一种脂多糖类乳化剂对稠油的乳化降黏研究
罗 强
（中石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000）
摘要：黄原胶和HBS -1都是微生物代谢产生的胞外聚合物。为了有效的降低NB 35 -2稠油的黏度，进行了这两种生物聚合物及其与α—烯烃磺酸盐(AOS)复配对稠油的乳化对比实验。实验结果表明，当w（黄原胶）≥0.20％或复配体系中w（黄原胶）≥0.10％(w(AOS)=0.06％)时，形成的乳状液的稳定性好。随HBS -1质量分数增加，乳状液的稳定性提高，黏度下降；当HBS -1与AOS复配后，复配体系（w( HBS -1)=0.05％和w(AOS) =0.06％)形成的乳状液稳定性进一步提高，黏度也明显下降。此复配体系有利于NB 35 -2稠油的乳化开采和运输。
关键词：生物乳化剂；胞外水溶性脂多糖；乳化稳定；乳化降黏
中图分类号：TQ423.92 文献标识码：A 文章编号：1001- 1803( 2010) 02- 0087-03
化学降黏法是通过加入乳化剂使高黏度的稠油转变为低黏度的水包油(O/W)型乳状液，从而有利于稠油的开采和集输。乳化剂从分子结构上大致分为表面活性剂、含极性和非极性官能团的聚合物以及固体颗粒等[1]。乳状液是多相分散体系，从热力学的角度看，乳状液为热力学不稳定体系，加入含极性和非极性官能团的聚合物，分散介质黏度的增加能够减缓或阻止液珠的絮凝和聚并，使乳状液的动力稳定性增加。
黄原胶是由甘蓝黑腐黄单胞菌或野菜单胞菌以碳水化合物为主要原料发酵生产的一种高黏度水溶性高分子多糖，可作为稳定剂、乳化剂和增稠剂，广泛应用于食品加工、日用化工、医药和石油开采等领域[2—3]。HBS -1是由不动杆菌利用乙醇无机盐培养基发酵生产的一种胞外水溶性脂多糖，其相对分子质量为8.8x105 Da。
通过乳化南堡35 -2(NB35 -2)稠油，发现黄愿胶和HBS -1在乳化降黏和乳状液稳定性方面存在很大区别。
1实验部分
1.1试剂与仪器
HBS -1，实验室制备；黄原胶，山东阜丰发酵有限公司；地层水和稠油，NB 35 -2油田；α-烯烃磺酸盐( AOS)，成都科龙化学试剂公司。DV-Ⅲ+流变仪， Brookfield Engineering Laboratories, Inc，美国；Paragon1000傅立叶变换红外光谱仪，美国PE公司。
1.2 实验方法
乳状液制备：在25mL具塞刻度试管中加入50℃下恒温30min后的10mL NB 35 -2稠油后，再加入10mL含乳化剂的溶液，漩涡振荡仪上混合1 min。
乳状液黏度测定：采用Brookfield DV -Ⅲ+旋转流变仪于50℃、剪切速率4.5 s-1测定乳状液黏度。
稳定性评价：析水指数[4]是衡量乳状液稳定性最简易和直观的方法，析水指数越小，乳状液稳定性越好。析水指数的计算公式为：
析水指数= V1/V2 x100％。
式中V1为析出水的体积，mL；V2为水的总体积,mL。
2结果与讨论
2.1 HBS -1的结构表征
取适量冷冻干燥的HBS -1进行红外光谱扫描，实验结果见图1。
图1 HBS -1的红外光谱图
Fig.1 IR spectrum of HBS—l
由图1可知，3418 cm-1附近出现-OH的伸缩振动峰，这是糖类共有的，因为糖类存在分子间或分子内氢键；2922cm-1和2852 cm-1处是CH伸缩振动峰；1652cm-1和1558 cm-1为酰胺基的C=O伸缩振动峰，说明糖中含有糖醛酸；1042cm-1处为糖苷的COC振动峰。综合化学组成分析结果（W（蛋白质）=9.6%，W（脂肪酸）=15.5%，W（总糖）=70.5%）可知，HBS -1为主要含有糖、脂肪酸和蛋白质的聚合物。
2.2 HBS -1对NB 35 -2稠油的乳化降黏和稳定性能
为了验证HBS -1对NB 35 -2稠油的乳化降黏及乳状液的稳定性能，按实验方法1.2配制含不同质量分数的HBS -1溶液与NB 35 -2稠油的乳状液。50℃下静置30 min时测定黏度，24 h测定析水指数，实验结果见表1。
表1 HBS—l乳化降黏及乳状液的稳定性
Tab.1 Viscosity reduction by emulsification and stability of emulsion with HBS -1
