低温储层生物酶破胶工艺研究与应用

包敏新，殷玉平，张 裕

（1.江苏油田分公司工程院，江苏扬州 225009；2.江苏油田分公司工程技术服务中心，江苏江都 225265）

JS油田压裂井深度主要在1 000 m～3 500 m，根据储层特点目前的压裂液体系为羟丙基瓜尔胶和硼交联体系，破胶剂是过硫酸铵。在实际施工中一些低温储层的油井出现了压后破胶不彻底的情况，影响油井正常生产。针对上述问题开展了JS油田低温储层生物酶破胶工艺研究。

1 生物酶破胶机理

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）。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，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，其作用机理（见图 2）[2，3]。

2 生物酶与压裂液配伍性能评价

通过生物酶与压裂液体系中的每种添加剂进行混合，观察压裂添加剂与生物酶有没有沉淀出现或有浑浊的现象发生，通过实验发现生物酶与目前的添加剂没有发生任何反应，配伍性好，且压裂液均能正常交联（见表1）。

3 不同因素对生物酶破胶效果的影响

3.1 pH值对生物酶破胶的影响

不同pH值下生物酶破胶情况（见表2），由表2可见生物酶活性受pH值影响较大，pH值大于10后，生物酶破胶能力下降，生物酶的pH值使用范围在7～9，现场配液时要严格控制碱的用量，确保基液的pH值在8～9，保证压裂液携砂性能的同时满足生物酶破胶要求。

图1 瓜尔胶分子结构

图2 生物酶作用机理

表1 生物酶与常用压裂液添加剂配伍性能评价表

表2 不同pH值下生物酶破胶情况表

3.2 不同酶用量对破胶效果的影响

取不同量酶液加入50 mL冻胶中，评价酶量对破胶效果的影响，结果（见表3）。加入酶量不同，破胶速度会受到影响，但酶量大于1 mg/L后均能实现3 h内破胶。

表3 不同酶量对破胶效果的影响

3.3 温度对生物酶破胶的影响

10℃～70℃水浴，检测3 h内的破胶效果，结果（见表4），温度在20℃～60℃范围，酶液均能在3 h内破胶，温度过低或过高会影响酶的活性。

表4 不同温度下破胶液的黏度变化

表5 底物浓度对酶催化作用的影响

3.4 不同底物浓度对酶催化作用的影响

评价不同底物浓度对破胶效果的影响，结果（见表5）。高浓度瓜尔胶与交联剂交联后黏度极高，酶的破胶效果随着瓜尔胶浓度的增高而减缓，但最终都能破胶。此结果表明，底物浓度变化不会影响酶的破胶能力，适当增加时间，在高浓度瓜尔胶下酶也能达到行标的破胶要求。

3.5 破胶效果评价

在40 °C、50 °C、60 °C 下，检测压裂液破胶 3 h后破胶液的表面张力、界面张力及残渣量。残渣量的检测方法：国标SY_T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》。破胶液的检测结果（见表6），结果表明40℃～60℃范围，破胶液的表、界面张力以及残渣量都分别小于国家规定的标准。即表面张力＜28 mN/m，界面张力＜2 mN/m，残渣量＜500 mg/L。

表6 破胶液的性质检测结果

4 现场应用情况

生物酶破胶剂在韦庄和杨家坝的8口井深小于1 600 m的井进行了现场试验，使用浓度为0.5 mg/L～1 mg/L，平均单井加砂10 m3，施工过程压裂液性能稳定，压裂施工顺利，现场返排液测试显示返排液黏度都小于5 mPa·s，说明采取生物酶破胶在低温条件下能够实现压裂液的有效破胶。

5 结论与认识

（1）生物酶BBK-100与目前JS油田所用压裂液体系配伍性好，适用pH值7～9，适用温度20℃～60℃。

（2）酶量增加会缩短破胶时间；底物浓度变化不会影响酶的破胶能力，延长破胶时间，高浓度瓜尔胶压裂液也能破胶。

（3）生物酶破胶剂在8口井深小于1 600 m的井进行了现场试验，压裂施工顺利，破胶彻底。

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（摘自中国石油报第7355期）