集，从而以固体状态分离析出。
（2）立體胶态效应。众所周知，沥青质具有很强的自聚集能力。如在原油中添加大量的烷烃分子，沥青质就有可能聚集并从油相中分离出来，同时由于如胶质等胶溶剂的作用，胶质分子吸附在沥青质的表面，并使其成为悬浮在油中的大颗粒。这种立体胶态的稳定性取决于溶液中胶溶剂的浓度、胶溶剂在沥青质表面活性点所占的分数、以及在溶液中与在沥青质表固上的胶溶剂的平衡条件。而胶溶剂在沥青质表面上的吸附量，与胶溶剂和沥青质的化学性质有关，同时也取决于油中胶溶剂的浓度。
（3）聚集效应。当油中的胶溶剂如胶质的浓度降低时，胶质分子由于化学位的平衡被破坏而从沥青质的表面脱附，当其在沥青质上的吸附量降低到不足以覆盖沥青质的表面时，沥青质分子间表面上的活性点就可能相互吸引而聚集为更大的颗粒。这种聚集是不可逆的，并将沉淀为大颗粒，颗粒的性质与形状将决定其对石油胶体性质的影响。
（4）电动力效应。当石油处在多孔介质、管线等内流动状态时，沥青质的沉积还要考虑电动力效应的作用。这是由于带电荷的胶体粒子在沿导管流动时，将沿导管长度产生电位差，这一电位差将在导管的下游影响胶体粒子的电荷发生变化，从而导致沥青质的沉积。影响点动力效应的因素很多，主要有：导管的电性质、热性质、润湿性；流体的温度、压力、流态；石油和沥青质与极性物质的组成和性质等。
2 沥青质沉积评定方法
对沥青质沉积评定的方法主要包括沥青质沉积起始点的确定和沥青质沉积量的确定。
2.1 沥青质沉积起始点的确定 若向原油中滴加沉淀剂，会引起石油胶体体系的变化，导致沥青质不同程度的聚集，当溶剂浓度达到一定值，沥青质聚集骤然加剧，这一点称为沥青质的沉积起始點。测定沥青质沉淀起始点最直接最简单的方法是目测法[3]（滴扩散法），即向含有沥青质的原油中逐渐加入沉淀剂，然后用玻璃棒沾少量液体在滤纸上进行目测，缺点是精确度较低。另一种基本的定量测定方法是重量法[4]，向待测的含沥青质样品油中加入不同比例的轻质烷烃，作为稀释剂也是沉淀剂，用重量法分别得到不同的沉淀沥青质重量。除了这两种最基本的方法，近年来，陆续出现了各种基于超声[5]、光学[6]、粘度变化[7]、电导率[8]等原理的仪器测定沥青质沉淀起始点。因此，沥青质沉积起始点的确定方法有很多种，其中有代表性的实验测定方法有：
（1） 光学法。Andersen[9]、Bartholdy[10]及Buckley[6]等利用光学仪器，如分光光度计、近红外光谱、折光率仪，对石油胶体的稳定性进行表征。采用的方法为向沥青质/甲苯溶液中滴加正庚烷，当沥青质聚沉时，体系的透光率、折射率（RI）等光学特性以及临界胶束浓度等会发生突变。此方法的主要缺点是当沥青质含量低时，仪器响应不灵敏，初始沉淀点不易测定。
（2） 电导率法。Fotland[8]等利用电导率方法检测沥青质沉积起始点。通过不断向原油中加入正庚烷，并准确测定混合物的电导率，发现混合物的电导率呈先升后降的趋势，在一定溶剂浓度处，出现一最高点，Fotland定义该最高点为沥青质沉积的起始点。该方法的不足之处在于，其测定电导率不够精确，不能细致地反映体系电导率变化的情况，而且对沥青质含量低的油品不是很灵敏。
（3） 界面张力法。Kim[11]等将油水体系界面张力的变化与沥青质沉积的起始点联系起来，根据油水界面性质来定量确定沥青质沉积的起始点。通过向原油中加入正庚烷，发现随着正庚烷重量百分数的增加，油/正庚烷混合物的表面张力呈单调平缓下降，而油水界面张力开始变化不大，后来因沥青质沉积，出现一界面张力的不稳定区域，而后则迅速增大，定义该突变点为沥青质的沉积起始点。该方法的缺点是油水界面张力受酸碱性和温度等因素影响较大，使实验结果精度降低。
