黄原胶(Xanthan Gum)是由甘蓝黑腐黄单胞菌或野油菜黄单胞菌以碳水化合物为主要原料，经好 氧发酵生物工程技术产生的一种高粘度水溶性微生物胞外多糖，是一种新型高分子多糖聚合物，可作为 食品工业中的稳定剂、乳化剂、増稠剂而广泛应用于 食品加工业中，其独特的分子结构使其具有许多 优异的理化性能。近年来，由于该产品与一般的水解 聚丙烯酰胺相比，其物理化学性质稳定、加工工艺简 单、驱油效果好、制造成本低，又由于其具有良好的 抗剪切降解能力，在地层中能选择性流动，具有更好 的驱油效果，己逐渐作为提高油田采收率的驱替剂或改善开采效果的化学调剖剂应用到油田开采 中。目前，黄原胶作为油田驱替剂还处于矿场先导试 验阶段，对黄原胶性能综合研究的报道很少见。为了 更好地将该产品推广应用到油田开采，有必要结合 油田的基本状况加强该产品室内实验性能的综合评价。
黄原胶是由D-葡萄糖、D-甘露糖、葡萄糖醛酸、 乙酸和丙酮酸组成的五糖重复单元”结构聚合体， 分子量在50万〜500万之间，其分子是由主链和多 支侧链形成的网状链式结构，在每组第二个葡萄糖 环(&L葡萄糖）上有两个不同侧链的纤维素链，侧 链也有象基本单元一样的糖环[3,4]。每个侧链由三个 单糖组成，第一个侧链末端开始的是一个甘露糖，第 二个侧链与第一个类似，只是在末端甘露糖上有丙 酮酸盐单元。分子侧链末端丙酮酸基因的多少对黄 原胶性能产生较大影响，但丙酮酸盐在分子中的分 布还有待更进一步研究，丙酮酸盐基团和两个葡萄 糖酸使分子具有阴离子的特征，尽管这个分子与聚 丙烯酰胺类似，在其侧链上也带有电荷，但在高含盐 度水中的行为完全不同，黄原胶溶液能和许多盐溶液混溶，其粘度不受影响[1]，这种现象是由于侧链结 构的影响，其分子的刚性比聚丙烯酰胺强，这也可能 是它具有良好剪切安定性的原因，但如果丙酮酸盐 含量太高,吸咐量也可能增加。
通常状态下，天然的黄原胶分子的带电荷侧链 反向缠绕主链,在有序状态时,靠氢键的维系呈现一 般或双螺的螺旋结构,这些螺旋结构靠微弱的共价 键结合，还可排列成整齐的螺旋共聚体，与另一种高 分子聚合物聚丙烯酰胺相比，分子有强的刚性，在水 溶液中，分子十分舒展，因此增粘性良好[5]。但高温 易引起黄原胶的水解、热氧降解及螺旋结构的改变 等不利影响，从而导致粘度下降[4,5]。
实验应用的黄原胶为KJDX公司生产的黄原 胶MKD发酵液,浓度为1.7%,配制水为HJM油 田注水站的处理污水，其中总矿化度为5 879. 8 mg/l, Ca2+ 浓度为 34. 1 mg/l, Mg2+ 浓度为 3. 4 mg/
1。按照行业标准，聚合物溶液粘度测定条件为:B8L 型粘度计,U L转子，6 rpm( 7. 34 sec ^ ,恒温水浴， 以下粘度的测定若无特殊说明均为该条件。在地层 温度87°C下，黄原胶溶液的粘度测定结果见图1。结 果表明，黄原胶溶液的粘度随浓度的增加而明显增 力口，当浓度为 300 mg/1, 800 mg/1 和 1 200 mg/1 时， 黄原胶溶液的粘度分别为:2. 5(mPa • s), 7. 0 (mPa • s)和 12. 1(mPa • s)。
黄原胶属高分子生物聚合物，其水溶液驱油时 有两个主要功能:一是调整吸水剖面;二是提高驱替 相的粘度，降低油与驱替相的流度比，从而扩大波及 体积，提高原油采收率。因此增粘性能就成为聚合物 驱中最重要的产品性能指标之一，良好的增粘性可 以使用少量的聚合物达到所需的流度比，可降低成 本达到较好的经济效益。
