管輸含蠟原油多相體系析蠟?zāi)z凝行為分子動(dòng)力學(xué)模擬

成慶林， 甘亦凡， 王志華， 劉 朝， 李期斌， 劉 揚(yáng)

(1. 東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318； 2. 中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，北京 102206； 3. 重慶大學(xué) 低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044 )

0 引言

中國(guó)生產(chǎn)原油多為高黏易凝的含蠟原油。含蠟原油是由大量碳?xì)浠衔锝M成的復(fù)雜混合物[1-2]，一般需采用加熱方式輸送。當(dāng)管輸原油溫度降至析蠟點(diǎn)以下時(shí)，多相體系易交聯(lián)而形成穩(wěn)定的膠凝結(jié)構(gòu)，并沉積于管壁，減小管道的流通面積，增大摩阻，降低管道最小安全輸量和增加清管頻率，不僅增加輸油成本，還不利于管輸?shù)陌踩\(yùn)行[3-4]。為確保含蠟原油生產(chǎn)過程的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有必要準(zhǔn)確掌握蠟質(zhì)分子在原油多相體系中相變析蠟和核化膠凝行為的微觀作用機(jī)制與演化規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)分析與分子模擬是探究蠟質(zhì)分子在原油多相體系中相變析出和核化膠凝行為微觀機(jī)制的重要方法，在含蠟原油析蠟?zāi)z凝微觀實(shí)驗(yàn)方面有較多研究，MOUSSA Kané等[5]利用透射光電子顯微鏡觀察蠟晶在不同降溫條件下的形態(tài)差異(所觀測(cè)蠟晶尺度為1 μm級(jí))，在靜態(tài)降溫時(shí)，含蠟原油中存在片狀或?qū)訝罹w，析蠟量較少時(shí)，晶體之間相互孤立，析蠟量較多時(shí)，片狀或?qū)訝钕灳嗷ソ宦?lián)而形成聚集體；TAHERI-SHAKIB J等[6-7]采用掃描電鏡(SEM)觀察蠟晶在原油混合體系中的結(jié)晶行為，蠟晶主要由稻米狀的管狀結(jié)構(gòu)組成(所觀測(cè)蠟晶尺度為10 μm級(jí))，蠟晶顆粒的分散程度、平均尺寸和形態(tài)結(jié)構(gòu)主要取決于蠟質(zhì)的分子/鍵結(jié)結(jié)構(gòu)、原油元素組成與體系瀝青質(zhì)含量。實(shí)驗(yàn)研究尚停留在微米尺度，僅能獲取析蠟行為的宏觀信息，難以觀測(cè)到析蠟過程的微觀性質(zhì)和結(jié)構(gòu)信息。

借助分子模擬技術(shù)可以有效彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)條件的不足，分子模擬可在微納尺度下，從分子的運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)與幾何變化角度描述物質(zhì)的微觀行為。目前，該領(lǐng)域的分子模擬主要集中于降凝劑對(duì)含蠟原油石蠟沉積抑制作用的微觀機(jī)理研究，針對(duì)蠟質(zhì)分子在混合原油中析蠟?zāi)z凝行為的研究較少，SAMIEADEL A等[8]采用MD方法研究蠟質(zhì)對(duì)老化瀝青分子構(gòu)象和堆積的影響，氧化瀝青質(zhì)二聚體的相互作用能在蠟分子存在下處于較低的能量狀態(tài)，表明蠟分子可以促進(jìn)氧化瀝青質(zhì)的二聚作用，同時(shí)抑制納米團(tuán)聚體的形成；CHEN Xuejiao等[9]建立磁化處理對(duì)含蠟原油輸運(yùn)特性影響的分子動(dòng)力學(xué)模型，分析磁化處理對(duì)蠟晶聚集行為的影響機(jī)理。關(guān)于管輸含蠟原油多相體系相變析蠟和核化膠凝過程作用機(jī)制與影響機(jī)理分析領(lǐng)域的研究，尚局限于宏觀實(shí)驗(yàn)與熱動(dòng)力學(xué)分析[10-16]，采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究蠟晶在混合體系中溶解、相變、析出和膠凝核化等微觀過程的報(bào)道甚少，有必要開展相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研究[17-18]。