（4） 粘度法。Mansoori[12]等发现悬浮的沥青质颗粒影响流体流动性质并使粘度增加，通过不断向原油中加入正构烷烃，用玻璃毛细管粘度计测定每种样品的运动粘度，粘度曲线的转折点被定义为沥青质沉淀点。实验结果表明，随着沉淀剂加入量的增加，体系粘度呈平缓下降趋势，而在沥青质的沉积起始点处偏离较大。其优点是设备简单，重复性、准确性较好；不足之处是只能在常压下操作，而且难以准确测量溶液粘度，工作量大。
（5） 量热法。Andersen[13]等利用量热法研究了沥青质在不同溶剂中的临界胶束浓度（CMC）。将一定量的沥青质溶液注入装有一定量纯溶剂的量热计样品池中，并用螺旋桨进行搅拌。这一方法的原理是，随着沥青质浓度的稀释，会因为胶体破裂而吸收热量，当样品池中沥青质的浓度超过沥青质的CMC时，吸收的热量就会减少。因此，可以有沥青质浓度/吸热曲线的突变点得到沥青质的CMC即为沉积起始点。
（6） 声共振法。声共振技术（ATR）适用于任何类型和颜色的原油[14]，其主要特点是可以通过改变操作压力、温度和体积，研究各种流体共振响应的状态及其与时间的对应关系。具体做法是，由压电元件产生声波，形成柱穴的一端，该元件受到电压作用而产生震动，随即引起流体的震动，流體的震动又使得另一端的相同元件产生电压。在某些特定的频率上就可能形成驻波，这些驻波的图形取决于流体的性质和状态。使用CO2做沉淀剂，当其摩尔分数超过一定值时，声波响应明显增强，由此判断沥青质的沉积起始点。此方法的缺点是设备不易得，能量不易控制，可能使沥青质胶束发生破裂。
表1 常用沥青质相分离试验方法
Tab 1 common asphaltene phase separation test methods
相分离研究方法 沉积起始点 缺点
光学法 折射率、透光率等突变点 当沥青质含量低时，仪器响应不灵敏，沉积起始点不易测定
电导率法 电导率先升后降的突变点 测定电导率不够精确，而且对沥青质含量低的油品不是很灵敏
界面张力法 表面张力先平缓减小后迅速增大 油水界面张力受酸碱性和温度等因素影响较大，实验精度低
粘度法 粘度曲线的转折点 只能在常压下操作，而且难以准确测量溶液粘度，工作量大
量热法 沥青质浓度/吸热曲线的突变点 设备不易得
声共振法 声波响应明显增强 设备不易得，能量不易控制，可能使沥青质胶束发生破裂
2.2 沥青质沉淀量的确定
确定沥青质的沉淀量比确定其沉积起始点不确定性更大，实验数据间的可比性也更大，实验数据间的可比性也更差。以下是一些主要实验方法：
Tomas等[15]将油藏流体注入可视釜，逐步注入沉淀剂，待釜中混合平衡后，将流体从釜中退出，并通过一个2μm的在线过滤器，称量过滤器中吸附的沉淀量。
Novosad等[16]将CO2与地层流体在指定的温度压力之下混合平衡后闪蒸至大气压力，测定闪蒸出来的正庚烷沥青质含量，并与初始含量相比较，以确定由CO2导致的沥青质沉淀量。Novosad认为，这一间接方法比直接收集沉淀的方法好。
Monger等[17]建立了一套高温高压的变体积釜循环装置，在循环回路中串入了一个0.5μm的过滤器收集所产生的沉淀，吸附了沉淀的过滤器在空气中干燥48h之后称重，以确定沉淀量。
3 沥青质沉积预测模型
基于沥青质沉积机理，依据得到的实验数据，建立沥青质沉积预测模型并预测沥青质沉积条件和沉积量具有重要意义。因此，研究者们对沥青质沉积预测模型的研究做了大量工作，已出现的预测模型有：基于相劈分的沥青质沉积理论模型、基于胶体不稳定性的沥青质沉积理论模型、热动力预测模型、分形聚集（FA）模型、专家评价模型和电化学模型等。 （1）基于相劈分的瀝青质沉积理论模型。该模型认为沥青质为溶解于周围介质的混合物，这也就是较早提出的溶解度模型，可分为气-液-液平衡理论模型，固-液模型，气-液-固模型3种。
