JS油田生物酶低溫破膠研究

2017-10-10 06:40:20殷玉平包敏新王進濤李太偉

石油化工應用 2017年9期

殷玉平，包敏新，王進濤，李太偉

（中國石化江蘇油田分公司工程院，江蘇揚州 225009）

JS油田生物酶低溫破膠研究

殷玉平，包敏新，王進濤，李太偉

（中國石化江蘇油田分公司工程院，江蘇揚州 225009）

本文研究了低溫條件下生物酶破膠劑的適應性和破膠性能及生物酶和過硫酸銨破膠后粒徑分布、導流能力差異。認識到低溫儲層條件下生物酶破膠的效果優于過硫酸銨破膠效果，在JS油田現場用生物酶進行破膠，壓后2 h內順利破膠，壓裂返排液黏度小于5MPa·s。

生物酶；適應性；粒徑分布；導流能力

壓裂工藝是低滲特低滲儲層的主要改造手段，壓裂液是壓裂工藝中關鍵的技術，是壓裂改造是否成功的重要保障，最理想的壓裂液是實現支撐劑到達地層后能夠完全從地層中返排至地面，滯留在地層裂縫中支撐劑間不留任何雜質，使得地層中流體實現無阻條件下流入井筒。

WZ油田儲層埋藏在1000m～1500m，油層溫度低，壓裂施工中采取的壓裂液體系主要為羥丙基胍膠和硼交聯液，破膠劑為膠囊化的氧化型的過硫酸銨，在實際使用過程中一些低溫儲層的油井壓裂施工后破膠不徹底情況，影響油井正常生產和壓裂效果。為此引進了低溫生物酶作為破膠劑，改善壓裂液破膠效果[1-4]。

1 生物破膠酶適應性研究

由于生物破膠酶使用過程中要面臨油藏復雜的物理化學條件，同時其破膠活性還會受到壓裂液體系中其他助劑的影響。因此，本研究中考察了各種物理化學因素（溫度、pH、地層離子和化學助劑等）對生物破膠酶酶活力的影響。

1.1 溫度和pH因素對酶活力保持率的影響

研究溫度和pH因素對生物酶酶活力保持情況影響，酶活力保持率（見圖1），實驗結果表明：生物破膠酶在中低溫條件下有良好的熱穩定性，在低于50℃的環境中溫浴6 h后，其酶活力保持率能達到85%以上，而超過50℃后，酶活力保持率隨溫度升高開始下降，70℃時，溫浴后的酶活力僅為初始值的35%；生物破膠酶在非極端pH環境中（pH 5.0～9.0）能較好的維持其活性，而超出這一pH值范圍后，酶活力保持率會迅速下降。

圖1 溫度和pH對酶活力保持率的影響

1.2 地層離子和化學助劑對酶活力保持率的影響

本文還對地層離子和化學助劑對生物酶酶活力保持情況影響進行了研究（見表1），實驗結果表明：地層水中的主要無機離子對破膠酶酶活力無明顯影響；而壓裂體系中的常規助劑對酶活力的保持有一定影響，本實驗中，生物破膠酶在含有EDTA、殺菌劑和交聯劑的溶液中溫浴6 h后，酶活力的保持率分別為81%，76%和94%?，F場的壓裂液體系非常復雜，因此，在實際應用中，有必要對各種助劑組分對生物酶活性的影響進行預實驗。

表1 地層離子和化學助劑對酶活力保持率的影響

圖2生物酶對壓裂液黏度影響

2 生物酶破膠性能研究

針對中低溫儲層的特點，本文實驗中所使用的壓裂液配方為0.45%改性胍膠，0.15%交聯劑，0.3%黏土穩定劑，0.05%殺菌劑，pH 8.5，生物破膠酶的添加濃度為1mg/L～3mg/L。本文研究了50℃下的破膠效果，壓裂液的降黏效果（見圖2），反應3 h后，破膠后的膠液黏度下降至10MPa·s以下，而在破膠反應30min～60min時，壓裂液尚保持較高的黏度，維持了較好的攜砂能力，滿足WZ低溫油藏壓裂施工的要求。

3 破膠液傷害性能研究

3.1 破膠粒徑分布研究

壓裂液破膠效果主要體現在壓裂破膠液粒度變化及壓裂破膠液對支撐劑導流能力傷害率的影響。

研究對比了使用1mg/L低溫生物酶與50mg/L～70mg/L硫酸銨破膠（APS）的破膠劑后破膠液在粒度分布上的差別[4-8]。50℃下，生物酶破膠后殘渣粒徑小，生物酶破膠1 μm粒徑占13%，APS占7%～8%，生物酶破膠30 μm粒徑以上小于2%，APS占4%～5%，生物酶破膠后粒徑顯著小于APS破膠后粒徑，生物酶破膠降低了壓裂液對儲層和裂縫導流能力的傷害（見圖 3、圖 4）。

3.2 破膠液導流傷害研究

將生物酶和過硫酸銨破膠后的破膠液通入裝有0.425mm～0.85mm的支撐劑，測試破膠液對支撐裂縫導流能力的傷害，過硫酸銨破膠液通入量達到5 PV后支撐劑導流能力傷害率為90%，但是生物酶破膠液的導流傷害率為80%左右（見圖5），比較看生物酶的破膠效果好于過硫酸銨的效果[8-10]。

對比壓裂液返排對兩種類型的破膠劑破膠的效果好壞，返排9 PV后發現，返排對通過過硫酸銨破膠液后支撐劑裂縫沒有恢復作用，但是使生物酶破膠液后支撐劑裂縫導流能力提高了20%（見圖6），分析原因主要是由于生物酶破膠后粒徑小于過硫酸銨的破膠液粒徑。

通過以上實驗說明，生物酶破膠效果好于過硫酸銨破膠效果。

4 現場應用

W2-30井壓裂井段1530.0 m～1536.4 m，預測地層溫度為60℃，常規破膠工藝難有效破膠，采用生物酶進行破膠，為了加深對地層溫度變化及施工過程中井底壓力變化的了解，該井下入了井下壓力計，測試整個作業過程中壓力及溫度的變化情況便于分析壓裂施工過程。

圖3 50℃時生物酶破膠液粒徑分布

圖4 APS破膠液粒徑分布

圖5 破膠液對支撐劑導流能力傷害

圖6 返排對支撐劑導流能力的恢復

根據壓后井下壓力計數據回放分析，在整個壓力施工過程中井底溫度初期快速下降，施工結束后關井至放噴的2 h內溫度由30℃逐步回升至49℃，遠小于氧化型破膠劑的合適工作溫度，這是以前低溫井不能徹底破膠的主要原因，根據前文的研究可知在30℃～50℃范圍是生物酶破膠劑活力最佳的階段，現場返排液測試結果返排液的黏度都小于5MPa·s，說明采取生物酶破膠使得壓裂液在低溫條件下能夠有效破膠（見圖7）。

隨后在 W2-28、W2-30井、W5-19、W5-30等 4口淺井壓裂施工過程中加入生物酶進行破膠（見表2），施工中壓裂液攜砂性能穩定，均按設計要求完成加砂量，壓后施工2 h后立即進行放噴，并每間隔半小時進行壓裂返排液的取樣，對返排樣分析發現壓裂液破膠徹底，返排液黏度均小于5MPa·s（見表2），同時壓后沒有出現油井沖砂施工困難的問題，目前W2-28井日產液 7.2 m3，日產油 2.3 m3；W2-30 井日產液 5.4 m3，日產油2.3 m3。