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遼河油田原油的石油酸、石油堿組分萃取過程、結構表征及界面張力測量——實驗部分
來源：石油化工應用 瀏覽 594 次 發布時間:2025-07-22
眾所周知，在三元復合驅中石油酸是原油的活性物質，其作用機制在于通過與無機堿發生皂化反應，形成具有界面活性的石油酸鹽，進而對超低界面張力的形成發揮重要作用。然而，實踐證實無機堿的使用對油藏地質環境產生了一定程度的腐蝕破壞，同時，也導致了采出液乳化嚴重、后處理困難等缺點，因此，無機堿逐漸退出了三次采油領域，二元復合驅受到越來越多的重視。在本工作中，以國內二元復合驅較為成功的遼河油田為例，提取了其代表性原油的石油酸、石油堿組分，進行了結構表征，在此基礎上考察了石油酸、石油堿對降低油水界面張力的貢獻，發現在二元復合驅中，石油酸組分能否像在三元體系中一樣，能繼續發揮原油活性組分的作用，與石油酸相對應的石油堿組分在二元體系中能否也能發揮一定的活性作用。為二元復合驅的順利實施、技術推廣等提供了理論依據。
1實驗部分
1.1化學試劑與材料
氫氧化鈉（分析純，利安隆博華天津醫藥化學有限公司）；鹽酸（分析純，白銀市良友化學試劑有限公司）；無水乙醇（分析純，天津市大茂化學試劑廠）；正己烷（分析純，天津市大茂化學試劑廠）；二氯甲烷（分析純，天津市大茂化學試劑廠）；去離子水（實驗室自制）。
原油；原油烷烴組分，通過硅膠柱分離制備獲得；油井注入水；兩性表面活性劑；以上材料均由遼河油田提供。
1.2萃取過程
利用堿醇液萃取石油酸組分，如下：
（1）稱取原油100 g，400 mL正己烷稀釋，置于2 L分液漏斗；
（2）配制堿醇液1 000 mL（乙醇/水=2/1，NaOH/水=1.5%，即750 mL乙醇、250 mL水、3.75 g NaOH）加入分液漏斗，用作萃取液；
（3）將體系加熱至55℃，機械攪拌10 min，攪拌速度300 r/min，令堿醇液充分萃取石油酸組分，靜置分層，重復萃取實驗多次，至堿醇液顏色淺白為止；
（4）合并堿醇液，濃縮至400 mL，轉移至分液漏斗，鹽酸調節pH=2，100 mL CH2Cl2多次反萃，至醇水相無色為止，合并CH2Cl2相，水洗至中性，揮干溶劑，得石油酸組分；
（5）收集萃余油，水洗至中性，揮干溶劑，得除酸萃取油。
同理，利用酸醇液萃取石油堿組分，如下：
（1）稱取原油100 g，400 mL正己烷稀釋，置于2 L分液漏斗；
（2）配制酸醇液1 000 mL（乙醇/水=2/1，HCl/水=8%，即750 mL乙醇、230 mL水、20 mL HCl）加入分液漏斗，用作萃取液；
（3）將體系加熱至55℃，機械攪拌10 min，速度300 r/min，令酸醇液充分萃取石油堿組分，靜置分層，重復萃取實驗多次，至酸醇液顏色淺白為止；
（4）合并酸醇液，濃縮至400 mL，轉移至分液漏斗，NaOH調節pH=12；100 mL CH2Cl2多次反萃，至醇水相無色為止，合并CH2Cl2相，水洗至中性，揮干溶劑，得石油堿組分；
（5）收集萃余油，水洗至中性，揮干溶劑，得除堿萃取油。
1.3結構表征
利用電噴霧質譜（Agilent 1100 Series LC/MSD Trap VL離子阱液質聯用儀）表征石油酸、石油堿的基本結構信息。
電噴霧電離（ESI）是一種軟電離技術，對石油酸分子通常電離掉氫離子，形成石油酸根陰離子[M-H]-，可利用質譜的質荷比反映石油酸根的相對分子質量，進而推測石油酸的基本結構信息。設定不同不飽和度的石油酸分子式為CnH2n+1COOH-2x，其石油酸根相對分子質量對應14n+45-2x=M，其中n為烷基鏈碳原子數，x為不飽和度，可以根據x值將石油酸分為7種類型，x=0代表飽和脂肪酸；x=1代表一環烷酸；x=2代表二環烷酸；x=3代表三環烷酸；x=4代表四環烷酸或苯基烷基酸；x=5代表五環烷酸或苯基單環烷酸；x=6代表六環烷酸或苯基雙環烷酸；x=7完成一個循環，成為少一個CH2的脂肪酸。
同樣，對于石油堿分子通常結合一個氫離子，形成石油堿根陽離子[M’+H]+，可以根據質譜的質荷比反映石油堿根的相對分子質量，進而推測石油堿的基本結構信息。設定石油堿以脂肪叔胺為骨架，則不同不飽和度的石油堿分子式為CnH2n+1NH2-2x，其石油堿根相對分子質量對應14n+18-2x=M’，其中n為烷基碳原子數，x為不飽和度，可以根據x值將石油堿分為7種類型，x=0代表脂肪胺；x=1代表一環烷基胺；x=2代表二環烷基胺；x=3代表三環烷基胺；x=4代表四環烷基胺或苯基烷基胺；x=5代表五環烷基胺或苯基單環烷基胺；x=6代表六環烷基胺或苯基雙環烷基胺；x=7完成一個循環，成為少一個CH2的脂肪胺。
實驗過程：取0.01 g石油酸溶于10 mL丙酮，進樣質譜，負模式測定石油酸根陰離子，分析石油酸的相對分子質量及基本結構信息；同理，取0.01 g石油堿溶于10 mL丙酮，進樣質譜，正模式測定石油堿根陽離子，分析石油堿的相對分子質量及基本結構信息；ESI源，霧化氣壓力103.4 kPa，干燥氣流速8 L/min，溫度350℃。
1.4界面張力測量
用遼河油井注入水配制遼河表面活性劑溶液，濃度為2 000 mg/L；芬蘭Kibron dIFT雙通道動態界面張力儀，溫度55℃，轉速5 000 r/min，測量表面活性劑溶液與原油、烷烴、石油酸、除酸萃余油之間的界面張力，考察石油酸對降低界面張力的貢獻；同樣，測量表面活性劑溶液與石油堿、除堿萃余油之間的界面張力，考察石油堿對降低界面張力的貢獻。需要指出的是，因為石油酸、石油堿為固體，不能直接測量界面張力，將石油酸、石油堿添加至原油烷烴中，測量表面活性劑溶液與烷烴+石油酸、烷烴+石油堿之間的界面張力。