專利名稱：一種增加黃原膠水溶性的改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增加黃原膠水溶性的改性方法，屬于一種表面活性劑物理吸附，改
善表面親水性的方法。
背景技術(shù)：
黃原膠是天然植物膠，別名黃膠、漢生膠，又稱黃單胞多糖，是以碳水化合物 (如玉米、淀粉等)為主要原料由黃單胞菌經(jīng)微生物發(fā)酵而生產(chǎn)的一種多糖物質(zhì)，淺黃色 至白色可流動(dòng)粉末，稍帶臭味。英文名稱為Xanthangum,易溶于水，水溶液呈透明膠狀 (MorrisE R Molecularmicrobial propertiesACA Symp， Ser 45(Washington DC)1997.81 89 ; Kennedy J.F.and Bradshaw， I丄Production， properties and application of xanthan[J]. Industrial microbiology, 1984， 19 : 319-371 ; K.C.Basavaraju， T.Demappa and S.K.Rai. Miscibility studies of polysaccharide Xanthangum and PEO(polyethylene oxide)in dilute solution[J].Carbohydrate Polymers, 2007， 69(3): 462-466)。 黃原膠分子由于本身的結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)而具有良好的增稠性和剪切稀釋性、較高滲透性、對(duì)熱酸堿的穩(wěn)定性好等性能， 因而被認(rèn)為是油田開發(fā)中極具潛力的天然高分子聚合物(M.Nabipour， M.Escrochi， S.Ayatollahi， et al.Laboratory investigation of thermally-assisted gas-oil gravity drainage for secondary and tertiary oil recovery in fractured models[J].Journal of Petroleum Science and Engineering, 2007， 55(1): 74-82)。目前國(guó)內(nèi)外油田在鉆井、增產(chǎn)改造和提高采收率作 業(yè)時(shí)使用的工作液主要是將聚丙烯酰胺、瓜膠、變性淀粉等作為增稠劑。黃原膠在增 粘、增稠、抗鹽及抗污染能力遠(yuǎn)比這些聚合物優(yōu)越，主要表現(xiàn)在能對(duì)加快鉆井速度、防 止油井坍塌、保護(hù)油氣田、防止井噴、大幅度提高采油率以及水力壓裂等方面都有明顯 的作用。例如低濃度的黃原膠水溶液就可以保持水基鉆井液的粘液并控制其流變性能， 因而在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆頭部位粘度極小，大大節(jié)約了動(dòng)力，而在相對(duì)靜止的鉆孔部位卻保 持較高粘度，起到防止井壁坍塌、便于切削碎石、排出井外等作用；黃原膠在提高采收 率的作業(yè)中可以用作調(diào)剖劑，具有成膠體系強(qiáng)度高、封堵性好、與地層水配伍性強(qiáng)及熱 穩(wěn)定性較強(qiáng)等特點(diǎn)，能保證其在應(yīng)用過程中的有效性?？傊S原膠作為一種理想的油田 增稠劑有非常好的發(fā)展前景。 但黃原膠是一種天然高分子多糖，溶解過程需要經(jīng)歷兩個(gè)步驟，首先是溶劑分 子滲入高聚物內(nèi)部，使高聚物溶脹，然后是高分子均勻分布在溶劑中，達(dá)到完全溶解。 然而溶解過程中易形成魚眼，即膠在水中顆粒表面由于水溶脹而形成膠質(zhì)層，此時(shí)分子 鏈并未形成能自由運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)線團(tuán)；這些膠質(zhì)層延緩了水分子向膠體內(nèi)部滲透的過程， 并且使顆粒之間發(fā)生膠結(jié)形成塊狀，形成表面是初期凍膠而內(nèi)部是干芯的大塊，降低了 其使用效率。所以研究開發(fā)出水溶性更好的黃原膠，改善其水溶性，縮短溶解時(shí)間，對(duì) 擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，推動(dòng)石油工業(yè)的發(fā)展有重要影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供增加黃原膠水溶性的改性方法，該改性反應(yīng)條件溫和， 操作簡(jiǎn)單易于提純、分離，反應(yīng)溶劑可以循環(huán)利用，改性后的黃原膠粉劑水溶性明顯改 善，0.5-1小時(shí)內(nèi)完全溶脹，無(wú)魚眼生成。 本發(fā)明使用山梨醇酐單酯類表面活性劑，吸附在黃原膠表面，增加黃原膠水溶 性。所用原料黃原膠原粉為工業(yè)上常用的化學(xué)品，國(guó)產(chǎn)，白色粉劑，市售；表面活性劑 為工業(yè)上常用山梨糖醇酐單酯類；無(wú)水乙醇為市售99.5%工業(yè)乙醇。