筆者建立表征管輸含蠟原油多相體系相變析蠟和核化膠凝行為的分子動(dòng)力學(xué)模型，提出移熱強(qiáng)度法，實(shí)現(xiàn)對(duì)體系的降溫處理，制定相應(yīng)的力場(chǎng)模型和模擬步驟，從微納尺度揭示管輸含蠟原油多相體系相變析蠟和核化膠凝過程的微觀動(dòng)力學(xué)機(jī)制；定義表征核化聚集行為的徑向分布函數(shù)，分析形成團(tuán)簇的基本元素組成與微觀核化機(jī)理，為掌握含蠟原油多相體系相變析蠟和核化膠凝過程提供依據(jù)。

1 分子動(dòng)力學(xué)模型

1.1 多相體系模型

1.1.1 基本物性參數(shù)

選取大慶油田某集輸管道的管輸含蠟原油多相體系作為分子動(dòng)力學(xué)模擬的研究對(duì)象，成分主要包括油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)和水，體系的轉(zhuǎn)相點(diǎn)約為65.2%(油包水型轉(zhuǎn)變?yōu)樗托腿闋钜簩?duì)應(yīng)的含水率)，析蠟點(diǎn)為325.15 K，析蠟高峰溫度為295.15 K；反常點(diǎn)(由牛頓流體特性到非牛頓流體特性的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn))為315.15 K，傾點(diǎn)為310.15 K。其中，油相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.44%，分子數(shù)為1 500；蠟質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.25%，分子數(shù)為207；瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.31%，分子數(shù)為49；水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.00%，分子數(shù)為532[19]。

1.1.2 組分分子模型

含蠟原油中，烴類組分包括飽和烴(正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴)、芳香烴、膠體、瀝青質(zhì)等；石蠟是正構(gòu)烷烴(分子質(zhì)量高，碳原子數(shù)大于16)與少量異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等的混合物，總碳數(shù)分布在16～70之間。對(duì)復(fù)雜的混合體系很難進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，模擬時(shí)間呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，無法實(shí)現(xiàn)研究的科學(xué)性與實(shí)用性。因此，在含蠟原油分子動(dòng)力學(xué)模擬領(lǐng)域中，通常采用簡(jiǎn)化分子方法[9,20-23]對(duì)油、蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)等組分進(jìn)行簡(jiǎn)化。

對(duì)于油分子，采用TANG Jian等[24]提出的模型，其中，C12(Dodecane)被用作油模型；對(duì)于蠟質(zhì)分子，采用由DUTOUR S等[25]提出的蠟質(zhì)分子模型，其中，蠟質(zhì)分子是由碳原子數(shù)為16以上的、具有高分子質(zhì)量的烷烴構(gòu)成，即蠟質(zhì)分子主要由C28H58和C36H74組成；對(duì)于瀝青質(zhì)分子，采用GAO Fengfeng等[26]提出的瀝青質(zhì)模型，其中，瀝青質(zhì)分子是原油中平均相對(duì)質(zhì)量最大的組分，其雜原子(氧、氮等)含量高、極性強(qiáng)，瀝青質(zhì)分子模型見圖1。對(duì)于水分子，采用XU W等[27]提出的TIP4P/2005模型(見圖2)，其中，θ表示鍵角，q1和q2分別為氧原子和虛擬P位點(diǎn)所帶電荷，水分子存在4個(gè)作用位點(diǎn)，即2個(gè)氫原子、1個(gè)氧原子和1個(gè)虛擬的P位點(diǎn)。P位點(diǎn)用于承載氧原子攜帶的負(fù)電荷，氧原子本身的電荷量值設(shè)置為0。

圖1 瀝青質(zhì)分子模型Fig.1 Molecular structure model of asphaltene

圖2 TIP4P/2005水分子模型Fig.2 TIP4P/2005 water model

1.1.3 建模

在油、瀝青質(zhì)和水的混合體系中構(gòu)建一個(gè)較大的球形蠟晶團(tuán)簇，研究管輸過程蠟質(zhì)晶體在混合體系中相變析蠟行為的微觀機(jī)理，建模步驟：

