Ксантановая камедь используется для приготовления буровых растворов в качестве структурообразователя. Биополимер эффективно работает во всех буровых растворах на водной основе – от сильно утяжеленных до систем с низким содержанием твердой фазы, включая пресную, морскую воду, системы на основе соленой воды и плотные рассолы; обеспечивает реологический профиль повышенной вязкости при низких скоростях сдвига и понижает сдвиговые характеристики при высоких скоростях сдвига. Эти характеристики часто приводят к образованию жидкостей, где предельное напряжение сдвига выше, чем пластическая вязкость.
Водные растворы его имеют способность макроструктурироватъся в результате образования надмолекулярных пространственных сеток, состоящих из спиральных структурных единиц, соединяющихся водородными и ван-дер-ваальсовыми связями. Макромолекулы ксантана, помимо полярных функциональных групп, содержат также анионные карбоксилатные группы, располагающиеся на боковых ответвлениях внутри основной спирали. Видимо, подобным экранированием заряженных участков макромолекулы ксантана объясняется обратимость и прочность к сдвиговым нагрузкам гидратированных макромолекулярных структур, которые обеспечивают псевдопластичный характер реологического поведения биополимерных растворов.
Снижение сдвиговых усилий позволяет свести к минимуму потери давления и давление в стояке внутри бурильной колонны и на долоте, для оптимизации гидравлических показателей и максимальной скорости проходки.
Кроме того, межтрубное пространство, в котором наблюдаются низкие сдвиговые усилия, имеет высокоэффективную вязкость для очистки скважины и суспензии шлама [5].
Склероглюкан – нейтральный гомополисахарид, в котором остатки глюкопиранозы связаны β – (1,3) – связями. Склерглюкан синтезируется в среде на основе глюкозы. Склероглюкан впервые описан в 60-х годах прошлого столетия [17].
В водном растворе молекула склероглюкана представляет собой тройную спираль и вследствие этого образует малоэластичные стержни с большим гидродинамическим радиусом. Склерглюкан легко растворяется в воде, образуя псевдопластичные растворы, имеющие большую толерантность в широком диапазоне температуры, рН и концентрации солей. Трехвалентные катионы (Сг3+, Al3+, Fe3+) могут вызывать гелеобразование, отмечена нечувствительность склерглюкана к действию одно- и двух – валентных катионов, а также то, что склероглюкан термостабильнее, чем ксантан [18].
Эмульсан – первый ЭПС, получаемый в промышленном масштабе на основе этанола в качестве источника углерода. Он называется также α-эмульсан, или «неоэмульсан», и представляет собой внеклеточный микробный липополисахарид, ассоциированный с белком. Слово «эмульсан» отражает полисахаридную структуру компонентов и исключительную эмульгирующую активность полимера. α-эмульсан состоит в основном из N- и О-ацилированных остатков D-галактозамина и аминоуроновой кислоты. О-Ацильная часть α-эмульсана содержит от 5 до 19% (чаще 7–14%) остатков жирных кислот, включающих 10–18 атомов углерода, причем более 50% жирных кислот составляют 2- и 3-гидроксидодекановые кислоты.
β-Эмульсан, или «протоэмульсан», получают культивированием A.caleoaceticusRAG-1 на сырой нефти или гексадекане. β-эмульсан отличается меньшим содержанием остатков жирных кислот. Их число не превышает 2–3%, а содержание 2- и 3-гидроксидодекановых кислот составляет менее 50%.
α-Эмульсан выделяют из культуральной жидкости осаждением с помощью сульфата аммония или переводом в водонерастворимую четвертичную аммониевую соль. Благодаря большому количеству остатков жирных кислот в молекуле эмульсан может быть выделен экстракцией органическими растворителями.
Молекулярная масса эмульсана, вычисленная на основании характеристической вязкости составляет 9,88*105; определенная методом седиментации и диффузии – 976 тысяч [19].
Эмульсан – наиболее эффективный стабилизатор, причем это свойство сохраняется для различных концентраций эмульгаторов. Эмульгирующая способность зависит от содержания остатков жирных кислот, а также от молекулярной массы полимера. Эмульсан эмульгирует легкие фракции нефти, дизельное топливо, сырую нефть и газойли. Скорость образования эмульсии зависит от концентрации углеводорода и эмульгатора. При рН выше 6,0 для образования стабильных эмульсий необходимы небольшие количества (1–100 ммоль) солей Ca2+, Mg2+ и Mn2+
Исследование влияния эмульсана на образование и стабилизацию водно-топливных эмульсий показало, что при добавлении эмульсана стабильность всех эмульсий возрастает, однако эффект стабилизации различен для разных углеводородов. Чем выше молекулярная масса жидкого углеводорода, тем эффективнее стабилизирующее действие эмульсана [20].
