双碳背景下，能源开采转向非常规油气资源，尤其是加快海洋（特别是深海及超深海）油气资源的勘探开发，是我国实现低碳能源转型的重要支撑[1]。我国每年生产的原油中有80%以上为含蜡原油，深海油气田更是普遍具有含蜡的特性，例如，我国陵水17-2等气田，属于高凝析气田，含蜡量（质量分数，下同）最高可达6%。在海底管道多相集输过程中，高压低温的输送环境为水合物、蜡和沥青质等固相物质的形成或析出提供了条件[1-3]，固相物质沉积到管壁上，会导致生产效率降低，甚至完全堵塞管道，给油气勘探开发带来严峻挑战[4-6]。深海管道内水合物生成后会与原油中的蜡晶形成蜡-水合物耦合聚并体，使管道运输风险大大增加。研究表明，蜡-水合物共存体系的黏度变化规律并不是简单的蜡与水合物叠加影响的结果，而是流体中的复杂组分之间相互作用后的结果[7]，因此如何防治蜡-水合物耦合聚并体生成甚至堵塞管道是一项棘手但亟待解决的重要问题。目前，研究者们普遍通过流变仪、流动环道及高压反应釜等实验设备对水合物的成核机理与生成过程，以及浆液具有的流变特性进行研究[7-10]。其中，表面活性剂作为一种应用较为广泛的试剂，引起了众多研究者的关注。周麟晨等[11]发现水合物生成诱导时间在添加表面活性剂后被有效缩短。刘佳等[12]认为一定浓度的非离子表面活性剂（如Span 80）能够有效促进水合物的生成。SAW等[13]的观点与刘佳等[12]的观点相近，认为非离子表面活性剂能加快水合物生成速率，提高水合物的相平衡温度，从动力学和热力学两方面促进水合物的生成。杜建伟等[14]研究了Span 80对甲烷水合物成核的影响机理，发现随着Span 80浓度的增大，其对水合物成核的促进作用越强。VENET等[15]发现表面活性剂会促进气体水合物多孔结构的形成。KUMAR等[16]基于实验观察，同样认为水合物受到了表面活性剂降低界面张力的影响将发生形态上的改变，且该变化会导致水合物生长速率的增大。RAVESH等[17]研究了对水合物生长和水合物晶体从界面上脱落的影响，说明了表面活性剂在改变水合物生长过程和形态方面的重要作用并且表面活性剂的存在促进了水合物的生长。关于蜡晶对水合物生成的影响，ZHENG等[18]认为吸附包裹于水滴表面的蜡晶使水合物成核位点数目减少，同时会削弱水合物“交叉成核”作用，从而使得含蜡体系内的水合物生成诱导期延长。柴帅[19]从含蜡量、搅拌速率和压力等方面对水合物生成诱导期进行了研究，发现蜡晶的存在对水合物成核及生长具有抑制作用，搅拌速率增大会使水合物诱导时间缩短。柳扬[7]阐释了体系内蜡晶对水合物成核作用的机理，即吸附于油水界面的蜡晶以及临近水滴的蜡晶会增大气体分子从油相向水滴表面传质的阻力。热力学研究方面，研究者通过实验与数值模拟等方法发现蜡晶析出对水合物生成热力学边界的影响较小，普遍认为蜡晶析出后将改变体相轻重组分的比例[20-24]。众多学者对水合物浆液的流变特性进行了研究。WEBB等[25]和QIN等[26]利用流变仪进行了实验，发现水合物浆液黏度会随剪切率发生改变，即表现出剪切稀释性。AHUJA等[27]和ZYLYFTARI等[28]基于常压环戊烷水合物流变实验，发现水合物颗粒之间液桥力将导致颗粒聚并，进而使得水合物浆液表现出剪切稀释性。SANDOVAL等[29]对油包水乳液中形成的环戊烷水合物进行了流变学分析，发现水合物浆液表现出弹性和剪切稀释性，这可能是由水合物结构被破坏和水合物团聚体在流动下的排列变化引起的。史博会等[10]采用高压流变测量系统对含蜡水合物浆液与不含蜡水合物浆液进行了不同剪切率下的流变特性研究，发现含蜡水合物浆液仍呈现出剪切稀释性。然而，关于蜡与阻聚剂共存体系下水合物生成及浆液流变特性方面的报道较少，亟待开展相关研究。为了阐明蜡-水合物共存体系的流动及沉积规律，找到合适的预防、治理堵管方案，利用流变仪测量系统，开展含蜡水合物浆液体系的黏度特性实验研究，揭示含蜡量及表面活性剂浓度对蜡-水合物共存体系水合物生成诱导期、生成过程及浆液剪切稀释性的影响规律，进而丰富蜡与水合物耦合体系知识库，为防治堵管问题提供理论依据与数据参考。1实验部分1.1实验设备及材料实验采用流变仪（MCR302）进行浆体流变性研究，以更加精确的通过水合物浆液黏度数据对水合物诱导生成及浆液流变特性进行阐述说明。