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黄原胶降解菌的降黏作用研究

发布日期:2014-10-09 12:16:11
黄原胶降解菌的降黏作用研究先容
黄原胶降解菌的降黏作用研究
黄原胶降解菌的降黏作用研究,从土壤和水中分离筛选出具有较强降解能力的黄原胶降解菌,研究了黄原胶降解菌降黏作用的规律和 降黏过程中pH值的变化和菌数的变化,确定了黄原胶溶液降黏的适宜条件:接种量为5%,初始pH值为7,矿化 度为5x 103 mg/L,温度为30~ 40 °C,摇床转速为120 r/min。研究表明,溶液的降黏效果与溶液的初始黏度有关。 通过对黄原胶降解菌的降黏作用研究,掌握了黄原胶溶液黏度下降的规律,这对于如何使含黄原胶的钻丼液、压裂 液等工作液在现场施工时避免失效有重要意义。
黄原胶是一种水溶性微生物胞外多糖聚合物, 其最显著的特性是具有控制液体流变性质的能力, 即便在低浓度时它也可形成高黏度的、典型的非牛 顿溶液,具有明显的假塑性。溶液黏度的影响因素 还包括溶质浓度、温度、盐浓度、pH值等。黄原胶 作为一种生物聚合物,由于其规则的螺旋结构的保 护,以及侧链产生的位阻,使一般的蛋白酶、淀粉酶、 纤维素酶、半纤维素酶等很难将其降解。Cadmus 和黄成栋[-2]研究结果表明,当黄原胶被黄原胶降解 菌降解时,大分子链被打断形成小分子,黏度降低; 另一方面黄原胶降解菌在不断利用黄原胶生长繁殖 时产生新的物质,使溶液的黏度发生变化,因此可通 过黄原胶溶液黏度的变化反映黄原胶降解情况和黄 原胶降解菌生长情况。因此对黄原胶降解菌的降黏 作用进行了研究,这对黄原胶降解菌的认识和涉及 黄原胶的钻井液、压裂液破胶有着重要理论意义。
1试验部分
1.1菌种
从野外土壤和水中分离筛选出具有较强降解能 力的黄原胶降解菌。
1. 2试验方法
配制300 mL无菌液体培养基,按比例接种菌 种,调节溶液的pH值后,黄原胶降解菌的降黏作用研究,测量初始表观黏度V。,记 录测量温度T。,放置恒温摇床培养,培养一段时间
后取出,水浴加热或自然冷却,使溶液温度恢复为 T,迅速测量表观黏度V,,继续放置摇床培养观察。 则降黏率为:W= ( V0-/ V0 x 100%c。用旋转黏
度仪[3]测量黏度,菌数测量用细菌瓶法[4]。
1.3主要试验仪器
ZNN~D6A型六速旋转黏度仪,青岛海通达专 用仪器厂;HQ45空气恒温摇床,中国科学院武汉科 学仪器厂;PHS3C型数字式酸度计,江苏江分电分 析仪器有限企业。
2试验结果
2.1培养时间对黄原胶溶液降黏率的影响
配制相同条件下的培养基,分别接种5%菌种, 调节溶液的pH值为7, 35 °C恒温摇床,转速为120 r/ min。每24 h测量一次溶液黏度,如此测量7天, 得到Vi、V2, ......,V7,结果见图1。由图1看出,随
时间的变化,黄原胶溶液的黏度逐渐下降,第1天黏 度下降了 34%,第2天变化很小,第3天又有明显 的下降,之后,黏度缓慢下降。黄原胶溶液黏度的变 化与黄原胶分子结构和降解过程有关,黄成栋等[M 的研究表明,黄原胶分子的降解有2个过程,即主链 降解和侧链降解。主链降解对黄原胶的黏度变化影 响较侧链大,但侧链的存在阻碍了主链的降解。
2.2接种量对黄原胶溶液降黏率的影响
2.3摇床转速对黄原胶溶液降黏率的影响
配制相同条件下的培养基,分别接种5%菌种, 在pH值为7、5 °C恒温下,调节转速分别为0、60、 120、160和200 r/min,经过72 h,测量V1,结果见图 3。由图3看出,随着摇床转速的增加,黄原胶降解 率迅速增加,当转速达到120 r/min时,黄原胶降黏 率达到74%,此后再增加转速,降黏率增幅不大。黄原胶降解菌的降黏作用研究,因此,转速为120 r/ min即可满足降黏要求。
2. 5初始pH值对黄原胶溶液降黏率的影响
配制相同条件下的培养基,分别接种5%菌种, 在35 °C恒温、转速为120 r/min下,调节溶液的pH 值分别为4、5、6、7、8、9、10,测量V(),培养72 h取 出,测量V1,结果见图5。由图5看出,pH值为7 时,降黏效果最好,为74% , pH值为6~ 8是降黏适 宜范围,pH值大于8或小于6时效果显著下降。
34567891011
pH值
图5 pH值对黄原胶溶液降黏率的影响
2.6矿化度对黄原胶溶液降黏率的影响
配制矿化度分别为1 X 103、X 103、10 x 103、15 x 103、0 x 1〇3 mg/L的培养基,分别接种5%菌种, 在pH值为7时,测量记录测量温度To。在转 速为120 r/min、5 °C恒温下,培养72 h取出,测量 Vi,结果见图6。 
 
