川渝油氣田壓裂用生物酶破膠技術(shù)的研究與應(yīng)用

唐 浩 陳 英 范育才

（中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司）

目前水基壓裂液應(yīng)用較為廣泛［1－2］，其最常用的破膠添加劑是氧化類化合物。氧化性破膠劑存在如下缺點：屬于非特殊性反應(yīng)物，能和遇到的任何反應(yīng)物如管材、地層基質(zhì)和烴類等發(fā)生反應(yīng)，造成地層傷害；氧化破膠具有隨機(jī)性，造成胍膠鏈不能完全降解［3］。壓裂液化學(xué)的發(fā)展方向是優(yōu)質(zhì)、低損害、低成本和環(huán)境友好的新材料和工業(yè)體系，生物酶破膠已經(jīng)成為下一步壓裂液破膠的主流方向。

1 生物酶破膠劑的開發(fā)及評價

針對川渝地區(qū)壓裂液配方體系取樣分析結(jié)果，利用我國獨(dú)特的微生物資源，開發(fā)出適用于川渝地區(qū)油氣田使用的壓裂液生物酶破膠劑，其底物專一性強(qiáng)、破膠徹底、破膠后的殘渣較少，可降低對油層的傷害。其作用范圍為pH值7～10、溫度60～100℃，可迅速降解胍膠類聚糖，具有破膠速度可控、效率高、破膠液殘渣低等特點。

1.1 稠化劑對酶活性的影響

酶具有高度的專一性，對不同稠化劑的作用效果有所不同，不同的稠化劑要達(dá)到同樣的破膠效果，所需酶的用量有所差別。用川渝地區(qū)最常用的3種稠化劑所配制的壓裂液進(jìn)行破膠試驗（表1，70℃、酶破膠劑質(zhì)量濃度30mg／L時的靜態(tài)破膠結(jié)果）。

表1 稠化劑對酶活性的影響Table 1 Effect of thickening agents on bio－enzyme activity

從表1可看出，此種酶破膠劑最合適的體系為羥丙基胍膠壓裂液體系。

1.2 酶破膠劑適用范圍

川渝地區(qū)中溫儲層適用的壓裂液條件為：溫度40～90℃、pH值8～10，在該條件下對生物酶破膠劑進(jìn)行了活力評價，實驗結(jié)果見表2。表2中活力值以各基準(zhǔn)點的活性為100%求得［4］。

表2 pH值、溫度對生物酶破膠劑活性影響Table 2 Effect of different pH value and temperature on bio－enzyme activity

實驗結(jié)果表明，該生物酶適用的pH值為7～10；溫度為60～100℃，適合在川渝地區(qū)中溫儲層使用。

1.3 酶破膠劑和壓裂液添加劑的配伍性

一般說來，生物酶破膠劑對環(huán)境物質(zhì)比較敏感，特定的物質(zhì)會大幅降低生物酶的活性，有些物質(zhì)甚至能使其失去活性。表3為添加劑對生物酶破膠活性的影響試驗結(jié)果，可以看出，加入各種添加劑后，壓裂液仍能很好破膠，與未加添加劑時相比，破膠后黏度僅略有增大，說明該生物酶破膠劑與壓裂液的配伍性良好。

表3 添加劑對生物酶破膠劑活性影響Table 3 Effect of different additives on bio－enzyme activity

1.4 酶破膠劑加量對破膠影響

表4 酶破膠劑加量對破膠的影響Table 4 Effect of different bio－enzyme dose on gel breaker

從表4可看出，酶加量越大，破膠時間越快，破膠液黏度也越低。當(dāng)酶的加量達(dá)到一定程度時，破膠后黏度變化不大。國內(nèi)最常用的APS壓裂液體系中，破膠液的黏度不可能低于4mPa·s，但酶破膠劑在一定加量下可以使破膠液的黏度降低到3 mPa·s左右，這是一個極大的突破。

