生物酶與過硫酸銨對羥丙基瓜膠壓裂液破膠的對比研究

王平　李強(qiáng)

摘要：文章首先介紹了研究所選取的材料、應(yīng)用的方法以及涉及到的基本原理，然后分別介紹了過硫酸銨破膠技術(shù)與生物酶破膠技術(shù)的原理和特點(diǎn)，探討了二者與油層水配伍的特點(diǎn)，著重對二者的破膠性能以及殘留液進(jìn)行了對比，分析了二者在實(shí)際應(yīng)用中的區(qū)別，最后做出了總結(jié)，希望能夠進(jìn)一步促進(jìn)破膠技術(shù)和水平的提高。

關(guān)鍵詞：生物酶；過硫酸銨；羥丙基；瓜膠壓裂液；破膠

中圖分類號：TE357 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0026-02

1 壓裂液技術(shù)綜述

采用壓裂技術(shù)是提高低滲油氣井產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)，因此，壓裂水平的高低與油田開發(fā)的效率、質(zhì)量和效益息息相關(guān)。當(dāng)前，我國的大部分油田都是通過將植物膠作為稠化劑來實(shí)現(xiàn)開采的，由于應(yīng)用的是水基壓裂液體系，這就會引發(fā)一定程度的聚合物傷害，所以還需要應(yīng)用破膠劑來對聚合物進(jìn)行破解。如果不能有效實(shí)現(xiàn)對聚合物的破解就會大大減小油氣井的產(chǎn)量。

另外，對于那些低滲油氣井，往往由于埋藏深度較小而決定了其周圍溫度相對較低，再加上油層的物理性能十分低，這就更加需要應(yīng)用壓裂技術(shù)來實(shí)現(xiàn)油氣的有效開采。壓裂液破膠性能的高低直接關(guān)系著油氣井的增產(chǎn)、對底層的損害大小等。本文通過對生物酶破膠性能與過硫酸銨破膠性能進(jìn)行對比研究，希望能夠?qū)ふ业揭粋€成本更低、效益更高、對底層傷害更小的開采手段，進(jìn)一步促進(jìn)我國油氣開采水平的提高。

2 過硫酸銨與生物酶破膠技術(shù)原理及特點(diǎn)

2.1 生物酶的破膠原理及特點(diǎn)

壓裂液中所應(yīng)用到的生物酶我們稱之為半乳甘露聚糖，這種生物酶中含有具備水解酶性質(zhì)的β-1，4-糖苷鍵以及α-1，6-糖苷鍵，這些糖苷鍵能夠起到催化β-1，4-糖苷鍵以及α-1，6-糖苷鍵斷裂的作用，而瓜膠正是由β-1，4-糖苷鍵以及α-1，6-糖苷鍵鏈接成的，因此能夠?qū)ζ淦鸬搅己玫拇呋饔茫蛊浞纸獬蔀闊o法還原的單糖或者二糖。有效提高了瓜膠的降解程度，使其能夠最大限度地從地層內(nèi)排出。

另外，雖然該生物酶參與了化學(xué)反應(yīng)，但是其自身的結(jié)構(gòu)卻在反應(yīng)前后維持不變，這大大提高了生物酶催化瓜膠降解的速率。通常情況下，該生物酶在pH值介于6～10之間，在20℃～100℃之間存在活性，在40℃～70℃之間具有良好的活性。

2.2 過硫酸銨的破膠原理及特點(diǎn)

過硫酸銨實(shí)現(xiàn)破膠作用的原理：通過分解得到的帶有硫酸根的自由基與瓜膠中的縮醛鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)破膠，由于該化學(xué)反應(yīng)為鏈?zhǔn)剑酝瑯涌梢赃_(dá)到良好的破膠速率。另外，過硫酸銨相對生物酶而言更容易獲得，所以其應(yīng)用十分普遍，成本也比較低。其不足之處在于，過硫酸銨對溫度條件的要求比較高，當(dāng)溫度低于52℃時，往往需要借助一些激活劑才能發(fā)揮破膠的性能，并且往往速率較慢，效果也不理想，這時候會出現(xiàn)較大程度的植物膠殘留。而當(dāng)溫度相對較高的時候，雖然能夠達(dá)到很高的破膠速率，但是破膠速率卻無法得到有效控制，另外能夠持續(xù)反應(yīng)的時間也十分短暫。