(1)構(gòu)建體積較大的蠟質(zhì)晶體(為C28H58和C36H74混合物，兩種分子的數(shù)目在體系中均勻分布，在分子動(dòng)力學(xué)模型中分別為500個(gè))球形團(tuán)簇(見圖3(b))，團(tuán)簇直徑為2.5 nm；

(2)利用Amorphous Cell方法創(chuàng)建由油分子、瀝青質(zhì)分子和水分子構(gòu)成的無定型晶胞體系，其盒子大小為4.0 nm×4.0 nm×4.0 nm(X×Y×Z)；

(3)將體積較大的蠟質(zhì)晶體分子球形團(tuán)簇放入無定型晶胞，去除與團(tuán)簇重合部分，得到模擬體系模型(見圖3(a))。

圖3 管輸含蠟原油多相體系相變析蠟分子動(dòng)力學(xué)模型Fig.3 The molecular dynamics model of phase transition and wax precipitation for waxy crude oil multiphase system in the pipeline transportation

1.2 力場(chǎng)模型

在非鍵結(jié)作用方面，采用Lennard-Jones 12-6勢(shì)函數(shù)(截?cái)喟霃饺?.0 nm)，表征蠟晶、油、瀝青質(zhì)和水各粒子之間的短程相互作用；采用庫(kù)侖勢(shì)[9,28]，表征各原子所帶電荷造成的長(zhǎng)程力作用(庫(kù)侖力作用)，建立用于描述蠟晶在管輸原油混合體系中微觀動(dòng)力過程的力場(chǎng)模型：

E(rN)=Eb-s+Ea+Ed+En-b,

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

各分子之間的相互作用規(guī)則為

式(1-5)中：E(rN)為體系總勢(shì)能；Eb-s為鍵伸縮勢(shì)能；Ea為鍵角彎曲勢(shì)能；Ed為二面角扭轉(zhuǎn)勢(shì)能；En-b為非鍵結(jié)勢(shì)能；Kr為彈力常數(shù)；r為鍵長(zhǎng)；r0為平衡鍵長(zhǎng)；Kθ為鍵角彎曲的彈力常數(shù)；θ為鍵角；θ0為平衡鍵角；V1、V2和V3為二面角扭曲項(xiàng)的彈力常數(shù)；φ為二面角的角度；ε為勢(shì)阱深度；σ反映原子間的平衡距離；r為原子對(duì)間的距離；qi與qj為分子中第i個(gè)離子與第j個(gè)離子所帶電荷；D為有效界電常數(shù)；rij為第i個(gè)離子與第j個(gè)離子之間的平衡距離。

油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)和水各粒子之間Lennard-Jones勢(shì)函數(shù)和靜電作用參數(shù)見表1。

1.3 算法及步驟

系統(tǒng)中，采用Nose-Hoover Thermostat方法[32]進(jìn)行溫度控制；采用Berendsen方法[33]進(jìn)行壓力控制；采用Particle-Particle Particle-Mesh(PPPM)方法[9]計(jì)算粒子間長(zhǎng)程庫(kù)侖靜電作用，精度為10-4；采用Atom Based算法(截?cái)喟霃綖?.0 nm)計(jì)算粒子之間范德華相互作用，體系每個(gè)方向都采用周期性邊界條件，各分子的初始速度以玻爾茲曼分布方式給出；采用Verlet-Leapfrog算法求解粒子的運(yùn)動(dòng)方程。

表1 各粒子之間勢(shì)函數(shù)和靜電作用參數(shù)

以335.15 K作為含蠟原油多相體系管輸弛豫溫度，以0.1 MPa作為體系弛豫壓力，分析含蠟原油多相體系相變析蠟微觀行為(見圖4)。分子動(dòng)力學(xué)模擬采用Materials Studio軟件。

圖4 管輸含蠟原油多相體系相變析蠟分子動(dòng)力學(xué)模擬步驟Fig.4 The molecular dynamics simulation steps of phase transition and wax precipitation for waxy crude oil multiphase system in the pipeline transportation