（2）基于胶体不稳定性的沥青质沉积理论模型。热力学胶体模型是由Leontaritis和Mansoori提出并发展的，认为沥青质在原油中作为胶束，以胶粒的形式悬浮于油相中，该悬浮体系的稳定性主要取决于体系中胶质的性质和浓度，以及沥青质颗粒表面与油相之间的平衡条件。Leontaritis[18]认为，当液相中胶质浓度减小，且其化学位低于临界胶体化学位时，胶质分子就会脱离沥青质，不同沥青质颗粒间相互作用并聚结形成不可逆聚沉。
（3）热动力预测模型。Kawanaka和Mansoori等针对温度、压力及溶剂变化条件下沥青质沉积的起始点与沉积量，应用分子动力学理论建立了一种热力学预测模型，可以较好地预测CO2驱原油的沥青质相变与沉积区域位置。
（4）分形聚集（FA）模型。Mansoori等提出了分形聚集模型，该模型展现出原油体系中轻质组分与重质组分的相互作用，能够解释溶解度效应和胶溶效应，并能预测出在溶剂作用下原油中沥青质的沉积点和沉积量。
（5）专家评价模型。Haitham[19]等建立了基于沥青质折射率、溶解度模型与通用评价标准的3个模糊评估系统，在考虑沥青质含量权重因素的基础上，综合3个系统分析了潜在的沥青质沉积条件，形成了最终的专家评价系统。
（6）电化学模型。部分学者认为，原油为强极性体系，由于沥青质分子中含有强极性的基团和杂原子，沥青质分子中一部分以自由离子或偶极离子对的形式存在；并认为沥青质的沉淀、聚集是以其中离子化部分为先导进行的。
4 发展趋势与展望
（1）由于沥青质沉积过程十分复杂，沥青质沉积机理至今亦尚未形成统一认识，今后的发展趋势仍将继续围绕沥青质沉积机理、沥青质沉积评定方法和沥青质沉积预测模型开展研究。
（2）上述研究均只是针对沥青质在沉积过程中的某个结点及沉淀量，未开展沥青质沉积的起始点、进程、终了点及速度与油品稳定性映射关系的预测模型研究，而此恰恰是影响油品稳定性的最关键因素。建立基于油品瀝青质单相分离速度的油品稳定性分析模型，有望实现油品稳定性的量化分析与评定。
（3）研究劣质重油中不同组分、含量以及温度等对沥青质稳定性的影响，寻找相应劣质重油沥青质稳定性与影响因素的映射关系。
参考文献：
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[2]Mansoori G A. Modeling of asphaltene and other heavy organic deposition JPSE 101-111
[3] Carnahan N F，Louls J，Anton R，et a1.Properties of resins extracted from Boscan crude oil and their effect on the stability of asphaltenes in Boscan and Hamaca crude oils[J].Energy&Fuels，1999，13（2）：309-314
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[11]Kim S T， et a1. The role of asphaltene in wettability reversal. SPE 20700. 1990
[12]Escobedo， J. and Mansoori G. A.. Viscometric determination of the onset of asphaltene f1occulation. a novel method； SPE Prod & Facili. 1995， May： 115-118
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[17]Monger， T. G. D.E.Organic Deposition during CO2 and Rich-Gas Flooding； SPE 18063， 1998， 63-73.