—種增加黃原膠水溶性的改性方法，依次包括以下步驟 (1)40-6(TC下將山梨醇酐單酯類表面活性劑溶于無(wú)水乙醇中，持續(xù)攪拌0.5-1小 時(shí)； (2)取一定量的黃原膠原粉加入到表面活性劑溶液中，充分?jǐn)嚢?0-60min后靜 止沉淀，表面活性劑與黃原膠重量比為0.05-0.1%，黃原膠與無(wú)水乙醇的重量/體積比為 2-4% ; (3)去上層清液，減壓干燥過濾固體、磨粉過篩，即得改性黃原膠粉。 本發(fā)明主要是通過黃原膠吸附山梨醇酐單酯類表面活性劑達(dá)到增加其水溶性，
以減少配制過程中魚眼生成，增加溶脹性，縮短溶解時(shí)間，從而達(dá)到高效利用黃原膠的目的。 黃原膠原粉由五糖單位重復(fù)構(gòu)成，由以I3-1， 4糖苷鍵相連的葡萄糖構(gòu)成，三個(gè) 相連的單糖組成其側(cè)鏈甘露糖一葡萄糖一甘露糖。與主鏈相連的甘露糖通常由乙?；?修飾，側(cè)鏈末端的甘露糖與丙酮酸發(fā)生縮醛反應(yīng)從而被修飾，而中間的葡萄糖則被氧化 為葡萄糖醛酸，分子量一般在2X106 2X107D之間。黃原膠分子間靠氫鍵作用而形 成規(guī)則的螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)之間依靠微弱的作用力而形成網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，形成 三級(jí)結(jié)構(gòu)(Janson P.E. ， Keene L ， Lindberg B. ， Structure of the extracelluar polysaccharide fromxanthomonascampestris[J].CarbohydrRes. 1985， 45: 275-282)。黃原膠三級(jí)結(jié)構(gòu)的形 成，導(dǎo)致分子內(nèi)的親水基團(tuán)都形成了分子內(nèi)和分子間氫鍵，能與水作用的基團(tuán)減少，在 水中的溶解、溶脹性能減弱。山梨醇酐單酯類表面活性劑中含有三個(gè)羥基和一個(gè)酯基， 這兩類基團(tuán)都能與黃原膠的親水基團(tuán)形成氫鍵，當(dāng)山梨醇酐單酯類表面活性劑與黃原膠 作用后，增加了黃原膠表面的親水基團(tuán)，縮短了其溶解、溶脹時(shí)間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果 (l)本發(fā)明提供的方法原料價(jià)廉易得，不需要加入其它助劑，反應(yīng)條件溫和，操 作簡(jiǎn)便。
(2)本發(fā)明提供的方法可循環(huán)利用乙醇，減少乙醇用量，降低分離提取的成本；
(3)本發(fā)明改性后的黃原膠粉劑水溶性明顯改善，0.5-1小時(shí)內(nèi)完全溶脹，不形成 魚眼，減少對(duì)油氣層的傷害。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 在4(TC下將0.01gSpan-60(為未改性黃原膠粉重量的0.05% )溶于500ml無(wú)水乙 醇中，持續(xù)攪拌30min;在攪拌狀態(tài)下，加入20g黃原膠粉劑到該溶液中，以200轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速攪拌30min后靜止沉淀。抽濾，脫去上層清液，乙醇回收，減壓干燥抽濾得到的固 體，將產(chǎn)物磨粉過篩即得改性的黃原膠粉劑。在均勻攪拌的情況下，將所得改性黃原膠 粉劑以0.3%的重量/體積濃度加入到水溶液中后基本無(wú)魚眼生成，連續(xù)攪拌10min后， 魚眼完全消失。25t:下測(cè)定溶液在100s-1剪切速率下粘度為37.5mPa.s。