实验另配有精密电子天平用于装样称重（精度为0.001 g）、控温干燥箱用于加热使石蜡与白油相互融合和可调高速匀浆机用于制备油包水乳状液。实验材料为：石蜡，昆仑60号，中国石油天然气股份有限公司；去离子水，电阻率为18.25 MΩ·cm；工业白油，摩润克2号工业白油，摩杰佐石油化工（上海）有限公司；Span 80，脱水山梨糖醇脂肪酸酯，C24H44O6，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；环戊烷，C5H10，纯度96%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。Span 80是一种油溶性非离子表面活性剂，一般用以配制油包水型乳状液。环戊烷可在常压下生成II型水合物，与实际天然气水合物的类型相同。研究表明，环戊烷水合物与天然气水合物的形态学及流变学存在相似性[30-31]，且环戊烷与水互不相容的性质可保证环戊烷能够模拟气体水合物的生成的传质过程[27,29]，故本实验选用环戊烷作为水合物的客体分子。此外，考虑到原油中含有的胶质、沥青质等天然表面活性物质会对水合物的生成与流变性具有不可忽视的影响，所以本实验采用模拟油与石蜡进行实验，以排除胶质、沥青质等其他组分的影响，着重研究表面活性剂与蜡晶对水合物生成与流变性的影响。实验研究中所使用的乳状液的相关信息见表1。为确保实验结果与数据的可靠性，所有实验均重复3次以上，下文中临界时间、剪切稀释性结果为重复实验平均值。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.T001表1实验研究中所使用的乳状液的相关信息Table 1Information about emulsion used in experiments项目参数类型油包水乳状液含水率20%（体积分数）油相m(轻质石蜡油):m(环戊烷) = 1:1表面活性剂Span 80（亲水亲油平衡值为4.3）Span 80浓度①1.0%、1.5%、2.0%和3.0%含蜡量0.00%、0.50%、0.75%、1.00%和2.00%注：①质量分数。1.2实验装置与方法实验过程主要包括乳状液制备、流变仪中水合物浆液生成和黏度特性测试。以含蜡环戊烷体系实验为例，具体步骤如下。（1）制备乳状液：①首先在精密电子天平上分别称取不同配比的石蜡的质量，将石蜡加入16 mL白油中，并一同送入恒温箱（50 ℃）加热10 min，使石蜡能够在工业白油中完全溶解，以获得可控的含蜡量。②将石蜡与白油完全融合后的模型油从恒温箱取出并自然冷却至室温（20 ℃），分别加入8 mL去离子水和不同浓度的Span 80表面活性剂，为了便于配制模型油，去离子水同样以滴入的方式加入到油-Span 80混合物中。③将配制好的液体混合物在搅拌器中以5000 r/min搅拌8 min，形成含蜡油包水乳状液。共配制24 mL乳状液，其中12 mL用于实验，剩余12 mL用于观察乳状液乳化效果（图1）。由图1可知，实验时间内油水的乳化效果良好。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F001图1乳状液的乳化效果Fig. 1Emulsifying effect of emulsion（2）向流变仪中加入溶剂：①因环戊烷具有较强的挥发性，先将8 mL环戊烷加入流变仪量杯内后，再迅速以滴入的方式加入12 mL的含蜡油包水乳状液，尽量避免环戊烷的挥发。②立刻将转子下降到合适位置，然后迅速密封测量杯，流变仪测量杯初始温度为10 ℃。（3）流变仪程序运行：①蜡晶降温析出。标准大气压下，设定恒定的剪切率（γ˙ = 100 s-1），10 min内将样品温度由10 ℃冷却到-8 ℃。②水合物浆液生成。在标准大气压、恒定温度-8 ℃的条件下，进行γ˙ = 1000 s-1的瞬时高剪切，持续时间10 s，以便环戊烷与乳状液充分混合。由于环戊烷水合物在常压下生成，且生成诱导期极长，因此，在实验降温阶段结束后，向流变仪量杯内加入一小块冰粒（直径约2 mm）加速诱导水合物生成，减少诱导阶段等待时间，水合物生成过程持续时间2 h（γ˙ = 100 s-1）。