表1结果表明，乳状液析水指数和黏度随HBS -1质量分数的增加而下降。为了进一步增加乳状液的稳定性和降低稠油的黏度，采用了AOS与HBS -1复配进行实验。后续的实验发现，当w（HBS -1）≥0.05%和w( AOS)≥0.06％复配时，复配体系对NB 35 -2稠油都具有很好的降黏和稳定性能。考虑到成本因素，复配体系采用伽（HBS -1）=0.05%和w( AOS)=0.06%，并同时考察了w( AOS)=0.06%体系对稠油乳化的影响，实验结果见表2。
表2 HBS一1复配AOS体系的乳化降黏及乳状液的稳定性
Tab.2 Viscosity reduction by emulsification and stability of emulsion with HBS一1 and AOS
由以上实验结果可知，W（HBS -1）=0.05％， W(AOS) =0.06％．W(AOS)=0.06％复配W（HBS -1）=0.05％体系均能乳化NB 35 -2稠油。虽然W(AOS)=0.06％体系在30min内具有很好的降黏性能，但随着静置时间的增加，其形成的乳状液析水指数和黏度急剧增加。W(AOS) =0.06％和埘（HBS-1）=0.05％复配体系析出水量最少，24 h的析水指数为8％，故其乳状液的稳定性最好，同时其降黏效果也最好。由此可见，HBS -1对NB 35 -2稠油具有降黏性能，同时与 AOS复配后具有更好的降黏和稳定乳状液的性能。
为了评价生物乳化剂HBS -1对NB 35 -2稠油的乳化降黏和乳状液的稳定性，下面用另一种生物乳化剂黄原胶作对比。
2.3黄原胶对NB 35 -2稠油的乳化稳定性能
按表3配制不同质量分数的黄原胶及黄原胶与 AOS复配体系(w(AOS) =0.06%)，然后按实验方法1.2分别与NB 35 -2稠油形成乳状液。50℃下静置30 min时测定黏度，24 h测定析水指数，实验结果见表3。由表3可知，随着黄原胶质量分数的增加，乳状液析水指数下降。当加（黄原胶）=0.20%或0.30%时，形成的乳状液保持较好的稳定性，24 h内没有出现析水现象。当与叫( AOS)=0.06%复配后，乳状液的黏度随黄原胶质量分数的增加而增加，其析水指数比相同质量分数的黄原胶形成的乳状液低，即乳状液稳定性提高。由此可见，小分子阴离子表面活性剂AOS的加入，改善了黄原胶对稠油乳状液的稳定性能。
表3 黄原胶及其复配体系的乳化降黏和乳状液的稳定性
Tab.3 Viscosity reduction and stability of emulsion with xanthan
gum and its combination system
2.4 HBS—1的乳化降粘性
由以上实验结果可知，黄原胶复配体系和HBS—1复配体系都能较好地稳定NB35—2稠油乳状液。但进一步试验发现：HBS—1体系（W（HBS—1）=0.05%和W（AOS）=0.06%）对黄原胶体系（W（黄原胶）=0.10%和W（AOS）=0.06%）对NB35—2稠油的乳化降粘方面有所不同，实验结果见表4
表4 HBS -1和黄原胶复配体系的乳化降黏性能比较
Tab.4 Comparison of viscosity reduction of crude oil with two combination systems
注：表中空白表示在此实验条件下超出测定量程。
由表4可知，黄原胶体系形成的乳状液在0.5 h时黏度较低，但其黏度随时间增加而急剧上升；而 HBS -1体系形成的乳状液黏度低，在116 h内变化幅度较小。黄原胶作为乳化稳定剂是由于它的亲水和高分子性能，它通过增加分散介质的黏度来维持乳状液的稳定，分散介质黏度的增加可能是导致乳状液黏度上升的主要原因。而HBS -1主要由多糖和脂肪酸组成，具有亲水的糖链和疏水的脂肪酸链，相当于一种高分子表面活性剂。当它与小分子阴离子表面活性剂 AOS复配后，AOS能迅速分散原油，从而有利于 HBS -1的疏水链分布在油相，亲水链分布在水相。 HBS -1牢固地黏附或锚合在油水界面上，并分布在油滴的表面，从而有效阻止油滴之间的聚并，稳定低黏的乳状液。因此，HBS -1体系不仅可以稳定 NB 35 - 2稠油乳状液，还对其具有明显的乳化降黏作用，有利于其开采和运输。
参考文献：
[1]李明远，吴肇亮．石油乳状液[M]．北京：科学出版社，2009：17．
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[3]郭瑞，丁恩勇．黄原胶的结构、性能与应用[J]．日用化学工业，2006，36 (1)：42 - 45．
[4]滕小兰，蒲万芬，李露春．一种脂多糖类生物乳化降黏剂[J]．日用化学工业，2Q09，39(2)：97 -100.
