一種特異酶降解聚丙烯酰胺的室內研究

王 娟方 艾馬 寧

（1.中國石油川慶鉆探公司鉆采工程技術研究院，四川 廣漢 618300；2.中國石油川慶鉆探公司四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川 成都 610051）

一種特異酶降解聚丙烯酰胺的室內研究

王 娟1方 艾1馬 寧2

（1.中國石油川慶鉆探公司鉆采工程技術研究院，四川 廣漢 618300；2.中國石油川慶鉆探公司四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川 成都 610051）

采用一種特異酶解決聚合物驅油過程中注聚井堵塞的問題。實驗研究了此特異酶對聚合物驅分子量為1 400×104聚丙烯酰胺的降解情況，主要討論了酶的加量、作用時間、溫度、礦化度等因素對特異酶降解聚丙烯酰胺的影響，并進行了滲透率恢復實驗。實驗顯示，該特異酶的加量為聚丙烯酰胺濃度的3倍、溫度為50℃左右時對聚丙烯酰胺的降解效果較好，并且此特異酶具有一定的抗鹽性能。

特異酶 降解 聚合物驅 聚丙烯酰胺

0 引言

注聚合物對油田進行開發(fā)是一種常用的提高油田最終采收率的三次采油技術。隨著聚合物注入量的增加，聚合物固體顆粒逐漸沉積在孔隙中，這些附著物將會干擾聚合物的繼續(xù)注入。由于注聚堵塞造成注聚井欠注或停注，嚴重制約了一些聚注區(qū)塊的開發(fā)，從而影響油田的經濟效益。筆者采用一種特異酶對聚合物驅用聚丙烯酰胺（HPAM）進行了室內降解研究。

文獻資料表明，生物酶一般對生物聚合物降解效果較好，對合成聚合物的降解效果不明顯。通過實驗證明，筆者所用的特異酶對HPAM有較好的降解效果，并在礦化度較大的情況下也能降解HPAM。

1 特異酶作用機理

生物酶是一種由生物有機體生成的特殊蛋白質。應用于石油工業(yè)的酶通常為幾種酶的混合物，此類混合酶對天然高分子化合物（如淀粉、纖維素）及天然改性高分子化合物（如改性淀粉、羧甲基纖維素）有很好的降解作用，但幾乎不能降解合成聚合物。實驗所用的特異酶為一種含巰基（—SH）肽鏈的內切酶，其具有蛋白酶和酯酶的活性，有較廣泛的特異性，對酰胺、多肽、酯等有較強的水解能力，其反應催化類型為水解反應，機理如下：

2 模擬實驗

2.1 實驗儀器及藥品

實驗儀器為：數(shù)字顯示恒溫水浴鍋，ZNN-D6型旋轉黏度計，巖心流動儀。

藥品為：HPAM分子量為1 400×104；應用濃度為0.1%；特異酶活性為75×104。

2.2 實驗方法

模擬井口溫度50℃，改變特異酶的加量，并在不同的反應時間內測量HPAM溶液的表觀黏度，根據(jù)降黏率的大小確定特異酶的最佳加量及反應時間；按照特異酶的最佳加量，反應時間為6 h的條件下改變水浴溫度，根據(jù)降黏率的大小確定溫度對特異酶作用的影響；在水浴溫度為50℃，反應時間為6 h的條件下改變礦化度，確定礦化度對特異酶的影響，其中礦化度的調節(jié)是由NaCl、MgCl2、CaCl23種鹽模擬地層水所得；最后通過滲透率恢復實驗，確定特異酶對由HPAM引起的堵塞進行解堵的情況。

3 實驗結果分析

3.1 酶的加量及作用時間對降黏率的影響

從理論上講，酶對聚合物的降解能力是非常強的，因為在降解過程中，酶的立體結構可能發(fā)生某種變化，但在反應結束后，酶本身不消耗，并恢復到原來的狀態(tài)[1]，所以酶的用量較少。

