過硫酸銨與生物酶壓裂破膠技術(shù)對(duì)比研究

賀曉軍，李 君，李寧濤，折 慧

（延長(zhǎng)油田股份有限公司子長(zhǎng)采油廠井下作業(yè)隊(duì)，陜西子長(zhǎng) 717300）

過硫酸銨與生物酶壓裂破膠技術(shù)對(duì)比研究

賀曉軍，李 君，李寧濤，折 慧

（延長(zhǎng)油田股份有限公司子長(zhǎng)采油廠井下作業(yè)隊(duì)，陜西子長(zhǎng) 717300）

壓裂是低滲或特低滲油氣井增產(chǎn)、注水井增注的一項(xiàng)重要舉措，壓裂液破膠不及時(shí)、不徹底乃至在裂縫中形成濾餅,降低了油層裂縫的導(dǎo)流能力，因此壓裂液的破膠效果直接影響壓裂液的返排和增產(chǎn)，本文主要結(jié)合延長(zhǎng)油田子長(zhǎng)采油廠低滲或特低滲油層的情況，針對(duì)生物酶與過硫酸銨破膠各自機(jī)理，半乳甘露聚糖生物酶與壓裂液添加劑的配伍性，兩者與油層水質(zhì)配伍性及胍膠殘留物對(duì)地層的傷害情況和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用后的效果進(jìn)行綜合對(duì)比，尋求最佳的破膠劑為油田壓裂破膠劑找到合理的解決方案。

過硫酸銨；生物酶；破膠；配伍性；壓裂

壓裂是油田主要的增產(chǎn)措施之一，壓裂效果的好壞直接影響著油田開發(fā)的水平和經(jīng)濟(jì)效益。目前油田通常采用植物膠為稠化劑的水基壓裂液體系，水力壓裂是發(fā)生大量聚合物傷害的作業(yè)之一，壓裂施工中要在壓裂液中加入破膠劑，使聚合物凍膠破解，聚合物大分子分解成能自裂縫中返排出的小分子，水力壓裂液中的聚合物若不能充分降解，會(huì)傷害到支撐劑充填的導(dǎo)流能力及地層的原始滲透率，導(dǎo)致被處理井產(chǎn)能大幅度下降。子長(zhǎng)采油廠長(zhǎng)2和長(zhǎng)6油層為低滲，特低滲透儲(chǔ)層，油層物性差，由于埋藏淺，溫度低一般在25～51℃，因此壓裂是提高產(chǎn)能建設(shè)的重要舉措，壓裂液的性能是影響壓裂成敗的主要因素，壓裂液的破膠效果直接影響壓裂液的返排、增產(chǎn)以及對(duì)地層的傷害程度，通過對(duì)過硫酸銨與半乳甘露聚糖生物酶分析對(duì)比，尋求出最佳的破膠劑是對(duì)壓裂液低傷害、低成本以及環(huán)境友好型發(fā)展的主要方向，也是對(duì)低滲透油層提高返排和增產(chǎn)的最佳效果。

1 過硫酸銨與生物酶破膠技術(shù)

1.1 過硫酸銨破膠技術(shù)

過硫酸銨破膠的機(jī)理是過硫酸根在一定溫度下分解產(chǎn)生硫酸根自由基，這個(gè)自由基與胍膠分子中的縮醛鍵反應(yīng)導(dǎo)致胍膠分子鏈斷裂，結(jié)果就破膠。這個(gè)反應(yīng)是一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，所以破膠的效率很高。

過硫酸銨的特點(diǎn)是價(jià)廉、運(yùn)用廣泛，存在的問題，如溫度依賴性強(qiáng)，在低溫條件下過硫酸鹽作用效果不理想，需要通過添加激活劑才能勉強(qiáng)起效，實(shí)驗(yàn)證明在溫度低于51.7℃時(shí)，通過過硫酸銨破膠會(huì)有大量的植物膠大分子殘留在胍膠液中；如果溫度過高，破膠速度過快不能控制，并且過硫酸銨持續(xù)破膠時(shí)間短。

1.2 半乳甘露聚糖酶破膠技術(shù)

壓裂液使用的稠化劑均為半乳甘露聚糖，其結(jié)構(gòu)的主鏈?zhǔn)且驭拢?，4糖苷鍵相連的甘露聚糖，支鏈以α－1，6糖苷鍵連接的半乳聚糖，半乳甘露聚糖酶具有催化此類糖苷鍵斷裂形成小分子糖的能力，從而達(dá)到破膠的目的。