2 相變析蠟行為微觀分析

采用分子動(dòng)力學(xué)模型對(duì)管輸含蠟原油多相體系進(jìn)行模擬，收集模擬結(jié)果中各階段蠟質(zhì)分子、原油分子、瀝青質(zhì)分子和水分子位置的瞬時(shí)快照。收集快照的時(shí)間步長(zhǎng)為300 ps，分析蠟質(zhì)晶體在混合原油體系中溶解、擴(kuò)散和相變析出等過程的微觀作用機(jī)制(見圖5)。

為界定構(gòu)成蠟質(zhì)晶體團(tuán)簇的分子間距離，團(tuán)簇識(shí)別基于Stillinger判據(jù)[34]。Stillinger判據(jù)準(zhǔn)則為：如果兩個(gè)相鄰粒子之間的距離在一定的統(tǒng)計(jì)半徑內(nèi)，則將兩個(gè)粒子歸類為同一個(gè)團(tuán)簇。對(duì)于文中分子動(dòng)力學(xué)模擬中的蠟質(zhì)長(zhǎng)鏈烷烴，在團(tuán)簇統(tǒng)計(jì)時(shí)，將其簡(jiǎn)化為所有質(zhì)量集中于某一質(zhì)心的單體，以表征蠟質(zhì)長(zhǎng)鏈烷烴的整個(gè)聚集過程?；赟tillinger判據(jù)和單體質(zhì)心假設(shè)，當(dāng)兩個(gè)分子質(zhì)心之間距離小于1.5σc-c(paraffin)[35](小于4.8×10-5m)時(shí)，將兩個(gè)分子視為在同一個(gè)晶體團(tuán)簇中。分析各階段快照(見圖5)并收集蠟質(zhì)分子之間距離參數(shù)，在300 ps時(shí)，蠟晶球形團(tuán)簇有部分在原油、瀝青質(zhì)和水混合體系中溶解，大小晶穴結(jié)構(gòu)基本消失，極少數(shù)晶穴的痕跡偶然可見，說明蠟質(zhì)開始由最初的固相晶體轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?見圖5(a))；在600、900 ps時(shí)，各晶穴結(jié)構(gòu)完全消失，各蠟質(zhì)分子質(zhì)心之間距離大于4.8×10-5m，說明在混合體系中完全溶解，并擴(kuò)散至盒子的不同部位，蠟質(zhì)分子呈無規(guī)則分布，開始部分扭曲(見圖5(b-c))；在1 200、1 500 ps時(shí)，有明顯的團(tuán)簇形成傾向，部分蠟質(zhì)分子質(zhì)心之間距離小于4.8×10-5m(見圖5(d-e))；在1 800 ps時(shí)，有部分較小團(tuán)簇形成，說明有相變發(fā)生(見圖5(f))；在2 100 ps時(shí)，體系達(dá)到最終平衡，有5個(gè)體積較小的蠟質(zhì)團(tuán)簇形成，團(tuán)簇中蠟質(zhì)分子個(gè)數(shù)分別為8、6、7、15和12個(gè)，且分子排列更為規(guī)則，分子之間距離也更小，說明團(tuán)簇發(fā)展為結(jié)構(gòu)更為規(guī)則的晶體，部分蠟質(zhì)分子由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?，油分子無規(guī)則分布于各蠟晶周圍(見圖5(g))。此外，水分子部分聚集，且與蠟質(zhì)分子之間結(jié)合程度較高，原因是體系中可能有氫鍵存在。計(jì)算體系中的氫鍵，在2 000 ps時(shí)，蠟質(zhì)、油和部分瀝青質(zhì)分子與水分子之間形成氫鍵(見圖6)。由圖6可見，水分子之間形成結(jié)構(gòu)較強(qiáng)、數(shù)目較多的氫鍵，呈籠狀結(jié)構(gòu)。此外，烷基分子中的C—H作為氫鍵的供體，水分子中的O原子作為氫鍵的受體，并形成較為微弱的C—H…O形式的氫鍵。因此，若體系含水率增加，則蠟質(zhì)在體系中的溶解程度提高。

圖5 各階段管輸原油多相體系形態(tài)快照Fig.5 The snapshots of crude oil multiphase system in different stages