③含蜡环戊烷水合物浆液剪切稀释性曲线测试。在水合物形成末期，水合物浆液黏度足够稳定时，开始剪切稀释性实验。在标准大气压、恒定温度-8 ℃的条件下，分别在γ˙ = 50 s-1、100 s-1、150 s-1、200 s-1和250 s-1时对含蜡水合物浆液进行5 min的剪切稀释性测试。1.3析蜡点测量与分析为了保证水合物生成过程中蜡晶已完全析出，对含蜡白油的析蜡点进行了测定[32]。由于蜡晶析出前后，流体黏度将发生显著变化，本文借助含蜡白油的黏温曲线确定析蜡点。在室温条件下将蜡晶加入到白油中，通过恒温箱以50 ℃的恒定温度对含蜡白油进行加热，待蜡晶全部溶解后转移至设置水浴温度为30 ℃的流变仪量杯中。需要强调的是，为在短时间内降低温度以减少环戊烷挥发对实验的影响，以约4 ℃/min的降温速率使温度从30 ℃降到-8 ℃，持续时间10 min。未来的研究中，有待于开展高压原油体系水合物生成实验，并采用接近实际管道的降温速率。在持续降温过程中，含蜡白油黏度增大，认为此时黏度增大所对应的温度即为析蜡点，含蜡量为0.00%~2.00%时，析蜡点随着含蜡量的增大而升高（表2）。当量杯温度降到3 ℃及以下，含蜡白油的黏度趋于稳定，说明此温度下已无蜡晶析出。降温析蜡实验测量得到所有含蜡量对应的析蜡点均高于本文的实验温度（-8 ℃），可保证在实验过程中蜡晶是稳定存在的。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.T002表2不同含蜡量的含蜡白油的析蜡点Table 2Wax precipitation points of wax-containing white oil with different wax contents含蜡量 /%析蜡点 /℃0.5014.50.7515.71.0016.12.0018.31.4降温析蜡过程分析在完成析蜡点测量后正式进行实验程序，如1.2节所述，对环戊烷与含蜡油水乳状液的混合体系进行降温操作。Span 80浓度为1.0%和1.5%时不同含蜡量乳状液黏度曲线见图2。实验开始时量杯温度为10 ℃，线性降温至-8 ℃。对于不含蜡体系，乳状液黏度随着温度降低略微增大；对于含蜡乳状液，随着温度的降低，蜡晶在达到析蜡点后开始析出，导致乳状液黏度增大。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F002图2Span 80浓度为1.0% (a)和1.5% (b)时不同含蜡量乳状液黏度曲线Fig. 2Viscosity curves of emulsions with different wax contents at Span 80 concentrations of 1.0% (a) and 2.0% (b)由图2可知，对于Span 80浓度为1.0%和1.5%的不同含蜡量体系来说，实验开始时，含蜡和不含蜡乳状液黏度相同，说明此时暂无析出的蜡晶影响乳状液黏度，随着温度降低，不含蜡乳状液黏度从2.5 mPa·s缓慢增大到3.0 mPa·s，这是由于水滴在重力作用下沉降引起的。含蜡乳状液黏度增大速率随含蜡量（0.50%~2.00%）的增大而加快，表现为曲线斜率的增加，说明在实验条件下，含蜡量越大，蜡晶析出速率越快，含蜡量会显著影响乳状液水合物诱导初期的黏度。降温过程结束，含蜡乳状液黏度保持稳定，说明此时蜡晶已经全部析出。实验温度为-8~10 ℃，均低于析蜡点温度，黏度的增大说明在水合物生成诱导期时浆液中的蜡晶已经析出，表明水合物诱导生成过程中蜡晶的存在。1.5水合物生成临界时间确定首先，对流变仪内水合物生成临界时间进行定义。环戊烷水合物能够常压下生成，其相平衡温度约为7 ℃，但生成诱导期较长[27]。本文通过置入冰粒的方式诱导环戊烷水合物生成并提高水合物的成核速率，置入冰粒时刻为临界时间起点。水合物大量生成时伴随着流体黏度开始急剧增大，此时为临界时间终点（图3）。同样的，对于含蜡体系，在蜡晶析出稳定之后、水合物生成之前，是水合物的诱导成核阶段。