摘要 在充分调研国内外沥青质沉积资料的基础上，对沥青质的物理化学沉积机理、沥青质堵塞储层孔喉的机理进行了总结。在对比分析的基础上，将沥青沉积模型划分为基于相劈分的沥青质沉积模型及基于胶体不稳定性的沥青质沉积理论模型，指出了各模型的局限性及其存在根源。通过分析原油中沥青质发生絮凝的温度、压力、组分，可以找出发生沥青质沉积的主要影响因素，从而搞清沥青质对储层渗透率的影响，为油藏注气开发方案设计提供依据，对防止储层损害，确保稳产、高产具有重要意叉。

关键词 沥青质；机理；沉积模型；相劈分；胶体；油藏

中图分类号 TE258；TE341 文献标识码：A

沥青质为高度浓缩的聚芳结构，含有杂原子(即S、O、N)以及金属原子(如Va、Ni)，为原油中分子量最大的组分。通常定义为原油中不溶于n疾烷但溶于热甲 苯的物质。
由于生产过程中原油温度、压力、组分发生变化以及注气提高采收率(如注蒸汽、CO 、N 等)的采用，沥青质可能絮凝和沉积，从而堵塞油藏地层、采油设备和炼油设备，使生产效率严重下降。目前，国内外已有大量关于沥青质沉积对油藏开采过程所造成伤害报道Lll2j。因此，认清沥青质在油藏中的沉积机理并建立预测其沉积的数学模型，具有重要意义。
1 沥青质沉积机理
1．1 沥青质的物理化学沉积机理
关于沥青质在石油胶质系统中沉积的机理，Mansoofi 3_4 提出了影响沥青质沉积的四种效应。沥青质可能按照其中的一种或多种效应产生沉积。
1．1．1 多分散性效应
当原油中极性和非极性以及轻质和重质组分呈适当比例时，可以达到多分散油混合物的稳定性。当温度、压力、组成发生变化时，石油的多分散性将相应发生变化。当极性化合物加入原油中，胶束类沥青质聚集体形成。而当在原油中添加大量石蜡烃时，沥青质分子以固体聚集态分离析出。
1．1．2 立体胶态效应
沥青质具有很强的自聚集能力。如在原油内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表面，并使其成为悬浮在油中的大颗粒。
1．1．3 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，沥青质分子表面上的活性点就可能相互吸引而聚集，并将絮凝为大颗粒。
1．1．4 电动力效应
当石油在多孔介质内流动时，带电荷的胶体粒子将产生电位差，这一电位差将影响下游胶体粒子的电荷发生变化，从而导致沥青质的沉积。
1．2 沥青质堵塞地层喉道的机理
根据物化沉积机理，当原有物化平衡被打破时，沥青质将从原油中沉积出来，当它随原油在储层孔隙中流动时，将会造成地层喉道的堵塞。沥青质堵塞储层孔隙源于三个主要机理：
(1)沥青质在喉道处被阻塞；
(2)沥青质在岩石上吸附，造成润湿性反转；
(3)当存在注气注水时，界面作用形成沥青质滞留。
沥青质在喉道处被阻塞，包含两种形式：捕获和桥塞。当沥青质随流体在表面不光滑的流动通道移动时，由于流体能量足够大，沥青质与通道壁面发生碰撞而被岩石捕获；当单个或多个沥青质运移到孔喉处时，沿渗流通道垂面粘合在孔喉壁面使其渗流通道被桥塞。沥青质为极性化合物，当沉积到岩石表面，其极性端吸附于岩石表面，碳水化合物端裸露在外，使岩石润湿性向油湿方向反转。
当存在注气注水时，沥青质随流体流动，其运动往往受流动边界的干扰而杂乱无章，由于受固一液，液掖界面力作用而滞留在喉道里。
2 沥青质沉积模型
原油中沥青质沉积堵塞会影响油藏的高效开发，因此，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。基于沉积机理，依据得到的实验数据，已有大量研究者提出了众多沥青质沉积预测模型。目前，沥青质沉积模型基本可划分为两大类：一类为基于相劈分的沥青质沉积理论模型，该模型认为沥青质为溶解于周围介质的混合物；另一类为基于胶体不稳定性的沥青质沉积理论模型，该模型认为胶质分子具有特殊的稳定性作用一沥青质为不溶的胶束固体，被吸附的胶质分子分散，沥青质胶束表面与溶剂胶质之间的胶质划分控制了沥青质的沉积。
2．1 基于相劈分的沥青质沉积理论模型
2．1．1 气-液掖平衡理论模型
Hirschberg等人 首次将Flory-Huggins聚合物理论应用于描述沥青质在油相中沉积行为。Kawanaka、Nor．Azlan N 、Cimino等 相继对该类模型进行了改进。其基本假设为：
(1)将沥青质视为纯大分子物质，原油视为纯小分子溶剂；
(2)析出的沥青质沉积相为纯液态沥青质，其逸度定义为标准态逸度；
(3)油相与沥青质沉积相处于液掖平衡状态；
(4)用Flory—Huggins理论表述沥青质在溶剂中的溶解度。