圖6 水分子與蠟質(zhì)分子間氫鍵快照Fig.6 Snapshot for part of the hydrogen bond in multiphase system

3 均質(zhì)與異質(zhì)核化過程微觀分析

為從微納尺度研究相變析蠟過程形成的蠟晶作為核化中心下的核化膠凝行為，以楔形蠟質(zhì)晶體為例，作為核化中心，置于由蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、油分子和水分子無定型晶胞盒子的幾何中心并保持笛卡爾坐標(biāo)固定，建立表征管輸含蠟原油多相體系核化行為的分子動(dòng)力學(xué)體系模型。采用的分子動(dòng)力學(xué)力場(chǎng)模型和算法與相變析蠟?zāi)M的相同。在析蠟高峰溫度(295.15 K)下，核化膠凝過程最具有代表性，將體系溫度由初始的340.15 K降至析蠟高峰溫度，并定義移熱強(qiáng)度法，即采用每100步長(zhǎng)從達(dá)到平衡狀態(tài)的模擬體系中抽取一定熱能Q實(shí)現(xiàn)降溫，確定核化膠凝分子動(dòng)力學(xué)模擬步驟(見圖7)。

圖7 管輸含蠟原油多相體系核化膠凝分子動(dòng)力學(xué)模擬步驟Fig.7 The molecular dynamics simulation steps of nucleation and gelation for waxy crude oil multiphase system in the pipeline transportation

模擬2 000 ps內(nèi)核化膠凝過程，以500 ps為步長(zhǎng)收集不同階段軌跡參數(shù)和快照，統(tǒng)計(jì)不同階段體系團(tuán)簇?cái)?shù)量分布(見圖8)。根據(jù)各階段含蠟原油管輸核化膠凝過程快照，在500 ps時(shí)，少量蠟質(zhì)分子、油分子和瀝青質(zhì)分子吸附于楔形蠟質(zhì)核化中心表面，在模擬盒子中遠(yuǎn)離核化中心有13個(gè)尺寸較小的團(tuán)簇形成(見圖8(a))；隨核化過程的進(jìn)行，在1 000 ps時(shí)，大量蠟質(zhì)分子、油分子和瀝青質(zhì)分子在核化中心表面核化，有將核化中心包圍的趨勢(shì)，形成一個(gè)分子數(shù)為200的團(tuán)簇，在遠(yuǎn)離核化中心位置，有一個(gè)分子數(shù)為400、聚集程度更高的團(tuán)簇形成，還有11個(gè)尺寸較小的團(tuán)簇形成(見圖8(b))；在1 500 ps時(shí)，原分布在盒子周圍的團(tuán)簇向核化中心聚集，形成3個(gè)較大團(tuán)簇(其中2個(gè)為600、1個(gè)為400)，有繼續(xù)向核化中心聚集的趨勢(shì)(見圖8(c))；在2 000 ps時(shí)，1個(gè)由蠟質(zhì)分子、油分子和瀝青質(zhì)分子組成的穩(wěn)定大型球狀團(tuán)簇(分子數(shù)為1 000個(gè))形成，蠟質(zhì)與瀝青質(zhì)分子形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)而處于球狀團(tuán)簇內(nèi)層，原油分子包裹在外層，水分子以較小團(tuán)簇的形式不規(guī)則地分布于球形團(tuán)簇周圍(見圖8 (d))。

管輸含蠟原油核化膠凝過程可歸納為：游離的油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、水分子，以及在相變析蠟過程中形成的蠟質(zhì)晶體核化中心在異質(zhì)成核作用下形成團(tuán)簇，且團(tuán)簇可提供更多鍵合點(diǎn)，增強(qiáng)鍵結(jié)、非鍵結(jié)和氫鍵作用；隨后，團(tuán)簇進(jìn)一步相互交聯(lián)、聚集、生長(zhǎng)而形成三維空間網(wǎng)絡(luò)，在宏觀表象上形成穩(wěn)定的膠凝結(jié)構(gòu)，管輸原油多相體系也形成一定的濃度梯度，膠凝結(jié)構(gòu)顆粒向管壁運(yùn)動(dòng)并沉積黏附在管壁上，形成蠟沉積層；隨沉積層的進(jìn)一步堆積，將發(fā)展成整個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，影響含蠟原油的安全經(jīng)濟(jì)輸送。

