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長慶油氣田壓裂用生物酶破膠技術及其應用

發布日期:2015-05-01 17:35:26
糖苷鍵
  長慶油氣田具有低壓、低滲、低產特點,壓裂是 一項主要增產措施,而在壓裂糖苷鍵過程中壓裂液適時、徹 底破膠返排,是決定壓裂成功與否的一個關鍵環節。 本文報道一種壓裂用生物酶破膠技術及其應用效果。
  
  1壓裂液傷害機理針對長慶油氣田的儲層特點,利用核磁共振技 術及巖心流動測試法進行了壓裂液傷害機理研 究[1],實驗數據見表1。由表1可以作出壓裂液黏 滯力和大分子聚合物是造成傷害的主要因素的結 論。
  
  2長慶現用壓裂液破膠技術'目前長慶油氣田主要使用的過硫酸銨類破膠劑 屬于氧化型破膠劑,價格便宜,現場應用方便,但存 在一些不足:①反應時間及其活性主要依賴于溫度, 溫度低于501C時反應很慢,必需添加激活劑;髙于表1不同狀態下核磁共振分析結果序號氣測滲透率 /lO*3^2含油飽和 度/%擠入液類型滲透率損 害率/% ;總返排率/%擠入液飽和度/% 總飽和度可動部分束縛部分返排后滯留液 總飽和度/%10.2741.78壓裂液49.1161.8432.8124.917.9112.5220.2744.23活性水19.7676.8434.4227.417.017.9730.5144.51活性水16.8080.6242.1533.608.568.1740.5245.33壓裂液42.2577.0239.2533.905.359.02圖1生物酶破膠劑水解半乳甘露聚糖的機理93C時分解很快,反應不能控制;②糖苷鍵的氧化斷 裂具有隨機性,瓜爾膠不能完全降解,有約20%的 相對分子質量大于2.0 x 1〇6的聚合物基本上不降 解[2];③持續破膠時間短。開發適用于低滲透油田 的新型破膠技術成為當務之急,以最有效手段減小 或消除壓裂液傷害是低滲透儲層研究的方向。
  
  3生物酶破膠劑開發和評價近幾年來隨著生物技術發展,出現了針對特定 鍵裂解(水解)的生物酶,這種基質特異酶可將多糖 聚合物降解至不可還原的水溶性單糖,從而大大減 少殘渣傷害。其中之一是GLZ>1,它是一種無味藍 色液體,pH 5.8~6.2,顯弱酸性,在可保存30 天。GLZ4主要通過克隆、基因表達、微生物發酵, 經純化精制而成,具有原生極端微生物所產生的酶 的一切特性。它可作為高專屬性水解酶作用于半乳 甘露聚糖,對瓜爾膠破膠作用溫度范圍廣,耐鹽,耐 酸堿,使用安全可靠。此外GLZ4能高效地分解所 有植物膠。GLZ*1破膠技術是這種特異性復合酶和 常規破膠劑技術的復合應用。
  
  3.1生物酶破膠機理‘生物酶破膠劑GLZ4含有fl,4-和a-l,6-糖苷 鍵特異性水解酶,可分別使瓜爾膠半乳甘露聚糖中 甘露糖主鏈的fl,4-糖苷鍵和主鏈連接半乳糖取代 基的a-l,6-糖苷鍵發生水解斷裂,將瓜爾膠聚合物 半乳甘露聚糖分解為非還原性的單糖和二糖。其機 理示于圖1[2>3]。
  
  3.2生物酶破膠劑適用范圍長慶油田延長組儲層使用的壓裂液適用的條件 為溫度40~80t:、pH = 8~9,在該條件下對生物酶 破膠劑GLZ4進行了活力評價。
  
  評價實驗方法如下。半乳甘露聚糖酶活性可以 通過反應后底物溶液在540 nm處吸收值的增加來 檢驗。使用長角豆膠為底物,半乳甘露聚糖能夠將 底物水解成還原糖,還原糖與3,5-二硝基水楊酸的 反應物在540 nm處有吸收。一個半乳甘露聚糖酶 活力單位定義為在反應條件下每分鐘產生還原糖1 微克。
  
  實驗結杲表明,該生物酶適用的pH范圍可擴 大到6~10、溫度范圍可擴大到40~90t:,2% ~ 10%的鹽(KC1)對生物酶活性基本上沒有影響。實 驗結果見表2。表中活力/%值以各基準點的活性 為100%求得。
  
  3.3生物酶與壓裂液添加劑的配伍性生物酶破膠劑GLZ4對環境物質比較敏感,有 些物質可影響其活性,甚至使其失活。加人各種添 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,說明該生物酶與壓裂液添加劑配伍性良好。
  
  表2 pH值、溫度、鹽度(KCI質量分數)對生物酶破膠劑GLZ-1活性的彩響pH活力溫度活力鹽度活力/%rc/%/%/%691.24054.7296.17100.05074.34100.0893.16086.66100.0976.87096.2896.51059.580100.0995.31158.69090.11098,2表3破膠劑與添加劑配伍性實驗結果增稠劑辦庇j〇|2h破膠液黏度/mPav3有添加劑,無添加劑0.3%瓜爾膠有機硼3.893.800.4%瓜爾膠硼砂4.144.09*添加劑:黏土穩定劑COP-1、破乳助排劑CF-5D、殺菌 劑CJSJ-2,實驗溫度60C。
  
