酶破膠壓裂液體系的研究與應用

陳 英 王亞南

（中國石油川慶鉆探工程公司井下作業公司廣漢圣油科技開發有限公司，四川 廣漢 618300）

0 引言

壓裂液的化學發展方向是優質、低損害、低成本和環境友好的新材料和工業體系，需要將基礎化學、化學工程、化學工藝、材料學與石油天然氣勘探開發工程相結合，室內實驗與現場實踐結合。本項目使用的酶破膠劑是一種比較新型的破膠劑，在國外應用較廣泛，但在國內還不算成熟，它與其他類型的破膠劑壓裂液體系相比，具有分子量低、殘渣少、地層傷害小等特點，是將來破膠技術發展的主導方向。

1 生物酶破膠技術概述

1.1 生物酶破膠機理

生物酶破膠劑來自生物技術領域研制的特異性復合酶，主要作用是通過催化瓜膠表面特定鍵使其裂解，最終將破膠殘液中的聚合大分子物質變成簡單的不可還原的單糖，使得壓裂液殘液能從支撐劑充填中更穩定地返排出來，減少聚合物傷害，提高采油采氣增產效率［1］。

1.2 現有壓裂液破膠技術缺陷

現有壓裂液所使用的破膠劑多數是氧化破膠劑，包括過硫酸鉀、過硫酸銨等，通過氧化交聯鍵和聚合物鏈使交聯凍膠破膠。但是存在以下缺點：① 反應時間及活性主要依賴溫度；② 屬于非特殊性反應物，能和遇到的任何反應物如管材、地層基質和烴類等發生反應，生成與地層不配伍的污染物，造成地層傷害［2］；③ 破膠持續時間短，氧化破膠劑很可能在到達目的裂縫前就消耗盡了，達不到完全破膠的目的；④ 氧化破膠具有隨機性，胍膠鏈不能完全降解，約20%的分子量大于2.0×106的聚合物基本上未降解［3］。

1.3 生物酶破膠技術優勢

生物酶破膠技術優勢有：① 適用井況范圍廣。在 20℃＜T＜120℃，4.0＜pH＜10.0范圍內的油氣井均適用。② 分散均勻。水溶性產品，潤濕效果好，易分散，無破膠死角。③ 破膠徹底。酶活半衰期長，可持久作用于地層中的瓜膠，降黏效果理想，降解完全，殘渣少。④ 用量少。高效的酶活性及催化力確保百萬分數量級用量。⑤ 有利于環境保護。符合油氣田HSE標準，對油氣田生產環境和人畜無傷害，無污染。⑥ 有利于管道保護。杜絕硫化物氧化劑，降低硫酸鹽還原菌的營養源，減少管道腐蝕。⑦ 低表面張力誘導油氣流。

2 酶破膠壓裂液體系評價

2.1 基液性能及成膠情況

酶破膠壓裂液體系基液性能及成膠情況見表1。

2.2 流變性能

配方B在60℃、剪切速率為170 s-1的情況下，連續剪切90 min，黏度均在100 mPa·s以上（圖1）。實驗表明，酶破膠壓裂液均具有良好的耐溫抗剪切能力。

圖1 流變曲線圖

2.3 破膠液性能

酶破膠壓裂液與常規破膠液性能對比情況見表2。與常規破膠壓裂液相比，酶破膠壓裂液分子量非常低，殘渣少，支撐劑導流能力傷害率也較低。

3 現場應用

3.1 井組基本情況

合川125井組是由川慶鉆探工程公司川西鉆探公司實施鉆井作業的一口開發井，屬于合川區塊主體構造之東北部構造。試驗選取X2井、X3井作為酶破膠壓裂液試驗井，X1井為使用常規壓裂液體系的對比井。合川125-3井組基本情況見表3。

3.2 壓裂液體系的確定

根據合川區塊儲層壓裂液體系的研究結果并結合合川125-3井組的施工工藝設計要求，以及實驗室各項性能測試結果，確定合川125-3井組壓裂液的配方組成（表4）。

表1 酶破膠壓裂液體系基液性能及成膠情況表

表2 酶破膠壓裂液與常規破膠液性能對比情況表

表3 合川125-3井組基本情況表

3.3 現場壓裂液主要性能參數

現場壓裂液主要性能參數如表5所示。施工過程中，油壓穩定，測試結果滿足施工設計要求，在整個壓裂施工過程中可以確保施工安全有效進行。

3.4 返排液性能

該套壓裂液體系在2 h內完全破膠，破膠液黏度小于5 mPa·s，表面張力小于23 mN／m。

3.5 壓后效果對比

現場試驗3井次（其中有2井次使用酶破膠壓裂液，與使用常規壓裂液的1井次相對比），施工成功率為100%，液體返排率均在50%以上，凈增井口天然氣產能近5×104m3／d，取得了良好的增產效果。

表4 壓裂液配方組成情況表

表5 壓裂液基液主要性能參數表

4 結論與認識

1）通過前期大量篩選以及評價試驗，確定了一套適合川渝油氣田中低溫儲層改造條件下的酶破膠壓裂液體系配方。

2）該套壓裂液體系能大大降低破膠液殘渣含量、分子量及支撐劑導流能力的傷害，巖心損害率也較低。3項評價試驗結果均符合項目技術經濟考核指標。

3）合川125-3井組現場應用表明，酶破膠壓裂液體系攜砂和懸砂性能好，施工完成后，壓裂液迅速返排，返排率高，增產效果顯著。

4）室內研究及現場應用表明，該壓裂液體系明顯優于常規破膠劑壓裂液體系，在類似儲層改造中具有良好的應用前景。

［1］李明志，劉新全，湯志勝，等.聚合物降解產物傷害與糖甙鍵特異酶破膠技術［J］. 油田化學，2002，19（1）：89-96.

［2］李希明，陳勇，譚云賢，等.生物破膠酶研究及應用［J］.石油鉆井工藝，2006，28（2）：51-54.

［3］張文勝.新型壓裂破膠劑的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2002，19（4）：10-12.