此时，实验体系热力学条件满足环戊烷水合物生成要求（常压、-8 ℃）。同不含蜡体系一样，含蜡体系水合物的结晶成核也需要一定的诱导时间。值得说明的是，虽然采用置入冰粒的方式诱导水合物成核，但临界时间仍可反映诱导期的变化规律[8]。MAHABADIAN等[33]基于热力学模型发现蜡的加入仅对水合物起有限的促进作用，蜡晶对于水合物生成的热力学影响可以忽略，因此本研究中的临界时间未考虑蜡晶的热力学影响。不同的实验条件下均加入直径约为2 mm的冰粒，故可忽略冰粒和蜡晶对水合物生成时间的交叉影响。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F003图3环戊烷水合物浆液黏度随时间的变化曲线Fig. 3Change curve of viscosity of cyclopentane hydrate slurry with time2结果与讨论2.1含蜡量、表面活性剂浓度对水合物生成临界时间的影响根据上述临界时间的定义方法可以确定不同Span 80浓度下环戊烷水合物生成诱导期随含蜡量变化的规律，结果见图4。含蜡量为1.00%内，临界时间实验的复现性较好。由图4可知，Span 80浓度不同时，环戊烷水合物的临界时间均随含蜡量增大而延长。Span 80浓度为1.0%时，含蜡量由0.00%增加至1.00%，水合物生成临界时间由25.8 min延长至49.8 min，增幅约93%；Span 80浓度为1.5%、2.0%及3.0%时，含蜡量由0.00%增加至1.00%，水合物生成临界时间同样随含蜡量增大而延长，增幅分别为113%、93%及241%。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F004图4Span 80浓度不同时环戊烷水合物生成临界时间随含蜡量的变化Fig. 4Variation of critical times of cyclopentane hydrate formation with wax contents at different concentrations of Span 80依据相关的研究[8]，并结合水合物壳双向生长理论[34]及蜡晶析出机理[35-36]分析可知，含蜡水合物浆液内蜡晶的存在方式有两类。一类为蜡晶在Span 80的协同作用下吸附在水滴表面，附着在油水界面的蜡晶会持续结晶生长，并进一步包裹水滴表面，形成吸附层，这会增加水分子与环戊烷分子的传质阻力，延缓水合物的成核与生长，与此同时，蜡晶的低导热性也阻碍了热量的快速转移，降低了水合物生成速率，抑制了水合物的进一步生成，该类蜡晶直接影响水合物成核的传质、传热过程[37-38]。另一类为蜡晶游离在油相空间中，间接影响水合物客体分子的扩散路径。含蜡量不同时环戊烷水合物生成临界时间随Span 80浓度的变化见图5。由图5可知，在含蜡量为0.00%、0.50%及0.75%时，水合物生成临界时间随Span 80浓度的增大而逐渐缩短。但在含蜡量为1.00%时，水合物生成临界时间随Span 80浓度的增大呈现波动变化，表现出先延长后缩短再延长的趋势。这是由于Span 80与蜡晶在油水界面处存在复杂的相互作用，而二者对水合物成核的作用是相反的：一方面，Span 80能够降低油水界面张力，增加油水界面面积，为水合物成核提供更多位点，加速水合物成核；另一方面，蜡晶增加水合物生成的传质传热阻力，抑制水合物成核，延长水合物生成临界时间[9]。然而，蜡晶具有方向性生长特征，能够形成空间蜡晶网状结构，蜡晶的界面吸附依赖于Span 80的存在。Span 80浓度不同时，蜡晶在界面的吸附与生长形态各异，使Span 80-蜡晶结构在影响水分子与环戊烷分子传质方面的作用有所差异。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F005图5含蜡量不同时环戊烷水合物生成临界时间随Span 80浓度的变化Fig. 