黄原胶分子侧链上的乙酰基和丙酮酸根通过氢 键的作用，使侧链反向缠绕主链，形成单股或双股的 螺旋结构，这种结构对温度较为敏感，随温度的升 高，分子结构出现有序向无序的转变，从而影响黄原 胶水溶液的粘度变化[4,5]。图2为浓度为1 000 mg/ 1的黄原胶溶液的粘度^温度关系曲线，结果表明，黄 原胶溶液的粘度随温度升高而下降的趋势较为明 显，当温度从30C升至55C和87C(HJM油田的地 层温度）时，黄原胶溶液的粘度从34. 5( mPa • s)降 至20. 0( m Pa • s)和9. 5( mPa • s),粘度保持率分别 为 37. 3%和 27. 5%。
黄原胶溶液属于假塑性流体，它的流变性能表 现为：随剪切速率的变化呈牛顿一非牛顿一牛顿型 流体的流动特征。在剪切速率较低的情况下(第一牛 顿区），分子的运动以布朗运动为主。布朗运动的结 果，使较小剪切速率引起的分子取向很快消失，所以 粘度保持不变;在较高的剪切速率下(非牛顿区)，分 子很快取向，布朗运动的影响可以忽略不记，故溶液 的粘度随剪切速率的升高而降低;在更高的剪切速 率下(第二牛顿区内），分子取向度达极限值而不再 提高，因此粘度又保持不变（图3)。实验结果表明： 黄原胶溶液的剪切变稀性能较强，但这种剪切变稀 现象是可逆的，高的抗机械降解能力使黄原胶分子 不象聚丙稀酰胺那样容易产生分子断裂，只要移去 剪切力，粘度迅速恢复。当黄原胶溶液剪切速率为 250 s-1后，立即测其流变性，两条流变曲线重合，说 明它具有良好的剪切恢复性。
在现有的实验条件下，配制了浓度为1 000 mg/1的黄原胶溶液(未除氧)，加入1 000mg/1的甲 醛杀菌剂溶液，置于87C的恒温箱中，定期取样测 其粘度，结果见图4。可见黄原胶溶液在高温下热稳 定性较差，90天后粘度保持率已从100%降至 28. 4%。
长期热稳定性是黄原胶产品的重要指标之一， 它表明黄原胶分子在长时间的热老化过程中溶液粘度的保留率。通常认为黄原胶在高温下不稳定，可 能产生以下三种降解:一是温度升高时，黄原胶分子 的螺旋结构被破坏，即从有序向无序转变;二是热氧 降解，只要有50X10-9的溶解氧就会显著降低溶液 的粘度;三是水解，黄原胶的葡萄糖主链以及丙酮 酸、乙酰基团等在温度升高时会被水解断裂。
为了认识黄原胶的水溶解性，称量一定量的黄 原胶发酵液,放于适量水中，用搅拌器以一定速度搅 拌便可很快溶于水中，溶解速度小于0. 5 h,故黄原 胶的溶解性能较好。
水不溶物是指聚合物溶液中大于一定粒径的难 溶物质颗粒,水不溶物过多，易造成对地层孔隙的堵 塞，对于聚丙烯酰胺每克干粉的水不溶物含量应小 于2. 0 mg。根据聚合物溶液水不溶物的含义，称取 黄原胶发酵液58. 82 g(含纯黄原胶1 g)溶于1 000 ml水中，充分搅拌，混溶，确认完全溶解后，再装入 过滤装置，过滤装置为4.5 pm〜9.0 pm的耐酸玻 璃滤器。此条件下测得的每克纯黄原胶的水不溶物 含量为13.0 mg。实验测量黄原胶溶液的水不溶物 含量较高的原因可能是:（1)黄原胶产品中的菌体和 发酵原料(如玉米淀粉)没有完全地被利用转化成黄 原胶,转化率一般在60%左右，剩余的淀粉和蛋白 质可能为不溶物;（2)黄原胶发酵中间可能有多价金 属离子与黄原胶分子交联形成凝胶;（3)黄原胶分子 与蛋白体等形成的微凝胶。