1.5 殘渣含量

表5 破膠液殘渣含量測試結(jié)果Table 5 Results of the residue content

實驗結(jié)果（表5）表明：加入生物酶，能大大降低壓裂液殘渣含量，生物酶與常規(guī)破膠劑APS復(fù)配使用，破膠更徹底，破膠也更為迅速，生物酶加量越高，殘渣含量越低。理論上說，酶比氧化破膠劑有更優(yōu)良的性能，這是由于它的固有特性及無限降解聚合物的能力，所以它的加入可以大大降低壓裂液的殘渣含量。

1.6 破膠液對支撐劑導(dǎo)流能力傷害率

在地層中，未完全破膠的殘液和破膠液的殘渣會堵塞支撐劑所形成的油氣導(dǎo)流通道，造成二次傷害。考察破膠液對支撐劑導(dǎo)流能力的傷害率，可以直接反應(yīng)出破膠液對支撐劑導(dǎo)流能力傷害情況。

取兩種不同的破膠液進(jìn)行支撐劑導(dǎo)流能力傷害實驗。結(jié)果（表6）表明，用生物酶做破膠劑，能大大降低破膠液對支撐劑導(dǎo)流能力的傷害。

表6 支撐劑導(dǎo)流能力傷害實驗結(jié)果Table 6 Experimental results of the proppant conductivity damage

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 施工壓裂液性能

根據(jù)生物酶室內(nèi)評價的結(jié)果優(yōu)選出一套適合生物酶破膠的羥丙基胍膠壓裂液體系，基液黏度為54 mPa·s，密度為1.021g／cm3，pH 值為9，成膠性能良好，流變曲線如圖1。

從圖1可以看出，在溫度70℃、剪切速率170 s－1下連續(xù)剪切90min，該壓裂液的黏度均保持在100mPa·s以上，可以得出該壓裂液體系完全滿足井底溫度為70℃左右的油氣井壓裂施工。

2.2 試驗井情況

合川125井組是由川慶鉆探工程公司川西鉆探公司實施鉆井作業(yè)的一口開發(fā)井。位于重慶市合川區(qū)，構(gòu)造位置屬于合川區(qū)塊主體構(gòu)造東北部構(gòu)造（表7）。試驗選取X1、X2作為酶破膠壓裂液試驗井；X3為對比井，使用常規(guī)壓裂液體系。

2.3 返排液性能對比

施工完成后，取返排液進(jìn)行性能測試，結(jié)果見表8。從測試結(jié)果可以看出，酶破膠壓裂體系的返排液性能優(yōu)于APS破膠壓裂液，具體表現(xiàn)為破膠液黏度更低、殘渣含量更少。

2.4 壓后效果對比

經(jīng)過油氣測試，3口井壓后效果對比見表9。從表9可以看出，酶破膠壓裂體系返排率更高，有利于油氣井的開發(fā)。

表7 合川125－3井組基本情況Table 7 Background of Hechuan 125－3 wells

表8 現(xiàn)場施工壓裂返排液性能Table 8 Performance of the backflows in 125－3 wells

表9 合川125－3井組壓后效果對比Table 9 Effect after fracturing in 125－3 wells

3 結(jié)論

（1）研制出了一套適合川渝地區(qū)使用的酶破膠羥丙基胍膠壓裂液體系，該壓裂液適用的條件為：環(huán)境pH值7～10、井底溫度60～100℃，該壓裂液體系破膠徹底，濾液殘渣少，對地層傷害較小。

（2）現(xiàn)場應(yīng)用表明，該酶破膠壓裂液體系能夠完全滿足現(xiàn)場加砂壓裂施工要求，返排液性能優(yōu)異，壓后增產(chǎn)效果較好。

［1］陳大鈞，陳馥.油氣田應(yīng)用化學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006：99－100.

［2］盧擁軍.九十年代國外壓裂液技術(shù)發(fā)展的新動向［J］.石油天然氣化工，1997，26（2）：115－125.

［3］李明志，劉新全，湯志勝，等.聚合物降解產(chǎn)物傷害與糖甙鍵特異酶破膠技術(shù)［J］.油田化學(xué)，2002，19（1）：89－96.

［4］管保山，劉靜，周曉群，等.長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）：126－129.