黃原膠（Xanthan Gum)是應(yīng)用廣泛的多糖之一。其主鏈呈纖維結(jié)構(gòu)，含有丙酮酸與葡 萄糖醛酸基團(tuán)，具有陰離子特性，水溶性、増溶性與假塑性良好[1]。作為鉆井液増粘劑，黃原膠具有調(diào)整鉆井液動(dòng)切力、靜切力、粘彈性和改善濾餅質(zhì)量的作用，其優(yōu)良的剪切稀釋性 能能夠有效地改進(jìn)鉆井液流型[2, 3]。

　　

　　目前己有的關(guān)于黃原膠復(fù)配的研究集中于食品工業(yè)，且表觀粘度復(fù)配濃度多集中在1%[4,5]，在復(fù) 配過程中，由于混合方式、混合時(shí)間以及具體生產(chǎn)過程中其它物質(zhì)如電解質(zhì)等的影響，使得 研究結(jié)果不能直接應(yīng)用于石油化工。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了淡水中總濃度為0.4%的黃原膠復(fù)配研究， 對(duì)于黃原膠在鉆井中的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

　　

　　1.材料與方法1.1材料與儀器黃原膠（XG)；魔芋膠；槐豆膠；卡拉膠。

　　

　　高速攪拌器；直讀式粘度計(jì)；電子天平。

　　

　　1.2實(shí)驗(yàn)方法 1.2.1溶液的配制按照鉆井液的配制方法配制不同的實(shí)驗(yàn)體系。

　　

　　1.2.2測(cè)量方法用直讀式粘度計(jì)測(cè)試體系的流變性。

　　

　　1.2.3分析方法根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算。其中儀器系數(shù)為0.511。

　　

　　2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1黃原膠與復(fù)配材料的性能配制分別為 0 % (w/v)、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6 %的黃原膠 溶液，0 %、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5 %的魔芋膠溶液，0 %、0.2%、0.4%、0.6%、 0.8%、1.0 %的槐豆膠和卡拉膠溶液，測(cè)定其流變性。

　　

　　2.2復(fù)配單因素實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定黃原膠與復(fù)配材料的性能，并由此計(jì)算總濃度為0.4 %時(shí)理論疊加值；在總濃 度為0.4 %條件下將復(fù)配材料與黃原膠按10 : 0、8 : 2、6 : 4、4 : 6、2 : 8、0 : 10的不同比例進(jìn)行復(fù)配，測(cè)定各自的流變性，將其結(jié)果與理論疊加值進(jìn)行比較。

　　

　　2.3正交實(shí)驗(yàn)黃原膠、魔芋膠、槐豆膠三者以不同比例復(fù)配，測(cè)定流變性，與理論疊加值進(jìn)行比較。 設(shè)計(jì)正交表1。

　　

　　表1 L9 (34)正交實(shí)驗(yàn)因素水平表水因素平黃原膠（A)魔芋膠(B)槐豆膠(C)

　　

　　10.1%0.1%0.1%20.2%0.2%0.2%30.3%0.3%0.3%3.結(jié)果與分析3.1黃原膠與復(fù)配材料的性能結(jié)果如圖2-1 (a)、（b)、（c)、（d)。在低濃度下黃原膠和復(fù)配材料的粘度、動(dòng)切力隨濃 度的増加而増加，且均為非線性關(guān)系。

　　

　　0000.10.20.30.40.50.6黃原膠濃度/(%)

　　

　　(b)魔芋膠溶液表觀粘度與表動(dòng)切力曲線25100000圖2-1 (a)黃原膠溶液表觀粘度與動(dòng)切力曲線0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0槐豆膠濃度(%)卡拉膠的濃度(%)

　　

　　(c)槐豆膠溶液表觀粘度與表動(dòng)切力曲線（d)卡拉膠溶液表觀粘度與表動(dòng)切力曲線表觀黏度（?);動(dòng)切力（■)

　　

　　3.2單因素實(shí)驗(yàn)3.2.1黃原膠與魔芋膠復(fù)配由圖2-2(a)、（b)所示，比例為1 : 1時(shí)復(fù)配體系的表觀粘度和動(dòng)切力達(dá)最大值，且協(xié)效 性最好。此時(shí)復(fù)配體系粘度是黃原膠的2.18倍，魔芋膠的1.26倍；復(fù)配體系的動(dòng)切力是黃 原膠的3.17倍，魔芋膠的1.88倍。

　　

　　628406284 3 3 2 2 2 1 12420\ \d6<u:V \12〈 \? XK! 辟8-41 1 1垂 1 垂000:101:31:13:11〇：00: 101 3 黃原膠1 魔芋膠：110: 0黃原膠：魔芋膠圖2-2 (a)與魔芋膠復(fù)配比例不同表觀粘度圖2-2(b)與魔芋膠復(fù)配比例不同的動(dòng)切力復(fù)配體系（?);理論疊加值（X)

　　

　　3.2.2黃原膠與槐豆膠復(fù)配從圖2-3(a)、（b)可以看出，黃原膠和槐豆膠之間存在協(xié)效作用，且動(dòng)切力與粘度的變化 是同步的。比例為2: 8時(shí)，協(xié)效性最高。復(fù)配體系表觀粘度是黃原膠的0.83倍，槐豆膠的 2.4倍；復(fù)配體系的動(dòng)切力是黃原膠的0.62倍，槐豆膠的8.0倍。

　　

　　10: 0圖2-3(a)與槐豆膠不同比例復(fù)配表觀粘度復(fù)配體系（?);理論疊加值（x)