聚合物溶液对油藏岩石有良好的注入能力是聚 合物驱成功的最重要的条件之一，良好的注入能力 反应在两个方面。第一，与注水相比,在向油藏注入 聚合物时的压力增加不应高于因粘度增高而应有的 压力增加;第二,在注入过程中，压差应能够达到一 个稳定值，孔隙空间不应被聚合物不可逆的堵塞。
首先配制浓度为900 mg/l的黄原胶溶液，测得 其粘度为8. 1(mPa • s),用4. 5 pm〜9. 0 pm的砂 芯玻璃滤器进行过滤，滤后粘度无明显变化。然后选 用HJM油田的HJ113井的天然岩芯（其渗透率为 476 X 10- 3 _2),在实验温度 87°C下，以 0. 98 m/ d 的注入速度注入过滤后的黄原胶溶液，从图5可看 出，随注入倍数的增加，注入压力逐渐增加,但当注 入倍数为4. 0 PV时，注入压力达到平稳，说明过滤 后的黄原胶溶液注入性能良好，预计注入地层不会 发生显著的地层伤害。
聚合物驱油过程中，在混配、经泵和闸门输送时 都可能出现高的剪切,特别是聚合物流经炮眼进入 地层的瞬间速度相当快。聚合物分子在高剪切速率 下会发生断裂，从而导致粘度下降。聚丙烯酰胺分子 呈蠕状，在高速剪切下易断裂，因此现场的搅拌速度 与注入速率都要加以控制。相对而言,黄原胶分子更 具刚性，抗机械降解能力较强。在测试注入性能的同 一块岩心上，以不同的速度注入900 mg/l的黄原胶 溶液，考察其剪切安定性。从结果可看出，黄 原胶溶液剪切安定性很好，尽管孔隙流速己达140 m/d,但由于分子更具刚性，不易断裂，只要去掉剪 切力，粘度即可恢复,保持率几乎为100%。
不可入孔隙体积当聚合物溶液流经孔隙 介质时，不是所有聚合物分子都能够进入多孔介质 的孔隙及喉道，而只有其中较大一部分孔隙才能让 聚合物分子进入，这一部分孔隙相对于注入的聚合 物分子来说是可以进入的，而剩余的部分孔隙相对 于注入的聚合物而言是不可入的，称之为不可入孔 隙体积（IPV)，它是某种聚合物相对于某种岩石而 言，聚合物分子不能进入的那一部分孔隙体积所占 岩石总体积的百分数，它的存在对聚合物溶液的前 缘推进速度产生严重影响。不可入孔隙体积的测量 方法较多:如单段塞浓度剖面法[6]、双段塞浓度剖面 法161、分子线团尺寸法[7]等，这里利用测量精度较高 的双段塞浓度剖面法，应用HJM油田HJ113井的 天然岩芯进行动态吸附试验，由表1可知，黄原胶溶 液中颗粒的不可入孔隙体积为20%，但在实际油藏 中，那部分孔隙体积往往被束缚水所填充，因此对黄 原胶驱并无伤害。
2. 3.3 阻力系数及残余阻力系数黄原胶溶液驱 油过程中，不仅能提高注入剂的粘度，而且能降低水 相渗透率,有效地控制注入剂的流动度，扩大注入剂 的波及体积，提高原油采收率。残余阻力系数FRR定 义为油层注聚合物前的水相渗透率K w与注聚合物 后的水相渗透率Kf的比值，即FRR= Kw/Kf。阻力系 数FR定义为水的流动度(Kw/^w)与聚合物溶液的 流度(Kp/tt,)之比，即 FR= (Kw/"w)/(Kp/M,)[8]。残 余阻力系数值越大，表明聚合物降低水相渗透率能 力越强，它还意味着停注黄原胶后，仍有部分黄原胶 滞留在油层中，即使注入一定量的水后，黄原胶仍保 持降低水相渗透率的作用，即能降低投资成本，又能 够在较长时期保持油量增产。