5Variation of critical times of cyclopentane hydrate formation with Span 80 concentrations at different wax contents研究人员有待开展表面活性剂其他浓度的实验，并借助流变仪的显微模块、分子动力学模拟等手段进一步验证基于蜡晶在水合物浆液体系中的微观分布数据，为蜡晶与表面活性剂对水合物浆液黏度的耦合影响机理提供数据支撑。2.2含蜡量、表面活性剂浓度对水合物生成过程的影响根据黏度变化规律，可将水合物生成过程划分为降温、等温诱导、生长及剪切稳定4个阶段。环戊烷水合物生成过程中含蜡量为1.00%与不含蜡体系的水合物浆液黏度的变化见图6。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F006图6不含蜡和含蜡量为1.00%体系的水合物浆液黏度的变化Fig. 6Variation of hydrate slurry viscosity of wax-free and wax content of 1.00% systems（1）降温阶段。由前文分析可知，对于不含蜡体系，油包水乳状液的黏度随体系温度降低呈现指数上升的趋势。含蜡体系内，当体系温度降低至析蜡点后，蜡晶开始析出。当体系内蜡晶析出量达到一定程度时，黏度明显增大，偏离不含蜡体系的黏度曲线。不含蜡体系的黏度在降温结束时为5.23 mPa∙s，含蜡体系为12.13 mPa·s。当体系温度降低至设定温度时，乳状液黏度达到最大值（此阶段见图2）。（2）等温诱导阶段。对于不含蜡体系，油包水乳状液黏度略有减小，这是在重力影响下液滴会出现沉降所导致的。对于含蜡体系，一方面，在表面活性剂的协同下，蜡晶吸附在液滴表面；另一方面，形成的析出蜡晶空间网状结构会提高油包水乳状液的稳定性[39]，此外，由于剪切破碎作用，析出蜡晶空间网络结构被削弱。因而一正一反的影响使得在含蜡体系内未观测到类似于不含蜡体系内发生的现象。（3）生长阶段。该阶段内不含蜡体系与含蜡体系水合物生长过程的黏度峰值不同。因为水滴从分散液相转变为固相生成水合物，使得黏度增大了约两个数量级（不含蜡体系的黏度随着水合物生成由7.44 mPa·s增大至1227.2 mPa·s，含蜡量为1.00%体系的黏度由11.79 mPa·s增大至2768.2 mPa·s）。（4）剪切稳定阶段。黏度达到最大值后下降趋势明显：一方面，在连续剪切作用下水合物浆液黏度减小，这是因为蜡与水合物的聚并体受剪切作用而破裂，但同时因为浆液流动的原因增加了蜡与水合物颗粒发生聚并的概率，将发生聚集体破碎-重组-再破碎的持续过程；另一方面，沉积蜡会增加传质阻力，从而阻碍水合物继续生成。最终导致水合物浆液黏度减小后趋于稳定，含蜡体系的平衡黏度显著高于不含蜡体系的平衡黏度。含蜡及不含蜡体系的环戊烷水合物生长机理示意图见图7。水合物诱导成核后，两个体系内水合物均迅速生长。含蜡体系内，水合物生长初期颗粒聚并严重，导致大量未转化的自由水被聚并体包裹，形成蜡-水合物耦合聚集体。被包裹的自由水在水合物后期生长阶段发挥了重要作用，其通过被蜡晶影响的水合物壳缓慢向外渗透。随着水合物的生成，水合物聚集体内部的未转化水及液桥结构也将逐渐转化为水合物，此时聚集体体积最大，水合物浆液黏度达到峰值，流动性下降。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F007图7不含蜡和含蜡体系的环戊烷水合物生长机理示意图Fig. 7Schematic diagram of growth mechanism of cyclopentane hydrate in wax-free and wax-containing systems含蜡量不同时不同Span 80浓度体系的水合物浆液黏度随时间的变化见图8。由图8可知，在不含蜡体系中，随着Span 80浓度的增加，水合物浆液黏度峰值呈现出先增大后减小的趋势。这是由于Span 80一方面使乳状液乳化更好，促进水合物生成；另一方面，Span 80是表面活性剂，在一定程度上具有类似阻聚剂的作用，即抑制水合物聚并，降低黏度，不同Span 80浓度对水合物生成阶段产生的影响不同，理论上存在一个转折点浓度。