[18]Leontaritis K.J The Asphaltene and Wax Deposition Envelopes 1996（l-2）
[19]Haitham M.S.Lababidi，Ali A.Garrouch An Expert System for Predicting Asphaltene Deposition[SPE 73744-MS] 2002
基金項目：石油化工联合基金项目（B060902）
作者简介：贾风光（1990-），男，山东德州人，工学硕士研究生，油液检测与故障诊断方向，
关键词：沥青质；稳定性；沉积；机理；评定方法；预测模型
中图分类号：U677.2 文献标识码：A
0 引 言
劣质重油中所含的沥青质是一种重碳氢燃料混合物，易造成不稳定而沉积，从而改变其性质并堵塞管道、过滤器、燃烧喷油嘴等，已严重影响了其生产、加工、储运和使用。因此，采油站、炼油厂、船舶以及劣质重油使用单位等均需经常测试油品的稳定性，以便改进生产工艺，提高生产效率，安全运输与使用。因沥青质的不稳定所造成的间接损失使得全球相关行业每年都需花费几十亿美元用于化学药品投放和管道保温，以及解决因添加剂投放带来的设备报废、额外动力开销等一系列附加问题。因此，如何量化确定和检测劣质重油沥青质稳定性已成为石油及相关行业迫切需要解决的重大难题。与此同时，随着柴油机制造技术的发展和国际市场上燃油价格的迅速上涨，船用柴油机使用劣质重油已成为必然。此外，随着炼油技术的不断改进与提升，石油提炼后留下的渣油在数量上越来越少，燃油的质量越来越差，使得船舶柴油机对燃油选择的余地更小。由于燃油中沥青质的含量不是ISO标准所要求的，因此，劣质重油中沥青质含量的多少及其稳定性往往被供油商、生产厂家及船东所忽视，而燃油中沥青质的多少及稳定性对燃油的品质影响至关重要，特别是对燃油稳定性和相溶性尤为重要，而燃油的稳定性又直接影响柴油机燃油的雾化和燃烧质量，从而直接影响柴油机的安全可靠运转，据统计船舶因加装不同燃油或因加装的燃油不稳定而引发的不相溶问题并导致船舶柴油机的故障呈逐年增加的趋势，已成为船舶安全的一个重要隐患。因此，为保证船舶的安全营运，必须对劣质重油的稳定性进行评定。
为了解决劣质重油沥青质不稳定的问题，人们在沥青质沉积机理、沉积评定方法及沉积预测模型等方面进行了大量实验和理论研究，并取得了一定进展。
1 沥青质沉积机理
Nellensten率先提出沥青质极稀溶液的Tyndall效应及石油沥青质体系的胶体学说。近年来小角X射线散射（SAXS）和小角中子散射（SANS）等实验结果也证实了石油中的沥青质是以胶束形式存在的。石油中的沥青质、胶质、芳香分及饱和分构成了一个动态稳定的胶体体系，Mack于1932年提出了沥青质为分散相，可溶质为分散介质的胶体模型。晏德福[1]提出了以沥青质为核心、吸附在其周围的胶质为溶剂化层构成分散相，其它组分构成分散介质的胶体模型。李生华通过冷冻复形透射电镜技术观测到沥青质和重胶质共同作为分散相，中胶质、轻胶质、芳香分及饱和分作为分散介质的胶体体系。张龙力计算了不同胶粒构成模型下胶粒之间的吸力位能，结果表明：沥青质和重胶质共同作为分散相，中胶质作为吸附层，其余组分作为分散介质的胶粒构成模型具有最低的吸力位能。胶质分子在沥青质缔合物表面的吸附作用可简单地处理为类似于氢键的弱的酸碱相互作用。典型的沥青质-胶质胶束的基本特征是：①沥青质分子相互缔合形成胶核；②油相中部分共存胶质分子吸附于胶核表面形成溶剂化层；③胶束中沥青质分子和胶质分子分别与油相中的各自单体分子处于动态平衡。