　　

　　1.2.3黃原膠與卡拉膠復(fù)配從圖2-4(a)可以看出，協(xié)效性最好的比例為6 : 4,此時(shí)復(fù)配體系的表觀粘度是黃原膠的 0.76倍，卡拉膠的4.38倍。表觀粘度最大的比例為8: 2。從圖2-4 (b)可以看出，動(dòng)切力 出現(xiàn)桔抗作用。復(fù)配體系動(dòng)切力是黃原膠的0.58倍，是卡拉膠的7.51倍。

　　

　　0: 101: 31: 13: 110: 0黃原膠：卡拉膠黃原膠：卡拉膠圖2-4(a)與卡拉膠不同比例復(fù)配時(shí)表觀粘度圖2-4(b)與卡拉膠不同比例復(fù)配時(shí)動(dòng)切力復(fù)配體系（?);理論疊加值（x)

　　

　　從單因素實(shí)驗(yàn)可以看出三種復(fù)配材料的増效作用大小順序?yàn)椋耗в竽z>槐豆膠>卡拉 膠。此關(guān)系可由其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，卡拉膠是雙螺旋結(jié)構(gòu)[6]，與黃原膠空間結(jié)構(gòu)相同，空間位 阻較前兩者大，協(xié)效性小。魔芋膠主鏈上每32?80糖殘基有一個(gè)支鏈，槐豆膠平均每4個(gè)甘 露糖上連接一個(gè)半乳糖，魔芋膠的支鏈數(shù)目少于槐豆膠，所以其與黃原膠的協(xié)效作用大于槐豆膠。

　　

　　3.3正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)魔芋膠、槐豆膠、黃原膠三者進(jìn)行U (34)正交實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見 表 2。

　　

　　序ABCeAV理論 AAV=AV-表 2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果號(hào)AV值理論AV值1111119.5013.675.83212222014.105.90313332014.295.714212318.511.407.105223119.2512.366.89623122317.085.927313215.510.345.07832131814.833.179332119.514.814.69表3協(xié)效性結(jié)果直觀分析序號(hào)ABCe直Ki==5.813Kr6.000Ki==4.973Ki==5.803觀K2==6.637K2=5.320K2==5.897K2=5.630分K3==4.310K35.440K3=5.890K35.327析R==2.327R=0.680R==0.924R==0.476從結(jié)果可以看出，影響協(xié)效性大小順序?yàn)辄S原膠>槐豆膠>魔芋膠，且比例為2 : 1 : 2 時(shí)協(xié)效性最高。用同樣的方法分析動(dòng)切力協(xié)效性的變化，結(jié)果為2 : 3 : 1。

　　

　　表4協(xié)效性方差分析變差來(lái)源平方和白由度均方F值顯著性A8.351224.175623.928*B0.79020.3952.264C1.69320.84654.851e0.34920.17451.000總和11.18328結(jié)果表明，黃原膠是協(xié)效性的顯著影響因子，魔芋膠和槐豆膠是非顯著影響因素。

　　

　　表5正交實(shí)驗(yàn)表觀粘度直觀分析序號(hào)ABCe直Ki=19.833Kr17.833Kr=20.167Ki==19.417觀K2=20.250K2=19.083K2=19.333K2=19.500分K3=17.667K320.833K318.250K3=18.833析R=2.583R = 3.000R=1.917R = 0.667結(jié)果表明，三種物質(zhì)對(duì)表觀粘度影響的大小順序?yàn)椋耗в竽z>黃原膠>槐豆膠，與三種 膠0.4 %時(shí)單獨(dú)粘度大小順序相同。且當(dāng)三者的比例為2 : 3 : 1時(shí)，表觀粘度最大。用同樣 的方法分析動(dòng)切力的變化，結(jié)果與表觀黏度最大比例一致。

　　

　　A自由度方平和值F曰業(yè)著性11.542 25.77114.573表6表觀粘度方差分析B13.62526.812517.203C5.54222.7716.997e0.79220.3961.000總和31.5018方差分析結(jié)果表明，每種物質(zhì)對(duì)表觀粘度的貢獻(xiàn)都是非顯著因子。三種物質(zhì)對(duì)表觀粘度 的貢獻(xiàn)與該物質(zhì)在0.4 %濃度下表觀粘度大小的順序一致。

　　

　　4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)黃原膠溶液是典型的假塑性流體，其表觀粘度、動(dòng)切力隨濃度増加呈現(xiàn)非線性増加。 復(fù)配材料的表觀黏度、動(dòng)切力隨濃度増加呈現(xiàn)非線性増加。

　　

　　(2)單因素實(shí)驗(yàn)表明黃原膠與槐豆膠、魔芋膠、卡拉膠之間存在協(xié)同増效作用。且協(xié)效性 關(guān)系為：魔芋膠>槐豆膠>卡拉膠。

　　

　　(3)黃原膠、魔芋膠和槐豆膠三者復(fù)配體系中，黃原膠是影響協(xié)效性的顯著因素；當(dāng)比例 為2 : 1 : 2時(shí)，表觀粘度協(xié)效性最大，為2 : 3 : 1時(shí)，動(dòng)切力協(xié)效性最大。三種物質(zhì)對(duì)復(fù)配 體系表觀粘度和動(dòng)切力影響的大小順序?yàn)椋耗в竽z>黃原膠>槐豆膠，這一順序與0.4 %濃 度下三種物質(zhì)表觀粘度與動(dòng)切力大小順序一致。