低溫儲層生物酶破膠工藝研究與應用

包敏新，殷玉平，張 裕

（1.江蘇油田分公司工程院，江蘇揚州 225009；2.江蘇油田分公司工程技術服務中心，江蘇江都 225265）

JS油田壓裂井深度主要在1 000 m～3 500 m，根據儲層特點目前的壓裂液體系為羥丙基瓜爾膠和硼交聯體系，破膠劑是過硫酸銨。在實際施工中一些低溫儲層的油井出現了壓后破膠不徹底的情況，影響油井正常生產。針對上述問題開展了JS油田低溫儲層生物酶破膠工藝研究。

1 生物酶破膠機理

瓜爾膠其化學本質為半乳甘露聚糖，其結構主鏈是以β-1，4-糖苷鍵連接而成的甘露聚糖，側鏈是以α-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）。生物酶分子結合于主鏈上的β-1，4-糖苷鍵，酶分子與糖苷鍵構象互補，酶分子結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，以同樣的方式結合下一個鍵，如此往復直至將底物降解為單分子物質，其作用機理（見圖 2）[2，3]。

2 生物酶與壓裂液配伍性能評價

通過生物酶與壓裂液體系中的每種添加劑進行混合，觀察壓裂添加劑與生物酶有沒有沉淀出現或有渾濁的現象發生，通過實驗發現生物酶與目前的添加劑沒有發生任何反應，配伍性好，且壓裂液均能正常交聯（見表1）。

3 不同因素對生物酶破膠效果的影響

3.1 pH值對生物酶破膠的影響

不同pH值下生物酶破膠情況（見表2），由表2可見生物酶活性受pH值影響較大，pH值大于10后，生物酶破膠能力下降，生物酶的pH值使用范圍在7～9，現場配液時要嚴格控制堿的用量，確保基液的pH值在8～9，保證壓裂液攜砂性能的同時滿足生物酶破膠要求。

圖1 瓜爾膠分子結構

圖2 生物酶作用機理

表1 生物酶與常用壓裂液添加劑配伍性能評價表

表2 不同pH值下生物酶破膠情況表

3.2 不同酶用量對破膠效果的影響

取不同量酶液加入50 mL凍膠中，評價酶量對破膠效果的影響，結果（見表3）。加入酶量不同，破膠速度會受到影響，但酶量大于1 mg/L后均能實現3 h內破膠。

表3 不同酶量對破膠效果的影響

3.3 溫度對生物酶破膠的影響

10℃～70℃水浴，檢測3 h內的破膠效果，結果（見表4），溫度在20℃～60℃范圍，酶液均能在3 h內破膠，溫度過低或過高會影響酶的活性。

表4 不同溫度下破膠液的黏度變化

表5 底物濃度對酶催化作用的影響

3.4 不同底物濃度對酶催化作用的影響

評價不同底物濃度對破膠效果的影響，結果（見表5）。高濃度瓜爾膠與交聯劑交聯后黏度極高，酶的破膠效果隨著瓜爾膠濃度的增高而減緩，但最終都能破膠。此結果表明，底物濃度變化不會影響酶的破膠能力，適當增加時間，在高濃度瓜爾膠下酶也能達到行標的破膠要求。

3.5 破膠效果評價

在40 °C、50 °C、60 °C 下，檢測壓裂液破膠 3 h后破膠液的表面張力、界面張力及殘渣量。殘渣量的檢測方法：國標SY_T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》。破膠液的檢測結果（見表6），結果表明40℃～60℃范圍，破膠液的表、界面張力以及殘渣量都分別小于國家規定的標準。即表面張力＜28 mN/m，界面張力＜2 mN/m，殘渣量＜500 mg/L。

表6 破膠液的性質檢測結果

4 現場應用情況

生物酶破膠劑在韋莊和楊家壩的8口井深小于1 600 m的井進行了現場試驗，使用濃度為0.5 mg/L～1 mg/L，平均單井加砂10 m3，施工過程壓裂液性能穩定，壓裂施工順利，現場返排液測試顯示返排液黏度都小于5 mPa·s，說明采取生物酶破膠在低溫條件下能夠實現壓裂液的有效破膠。

5 結論與認識

（1）生物酶BBK-100與目前JS油田所用壓裂液體系配伍性好，適用pH值7～9，適用溫度20℃～60℃。

（2）酶量增加會縮短破膠時間；底物濃度變化不會影響酶的破膠能力，延長破膠時間，高濃度瓜爾膠壓裂液也能破膠。

（3）生物酶破膠劑在8口井深小于1 600 m的井進行了現場試驗，壓裂施工順利，破膠徹底。

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（摘自中國石油報第7355期）