1. 引言
原油中复杂有机分子的聚集和沉淀过程对石油生产、运输和加工产生多种宏观影响。沥青质的失稳源于温度、压力或流体组成变化导致的溶剂相互作用破坏，这会引发沥青质沉淀。这些现象可能导致石油生产和运输中的操作挑战，例如堵塞储层岩石孔隙和井筒、降低管道输送效率、在炼厂导致设备结垢和焦炭沉积。沥青质沉积还会改变岩石表面的润湿性，从水湿变为油湿，影响通过多孔介质的油流。尽管全球能源结构在向可持续能源转型，但石油、天然气和煤炭在2023年仍占全球一次能源供应总量的81.3%。。沥青质和树脂是石油的主要极性成分，也是原油中界面活性化合物的主要部分，它们具有类似表面活性剂的两亲特性。
2. 沥青质的结构表征
2.1. 化学结构解析
一系列分析技术被用于表征沥青质的化学结构，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）、质谱（MS）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等。FTIR用于研究其官能团组成，揭示芳香族C=C伸缩、脂肪族C–H伸缩、羰基以及含氮、硫官能团的吸收带。质谱技术，尤其是与电喷雾电离（ESI）耦合的傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS），在解析分子量分布和元素组成方面发挥着强大作用。这种技术可以高精度区分化合物，并提供双键等效值（DBE）和碳数（CN）信息，用于评估芳香度和分子复杂性。以及展示了相关结果。NMR分析能够区分沥青质分子结构中的脂肪族和芳香族域。和展示了典型的谱图。
2.2. 沥青质的分子模型
沥青质的分子结构存在“岛状”模型（单个主导芳香核）和“群岛状”模型（多个较小芳香岛通过脂肪链连接）的争论。现代高分辨率质谱分析表明，石油沥青质中两种结构共存，形成一个结构连续体。沥青质的分子模型多种多样，例如具有扩展芳香核的A18模型（岛型）和通过链连接两个较小PAH核的A81模型（群岛型）。其他模型化合物还包括烷基化的六苯并蔻（HBC）衍生物、芘基化合物和基于苝的两亲分子等。和展示了模型结构。这些结构差异显著影响其溶解度、自缔合和界面吸附行为。
3. 沥青质的自组装
描述沥青质在溶液中胶体结构的早期模型是Pfeiffer和Saal模型，其中树脂分子起到“胶溶”稳定作用。Dickie和Yen通过X射线衍射研究，提出了著名的Yen模型，认为沥青质中的多环芳烃（PAHs）通过π-π非共价相互作用堆叠形成“微晶”，进而聚集成更大的聚集体。。Mullins在此基础上提出了修正的Yen模型（或称Yen-Mullins模型），描述了从单个分子到纳米聚集体（约6个分子），再到团簇的分级自组装过程。。除了π-π相互作用，杂原子和氢键的影响也不容忽视。絮凝过程是沥青质聚集体持续生长的结果，最终形成沥青质颗粒的分散体。实验上，可通过重量法、粘度法、光学显微镜、光散射等多种技术确定沥青质的沉淀起始点。
4. 沥青质的沉积过程
4.1. 沥青质沉积包络线
现场发现的固体沉积物是复杂的混合物，主要包含沥青质、树脂和高分子量石蜡。沥青质沉积包络线（ADE）定义了在热力学相图中发生沥青质絮凝的条件区域。展示了一个典型的压力-温度相图，其中上下包络线划定了沉淀发生的区域。储层压力降低、与注入溶剂混合、温度变化和剪切效应都可能破坏平衡，导致沥青质沉淀。沉积不仅由热力学沉淀起始点决定，还受到流动流体力学和表面相互作用的综合影响。研究表明，沥青质沉积主要由表面-沥青质粘附能控制，其中路易斯酸碱相互作用占主导地位。
4.2. 沥青质沉积建模
开发一个通用的模型来预测不同条件下沥青质的稳定性至关重要。现有模型通常将原油简化为油和沥青质组分的二元混合物，并结合质量、动量守恒以及来自孔径分布的闭合关系进行描述。有效的沥青质控制需要将基于ADE的热力学预测与流动保障和表面相互作用考虑因素相结合的策略。
综述总结指出，尽管过去五十年进行了大量研究，但尚未建立一个全面且普遍适用的理论来描述原油中重有机物的沉淀和沉积机制。未来的进展将依赖于分子水平表征与预测热力学模型的耦合，以预测沉淀起始点，并指导在储层和生产系统中设计更有效的缓解策略。