而酶本身在胍膠的降解前后不變，只是參與反應(yīng)過程，反應(yīng)后又恢復(fù)原狀，繼續(xù)參加反應(yīng)，所以半乳甘露聚糖酶在短時(shí)間內(nèi)以較低的濃度將大量的胍膠等底物徹底降解,這就是它的高效性。

實(shí)驗(yàn)證明半乳甘露聚糖酶：適用于pH 6～10，溫度20～100℃，均保持活性。

通過兩者破膠技術(shù)上發(fā)現(xiàn)，過硫酸銨破膠是氧化反應(yīng)過程，對(duì)溫度依賴性強(qiáng)，破膠時(shí)間短在地層中容易殘留大量的胍膠液；半乳甘露聚糖酶有別于化學(xué)破膠劑的放熱破膠作用，這種專一的斷裂糖苷鍵的反應(yīng)能夠從根本上解除植物膠交聯(lián)作用適用于溫度低的油層有很好的破膠作用。

2 與油層水質(zhì)的配伍性

子長(zhǎng)采油廠長(zhǎng)2油層水含鹽量41.2 mg/L,Na+和K+濃度 12835 mg/L,Ca2+濃度 100 mg/L，Mg2+濃度1110 mg/L,Cl-濃度 24965 mg/L,SO42-濃度 936 mg/L，HCO3-濃度348 mg/L，pH值6，水型CaCl2。然而子長(zhǎng)采油廠壓裂液的配制水源主要來(lái)自地下水源，地下水源水質(zhì)硬Ca2+、Mg2+含量較大。

2.1 過硫酸銨與油層水配伍性

在配制壓裂液時(shí)，過硫酸銨的使用量成了一個(gè)主要問題，使用少過硫酸銨不能完全徹底把胍膠氧化分解，會(huì)在油層中剩余大量殘留物，嚴(yán)重影響支撐劑的導(dǎo)流能力，影響油層原有的物性；使用量過大，會(huì)使過硫酸銨根濃度增大，過硫酸根氧化分解成SO42-的濃度也會(huì)增大，然而地下水源中的Ca2+、Mg2+濃度經(jīng)壓裂會(huì)增加油層水中的Ca2+、Mg2+濃度，極易與增加的SO42-的濃度產(chǎn)生微溶的CaSO4、MgSO4沉淀，嚴(yán)重的破壞油層的孔隙吼道，極大的影響油層的物性。因此過硫酸銨的使用量成為一個(gè)關(guān)鍵，不好定奪。

2.2 半乳甘露聚糖酶與油層水配伍性

半乳甘露聚糖酶水溶性產(chǎn)品，分散均勻，潤(rùn)濕效果好，易均勻分散于基液中，無(wú)破膠死角，適用于pH值6～10 保持活性。將酶與部分金屬離子 K+、Na+、Mg2+、Fe3+或Ca2+或陰離子Cl-、Br-、或I-的無(wú)機(jī)化合物或有機(jī)汞與重金屬鹽混合，根據(jù)酶活性標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，用分光光度儀分別檢測(cè)出酶在添加劑的底物中的催化活性，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，酶活性順序是 Ca2+、I-、Mg2+、Na+、Cl-、Br-、空白樣、K+、Fe3+,酶在重金屬與重金屬鹽中失去活性，因此子長(zhǎng)采油廠地下水源與油層水對(duì)酶的活性影響小并且酶耐鹽、耐堿，有利于對(duì)壓裂液進(jìn)行徹底的分解。

2.3 甘露聚糖生物酶與壓裂液添加劑的配伍性研究實(shí)驗(yàn)方法：

（1）配制0.38%的胍爾膠溶液，配制1%生物酶溶液備用；（2）按照壓裂液配方分別加入各種添加劑（0.1%殺菌劑、0.3%復(fù)合助排劑、0.3%粘土穩(wěn)定劑）；（3）分別加入40 mg/L生物酶，攪拌均勻，按體系配方加入硼砂交聯(lián)劑（100:10），設(shè)置溫度40℃，進(jìn)行破膠配伍性實(shí)驗(yàn)。

從表1可以看出，壓裂體系中殺菌劑對(duì)生物酶的抑制作用較大，但在足夠長(zhǎng)的時(shí)間條件下亦可實(shí)現(xiàn)破膠；粘土穩(wěn)定劑、助排劑與生物酶配伍性良好。

由于本地區(qū)地下水源和油層水離子濃度的特點(diǎn)，過硫酸銨的使用量存在一定的難度，使用量的大小都會(huì)對(duì)油層造成一定的傷害，通過對(duì)過硫酸銨的破膠實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步分析兩者的破膠情況。

