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黄原胶溶液热稳定剂的研究

发布日期:2015-06-01 08:28:48
黄原胶(xanthan gum)是由野油菜黄单胞菌(CrFrmonr ccmLeJaV)发酵产生的一种高粘水溶性 生物聚合物.黄原胶分子由于本身的结构特点而具有良好的稳定剂增稠和剪切稀释性能、较高渗透性、在多孔岩 层吸附少、粘度损失小、对盐不敏感、能适应的pH范围宽,因而被认为是油田开发中极具潜力的天然高分 子生物聚合物S ].黄原胶在三次采油中作“流动性控制剂”可提高驱替液的粘度,以增强油藏原油流动性, 提高石油米收率.
黄原胶溶液在高温下不稳定,易发生热氧化降解作用S],使粘度严重损失,在低盐度时更为突出. Sutherland等人S]认为黄原胶用于三次采油的温度不宜高于656,其原因是驱油过程要延续很长的时间 (几个月至十几个月),在长时间超过656的条件下,黄原胶会发生降解,导致溶液粘度降低.黄原胶溶液 在906下放置十几天,粘度会急剧下降,去除溶解氧后并加入稳定剂的溶液,在906下贮放几个月仍无粘 度损失S].因此加入稳定剂前除氧是阻止黄原胶溶液高温降解,保证粘度稳定的重要手段.国外对黄原胶 高温稳定剂进行了较多研究,国内尚未见相关内容的研究报道.本文仅报道硼氢化物(NaBH4)作为黄原胶 热稳定剂的初步研究结果.
1 材料与方法
1.1菌种与黄原胶样品
菌种米用野油菜黄单胞菌(CrFomonr ccmLrFV)NK-01,黄原胶样品为经发酵、提取制得的粉剂. 14各种溶液的配制
1.2.1模拟海水的配制:定量称取 NaCl 71. 69g,MgCl2 • 6H20 32. 28g,Na2S04 12. 86g,NaHC03 0. 62g,加入无离子水使其完全溶解,定容到3000mL即为人工模拟海水盐溶液.
1.2.2黄原胶盐溶液的配制:定量称取黄原胶粉剂15. Og,加入模拟海水3000mL,轻微搅拌后,室温浸 泡水化2h,然后用搅拌器加速搅拌使黄原胶完全溶解为均匀的溶液.
1.2.3黄原胶水溶液的配制:定量称取黄原胶粉剂4. 5g,加入自来水900mL,轻微搅拌后,室温水化 0.5h,然后用搅拌器快速搅拌,使黄原胶完全溶解形成均匀的溶液.   ! 2. 4 硼氢化钠溶液的配制%定量称取NaBH* 0. 40g,用少量无离子水溶解,定溶至100mL即为 4000mg/L的NaBH*水溶液,贮于棕色试剂瓶.
! 3黄原胶溶液的高温处理
将黄原胶溶液分装于一系列自制大安瓿瓶中,每支lOOmL.按实验条件在安瓿瓶中分别加入终浓度 为20、40、80、160和320mg/L的NaBH*及0. 49的甲醛溶液,以不加NaBH*及甲醛的安瓿瓶为空白对
照.将上述安瓿瓶直接通真空泵抽气,直至安瓿瓶中的溶液无气泡出现(抽气时间为6h).立刻充注氮气并 封口 .封闭的安瓿瓶在室温放置24h后,再置85°C恒温电热干燥箱高温处理,间隔不同时间取样测定粘 度,计算黄原胶溶液粘度的损失率.
1.4黄原胶溶液粘度的测定
采用美国Brookfield LV 丁型旋转式粘度计,25°C ,3#转子,6r/min测定粘度.
2结果与讨论 2.1硼氢化钠对黄原胶溶液稳定性的影响
图i
高浓度盐对黄原胶溶液(0. 5%)稳 定性的影响
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
硼氢化钠是一种能与黄原胶溶液相容的强还原性碱金属化合| 物.它可通过自身的氧化作用,在黄原胶溶液进入高温环境以前,| 将黄原胶溶液中的氧化性物质(溶解氧及过氧化物)还原,阻止黄 原胶在高温环境中与氧作用而发生热氧化降解.表1结果表明,硼| 氢化钠加入量在80〜320mg/L,对黄原胶溶液都具明显的稳定作 用;在85>高温放置60d,其溶液粘度几乎保持不变,粘度损失率 仅为29〜6%.当硼氢化钠浓度低于40mg/L时,黄原胶溶液的 稳定性减弱,粘度的损失率增高;硼氢化钠浓度低至20mg/L,其 粘度损失率可达40%.在相同条件下,不加硼氢化钠的黄原胶溶 液,经过20d的高温处理,粘度损失己超过50%;经过60d高温处I 理,损失粘度己接近90%.
硼氢化钠作为黄原胶溶液热稳定剂使用时,应将溶解氧含量 控制在很低水平,该条件可通过循环利用地层矿化水实现,在地面 上可以利用中性气体或其它廉价隋性气体隔绝氧1].
2. 2高浓度的盐对黄原胶溶液稳定性的影响
图1结果表明,在硼氢化钠加入量相同的条件下,足够的盐浓 度有利于提高黄原胶自身的耐热稳定性.含盐为4%的黄原胶溶 液,经85>高温处理60d,可保持粘度基本稳定;而含盐较低的黄 原胶溶液热稳定性较差,且随高温处理时间的延长,溶液粘度急剧 下降.
高浓度的盐提高黄原胶自身热稳定性的主要机理,可能是由 于金属离子能屏蔽黄原胶分子侧键上的负电荷,减小侧链间电荷的排斥作用,使黄原胶分子的有序构型更 加稳定.另外,金属离子还可掩蔽黄原胶分子上的敏感基团,使其不致暴露在外部而被氧化1].因此,在一 定范围内,随盐浓度的增高,黄原胶溶液的热稳定性随之增强.
2.3防腐剂对黄原胶溶液稳定性的影响
防腐剂的主要作用是防止黄原胶溶液在常温条件下(暴露在高温环境以前)发生生物降解.现已发现 芽孢杆菌属中的某些菌株所产生的黄原胶酶(xanthanase)可使黄原胶降解,使之转化为低分子量的单糖 和不同大万方数的低聚糖1].黄原胶溶液在高温处理过程中,这些菌难以存活,因而黄原胶分子不易被降 解.表1和图1的结果表明,在本实验条件下,黄原胶溶液加入甲醛作为防腐剂,对其粘度的稳定性无明显不同浓度的硼氢化钠对黄原胶溶液稳定性的影响。
 
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