通過以上分析可以看出過硫酸銨是借助氧化反應(yīng)來發(fā)揮破膠作用的，對于溫度條件的要求比較嚴(yán)苛，難以實(shí)現(xiàn)持續(xù)破膠并且存在大量的殘留。而生物酶是通過催化降解來發(fā)揮破膠功能的，生物酶的活性較強(qiáng)，幾乎不會受到溫度的影響，反應(yīng)速率較快，對瓜膠的降解也比較徹底，可以達(dá)到理想的破膠效果。

3 過硫酸銨、生物酶同油層水的配伍性研究

3.1 生物酶同油層水配伍的特點(diǎn)

壓裂液配制中應(yīng)用到的半乳甘露聚糖酶，是一種易溶并且具備較高的潤濕效果的生物酶，能夠理想地均勻溶解于基液之中，因此能夠?qū)夏z實(shí)現(xiàn)均勻而徹底的降解。并且這種生物酶在pH值介于6～10之間時具備較好的活性，壓裂液中的鈣離子、鎂離子、鈉離子以及氯離子、碘等的存在依然不會使酶的活性消失，所以依然可以進(jìn)行有效的降解。

3.2 過硫酸銨同油層水配伍的特點(diǎn)

在對壓裂液進(jìn)行配制的過程中，對于過硫酸銨投入量的控制難度較大。因?yàn)橥度肓窟^少會大大降低瓜膠分解的程度，使壓裂液中存在大量的殘留，進(jìn)而會使支撐劑的導(dǎo)流受到干擾，油層的物理性能被嚴(yán)重破壞，而過硫酸銨投入量較大，就會直接增加溶液中的過硫酸根含量，油層水進(jìn)行壓裂后會含有大量的鈣離子、鎂離子，它們與過硫酸根結(jié)合會形成難溶于水的硫酸鈣、硫酸鎂等沉淀，可能會導(dǎo)致油層的孔隙擁堵，嚴(yán)重破壞油層的物理性能。因此，這也成為采用過硫酸銨進(jìn)行壓裂液的配制難題。

3.3 生物酶與壓裂液配伍的特點(diǎn)

具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

通過表1數(shù)據(jù)可以看出，殺菌劑會對半乳甘露聚糖酶的破膠產(chǎn)生一定的抑制干擾，但一段時間后會達(dá)到有效破膠，穩(wěn)定劑、助排劑等都能夠?qū)崿F(xiàn)同半乳甘露聚糖酶的良好配伍，幫助破膠的高效、順利進(jìn)行。

4 生物酶與過硫酸銨在破膠性方面的對比

將生物酶與過硫酸銨分別加入到等量的破膠劑兩個小時后可以看出，二者均發(fā)揮了破膠性能，其中，生物酶的破膠體系粘度為4.51MPa·s，而過硫酸銨則為12.03MPa·s。具體的破膠性能對比數(shù)據(jù)如表2和表3所示。

表3 二者的殘液含量對比

名稱 不存在破膠劑 過硫酸銨 生物酶

殘液含量（mg/L） 235 187 76

破膠結(jié)束后，通過對不存在破膠劑、添加了過硫酸銨破膠劑、添加了生物酶破膠劑的溶液進(jìn)行離心稱量可以看出，利用生物酶破膠更為徹底和迅速，尤其是在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到60min時，生物酶的破膠程度顯著高于過硫酸銨的破膠程度，通過殘液含量數(shù)據(jù)可以看出，生物酶幾乎降解了全部的瓜膠，而過硫酸銨雖然起到了一定的破膠作用，但是效果不甚理想。

5 結(jié)語

總而言之，采用生物酶進(jìn)行破膠更為徹底、速率更快、殘?jiān)伲砑舆^硫酸銨達(dá)到的破膠效果介于不添加破膠劑和添加了生物酶破膠劑之間，但是通過具體的數(shù)值可以看出生物酶的破膠效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于過硫酸銨。另外，還可以得出結(jié)論：采用生物酶進(jìn)行破膠更能起到保護(hù)地層的結(jié)構(gòu)，因此非常適用于低滲油氣開采情況，值得推廣和應(yīng)用。

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作者簡介：王平（1985—），男，供職于延長油田股份有限公司子長采油廠，在讀碩士研究生，研究方向：低滲透油田開發(fā)、增產(chǎn)、施工。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）