表1 壓裂體系助劑與生物酶破膠劑配伍性實(shí)驗(yàn)

3 破膠與殘留液對(duì)比分析

通過實(shí)驗(yàn)比較：生物酶破膠劑較過硫酸銨破膠徹底。在加入破膠劑120 min后，生物酶與過硫酸銨體系均實(shí)現(xiàn)破膠，此時(shí)生物酶破膠體系粘度為4.47 mPa·s，過硫酸銨體系為11.92 mPa·s

表2 生物酶與過硫酸銨(APS)破膠效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

表3 破膠后殘余液中殘?jiān)康膶?duì)比

破膠完成后，分別取三組破膠后的壓裂液進(jìn)行離心，稱量其破膠后的殘?jiān)浚Y(jié)果表明，生物酶破膠劑較過硫酸銨破膠后殘?jiān)康汀?/p>

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的比較發(fā)現(xiàn)：半乳甘露聚糖酶比過硫酸銨破膠更徹底，對(duì)底層的傷害更低，適合在子長(zhǎng)采油廠低滲、特低滲油藏使用，下面通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步分析兩者的返排情況，來(lái)更好的為本企業(yè)在壓裂后壓裂液的返排和增產(chǎn)提供有利依據(jù)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)比分析

2011年子長(zhǎng)采油廠開始使用生物酶，對(duì)同一區(qū)塊長(zhǎng)24口生產(chǎn)井組進(jìn)行了試驗(yàn)，8289-1、-2、-3、-4取得了良好的效果累計(jì)日產(chǎn)液量50 t，日產(chǎn)油35 t，返排液粘度5.12 mPa·s，距井距300 m處的同一層位長(zhǎng)2井組8286，即 8286-1、-2、-3、-4 采用過硫酸銨進(jìn)行破膠累計(jì)日產(chǎn)液 32 t，日產(chǎn)油 19.2 t，返排液粘度 11.02 mPa·s，因此使用生物酶比過硫酸銨的效果顯著，然而生物酶的生產(chǎn)成本要比過硫酸銨要高，這是影響生物酶廣泛使用的一個(gè)主要因素，但是從油層的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益來(lái)看，使用生物酶破膠徹底，對(duì)地層的傷害低有利于油層長(zhǎng)期穩(wěn)定的生產(chǎn)值得應(yīng)用。

5 結(jié)論

（1）通過實(shí)驗(yàn)與實(shí)用后說明，生物酶比過硫酸銨破膠更徹底，地層殘留液對(duì)地層傷害低。

（2）生物酶破膠劑適合在子長(zhǎng)采油廠低滲、特低滲地層中值得推廣使用。

（3）子長(zhǎng)采油廠地下水源和油層水質(zhì)以及pH值對(duì)酶的活性影響很低。

（4）生物酶與壓裂液中的添加劑以及油層和地下水源的配伍性良好

[1] 李軍.新型生物酶的研究與應(yīng)用[J] .石油機(jī)械與制造，2008，37（10）：90-92.

[2] 管保山，劉靜.長(zhǎng)慶油氣田壓裂用生物酶破膠技術(shù)及其應(yīng)用[J] .油田化學(xué)，2008，25（2）：89-91.

[3] 王立軍.SUN_Y100生物酶壓裂破膠技術(shù)研究和應(yīng)用[J] .勝利油田職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，23（5）：33-39.

Ammonium persulfate and enzyme technology comparative study gel breaking fracturing

HE Xiaojun，LI Jun，LI Ningtao，ZHE Hui
（Oil Production Plant Zichang of Yanchang Oilfield Co.，Ltd，Zichang Shanxi 717300，China）

The fracture is hypotonic or ultra-low permeability oil and gas production wells,injection wells by injection is an important step,fracturing fluid gel breaking is not timely,thorough and even the formation of cracks in the cake,reducing the diversion reservoir cracks capacity,so the gel breaking fracturing fluids directly influences the fracturing fluid flowback and production,combined with this paper to extend the oil extraction plant Zichang hypotonic conditions or ultra-low permeability reservoir for enzymes with ammonium persulfate gel breaking their mechanism,galactomannan enzyme and fracturing fluid additive compatibility,compatibility between the two and reservoir water quality and guanidine glue residue on the formation damage and field application of the results after a comprehensive comparison,to find the best breaker breaker for the oil field fracturing find a reasonable solution.

ammonium persulfate；enzyme；gel breaking compatibility；fracture

TQ113.73

A

1673-5285（2012）04-0081-03

2012－01-16