首先进行气．液平衡计算，得到平衡液相组成，然后将平衡液相划分为沥青质与油两个组分，代入基于液一液平衡的沥青质沉积的预测模型，判断沥青质沉积条件。气．液．液平衡理论模型能简便地判别沥青质沉积，但也存在着缺点和不足：
(1)认为从不同来源得到的沥青质具有相同的性质不尽合理；
(2)假设沥青质沉积相为纯沥青质，而事实上沥青质沉积相中含有一定量的胶质和蜡等有机质，且随沉积条件不同，沥青质的组成还会发生变化；
(3)Flory-Huggins理论是针对非极性链状高分子在非极性溶剂中的溶解度发展起来的，而沥青质为原油中极性最强的组分，结构非常复杂，并非链状，因此该理论的适用性尚待讨论。
2．1．2 液．固平衡理论模型
Chung等 以液．固相平衡为基础提出了沥青质沉积模型。Zhou X等¨叫加入了界面现象对胶体悬浮的作用，对模型进行了完善。模型假设在油中的沥青质随着热动力条件变化析出与溶解过程可逆： Chung等人考虑了温度、组成及活度系数(activity coefficient)等对沥青质在有机溶剂中的溶解性的影响，液一固平衡中溶液的平衡常数为溶液每一相摩尔体积、溶解性参数、溶点温度及溶解热的函数，这些参数均与摩尔质量相关。
液．固平衡理论模型不但能匹配测量的沥青质溶解性数据，而且可用于预测在有机溶剂或原油中的沥青质溶解性。但为了对模型进行拟合，修正该模型参数，需要实验数据很多。
2．1．3 气．液 固平衡理论模型
Nghiem L X等 卜 ]提出基于气 液 固平衡的沥青质固体模型。在此基础上，Kohse等 认为析出组分包含沥青质及胶质分子，并对模型进行了改进。该类模型基本假设为：沉积的沥青质为纯固体。按气一液一固平衡确定压力和摩尔体积发生改变引起的逸度变化，从而通过比较沥青质在三相中的逸度系数来确定沥青质的存在状态，并最终确定沥青质不发生沉积的热力学条件。应用液．固平衡理论，相态预测与实验观察非常匹配，组分模拟结果表明了沥青质沉积的动态特征。
但对于复杂体系(如原油与混合气体系，实验条件通过近临界区或反冷凝区时)，不能给出正确的预测趋势，并且忽略了原油中沥青质的胶柬性质。
2．2 基于胶体不稳定性的沥青质沉积理论模型
2．2．1 热动力胶体模型
Leontaritis等¨ 提出热力学胶体模型，并作出压力-组分沥青质沉积相图(简称ADE)，用来预测和诊断沥青质沉积。Takhar等¨ 采用ADE法，结合单组分临界特征计算混合物中各组分的溶解度参数，依次确定沥青质发生沉积的范围。假设不溶固体沥青质颗粒悬浮在原油中，分子表面被胶质分子完全覆盖；吸附在不同沥青质颗粒上的胶质之间短距离的分子问斥力作用阻碍沥青质絮凝。以聚合物溶液的胶质化学势及统计热力学原理为基础，用Flory． Huggins高分子溶液理论计算液相中胶质的化学位。
热动力胶体能预测由于组分的变化(即添加溶剂)或电现象(即由于孑L隙介质或管道中含沥青质原油流动产生的流动电势)引起的原油中胶体沥青质的絮凝初始点，但作者未给出模型基本参数的估算方法及临界胶质浓度的计算细节。
2．2．2 热力学胶束化模型
Pan等 提出了沥青质在常温原油中聚集与沉积的胶束化模型，并在2000年将该沉积模型从常
温下的固相沉积扩展到高温(大于330 K)下的液相沉积。。 。提出沥青质胶束化Gibbs自由能：Pan等认为：沉积的沥青质是沥青质胶束，沥青质分子与胶束之间存在着热力学平衡，且该过程可逆；沉积相中除沥青质外还有胶质；在常温下，沉积的沥青质为固相，并具有胶束特征。
热力学胶束化模型着眼于沥青质一胶质胶束形成的全过程。其描述的物理图象更接近真实体系，基本上可以预测各种情况的沥青质沉积。但模型的一些未知参数(如沥青质的分子结构和分子体积)很难用实验方法准确测定，因此必须作出许多简化和假设方可实际应用。
3 结论和建议
对沥青质沉积机理和预测沥青质沉积模型进行总结，分析了各种模型的优缺点。总体而言，模型越接近真实体系其待定系数越多，不能准确定量预测沥青质沉积行为，尚无任何模型描述多孑L介质中沥青质润湿反转，及固一液，液一液界面力造成的沥青质滞留。存在这些问题的主要原因有：
(1)沥青质沉积现象和机理非常复杂，很多现象和机理难以用模型准确表示，模型的建立大多建立在较多的推测和假设基础上；
(2)缺乏对沥青质物理特性和状态的准确描述，所建立的最理想的热力学模型也只是力求与实验测定结果相吻合；
(3)至今还难以精确确定的沥青质和胶质等的分子量、溶解度参数等一系列物理和化学参数，从而不得不通过实验数据的拟合对模型可调参数的修正，来提高模型描述的准确性。 
因此，建立能准确描述沥青质物理特性和预测沉积过程，并便于实际应用的预测模型为油藏注气开发方案设计提供依据，对防止储层损害及确保稳产、高产具有重要意义。