含蜡体系中，黏度峰值并无明显规律，说明水合物生成过程中水合物浆液黏度并不是受蜡、Span 80浓度和水合物颗粒间的简单叠加影响，而是蜡、Span 80和水合物颗粒之间的复杂相互作用的结果，这一作用也导致含蜡体系水合物浆液黏度峰值具有随机性。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F008图8含蜡量不同时不同Span 80浓度体系的水合物浆液黏度随时间的变化Fig. 8Variation of hydrate slurry viscosity of systems with different Span 80 concentrations at different wax contents相应的，无论是否含蜡，在剪切稳定阶段中，水合物浆液黏度达到最大值后减小趋势明显，原因是在连续剪切作用下水合物浆液黏度降低，蜡与水合物的聚并体受剪切作用而破裂，析出的蜡会增加传质阻力，从而阻碍水合物继续生成。由于试验设备暂未具备可视化功能，水合物聚并体在蜡与活性剂的交叉作用下的微观机理有待进一步研究。2.3含蜡量、表面活性剂浓度对浆液剪切稀释性的影响Span 80浓度不同时不同含蜡量体系的剪切稀释性曲线见图9。由图9可知，在含蜡、不含蜡实验条件下形成的水合物浆液黏度均随剪切率的增大而减小，说明含蜡水合物浆液具有剪切稀释性。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F009图9Span 80浓度不同时不同含蜡量体系的剪切稀释性曲线Fig. 9Shear-thinning curves of systems with different wax contents at different Span 80 concentrations环戊烷水合物的生成量在流变仪中难以通过黏度数据计算获得，因而环戊烷水合物浆液的剪切稀释性适合通过本构方程进行描述[9]。其中，幂律模型（式(1)）是基础的本构方程之一。η=Kγ˙n-1 (1)式中，η是水合物浆液黏度，Pa·s；K是稠度系数，Pa·sn；n是流动特性指数；γ˙为剪切率，s-1。代入实验数据拟合后得到在Span 80浓度分别为1.0%、2.0%时不同含蜡量体系的稠度系数和流动特性指数，见表3。由表3可知，在Span 80浓度相同时，水合物浆液的稠度系数随含蜡量的增大而增大，流动特性指数随着含蜡量的增大而减小。根据拟合数据发现黏度在剪切稀释过程中随着含蜡量的增大而下降速率加快。含蜡量越大，剪切稀释性越强，原因是含蜡体系形成了蜡-水合物耦合聚并体，含蜡量越大，蜡晶结构以及耦合聚并体的抗剪切能力均增强，剪切力破坏蜡与水合物之间的絮凝效果越明显，导致水合物浆液黏度下降速率加快，这是蜡与水合物共同作用的结果。在Span 80浓度为2.0%时，仍然可以得到相同结论。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.T003表3Span 80浓度为1.0%和2.0%时不同含蜡量体系的稠度系数和流动特性指数Table 3Consistency coefficients and flow characteristic indexes of different wax content systems at Span 80 concentrations of 1.0% and 2.0%Span 80浓度 /%含蜡量 /%K /(Pa·sn )n1.00.001.02450.87360.501.06380.82890.752.54370.68321.005.77580.60592.00.001.80200.80300.502.06900.67080.754.30850.55151.0012.85380.3784含蜡量不同时不同Span 80浓度体系的剪切稀释性曲线见图10。由图10(a)可知，水合物浆液黏度由大到小依次为：η2.0%、η1.5%、η3.0%和η1.0%。当Span 80 浓度低于2.0%时，水合物浆液黏度随Span 80浓度增大而增大，而Span 80浓度增大至3.0%时，水合物浆液黏度反而减小，此结果与2.2节中关于黏度峰值的分析相同。