用双面胶粘附固体颗粒测量油砂的润湿性

王昊　张晨　贺承祖

摘要： 油砂矿可采资源量约为6510亿桶，占世界石油可采总量的三分之一左右。无论用原位分离或露天开采油砂矿，均需使沥青脱离砂粒表面，砂粒表面的润湿性对开采方法的选择和工艺参数具有重要的意义。目前尚无一种测量油砂矿表面润湿性的可靠方法。本文仿照Bachmann等推荐的方法，将油砂中的固体颗粒撒在双面胶片上形成单颗粒层，测量水滴在上面的前进角和后退角。该法简便易行，重现性好。

关键词：油砂;固体颗粒;双面胶粘附;接触角;润湿性

油砂矿又称沥青砂，是沥青、砂粒、黏土和水的混合物，一般沥青含量为3%～20%，固体颗粒（沙和黏土等矿物）含量为80%～85%，水含量为3%～6%。全世界油砂总储量约为4万亿桶， 可采资源量约为6510亿桶，占世界石油可采总量的32%。目前已探明的油砂矿藏中95%左右分布于加拿大、委内瑞拉和美国。我国的油砂资源也比较丰富，主要分布在新疆、青海、内蒙及四川等地，初步估算有千亿吨储量，可采储量约为100亿吨，占我国油气可采储量的三分之一左右。目前对于埋藏较深 （大于75 m）者采用原位分离，如蒸汽辅助重力驱方法采出沥青，对于埋藏较浅（小于75 m）者用水基或油基方法提取沥青。

1 油砂矿物润湿性对提取工艺的影响

前人的研究如表1所示，油砂中沙粒和矿物微粒大都亲水，属于易处理矿，适合水基提取，有少数属于难处理矿，其中有的由于储层水中電解质（尤其是钙、镁离子）含量高，使部分矿物微粒疏水，干扰沥青上浮;有的由于储层中矿物微粒含量高（一般易处理矿中矿物微粒含量为10%左右，高矿物微粒矿中矿物微粒含量高达45%左右），疏水，矿物微粒易吸附于沥青表面，使沥青难以与气泡结合形成沥青泡沫，影响靠浮力与水相分离;还有的则由于沙粒和矿物微粒本身均疏水，沥青既不易脱落，脱落下来的沥青还不易形成沥青泡沫上浮。润湿性对油砂开采方法的选择和工艺参数的确定具有重要的影响。

2 油砂矿物润湿性的测量方法

本文仿照Bachmann等的方法，将油砂中的固体颗粒撒在双面胶片上形成单颗粒层，测量水滴在上面的接触角，该法克服了水滴易渗入油砂颗粒压片内部的弊病，需要的试样少，手续简便，并可同时测量前进角和后退角。

3 实验部分

3.1仪器，试剂和样品

Dean-Stark抽提器，读数显微镜，微量注射器，双面胶，甲苯，石英砂，哈萨克斯坦H-1、和H-2样，克拉玛依F-1油砂样品。

3.2 实验方法

3.2.1提取固体颗粒

将油砂样用滤纸包裹，置于脂肪提取器中用甲苯回流，抽提至流出液无色，取出于120℃时烘至恒重，过筛，取不同粒径的颗粒进行试验。

3.2.2 测量接触角

将双面胶贴在载玻片上，一定粒度的油砂颗粒撒在双面胶上，用重物压几秒钟后小心抖去掉多余的粉末，如此重复两次，得到油砂颗粒单层。用微量注射器将4滴以上的蒸馏水置于表面上测量接触角。

4 实验结果

实验结果表明，水滴在风城F-2、风城F-1经600℃灼烧过的样品和二氧化硅颗粒层上迅速铺开，接触角接近零，说明这些固体颗粒为强亲水性。水滴在风城F-1和哈国H-1颗粒层上呈缺球状，接触角随放置时间的增加而有所降低，与前人实验结果类似。前人认为，水滴放置在固体表面上时形成的接触角为前进角，在放置过程中由于水蒸发引起水滴收缩，逐渐变为后退角，后退角比前进角小所致。由该图看出，水滴置于单层油砂颗粒上后，2分钟内测量可得到比较稳定的前进角。

水滴在不同粒度的风城F-1和哈国H-1颗粒层上测量出的接触角如表3所示。每次实验对4个水滴得到的结果取平均值，实验误差在1度以内，说明实验重显性好。油砂颗粒粒径在由小于65μm增至88～91μm（对于哈萨克斯坦H-1）或97～105μm（对于H-1克拉玛依F）时测量结果与粒度关系不大

本公司其他人的实验表明，对于亲水性风城F-2油砂矿适合用碱性水基溶剂提取开采，而疏水性风城F-1和哈国H-1油砂矿只能用非水基溶剂提取开采，说明测量润湿性对制定油砂矿开采方案具有重要意义。

5 讨论

6 结论

将从油砂中提取的固体颗粒粘在双面胶片上形成单颗粒层，测量水滴在上面的接触角，是研究油砂润湿性的一种较为可取的方法。该法简便易行，重现性好，可给出有明确物理意义的定量结果，并已在制定油砂矿提取方案中获得应用;可供他人借鉴。

致谢：本文作者在研究过程中得到李岩，张晨和贺承祖等老师的指导与帮助，特此致谢！

参考文献：

[1]BrandtAdam R.EnglanderJacob. Bharadwaj Sharad. The energy efficiency of oil sands extraction： Energy return ratios from 1970 to 2010[J]. Energy.2013， 55（6）：693-702