关于沥青质在石油胶体系统中沉积的机理，Mansoori[2]提出了影响沥青质沉积的四种效应。根据石油的性质及其所处的状态，沥青质可以按照下述沉积机理中的一种或多种效应而产生沉积。
（1）多分散性效应。沥青质在石油胶体系统中的分散性直接与沥青质的沉积有关。沥青质的分散性取决于石油的化学组成，特别是石油中的极性/非极性与轻质/重质分子的组成。沥青质的沉积可以用油中各组成多分散性的失衡来解释。当温度、压力、组成发生变化时，石油的多分散性将发生相应的变化。例如在原油中添加芳烃溶剂时，将影响沥青质的胶束类型，但是沥青质的大小变化不大，这主要是由于沥青质分子结构产生的堆积约束力的变化。而当在原油中添加非极性的烷烃分子时，沥青质分子中的含杂原子环节或氢键部分就有可能束集，从而以固体状态分离析出。
（2）立體胶态效应。众所周知，沥青质具有很强的自聚集能力。如在原油中添加大量的烷烃分子，沥青质就有可能聚集并从油相中分离出来，同时由于如胶质等胶溶剂的作用，胶质分子吸附在沥青质的表面，并使其成为悬浮在油中的大颗粒。这种立体胶态的稳定性取决于溶液中胶溶剂的浓度、胶溶剂在沥青质表面活性点所占的分数、以及在溶液中与在沥青质表固上的胶溶剂的平衡条件。而胶溶剂在沥青质表面上的吸附量，与胶溶剂和沥青质的化学性质有关，同时也取决于油中胶溶剂的浓度。
（3）聚集效应。当油中的胶溶剂如胶质的浓度降低时，胶质分子由于化学位的平衡被破坏而从沥青质的表面脱附，当其在沥青质上的吸附量降低到不足以覆盖沥青质的表面时，沥青质分子间表面上的活性点就可能相互吸引而聚集为更大的颗粒。这种聚集是不可逆的，并将沉淀为大颗粒，颗粒的性质与形状将决定其对石油胶体性质的影响。
（4）电动力效应。当石油处在多孔介质、管线等内流动状态时，沥青质的沉积还要考虑电动力效应的作用。这是由于带电荷的胶体粒子在沿导管流动时，将沿导管长度产生电位差，这一电位差将在导管的下游影响胶体粒子的电荷发生变化，从而导致沥青质的沉积。影响点动力效应的因素很多，主要有：导管的电性质、热性质、润湿性；流体的温度、压力、流态；石油和沥青质与极性物质的组成和性质等。
2 沥青质沉积评定方法
对沥青质沉积评定的方法主要包括沥青质沉积起始点的确定和沥青质沉积量的确定。
2.1 沥青质沉积起始点的确定 若向原油中滴加沉淀剂，会引起石油胶体体系的变化，导致沥青质不同程度的聚集，当溶剂浓度达到一定值，沥青质聚集骤然加剧，这一点称为沥青质的沉积起始點。测定沥青质沉淀起始点最直接最简单的方法是目测法[3]（滴扩散法），即向含有沥青质的原油中逐渐加入沉淀剂，然后用玻璃棒沾少量液体在滤纸上进行目测，缺点是精确度较低。另一种基本的定量测定方法是重量法[4]，向待测的含沥青质样品油中加入不同比例的轻质烷烃，作为稀释剂也是沉淀剂，用重量法分别得到不同的沉淀沥青质重量。除了这两种最基本的方法，近年来，陆续出现了各种基于超声[5]、光学[6]、粘度变化[7]、电导率[8]等原理的仪器测定沥青质沉淀起始点。因此，沥青质沉积起始点的确定方法有很多种，其中有代表性的实验测定方法有：
（1） 光学法。Andersen[9]、Bartholdy[10]及Buckley[6]等利用光学仪器，如分光光度计、近红外光谱、折光率仪，对石油胶体的稳定性进行表征。采用的方法为向沥青质/甲苯溶液中滴加正庚烷，当沥青质聚沉时，体系的透光率、折射率（RI）等光学特性以及临界胶束浓度等会发生突变。此方法的主要缺点是当沥青质含量低时，仪器响应不灵敏，初始沉淀点不易测定。