對特異酶在50℃條件下加量隨時間對降黏率的影響進行考察，結果見圖1。從圖1可知，特異酶對HPAM具有較強的水解作用。當HPAM濃度為0.1%時，隨著特異酶加量的增加，其對HPAM的降黏率大幅增加，但當加量加到一定程度（0.30%）時，繼續(xù)增大特異酶的加量，此時降黏率增加的幅度很小。同時，隨著反應時間的增加，其對HPAM的降黏率也是呈逐漸增加的趨勢，當反應時間為6 h左右時，降黏率趨于穩(wěn)定，最大降黏率為70%左右。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)與經濟性考慮，確定特異酶的最佳用量為0.30%，最佳反應時間為3.5～6.0 h。

圖1 50℃時特異酶加量隨時間對降黏率的影響圖

3.2 溫度對降黏率的影響

溫度從兩方面影響酶促反應的效率。首先，升高溫度增加底物分子的熱能，加快反應速率，然而較高的溫度會帶來第二種效應，增加構成酶本身蛋白質結構的分子熱能，也就增加了多重弱的非共價鍵相互作用（氫鍵、范德華力等）破裂的機會。這些相互作用維系著整個酶的三維結構，最終將導致酶的變性[2]。因此，酶只能在有效溫度范圍內才可以進行催化反應。一般而言，溫度每升高10℃，酶的反應速度相應地加快1～2倍，在40℃左右時酶的活性最大。溫度再升高時，酶的活性反而會降低，即當溫度升高到酶的變性溫度時，發(fā)生了酶的變性。在較高的溫度下，酶的變性和酶的反應速度將一樣快，而且這種變性是不可逆的[2]。所以當超過最適合的溫度后，酶的反應速度逐步降低，一般酶在60℃以上會變性失活[3]。

在特異酶加量為0.30%的情況下，考察了在不同溫度下特異酶對HPAM的降黏率的影響（圖2）。由圖2可知，隨著溫度的逐漸升高，特異酶對HPAM的降黏率逐漸增加，當溫度達到50℃左右時，降黏率最大，隨后隨著溫度的繼續(xù)升高，特異酶對HPAM的降黏率又逐漸減小。

圖2 不同溫度下特異酶對HPAM的降黏率的影響圖

3.3 礦化度對降黏率的影響

一般情況下，鹽的存在對酶催化作用有負面影響，會降低酶的活性，尤其是在重金屬鹽存在的情況下，會導致酶的變性。變性后的酶會出現(xiàn)各種不同的現(xiàn)象，如溶解度降低、黏度增大、生物活性喪失等。因此，考察了不同礦化度條件下特異酶對HPAM的降黏率，結果如表1所示。實驗結果表明，即使在鹽的存在下，特異酶對HPAM的降黏率并沒有大幅度地下降，而是基本保持不變，這說明此種特異酶具有較好的抗鹽性能。

表1 不同礦化度條件下特異酶對HPAM的降黏率表

3.4 滲透率恢復實驗

為評價特異酶解堵效果，在改變礦化度的情況下利用人造巖心進行了一系列巖心驅替實驗。在整個巖心流動實驗過程中，保持巖心流動儀的溫度在50℃左右，特異酶加量為0.30%，解堵時間為6 h，其中礦化度的改變是由配制特異酶解堵劑溶液時改變溶劑的礦化度得到的，實驗結果見表2。從表2可知，隨著礦化度的增大，滲透率的恢復率有所下降，但下降幅度不大，這說明此特異酶受鹽的影響比較小。

表2 巖心堵塞及其恢復滲透率數(shù)據(jù)表

4 結論

1）特異酶為天然植物提取物，不含任何有毒物質，使用安全，對常用聚合物驅用HPAM具有較好的降解效果。

2）討論了特異酶在不同加量、溫度及礦化度的條件下對HPAM的降解效果，得出特異酶的加量為HPAM濃度的3倍、溫度為50℃左右時對HPAM的降解效果更好，并且此種特異酶具有一定的抗鹽性能。

3）滲透率恢復實驗表明，該特異酶可作為解堵劑對由HPAM引起的地層堵塞進行解堵。

［1］羅貴民.酶工程［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002：17.

［2］郭勇.酶的生產與應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003：11-12.

［3］姜錫瑞.酶制劑應用手冊［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：14-15.

（編輯：盧櫟羽）

TE377

A

1673-9035（2010）05-0062-03

10.3969／j.issn.1673－9035.2010.05.020

2010－03－01

2010－06－28

王娟（1982－），女，助理工程師，從事鉆井液技術研究工作。E-mail：frog915@sina.com