С помощью эмульсана можно удалить остатки нефти из танкеров, барж, трубопроводов, цистерн [10]. Применение эмульсана для очистки поверхности воды морей и берегов от нефти способствует защите окружающей среды.
Данный полисахарид является результатом процесса жизнедеятельности микроорганизмов Azotobacter vinelandii (Lipman) ВКПМ В-5933, которые продуцируют при 28–30 °С, рН 6,8–7,2 в условиях аэрации и перемешивания до 10 г./л (ЭПС) в течении 2–2,5 суток. Штамм растет на многих натуральных средах.
Отличительной особенностью «продукта БП-92» является то, что в макромолекуле биополимера содержатся карбоксильные, карбонильные и гидроксильные группы, способные образовывать комплексные соединения.
Макромолекулы БП-92 имеют жесткую структуру. К основной цепи присоединено 5–20% (от общего числа функциональных групп) кислых гидрофильных групп, позволяющих полимеру растворяться в воде и придающие ему химическую активность, и гидрофобные остатки жирных кислот С12, С16 и С18.
Наличие данных функциональных групп позволило предложить «продукт БП-92» в качестве основы сшитой полимерной системы, где в качестве сшивателя применялись хром калиевые квасцы.
«Продукт БП-92» возможно использовать в виде постферментационной жидкости. Исключение стадии выделения и сушки при производстве биополимера обеспечивает снижение себестоимости и позволяет сохранить полезные свойства раствора, необратимо утрачиваемые при традиционных способах выделения сухого биополимера из постферментационной жидкости.
Известны различные ПДС на основе «Продукта БП-92», различающиеся типом наполнителя. В качестве дисперсной фазы могут выступать глинопорошок, пластик, крахмал [21].
ЭПС, синтезированный Acinetobacter sp. представляет собой кислый гетерополисахарид с мол. мас. 8 ˙105-2 ˙106 и состоит из остатков нейтральных сахаров глюкозы, галактозы, маннозы, рамнозы, этерифицированных жирными кислотами лауриновой, пальмитиновой, пальмитолеиновой, стеариновой, олеитуральной жидкости. Культуральная жидкость Acinetobacter sp. хорошо смешивается с пресной водой, однако практически не растворяется в минерализованных пластовых водах. Водные растворы культуральной жидкости плохо фильтруются через образцы породы пласта, что приводит к монотонному снижению проницаемости керна вплоть до забивки и прекращения фильтрации. Динамическая вязкость не менее 0,90 Па·с, общая концентрация углеводов не менее 3,50 г./дм3, концентрация полисахаридов не менее 5,00 г./дм3, рН водного раствора препарата в диапазоне 8,0–8,5.
Жидкое стекло обеспечивает химическое взаимодействие с молекулами биополимера, биоПАВ и солями многовалентных металлов пластовой минерализованной воды, что в итоге приводит к образованию прочной армирующей сетки, которая эффективно снижает водопроницаемость промытых зон и повышает охват пласта заводнением и значительно улучшается процесс вытеснения нефти.
Конкретный состав гелеобразующего силикатно-биоПАВ-биополимерного раствора и его закачки в пласт подбирается в зависимости от геолого-физических условий месторождений: пластовой температуры to, состава пластовой воды, минералогического состава и неоднородности коллектора.
Композиция закачивается в нагнетательную или добывающую скважину, продвигается в высокопроницаемых пропластках, в низкопроницаемых зонах глубина проникновения значительно меньшая.
По истечении определенного времени гелеобразования жидкая композиция превращается в вязкоупругий гель по всему объему, заполненному гелеобразующим раствором. Этот гельный тампон препятствует проникновению воды в высокопроницаемые зоны и трещины. Регулирование осадкообразования в пласте достигается величиной объема буферной оторочки пресной воды [22].
В работе [23] говорится о составе для увеличения нефтеотдачи пласта, содержащем в качестве биологически активного субстрата избыточный активный ил (ИАИ) после вторичных отстойников БОС органических химических производств и в качестве биогенной добавки культуральную жидкость микроорганизма Acinetobacter sp.
Присутствующие в ИАИ аэробно-анаэробные микроорганизмы приспособлены разлагать почти полностью органические и неорганические вещества, поскольку они адаптированы и выросли на сточных водах. ИАИ, будучи приспособленным потреблять вещества нефти, при смещении с культуральной жидкостью дополнительно обогащается органическими питательными веществами, вследствие чего состав обладает значительной биохимической активностью. Газообразные продукты жизнедеятельности микроорганизмов способствуют снижению межфазного натяжения и увеличению проницаемости коллектора, что в конечном счете приводит к увеличению нефтеотдачи пласта.
Экспериментально авторами работы также установлено, что процесс биохимического окисления предлагаемого состава [23] сопровождается подщелачиванием среды, что так же, как и образование газообразных продуктов окисления, будет способствовать подвижности нефти и в конечном счете увеличению нефтеотдачи.