（2） 电导率法。Fotland[8]等利用电导率方法检测沥青质沉积起始点。通过不断向原油中加入正庚烷，并准确测定混合物的电导率，发现混合物的电导率呈先升后降的趋势，在一定溶剂浓度处，出现一最高点，Fotland定义该最高点为沥青质沉积的起始点。该方法的不足之处在于，其测定电导率不够精确，不能细致地反映体系电导率变化的情况，而且对沥青质含量低的油品不是很灵敏。
（3） 界面张力法。Kim[11]等将油水体系界面张力的变化与沥青质沉积的起始点联系起来，根据油水界面性质来定量确定沥青质沉积的起始点。通过向原油中加入正庚烷，发现随着正庚烷重量百分数的增加，油/正庚烷混合物的表面张力呈单调平缓下降，而油水界面张力开始变化不大，后来因沥青质沉积，出现一界面张力的不稳定区域，而后则迅速增大，定义该突变点为沥青质的沉积起始点。该方法的缺点是油水界面张力受酸碱性和温度等因素影响较大，使实验结果精度降低。
（4） 粘度法。Mansoori[12]等发现悬浮的沥青质颗粒影响流体流动性质并使粘度增加，通过不断向原油中加入正构烷烃，用玻璃毛细管粘度计测定每种样品的运动粘度，粘度曲线的转折点被定义为沥青质沉淀点。实验结果表明，随着沉淀剂加入量的增加，体系粘度呈平缓下降趋势，而在沥青质的沉积起始点处偏离较大。其优点是设备简单，重复性、准确性较好；不足之处是只能在常压下操作，而且难以准确测量溶液粘度，工作量大。
（5） 量热法。Andersen[13]等利用量热法研究了沥青质在不同溶剂中的临界胶束浓度（CMC）。将一定量的沥青质溶液注入装有一定量纯溶剂的量热计样品池中，并用螺旋桨进行搅拌。这一方法的原理是，随着沥青质浓度的稀释，会因为胶体破裂而吸收热量，当样品池中沥青质的浓度超过沥青质的CMC时，吸收的热量就会减少。因此，可以有沥青质浓度/吸热曲线的突变点得到沥青质的CMC即为沉积起始点。
（6） 声共振法。声共振技术（ATR）适用于任何类型和颜色的原油[14]，其主要特点是可以通过改变操作压力、温度和体积，研究各种流体共振响应的状态及其与时间的对应关系。具体做法是，由压电元件产生声波，形成柱穴的一端，该元件受到电压作用而产生震动，随即引起流体的震动，流體的震动又使得另一端的相同元件产生电压。在某些特定的频率上就可能形成驻波，这些驻波的图形取决于流体的性质和状态。使用CO2做沉淀剂，当其摩尔分数超过一定值时，声波响应明显增强，由此判断沥青质的沉积起始点。此方法的缺点是设备不易得，能量不易控制，可能使沥青质胶束发生破裂。
表1 常用沥青质相分离试验方法
Tab 1 common asphaltene phase separation test methods
相分离研究方法 沉积起始点 缺点
光学法 折射率、透光率等突变点 当沥青质含量低时，仪器响应不灵敏，沉积起始点不易测定
电导率法 电导率先升后降的突变点 测定电导率不够精确，而且对沥青质含量低的油品不是很灵敏
界面张力法 表面张力先平缓减小后迅速增大 油水界面张力受酸碱性和温度等因素影响较大，实验精度低
粘度法 粘度曲线的转折点 只能在常压下操作，而且难以准确测量溶液粘度，工作量大
量热法 沥青质浓度/吸热曲线的突变点 设备不易得
声共振法 声波响应明显增强 设备不易得，能量不易控制，可能使沥青质胶束发生破裂
2.2 沥青质沉淀量的确定
确定沥青质的沉淀量比确定其沉积起始点不确定性更大，实验数据间的可比性也更大，实验数据间的可比性也更差。以下是一些主要实验方法：
Tomas等[15]将油藏流体注入可视釜，逐步注入沉淀剂，待釜中混合平衡后，将流体从釜中退出，并通过一个2μm的在线过滤器，称量过滤器中吸附的沉淀量。