4〇 
060120180240
转速/(r/min)
图3摇床转速对黄原胶溶液降黏率的影响
20 
0510152025
矿化度Ag/L)
图6矿化度对黄原胶溶液降黏率的影响
 
2.4温度对黄原胶溶液降黏率的影响
配制相同条件下的培养基,分别接种5%菌种, 在pH值为7、转速为120 r/min下,调节温度分别 为20、30、40、50和60 °C,72 h取出,测量V1,结果
由图6可以看出,矿化度小于10 x 103 mg/L 时,降黏率超过60%,在5x 103 mg/L效果最好,矿 化度大于10 x 103 mg/ L时,降黏率逐渐下降。
2.7降解菌对不同浓度黄原胶溶液的降黏效果 
见图4。由图4看出,在30~40 m■胶溶液黏lishi配制浓度分别为a5、L 0、2.0、. 0、10.0 g/L 
的培养基,分别接种5%菌种,在pH值为7时,分别 测量Vo,在转速为120 r/min、35 °C恒温。经过72h 取出,测量Vi,结果见图7。由图7看出,随黄原胶 浓度增加,溶液的降黏效果有下降趋势,黄原胶降解菌的降黏作用研究,可能与溶液 的初始黏度有关,当黄原胶的浓度略有增加时,溶液 的黏度就有很大的增加171。
 
2. 8降黏过程中pH值的变化
配制相同条件下的培养基,分别接种5%菌种, 调节黄原胶溶液的初始pH值分别为6、7、8,放置 35 °C恒温摇床,转速为120 r/ min下培养,每隔12 h 取出,测量溶液的pH值,结果见图8。由图8可以 看出,随黏度下降,溶液的pH值在第1天略有下 降,此后,都有一个较大幅度的下降,到最低点(约为 5. 0~ 5. 5),然后上升到6. 0左右的过程,但与初始 pH值的变化快慢不一样,初始pH值为8下降时间 最长,下降到第6天pH值为5. 6后开始上升,第9 天pH值升到6. 1,初始pH值为7的溶液在第5天 下降到5. 2后,pH值又回升到6. 2,初始pH值为6 的溶液在第4天降到5. 0,这可能是黄原胶降解菌在 降解到一定时候,开始降解代谢产物中的酸性物质。
 
2.9降黏过程中黏度与菌数的关系
配制浓度为0. 5%的培养基,接种5%菌种,pH 值为7, 35 °C恒温,转速为120 r/min。每天测一次 黏度和菌数。XDB培养的过程既是XDB生长的过 程,也是黄原胶被降解的过程,随着黄原胶的降解, 黄原胶溶液的黏度也发生了变化,见图9。从图9可 曲线和降黏曲线不完全一致,第1天XDB在停滞期 的时候,黏度下降了 31%,第2天XDB进入对数生 长期,降黏率只增加了 10% ,第3天XDB菌数有所 增加,而黏度则又出现大幅下降,此后,菌数进入稳 定期,黏度继续下降。
 
3结论
1.黄原胶溶液降黏的适宜条件:接种量为5%, 矿化度为5 x 103 mg/ L,初始pH值为7,黄原胶降解菌的降黏作用研究,温度为30 ~ 40 °C,摇床转速为120 r/ min。
2黄原胶浓度增加,溶液的降黏效果有下降趋 势,可能与溶液的初始黏度有关。
3黄原胶降解菌不仅能产生酸性物质,而且能 产生碱性物质。
4通过对黄原胶降解菌的降黏作用研宄,掌握 了黄原胶溶液黏度下降的规律,这对如何使含黄原 胶的钻井液、压裂液施工时避免失效有重要意义。
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