圖8 核化膠凝過程各階段快照與團(tuán)簇變化規(guī)律Fig.8 The snapshots of nucleation and gelation process and the variation law of clusters number and time at various stages

為分析團(tuán)簇的基本元素組成與微觀核化機(jī)理，定義表征管輸含蠟原油多相體系核化聚集行為的徑向分布函數(shù)(RDF)，用g(r)表示。根據(jù)圖8 (d)，由于模擬結(jié)果中團(tuán)簇的中心分子為蠟質(zhì)分子，采用蠟質(zhì)分子中C7原子代表中心蠟質(zhì)粒子，以C8原子代表其他游離蠟質(zhì)分子，以C05D原子代表油分子，以N1原子代表瀝青質(zhì)分子，以O(shè)2原子代表水分子，分別計(jì)算以中心蠟質(zhì)粒子為中心、半徑為r、厚度為dr的球殼內(nèi)出現(xiàn)游離蠟質(zhì)、油、瀝青質(zhì)和水分子概率相對(duì)于隨機(jī)分布的比值，不同分子相對(duì)于中心蠟質(zhì)分子的徑向分布函數(shù)g(r)可表示為

(6)

式中：ρother為其他分子的數(shù)密度；NC7-other為在r到r+dr范圍內(nèi)圍繞C7原子的其他分子的數(shù)密度；rC7-other為從r到r+dr的配位圈半徑。

計(jì)算不同分子相對(duì)于中心蠟質(zhì)分子的徑向分布函數(shù)(見圖9)。由圖9可知，蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、油和水分子的徑向分布函數(shù)分別在1.505、2.225、2.725和3.725 nm處出現(xiàn)峰值，確定異質(zhì)成核過程所形成核化團(tuán)簇各層元素構(gòu)成均為蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、油，對(duì)于水分子，其徑向分布函數(shù)較小且出現(xiàn)峰值的位置距核化中心較遠(yuǎn)，說明水分子以小團(tuán)簇形式不規(guī)則分布于球狀團(tuán)簇周圍。這與核化體系分子快照分析結(jié)果相符，也驗(yàn)證所建分子動(dòng)力學(xué)模型模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖9 核化膠凝過程不同分子徑向分布函數(shù)Fig.9 The RDF of different molecules around the central particle for nucleation and gelation process

4 結(jié)論

(1)建立表征蠟質(zhì)分子在油、瀝青質(zhì)和水混合體系中相變析蠟行為的分子動(dòng)力學(xué)模型。以蠟質(zhì)晶體作為核化中心，建立表征蠟質(zhì)分子在管輸原油多相體系中核化膠凝行為的分子動(dòng)力學(xué)體系模型，提出移熱強(qiáng)度法，實(shí)現(xiàn)體系的同步降溫，制定力場(chǎng)模型和模擬步驟，可從微納尺度研究管輸含蠟原油多相體系相變析蠟和核化膠凝的完整過程。

(2)蠟質(zhì)晶體在管輸原油混合體系中經(jīng)歷過程為：初始蠟晶在混合體系中溶解，溶解的蠟質(zhì)分子不斷擴(kuò)散而形成無規(guī)則分布，在盒子四周各自團(tuán)聚并形成體積較小的蠟質(zhì)晶體，導(dǎo)致混合體系產(chǎn)生一定的濃度梯度，使蠟晶從混合體系中析出。

(3)游離的油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、水分子，以及在相變析蠟過程中形成的蠟質(zhì)晶體核化中心在異質(zhì)成核作用下形成團(tuán)簇。團(tuán)簇可提供更多鍵合點(diǎn)，增強(qiáng)鍵結(jié)、非鍵結(jié)和氫鍵作用；團(tuán)簇進(jìn)一步相互交聯(lián)、聚集、生長(zhǎng)而形成三維空間網(wǎng)絡(luò)，在宏觀表象上形成穩(wěn)定的膠凝結(jié)構(gòu)并堆積在管壁上，影響含蠟原油的安全經(jīng)濟(jì)輸送。