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          黃原膠溶液熱穩定劑的研究

          發布日期:2015-06-01 08:28:48
          黃原膠(xanthan gum)是由野油菜黃單胞菌(CrFrmonr ccmLeJaV)發酵產生的一種高粘水溶性 生物聚合物.黃原膠分子由于本身的結構特點而具有良好的穩定劑增稠和剪切稀釋性能、較高滲透性、在多孔巖 層吸附少、粘度損失小、對鹽不敏感、能適應的pH范圍寬,因而被認為是油田開發中極具潛力的天然高分 子生物聚合物S ].黃原膠在三次采油中作“流動性控制劑”可提高驅替液的粘度,以增強油藏原油流動性, 提高石油米收率.
          黃原膠溶液在高溫下不穩定,易發生熱氧化降解作用S],使粘度嚴重損失,在低鹽度時更為突出. Sutherland等人S]認為黃原膠用于三次采油的溫度不宜高于656,其原因是驅油過程要延續很長的時間 (幾個月至十幾個月),在長時間超過656的條件下,黃原膠會發生降解,導致溶液粘度降低.黃原膠溶液 在906下放置十幾天,粘度會急劇下降,去除溶解氧后并加入穩定劑的溶液,在906下貯放幾個月仍無粘 度損失S].因此加入穩定劑前除氧是阻止黃原膠溶液高溫降解,保證粘度穩定的重要手段.國外對黃原膠 高溫穩定劑進行了較多研究,國內尚未見相關內容的研究報道.本文僅報道硼氫化物(NaBH4)作為黃原膠 熱穩定劑的初步研究結果.
          1 材料與方法
          1.1菌種與黃原膠樣品
          菌種米用野油菜黃單胞菌(CrFomonr ccmLrFV)NK-01,黃原膠樣品為經發酵、提取制得的粉劑. 14各種溶液的配制
          1.2.1模擬海水的配制:定量稱取 NaCl 71. 69g,MgCl2 • 6H20 32. 28g,Na2S04 12. 86g,NaHC03 0. 62g,加入無離子水使其完全溶解,定容到3000mL即為人工模擬海水鹽溶液.
          1.2.2黃原膠鹽溶液的配制:定量稱取黃原膠粉劑15. Og,加入模擬海水3000mL,輕微攪拌后,室溫浸 泡水化2h,然后用攪拌器加速攪拌使黃原膠完全溶解為均勻的溶液.
          1.2.3黃原膠水溶液的配制:定量稱取黃原膠粉劑4. 5g,加入自來水900mL,輕微攪拌后,室溫水化 0.5h,然后用攪拌器快速攪拌,使黃原膠完全溶解形成均勻的溶液.   ! 2. 4 硼氫化鈉溶液的配制%定量稱取NaBH* 0. 40g,用少量無離子水溶解,定溶至100mL即為 4000mg/L的NaBH*水溶液,貯于棕色試劑瓶.
          ! 3黃原膠溶液的高溫處理
          將黃原膠溶液分裝于一系列自制大安瓿瓶中,每支lOOmL.按實驗條件在安瓿瓶中分別加入終濃度 為20、40、80、160和320mg/L的NaBH*及0. 49的甲醛溶液,以不加NaBH*及甲醛的安瓿瓶為空白對
          照.將上述安瓿瓶直接通真空泵抽氣,直至安瓿瓶中的溶液無氣泡出現(抽氣時間為6h).立刻充注氮氣并 封口 .封閉的安瓿瓶在室溫放置24h后,再置85°C恒溫電熱干燥箱高溫處理,間隔不同時間取樣測定粘 度,計算黃原膠溶液粘度的損失率.
          1.4黃原膠溶液粘度的測定
          采用美國Brookfield LV 丁型旋轉式粘度計,25°C ,3#轉子,6r/min測定粘度.
          2結果與討論 2.1硼氫化鈉對黃原膠溶液穩定性的影響
          圖i
          高濃度鹽對黃原膠溶液(0. 5%)穩 定性的影響
          Fig 1 Effect of dissolved salt content on stability of the Xanthan gum solutions
          1.160mg/L NaBH4 +4% synthetic sea water+ 0. 4% formaldehyde
          2.160mg/L NaBH4 + 4%syntlietic sea water
          3.160mg/L NaBH4 + 0. 9% NaCl
          4.160mg/L NaBH4 + 0. 3% NaCl
          硼氫化鈉是一種能與黃原膠溶液相容的強還原性堿金屬化合| 物.它可通過自身的氧化作用,在黃原膠溶液進入高溫環境以前,| 將黃原膠溶液中的氧化性物質(溶解氧及過氧化物)還原,阻止黃 原膠在高溫環境中與氧作用而發生熱氧化降解.表1結果表明,硼| 氫化鈉加入量在80?320mg/L,對黃原膠溶液都具明顯的穩定作 用;在85>高溫放置60d,其溶液粘度幾乎保持不變,粘度損失率 僅為29?6%.當硼氫化鈉濃度低于40mg/L時,黃原膠溶液的 穩定性減弱,粘度的損失率增高;硼氫化鈉濃度低至20mg/L,其 粘度損失率可達40%.在相同條件下,不加硼氫化鈉的黃原膠溶 液,經過20d的高溫處理,粘度損失己超過50%;經過60d高溫處I 理,損失粘度己接近90%.
          硼氫化鈉作為黃原膠溶液熱穩定劑使用時,應將溶解氧含量 控制在很低水平,該條件可通過循環利用地層礦化水實現,在地面 上可以利用中性氣體或其它廉價隋性氣體隔絕氧1].
          2. 2高濃度的鹽對黃原膠溶液穩定性的影響
          圖1結果表明,在硼氫化鈉加入量相同的條件下,足夠的鹽濃 度有利于提高黃原膠自身的耐熱穩定性.含鹽為4%的黃原膠溶 液,經85>高溫處理60d,可保持粘度基本穩定;而含鹽較低的黃 原膠溶液熱穩定性較差,且隨高溫處理時間的延長,溶液粘度急劇 下降.
          高濃度的鹽提高黃原膠自身熱穩定性的主要機理,可能是由 于金屬離子能屏蔽黃原膠分子側鍵上的負電荷,減小側鏈間電荷的排斥作用,使黃原膠分子的有序構型更 加穩定.另外,金屬離子還可掩蔽黃原膠分子上的敏感基團,使其不致暴露在外部而被氧化1].因此,在一 定范圍內,隨鹽濃度的增高,黃原膠溶液的熱穩定性隨之增強.
          2.3防腐劑對黃原膠溶液穩定性的影響
          防腐劑的主要作用是防止黃原膠溶液在常溫條件下(暴露在高溫環境以前)發生生物降解.現已發現 芽孢桿菌屬中的某些菌株所產生的黃原膠酶(xanthanase)可使黃原膠降解,使之轉化為低分子量的單糖 和不同大萬方數的低聚糖1].黃原膠溶液在高溫處理過程中,這些菌難以存活,因而黃原膠分子不易被降 解.表1和圖1的結果表明,在本實驗條件下,黃原膠溶液加入甲醛作為防腐劑,對其粘度的穩定性無明顯不同濃度的硼氫化鈉對黃原膠溶液穩定性的影響。
           
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