Novosad等[16]将CO2与地层流体在指定的温度压力之下混合平衡后闪蒸至大气压力，测定闪蒸出来的正庚烷沥青质含量，并与初始含量相比较，以确定由CO2导致的沥青质沉淀量。Novosad认为，这一间接方法比直接收集沉淀的方法好。
Monger等[17]建立了一套高温高压的变体积釜循环装置，在循环回路中串入了一个0.5μm的过滤器收集所产生的沉淀，吸附了沉淀的过滤器在空气中干燥48h之后称重，以确定沉淀量。
3 沥青质沉积预测模型
基于沥青质沉积机理，依据得到的实验数据，建立沥青质沉积预测模型并预测沥青质沉积条件和沉积量具有重要意义。因此，研究者们对沥青质沉积预测模型的研究做了大量工作，已出现的预测模型有：基于相劈分的沥青质沉积理论模型、基于胶体不稳定性的沥青质沉积理论模型、热动力预测模型、分形聚集（FA）模型、专家评价模型和电化学模型等。 （1）基于相劈分的瀝青质沉积理论模型。该模型认为沥青质为溶解于周围介质的混合物，这也就是较早提出的溶解度模型，可分为气-液-液平衡理论模型，固-液模型，气-液-固模型3种。
（2）基于胶体不稳定性的沥青质沉积理论模型。热力学胶体模型是由Leontaritis和Mansoori提出并发展的，认为沥青质在原油中作为胶束，以胶粒的形式悬浮于油相中，该悬浮体系的稳定性主要取决于体系中胶质的性质和浓度，以及沥青质颗粒表面与油相之间的平衡条件。Leontaritis[18]认为，当液相中胶质浓度减小，且其化学位低于临界胶体化学位时，胶质分子就会脱离沥青质，不同沥青质颗粒间相互作用并聚结形成不可逆聚沉。
（3）热动力预测模型。Kawanaka和Mansoori等针对温度、压力及溶剂变化条件下沥青质沉积的起始点与沉积量，应用分子动力学理论建立了一种热力学预测模型，可以较好地预测CO2驱原油的沥青质相变与沉积区域位置。
（4）分形聚集（FA）模型。Mansoori等提出了分形聚集模型，该模型展现出原油体系中轻质组分与重质组分的相互作用，能够解释溶解度效应和胶溶效应，并能预测出在溶剂作用下原油中沥青质的沉积点和沉积量。
（5）专家评价模型。Haitham[19]等建立了基于沥青质折射率、溶解度模型与通用评价标准的3个模糊评估系统，在考虑沥青质含量权重因素的基础上，综合3个系统分析了潜在的沥青质沉积条件，形成了最终的专家评价系统。
（6）电化学模型。部分学者认为，原油为强极性体系，由于沥青质分子中含有强极性的基团和杂原子，沥青质分子中一部分以自由离子或偶极离子对的形式存在；并认为沥青质的沉淀、聚集是以其中离子化部分为先导进行的。
4 发展趋势与展望
（1）由于沥青质沉积过程十分复杂，沥青质沉积机理至今亦尚未形成统一认识，今后的发展趋势仍将继续围绕沥青质沉积机理、沥青质沉积评定方法和沥青质沉积预测模型开展研究。
（2）上述研究均只是针对沥青质在沉积过程中的某个结点及沉淀量，未开展沥青质沉积的起始点、进程、终了点及速度与油品稳定性映射关系的预测模型研究，而此恰恰是影响油品稳定性的最关键因素。建立基于油品瀝青质单相分离速度的油品稳定性分析模型，有望实现油品稳定性的量化分析与评定。
（3）研究劣质重油中不同组分、含量以及温度等对沥青质稳定性的影响，寻找相应劣质重油沥青质稳定性与影响因素的映射关系。
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基金項目：石油化工联合基金项目（B060902）
作者简介：贾风光（1990-），男，山东德州人，工学硕士研究生，油液检测与故障诊断方向，