實(shí)施例2在40。C下將O.Olg Span-60(為黃原膠粉重量的0.06% )溶于500ml無(wú)水乙醇中， 持續(xù)攪拌30min;在攪拌狀態(tài)下，加入17g黃原膠粉劑到該乙醇溶液中，200轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速 攪拌30min后靜止沉淀。抽濾，脫去上層清液，乙醇回收，減壓干燥抽濾得到的固體， 將產(chǎn)物磨粉過篩即得改性的黃原膠粉劑。在均勻攪拌的情況下，將所得改性黃原膠粉劑 以0.3%的重量/體積濃度加入到水溶液中后有極少量魚眼生成，連續(xù)攪拌5min后，魚眼 完全消失。25t:測(cè)定溶液在100s-1剪切速率下粘度為37.5mPa.s。
實(shí)施例3在40。C下將O.Olg Span-60(為黃原膠粉重量的0.1% )溶于500ml無(wú)水乙醇中， 持續(xù)攪拌30min;在攪拌狀態(tài)下，加入10g黃原膠粉劑到該乙醇溶液中，200轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速 攪拌30min后靜止沉淀。抽濾，脫去上層清液，乙醇回收，減壓干燥抽濾得到的固體， 將產(chǎn)物磨粉過篩即得改性的黃原膠粉劑。在均勻攪拌的情況下，將所得改性黃原膠粉劑 以0.3%的重量/體積濃度加入到水溶液中后有極少量魚眼生成，連續(xù)攪拌8min后，魚眼 完全消失。25t:測(cè)定溶液在100s-1剪切速率下粘度為37.5mPa.s。
實(shí)施例4 在6(TC下將O.Olg Span-80溶于250ml無(wú)水乙醇中，持續(xù)攪拌30min ;稱取16g 黃原膠粉劑加入到含有Span-80的無(wú)水乙醇溶液中200轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速攪拌30min后靜止沉 淀。抽濾去上層清液，乙醇脫水，減壓干燥，將產(chǎn)物磨粉過篩即得改性的黃原膠粉劑。 在均勻攪拌的情況下，將所得改性黃原膠粉劑以0.3%的重量/體積濃度加入到水溶液中 后有極少量魚眼生成，連續(xù)攪拌20min后，魚眼基本消失。25t:測(cè)定溶液在100s-'剪切 速率下粘度為31.5mPa.s。
實(shí)施例5 在4(TC下，稱取由實(shí)施例l制的改性黃原膠粉劑0.25g， 1.25g， 1.75g和2.25g分 別加入到250ml水溶液中后有極少量細(xì)微魚眼生成，200轉(zhuǎn)/min連續(xù)攪拌5-10min后，魚 眼完全消失。攪拌30min后，25t:測(cè)定溶液在100s-工剪切速率下粘度分別為10.5， 84， 141和170mPa.s。 在250ml水溶液中攪拌下加入0.3X的重量/體積濃度未改性黃原膠粉，攪拌 60min后，溶液中有大量魚眼存在，攪拌120min，有少量魚眼存在。25。C在100s—1剪切 速率下測(cè)定攪拌120min后的溶液粘度為29.5mPa.s。
可見經(jīng)改性后的黃原膠粉劑其水溶性得到明顯改善。
權(quán)利要求
一種增加黃原膠水溶性的改性方法，依次包括以下步驟(1)40-60℃下將山梨醇酐單酯類表面活性劑溶于無(wú)水乙醇中，持續(xù)攪拌0.5-1小時(shí)；(2)稱取一定量的黃原膠原粉加入到表面活性劑溶液中，充分?jǐn)嚢?0-60min后靜止沉淀，表面活性劑與黃原膠重量比為0.05-0.1％，黃原膠與無(wú)水乙醇的重量/體積比為2-4％；(3)濾去上層清液，減壓干燥過濾固體、磨粉過篩，即得改性黃原膠粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增加黃原膠水溶性的改性方法，依次包括以下步驟(1)在40-60℃下將山梨醇酐單酯類表面活性劑溶于無(wú)水乙醇中，持續(xù)攪拌0.5-1小時(shí)；(2)稱取一定量的黃原膠原粉加入到表面活性劑溶液中，充分?jǐn)嚢?0-60min后靜止沉淀；(3)濾去上層清液，過濾固體減壓干燥、磨粉過篩，即得改性黃原膠粉。本發(fā)明通過黃原膠吸附山梨醇酐單酯類表面活性劑來增加其水溶性，縮短溶解時(shí)間，其反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)單，易于提純、分離，反應(yīng)溶劑可以循環(huán)利用，改性后的黃原膠粉劑水溶性明顯改善，0.5-1小時(shí)內(nèi)完全溶脹，無(wú)魚眼生成，從而達(dá)到高效利用黃原膠的目的。
文檔編號(hào)C08B37/00GK101691409SQ20091016438
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者徐斌威, 王世彬, 趙金洲, 郭建春, 陳紅軍 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)