延長(zhǎng)油田生物酶壓裂破膠技術(shù)研究

(延長(zhǎng)油田股份有限公司開發(fā)部，陜西 延安716000）

延長(zhǎng)油田是典型的低滲透油田，在壓裂過程中使用的過硫酸銨屬于氧化型破膠劑，其價(jià)格便宜，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便，但存在如下不足：①反應(yīng)時(shí)間及其活性主要依賴于溫度，溫度低于50℃時(shí)反應(yīng)很慢，必需添加激活劑；高于93℃時(shí)分解很快，反應(yīng)不能控制。②糖苷鍵的氧化斷裂具有隨機(jī)性，瓜爾膠不能完全降解，約有20%的相對(duì)分子質(zhì)量大于2．0×106的聚合物基本上不降解[1]。③持續(xù)破膠時(shí)間短。為此，開發(fā)出適于低滲透油田的生物酶破膠劑SH-2。下面，筆者針對(duì)該研究區(qū)油藏儲(chǔ)層特點(diǎn)進(jìn)行了生物酶破膠劑SH-2的研究。

1 生物酶破膠機(jī)理

油田壓裂所用稠化劑均為瓜爾膠，其化學(xué)本質(zhì)為半乳甘露聚糖，其結(jié)構(gòu)主鏈?zhǔn)且驭?1，4-糖苷鍵連接而成的甘露聚糖，側(cè)鏈?zhǔn)且驭?1，6-糖苷鍵連接而成的半乳甘露聚糖，分子中甘露糖與半乳糖的比例為2∶1(見圖1）。

圖1 瓜爾膠分子結(jié)構(gòu)

生物酶分子結(jié)合于主鏈上的β-1，4-糖苷鍵，酶分子與糖苷鍵構(gòu)象互補(bǔ)，酶分子結(jié)合上去降低該鍵的活化能，使之更易斷裂，斷裂后酶分子從主鏈上脫離下，以同樣的方式結(jié)合下一個(gè)鍵，如此往復(fù)直至將底物降解為單分子物質(zhì)。該酶具有高效性，能在短時(shí)間內(nèi)以較低濃度將大量瓜膠底物徹底降解，且可通過控制酶濃度在作業(yè)時(shí)間一定的情況下來控制破膠，其作用機(jī)理如圖2所示[2]。

圖2 生物酶作用機(jī)理

2 室內(nèi)性能評(píng)價(jià)

2．1 活力評(píng)價(jià)

延長(zhǎng)油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層使用的壓裂液的適用條件為溫度30～50℃、pH8～9，在該條件下對(duì)生物酶破膠劑SH-2進(jìn)行活力評(píng)價(jià)，若生物酶活力單位達(dá)到3000（IU／L×103）以上，則認(rèn)為生物酶活性不受影響。將該生物酶適用的pH值范圍可擴(kuò)大到6～10（見表1）、溫度范圍可擴(kuò)大到30～70℃(見表2），0%～10%的KCl溶液(礦化度100000mg／L）（見表3）。結(jié)果表明，改變pH、溫度和礦化度后生物酶酶活力單位均在3000以上，其活性不受影響。

表1 生物酶破膠劑SH-2適用pH值范圍

表2 生物酶破膠劑SH-2適用溫度范圍

2．2 破膠程度

破膠程度是評(píng)價(jià)破膠劑的重要指標(biāo)之一，一般通過破膠液殘?jiān)縼肀碚鳎送猓€可通過測(cè)量破膠液含糖量及其中多糖聚合物相對(duì)分子質(zhì)量來評(píng)價(jià)。壓裂液破膠程度越大，破膠越徹底，則越容易返排，對(duì)地層傷害越小。

表3 生物酶破膠劑SH-2耐鹽度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)延長(zhǎng)油田志丹油區(qū)井深及地溫情況，試驗(yàn)溫度設(shè)定為40℃，生物酶破膠劑SH-2濃度分別選取40、50、60及100mg／L，檢測(cè)生物酶破膠情況，并與目前現(xiàn)場(chǎng)使用APS破膠情況進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，氧化型破膠劑過硫酸銨在30min內(nèi)基液粘度已經(jīng)降到35．6mPa·s，無法滿足生產(chǎn)施工所需的50mPa·s（最終破膠粘度）的攜砂要求。如果減少過硫酸銨使用濃度，雖然可以滿足攜砂要求，但不能達(dá)到最終破膠粘度，而生物酶破膠劑SH-2在一定濃度范圍(40～60mg／L）內(nèi)，在30min左右時(shí)，基液粘度達(dá)到76．4mPa·s，滿足施工所需的最終破膠粘度的攜砂要求；在120min后，基液粘度為3．6mPa·s，又能實(shí)現(xiàn)完全破膠。

表4 生物酶破膠劑SH-2與過硫酸銨破膠程度對(duì)比

2．3 殘?jiān)?/h3>

壓裂液殘?jiān)侵参锬z水不溶物、未完全破膠水化的壓裂液及壓裂液添加劑中的雜質(zhì)共同組成的。殘?jiān)吭降停瑝毫岩簩?duì)地層傷害越小。與氧化型破膠劑過硫酸銨對(duì)比，在生物酶破膠劑SH-2作用下，壓裂液破膠液殘?jiān)枯^低，對(duì)儲(chǔ)層的傷害較輕(見表5）。

2．4 破膠液巖心傷害試驗(yàn)

按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5107-2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，測(cè)定壓裂液破膠液對(duì)巖心油相(煤油）滲透率的傷害率。用生物酶破膠劑SH-2作破膠劑時(shí)，壓裂液破膠液對(duì)巖心的傷害比氧化型破膠劑過硫酸銨低，傷害率在20%以下(見表6）。

表5 破膠后殘余液中殘?jiān)康膶?duì)比

表6 壓裂液破膠液巖心傷害測(cè)試結(jié)果

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

延長(zhǎng)油田志丹油區(qū)的油井埋深1200～1600m，平均孔隙度10．1%，滲透率小于3×10-3μm2。生物酶破膠劑SH-2在前置液階段開始注入，以鍥型加入，實(shí)現(xiàn)壓裂液徹底破膠返排，共進(jìn)行了10井次壓裂液生物酶破膠試驗(yàn)。油井壓裂施工中單井最高加砂40m3，壓裂施工順利，壓力平穩(wěn)，返排液粘度在3mPa·s以下，返排率在65%以上，累計(jì)增油421．9t。

4 結(jié) 語(yǔ)

生物酶破膠劑SH-2針對(duì)特定化學(xué)鍵裂解(水解），可將多糖聚合物降解至不可還原的水溶性單糖，從而大大減少殘?jiān)鼈ΑＴ撁缚梢宰鳛楦邔傩运饷缸饔糜诎肴楦事毒厶牵瑢?duì)瓜爾膠破膠作用具有溫度范圍廣、耐鹽、耐酸堿和使用安全可靠的特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，生物酶破膠劑SH-2在延長(zhǎng)油田志丹油區(qū)使用效果明顯，壓裂后壓裂液返排及時(shí)，儲(chǔ)層傷害小，對(duì)增加油井液量和油量具有良好作用。

[1]李明志，王勇．聚合物降解產(chǎn)物傷害與糖甙鍵特異酶破膠技術(shù) [J]．油田化學(xué)，2002，19（1）：89-96．

[2]丁紹卿，郭和坤．應(yīng)用核磁共振技術(shù)研究壓裂液傷害機(jī)理 [J]．鉆井液與完井液，2006，23（3）：60-62．