延长油田生物酶压裂破胶技术研究

(延长油田股份有限公司开发部，陕西 延安716000）

延长油田是典型的低渗透油田，在压裂过程中使用的过硫酸铵属于氧化型破胶剂，其价格便宜，现场应用方便，但存在如下不足：①反应时间及其活性主要依赖于温度，温度低于50℃时反应很慢，必需添加激活剂；高于93℃时分解很快，反应不能控制。②糖苷键的氧化断裂具有随机性，瓜尔胶不能完全降解，约有20%的相对分子质量大于2．0×106的聚合物基本上不降解[1]。③持续破胶时间短。为此，开发出适于低渗透油田的生物酶破胶剂SH-2。下面，笔者针对该研究区油藏储层特点进行了生物酶破胶剂SH-2的研究。

1 生物酶破胶机理

油田压裂所用稠化剂均为瓜尔胶，其化学本质为半乳甘露聚糖，其结构主链是以β-1，4-糖苷键连接而成的甘露聚糖，侧链是以α-1，6-糖苷键连接而成的半乳甘露聚糖，分子中甘露糖与半乳糖的比例为2∶1(见图1）。

图1 瓜尔胶分子结构

生物酶分子结合于主链上的β-1，4-糖苷键，酶分子与糖苷键构象互补，酶分子结合上去降低该键的活化能，使之更易断裂，断裂后酶分子从主链上脱离下，以同样的方式结合下一个键，如此往复直至将底物降解为单分子物质。该酶具有高效性，能在短时间内以较低浓度将大量瓜胶底物彻底降解，且可通过控制酶浓度在作业时间一定的情况下来控制破胶，其作用机理如图2所示[2]。

图2 生物酶作用机理

2 室内性能评价

2．1 活力评价

延长油田延长组储层使用的压裂液的适用条件为温度30～50℃、pH8～9，在该条件下对生物酶破胶剂SH-2进行活力评价，若生物酶活力单位达到3000（IU／L×103）以上，则认为生物酶活性不受影响。将该生物酶适用的pH值范围可扩大到6～10（见表1）、温度范围可扩大到30～70℃(见表2），0%～10%的KCl溶液(矿化度100000mg／L）（见表3）。结果表明，改变pH、温度和矿化度后生物酶酶活力单位均在3000以上，其活性不受影响。

表1 生物酶破胶剂SH-2适用pH值范围

表2 生物酶破胶剂SH-2适用温度范围

2．2 破胶程度

破胶程度是评价破胶剂的重要指标之一，一般通过破胶液残渣含量来表征，此外，还可通过测量破胶液含糖量及其中多糖聚合物相对分子质量来评价。压裂液破胶程度越大，破胶越彻底，则越容易返排，对地层伤害越小。

表3 生物酶破胶剂SH-2耐盐度试验结果

根据延长油田志丹油区井深及地温情况，试验温度设定为40℃，生物酶破胶剂SH-2浓度分别选取40、50、60及100mg／L，检测生物酶破胶情况，并与目前现场使用APS破胶情况进行对比。试验结果如表4所示。由表4可知，氧化型破胶剂过硫酸铵在30min内基液粘度已经降到35．6mPa·s，无法满足生产施工所需的50mPa·s（最终破胶粘度）的携砂要求。如果减少过硫酸铵使用浓度，虽然可以满足携砂要求，但不能达到最终破胶粘度，而生物酶破胶剂SH-2在一定浓度范围(40～60mg／L）内，在30min左右时，基液粘度达到76．4mPa·s，满足施工所需的最终破胶粘度的携砂要求；在120min后，基液粘度为3．6mPa·s，又能实现完全破胶。

表4 生物酶破胶剂SH-2与过硫酸铵破胶程度对比

2．3 残渣含量

压裂液残渣是植物胶水不溶物、未完全破胶水化的压裂液及压裂液添加剂中的杂质共同组成的。残渣含量越低，压裂液对地层伤害越小。与氧化型破胶剂过硫酸铵对比，在生物酶破胶剂SH-2作用下，压裂液破胶液残渣含量较低，对储层的伤害较轻(见表5）。

2．4 破胶液岩心伤害试验

按照石油天然气行业标准SY／T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》，测定压裂液破胶液对岩心油相(煤油）渗透率的伤害率。用生物酶破胶剂SH-2作破胶剂时，压裂液破胶液对岩心的伤害比氧化型破胶剂过硫酸铵低，伤害率在20%以下(见表6）。

表5 破胶后残余液中残渣含量的对比

表6 压裂液破胶液岩心伤害测试结果

3 现场试验

延长油田志丹油区的油井埋深1200～1600m，平均孔隙度10．1%，渗透率小于3×10-3μm2。生物酶破胶剂SH-2在前置液阶段开始注入，以锲型加入，实现压裂液彻底破胶返排，共进行了10井次压裂液生物酶破胶试验。油井压裂施工中单井最高加砂40m3，压裂施工顺利，压力平稳，返排液粘度在3mPa·s以下，返排率在65%以上，累计增油421．9t。

4 结 语

生物酶破胶剂SH-2针对特定化学键裂解(水解），可将多糖聚合物降解至不可还原的水溶性单糖，从而大大减少残渣伤害。该酶可以作为高专属性水解酶作用于半乳甘露聚糖，对瓜尔胶破胶作用具有温度范围广、耐盐、耐酸碱和使用安全可靠的特点。现场应用表明，生物酶破胶剂SH-2在延长油田志丹油区使用效果明显，压裂后压裂液返排及时，储层伤害小，对增加油井液量和油量具有良好作用。

[1]李明志，王勇．聚合物降解产物伤害与糖甙键特异酶破胶技术 [J]．油田化学，2002，19（1）：89-96．

[2]丁绍卿，郭和坤．应用核磁共振技术研究压裂液伤害机理 [J]．钻井液与完井液，2006，23（3）：60-62．