  3.4 GLZ-1破膠劑破膠程度破膠程度是評價破膠劑的重要指標之一,一般 通過破膠液殘渣含量來表征,此外,還可通過測量破 膠液含糖量及其中多糖聚合物相對分子質量來評 價。壓裂液破膠程度越大,破膠越徹底,則越容易返 排,對地層傷害越小。
  
  3.4.1殘渣含量壓裂液殘渣是植物膠水不溶物、未完全破膠水 化的壓裂液及壓裂液添加劑中的雜質共同組成的。 殘渣含量越低,壓裂液對地層傷害越小。與常規破 膠劑過硫酸銨對比,在生物酶破膠劑GLZ>1作用 下,壓裂液破膠液殘渣含量較低,對儲層的傷害較 輕。實驗結果見表4。
  
  表4.不同溫度下破膠12 h殘液含最測試結果*壓裂液類型破膠劑破膠12 h殘渣含量/mg50t55t:6〇r0.4%瓜爾膠湖砂APS314298285GLZ-12102081960.3%瓜爾膠/t機《APS223231212GLZ-1156141134添加劑:黏土穩定劑CQP-1、破乳助排劑CF-5D、殺苗劑 aSJ-2,20mg/LGLZ-l, 0.03% APS〇
  
  從10 K超濾離心管注人以GLZ4和APS作破 膠劑的壓裂液破膠液,收集濾液作含糖量測定。濾 液含糖量測定采用蒽酮顯色法。糖類化合物在非氧 化條件下受強無機酸作用可發生脫水反應,分解成 單糖組合,單糖組合受濃硫酸作用時轉變成糠醛或 羧甲基糠醛,這些雜環醛類化合物與蒽酮反應生成 有色的縮合產物??s合產物溶液的色度與原試樣含 糖量成正比。用紫外M見光分光光度計在波長625 nm處測定受試溶液的透光率,根據透光率~糖濃度 標準曲線求出破膠液含糖量。實驗結果見表5.
  
  表5 60XD下不同破膠時間的破膠液 濾液含糖置測試結果^壓裂液類型破膠劑_總含糖量/mg4h12 h24 h0.4%瓜爾膠砂APS1.5251.8022.063GLZ-12.0422.7834.0930.3%瓜爾膠/f機硼APS0.2050.3720.511GLZ^l0.7401.8623.190*添加劑:黏土穩定劑COP-1、破乳助排劑CF-5D、殺菌劑 CJSJ-2,20 mg/L GLZ-1, 0.03% APS〇
  
  從表5可以看出,在破膠時間、破膠溫度相同條 件下,用GLZ>1破膠時,破膠液濾液中總含糖量高, 即小分子糖類物質多,說明GL11能有效降低半乳 甘露聚糖的相對分子質量,而且隨破膠時間延長,總 含糖量增加的幅度較大。后一現象反映酶催化作用 的高效性。因此,用GLZ4作破膠劑更有利于降低 黏滯阻力和大分子物質堵塞對儲層的傷害,提髙支 撐裂縫與井筒和儲層的連通性。
  
  3.5破膠液中多糖相對分子質ft分布采用質譜分析方法檢測生物酶和過硫酸銨4 h、 24 h、48h破膠液中多糖聚合物的相對分子質量分 布。結果顯示,用生物酶作破膠劑時,隨破膠時間的 延長,破膠液中多糖聚合物的相對分子質量逐漸降 低,4h時主要集中在1300 ~ 5500區間,24 h時主 要集中在1200~4800區間,48 h時主要集中在25{) ?3800區間。而用過硫酸銨作破膠劑時,相對分子 質量5000以下無明顯的吸收峰。結合48 h內破膠 液黏度變化和相對分子質量小于1_的低聚糖總 量的變化,可以認為如給予足夠的水解時間,生物酶 可lil將瓜爾膠分解成單糖或二糖。
  
  3.6破膠液巖心傷害實驗3.4.2破肢液總糖含量萬方數據按照石油天然氣行業標準SY/T 5107-2005C水基壓裂液性能評價方法》,測定壓裂液破膠液對巖心 油相(煤油)滲透率的傷害率,實驗結果見表6。用 生物酶作破膠劑時,壓裂液破膠液對巖心的傷害比 APS低,傷害率在20%以下。
  
  表6壓裂液破膠液巖心傷害測試結果巖心號破膠劑孔隙度/%氣測滲透豐/10'3,iin2傷害率/%1GLZ-15.880.9419.8rAPS5.520.9027.72GLZ-15.010.07119.7tAPS5.080.07730.24現場試驗氣井位于鄂爾多斯盆地蘇力格氣田,埋深1900 ~2900m,平均孔隙度7.9%,滲透率0.42父1〇_3~ 4.26 X 10_3 p2;油井位于鄂爾多斯盆地西峰油田, 埋深1600?2400 m,平均孔隙度11.09%,滲透率小 于 3><1〇_3@2。
  
  應用生物酶破膠技術的壓裂施工設計既要考慮 酶處理液的化學因素,又要考慮施工因素,使生物酶 生化性質與注人工藝相匹配。為了清除支撐劑充填 層和地層中未充分破膠的壓裂液,生物酶在前置液 階段開始注入??紤]到壓裂過程中溫度的變化,生 物酶以鍥型加入,實現壓裂液徹底破膠返排。
  
  在長慶油氣田總共進行了 28 口井次壓裂液生 物酶GLZ4破膠試驗,其中氣井8 口,油井20 口。 油井壓裂施工中單井最高加砂50 m3。壓裂施工順 利,壓力平穩,返排液黏度在2 mPa*S以下,返排率 在65%以上。平均單井試排產量提高4.0 m3/d,投 產產量提高0.53 t/d。氣井壓裂后均能通過關放排 液方式排液,一次噴通,返排破膠液黏度3 mPvs以 下,平均返排率達到90.2%,與常規試氣產量2 X 104 m3壓裂層相比,返排程度有明顯提高。
 
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