表面活性剂在乳化、降黏、增溶等石油化工领域有广泛地应用。近年来,由于其两性特点在稠油降黏方面展示出了极大的发展和应用前景,吸引了众多科研人员研究其配方、组成、特点和机理。油田开采和实验已经证明,加入表面活性剂能极大地降低稠油的黏度,防止和抑制其在页岩层中的沉积。但是,分子水平上,对于表面活性剂乳化降黏的机理、不同稠油的成分及不同表面活性剂加入方式,对乳化降黏的影响仍然缺少深入研究和分析。运用分子动力学模拟的方法构建表面活性剂和稠油组分的分子模型,选取合适的力场参数和模拟尺寸,在分子水平上研究不同分子之间构型和相互作用的关系和变化,期望能够解决以表面活性剂为代表的两性物质对含不同沥青质稠油的乳化机理有所揭示,为未来应用和设计高活性乳化剂提供理论支持。本文研究内容分为如下几部分:1.运用分子动力学方法模拟十二烷基磺酸钠(SDSn)在稠油滴表面的乳化行为。通过50 ns的模拟,得到了从添加到平衡的各个时刻构型及能量等信息,然后分析距离、能量、氢键等,比较了含有不同沥青质成分稠油的乳化效果,也讨论了含有羧酸根沥青质稠油的乳化过程。结果表明,含羧酸根沥青质的稠油更易与表面活性剂发生吸附产生乳化作用。表面活性剂在吸附到稠油滴过程中,可将其分成三个阶段:接近、吸附、分散迁移。针对极性头和水分子的相互作用和均力势,我们提出了水化层的滑移吸引成为两者聚集的主要推动力。2.运用分子动力学模拟研究阴离子表面活性剂浓度对乳化稠油的影响。研究表明:随着SDSn浓度的增加,油滴表现的亲水/疏水面积比显著增加,从而增加油滴的亲水性,增加乳化性能;随着SDSn浓度的增加,其稠油分子中的沥青质和胶质的组成结构有所变化,含羧酸根的沥青质分子更易在油滴表面吸附;体系与水分子形成的氢键数目不断增加,从而在体系中形成了较稳定的氢键表层结构,促进了 SDSn对油滴的乳化水化作用。3.运用分子动力学模拟研究非离子表面活性剂(NP-4)作为乳化降粘剂对稠油的影响。通过分析,我们认为在分子尺度上,非离子表面活性剂作为乳化降粘剂,主要体现在两个方面:1)表面活性剂会吸附于油水界面,以增加油水界面的亲水性,利于油水混合,起到乳化作用;2)在高浓度表面活性剂下,部分表面活性剂分子会进入油相内部,油相中有胶质和沥青质组成的网状结构遭到破坏,利于稠油在外力作用下的结构破坏,起到稠油降粘的效果。