正是由于Span 80对油水界面形成的促进作用和抑制水合物聚并的作用的共同影响，导致了Span 80浓度为3.0%时的黏度低于Span 80浓度为2.0%时的黏度。由图10(b)可知，含蜡水合物浆液黏度由大到小依次为：η1.0%、η1.5%、η2.0%和η3.0%。随着Span 80浓度增大，含蜡水合物浆液黏度持续减小，未出现上述不含蜡体系的浓度转折点。对于本文中的高含蜡体系（1.00%），虽然蜡晶的存在会使初始油包水乳状液黏度增大，但一方面，初始乳状液黏度远小于含蜡水合物浆液黏度；另一方面，Span 80具有一定的阻聚效果，能够削弱水合物颗粒间的聚并作用，进而影响含蜡水合物浆液黏度。以上推测有待利用显微手段开展更多不同浓度的交叉实验进行验证。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.F010图10含蜡量不同时不同Span 80浓度体系的剪切稀释性曲线Fig. 10Shear-thinning curves of systems with different Span 80 concentrations at different wax contents基于幂律模型计算得到的不含蜡和含蜡量为1.00%时不同Span 80浓度体系的稠度系数和流动特性指数见表4。在相同的含蜡量下，环戊烷水合物浆体的稠度系数随Span 80浓度的增大而增大，流动特性指数随着Span 80浓度的增大而减小。即无论是否含蜡，随着Span 80浓度的增大，流体的剪切稀释性增强。10.12434/j.issn.2097-2547.20230313.T004表4不含蜡和含蜡量为1.00%时不同Span 80浓度体系的稠度系数和流动特性指数Table 4Consistency coefficients and flow characteristic indexes of different Span 80 concentration systems with wax-free and wax content of 1.00%含蜡量 /%Span 80浓度 /%K /(Pa·sn )n0.001.01.02450.87361.51.66170.81212.01.80200.80303.02.33090.75821.001.05.77580.60591.56.68650.57092.012.85380.37843.019.28620.2576有研究者指出，Span 80作为表面活性剂，亦可发挥阻聚剂的作用。因此，对于拟采用添加阻聚剂实现水合物风险控制的实际海底管道，仍需进一步考查蜡晶对阻聚剂效果的影响，明确蜡与阻聚剂在水滴/水合物表面的相互作用规律及其对水合物颗粒聚并与浆液流动特性的作用机制，以切实保障深海油气集输管道的输送安全。本文的研究成果可为上述工程问题提供理论依据与数据参考。3结论本文研究了不同影响因素（含蜡量0.00%~1.00%、Span 80 浓度1.0%~3.0%）对含蜡体系环戊烷水合物生成临界时间、生成过程与浆液流变性的影响，得到以下结论。（1）蜡的存在对水合物成核具有明显的抑制作用，会显著延长水合物生成的临界时间。对不含蜡或者低含蜡体系，Span 80浓度越大则临界时间越短；对高含蜡体系，蜡晶在液滴表面的吸附量随Span 80浓度增大而增大，水合物成核受到抑制。（2）在水合物的生成过程中，不含蜡体系的水合物浆液黏度峰值完全受Span 80浓度的影响，在一定Span 80 浓度区间内先增大后减小。当蜡与Span 80同时存在时，水合物浆液黏度由于受蜡、Span 80和水合物的共同影响，所以未出现明显的黏度的变化规律。当黏度达到峰值后，水合物聚集体、蜡-水合物聚集体在剪切作用下破碎，相应体系下的水合物浆液黏度减小。（3）通过水合物浆液的黏度随剪切率变化曲线可知，形成的水合物浆液具有剪切稀释特性，与蜡晶是否存在无关。蜡晶对含蜡体系水合物浆液的剪切稀释性具有主导作用，且高含蜡体系中，蜡与水合物之间的相互作用将在一定程度上将增强流体的剪切稀释性。无论浆液中是否含蜡，随着Span 80浓度的增大，流体的剪切稀释性增强，说明蜡-Span 80之间的复杂相互作用以及蜡-水合物耦合聚并体的存在使得浆液表现出更强的剪切稀释性。