田菁膠是一種天然多糖類高分子物質(zhì)，資源豐富、無毒。它是由一年生豆科植物田菁的種子內(nèi)胚片通過機(jī)械和化學(xué)處理提取而成，其主要成分是半乳甘露聚糖，田菁膠的化學(xué)組成和單糖配比結(jié)構(gòu)，使得其很容易溶于水中，對(duì)環(huán)境和有機(jī)體不產(chǎn)生傷害。然而未經(jīng)改性的原粉其水合速度及黏度均達(dá)不到膠黏劑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，流動(dòng)性和滲透性較差。田菁膠的理化性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)與其同類產(chǎn)品瓜爾膠都十分相似，價(jià)格便宜，而且我國(guó)是世界上生產(chǎn)田菁的國(guó)家，來源廣泛，有必要通過對(duì)田菁膠進(jìn)行改性，研制出一種價(jià)格便宜、性能良好的壓裂液用稠化劑。

田菁膠

田菁膠是從天然植物田菁種子的內(nèi)胚乳中提取的一種植物膠，難溶于乙醇、丙酮、等有機(jī)溶劑，易溶于水，常溫下能分散于冷水中，呈黏稠狀，形成黏度很高的水溶膠，具有絮凝和沉降作用、交聯(lián)性能、毒性極低、使用安全，因而在食品加工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、煤炭工業(yè)、造紙工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

田菁膠，是一種由豆科植物田菁的胚乳中提取出來的多糖類膠質(zhì)，是我國(guó)的天然多糖，平均分子量為2.3×105~3.4×105，且大部分是半乳甘露聚糖以及它的主要結(jié)構(gòu)包括β(1→4)糖苷鍵連接甘露糖和α(1→6)糖苷鍵連接半乳糖的側(cè)鏈。其理化性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)與瓜爾膠相似，值得指出的是田菁膠因其顯著的膨脹率和高粘度性，使其具有優(yōu)異的保水性，可應(yīng)用于保水劑的研發(fā)方面。然而，田菁膠也表現(xiàn)出“弱凝膠”狀特性，從而使得成膠強(qiáng)度過低，且膠體穩(wěn)定性偏弱,成膠速度和成膠時(shí)間也不太理想。為了解決上述問題，田菁膠通常需要結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高分子材料，復(fù)合形成堅(jiān)韌的雙網(wǎng)絡(luò)體的凝膠，使其親水性能得以施展。例如，通過本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，纖維素與田菁膠結(jié)合可增強(qiáng)其多孔結(jié)構(gòu)的骨架。

目前田菁膠主要用于石油、采礦等行業(yè)，例如在石油工業(yè)上，用作配制水基壓裂液和井下臨時(shí)封堵劑，在采礦工業(yè)上，用作漿狀的膠凝劑。到目前為止，國(guó)內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)于田菁膠用于鉆井沖洗液方面的報(bào)導(dǎo)。英國(guó)有一項(xiàng)關(guān)于用瓜爾膠、木質(zhì)素磺酸鹽和氧化鎂配制的無粘土鉆井沖洗液的（GB1542960）。瓜爾膠的組成、結(jié)構(gòu)和性能與田菁膠類似。本發(fā)明的任務(wù)是用田菁膠配制新型的無粘土鉆井沖洗液。

田菁膠鉆井沖洗液是以田菁膠粉為基本原料，加入含鋅、鉀離子的可溶性無機(jī)鹽（例如氯化鋅）和氫氧化鈉等添加劑配制而成，也可用硼砂（四硼酸鈉）代替含鋅離子無機(jī)鹽。一般配方是：田菁膠粉2-10公斤/立方米，氯化鋅0.1-1.5公斤/立方米，氫氧化鈉0.1-1.2公斤/立方米，。性能：表觀粘度5.5-47厘泊，塑性粘度5-22厘泊。動(dòng)切力4.8-240達(dá)因/平方厘米，失水量6-30毫升/30分鐘，酸堿度7-12。

對(duì)于一般復(fù)雜地層的配方：田菁膠粉2-6公斤/立方米，氯化鋅0.4-0.8公斤/立方米，氫氧化鈉0.3-0.7公斤/立方米。性能：表觀粘度8.5-24.5厘泊，塑性粘度8-14厘泊，動(dòng)切力4.8-100.8達(dá)因/平方厘米，失水量7.5-16毫米/30分鐘，酸堿度8-9。

對(duì)于水敏性地層的配方：田菁膠粉4-8公斤/立方米，氯化鋅0.4-0.8公斤/立方米，氫氧化鈉0.3-0.6公斤/立方米，10-30公斤/立方米，性能：表觀粘度16.5-35.5厘泊，塑性粘度11-19厘泊，動(dòng)切力52.8-158.4達(dá)因/平方厘米，失水量7-8.2毫升/30分鐘，酸堿度8-9。

對(duì)于松散破碎及流砂礫石地層的配方：田菁膠粉4-8公斤/立方米，硼砂0.05-0.4公斤/立方米，氫氧化鈉0.05-0.1公斤/立方米，甲醛0.3-0.5公斤/立方米。性能：沖洗液呈凝膠狀，漏斗粘度流不下，失水量8-9毫升/30分鐘，酸堿度8-9。

制備

將干凈干燥的田菁種子投入粉碎機(jī)，過60目后投入反應(yīng)鍋，加5倍量的乙醇，并加入適量硫酸氫鈉溶液，使乙醇略顯堿性，攪拌、浸泡10h，真空過濾分離，濾餅再經(jīng)堿性乙醇漂洗3次，過濾得濾餅，將其投入20倍量的去離子水中，浸泡2h后于高速打漿機(jī)中，打成漿料后轉(zhuǎn)入浸提器，加入濾餅量2%的纖維素酶，于55℃和pH6.8的條件下，攪拌酶解60min，然后加入1%中性蛋白，繼續(xù)攪拌酶解100min，迅速升溫至98℃滅酶，并保溫浸提20min，離心沉降分離，得離心液，濾渣用水浸洗3次，每次20min，離心沉降分離，合并離心液和浸洗液，將合并的離心液和浸洗液投入電滲析槽中300min，通過半透膜除去小分子，田箐膠大分子物質(zhì)（半乳甘露聚糖）則留在半透膜內(nèi)，得滲析液后置于真空冷凍干燥器中，真空度3KPa和-15℃下干燥得到絮狀物，經(jīng)粉碎，過120目，得到成品田菁膠粉。

主要參考資料

[1] 王宗訓(xùn). (1982). 田菁膠及其應(yīng)用. 科學(xué)出版社.

[2] 王偉義, & 孫扣忠. (2001). 田菁膠的理化性能. 中國(guó)膠粘劑, 10(005), 35-37.

[3] 李德亮, & 張同欣. (1999). 田菁膠在麥草造紙中的應(yīng)用研究. 中國(guó)造紙.