聚丙烯酰胺的生物降解特性.pdf

第27卷第1期
钻井液与完井液
Vol 27 No
2010年1月
DRILLING FLUID &COMPLETION FLUID
Jan.2010
文章编号:1001-5620(2010)01-001103
聚丙烯酰胺的生物降解特性
蓝强',李公让
薛玉志,张敬辉·2,李海斌2
(1.胜利石油管理局钴井工艺研究院,山东东营;2.中国石油大学(华东),山东青岛
摘要目前有关滞留近井壁地层孔豫中的聚丙烯號胺的生物降解硏究甚少。采用黏度法考察了生物酶和巯酸
盐还原菌对聚丙烯酰胺溶液降解的过程。研究发现,淀粉酶F、维素酶C、糖化酶、复合酶对聚丙烯酰胺溶液的
降黏均有明显的促进作用,其中以复合酶的效果最佳,表面活性剂对聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)溶液黏度的影响不大,
在所有4种表面活性剂中,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的协同降黏效果略好;硫酸荭还原菌对聚丙烯酰胺的
降解效果明显,其降黏率可高达27.5%~46.4%。因此,在现场可以通过复配使用复会酶和硫酸盐还原菌共同使用
的方法来降解聚丙烯酰胺。
关键词陟止地层损害;聚丙烯酰胺;生物降解;生物酶;硫酸盐还原菌
中图分类号:TE258
文献标识码:A
对滞留近井壁地层孔隙中的聚丙烯酰胺进行降1生勅酶对聚丙烯酰胺的生物降解持性
解以解除所造成的储层伤害越发受到人们的重视。
纵观国内外近期研究,聚丙烯酰胺的降解方法主要
采用2种聚丙烯酰胺KPAM和PAM(工业级)
有机械降解、光催化降解、氧化降解、生物降作为研究对象,在研究生物酶对聚丙烯酰胺的作用
解?等。由于生物降解?具有成本低、易操作
时,底物浓度固定为1%,溶液pH值为10.0,采用
没有二次污染等优点,日益成为研究的重点。对聚 Blukfield DVⅢ型流变仪测定样品黏度,测试温度
丙烯酰胺有降解作用的菌株有硫酸盐还原菌、腐生为25C,采用SC4-18转子,转速为50r/min
菌、产碱假单胞菌等,它们的作用机理可分为:1.1生物酶对KPAM溶液黏度的影响
①生物物理作用:由于生物细胞增长而使聚合物组
称取一定质量的KPAM溶液,分别加入质量体
分分解、电离或质子化而发生机械性破坏,分解成积浓度为0.19%的淀粉酶F、纤维素酶C、糖化酶、
低聚物碎片;②生物化学作用:微生物对聚合物作1,4-甘露聚糖酶以及复合酶1(包含0,05%纤维素
用而产生新物质(CH4、CO2和H2O);③晦直接作酶C、002%淀粉酶F和0.03%糖化酶),于室温下
用:被微生物侵蚀部分导致聚合物链的断裂或链的混合均匀,置于60℃恒温水浴槽中,不同生物酶
氧化。生物降解过程并非单一机理在起作用,而是对KPAM溶液黏度的影响如图1所示。从图1可以
复杂的生物物理、生物化学的协同作用,并同时伴看出,在60℃时KPAM溶液的黏度逐渐降低,7
有相互促进的物理、化学过程。
d后黏度降到41.3mPas,降低幅度达28.8%;当
采用黏度法研究了生物嗨利硫酸盐还原菌这2有生物酶(1,4-甘露聚糖酶除外)存在时,聚合物
种降解材料对聚丙烯酰胺的生物降解特性。即将含溶液的黏度下降速率明显加快,降解7d后,生物
有生物酶/菌类的样品及空白样品置于一定温度的酶按黏度从大到小的顺序排列为:淀粉酶F>纤维
水浴摇床中,每隔一段时间取样,在一定温度下测素酶C=糖化酶>复合酶1,降黏率在55.1%~65.6%
定样品黏度,考察不同因素对聚丙烯酰胺生物降解之间,可见淀粉晦、纤维素酶和糖化酶对KPAM溶
过程的影响
液均有良好的降黏作用,。而对于含有1,4-甘露聚
基金项目:国家重大办项目“低渗油气田高效开发钻井技术”课题“低渗逶储层保护技术研究”(2008ZX05022-004)
部分内容。
第一作者简介:蓝强,博士,1978年生,现在从事钻井液处理剂研制及现场应用硏究。地址:山东省东营市胜利石油
管理局钻井工艺研究院;邮政编码257017;电话(0546)8501115
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钻井液与完井液
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糖酶的KPAM聚合物溶液,体系的黏度虽然也在逐物溶液的黏度有一定程度降低,但总的来说,表面
渐降低,但幅度比空白样品要小,这说明1,4-甘活性剂对KPAM溶液黏度的影响并不显著。因此,
露聚糖酶对KPAM没有降解作用,它的加入反而増可以认为,常规表面活性剂对聚丙烯胺类聚合物
加了聚合物溶液的黏度。
的生物酶降解性能影响不大。
空白样
0.1%淀粉酶
一空白(1,4-甘露聚糖酶)
0.1%复合醇1
0.1%糖化醇
CTAB
0.1%甘露糖酶
0.1%纤维素酶
?52
30
SDS
riton X-100
020406080100120140160
图3表面活性剂对KPAM溶液黏度的影响
图1不同生物酶对KPAM浴液黏度的影响
1.2生物酶对PAM溶液貓度的影响
2硫酸盐还原菌对KPAM的生勒降解性
生物酶对PAM溶液黏度的影响如图2所示。
实验所用模拟水配制如下:称取0.1gCaC2、
由图2发现,在60C下,PAM的空白试样黏度略0.0644 g Naci、1.38 g NAHCO、0.075gNa2SO4,在约
有下降,降黏率为76%,比KPAM溶液空自样的500mL去离子水中溶解,转移至100mL容量瓶中,
黏度损失要小得多,这主要和其分子结构及分子量加去离子水至刻度。在硫酸盐还原菌实验中,所用
大小有关;加有纤维素酶和复合酶的2种体系84 h KPAM溶液均由模拟水配制。硫酸盐还原菌取自胜
后的降黏率分别为20.8%和31.8%,明显看出复合利油田临盘采油厂回注水试样,经筛选、富集、驯化、
酶的降黏效果更好。
活化后作为试验菌液。由于硫酸盐还原菌为厌氧菌,
空白
所有操作都要隔绝空气,并通氮气密闭保存。将1.0
0.1%复合酶1
9 KPAM缓慢加入到剧烈搅拌的1000mL模拟水
の
40
0.1%纤维素酶
中,室温搅拌2h,利用1molL的HCl溶液调节
34
pH值。准确量取100 ML KPAM溶液置于培养瓶中,
限32
30
于30C超声脱气10min,通氮气15min,迅速密封,
28
在103.4kPa(1.05kg/em2)蒸气压下,当温度达到
40
6080100
121.3℃时,灭菌20min,于超净工作台上注入-
定体积的试验菌液,蜡封后置于37℃的恒温振荡
图2生物酶对PAM溶液黏度的影响
器中培养6d,振荡速度为150r/min。
革兰氏染色:①涂片:取洁净载玻片一块,将
1.3表面活性剂对KPAM溶液黏度的影响
培养后的KPAM溶液滴在载玻片上,制备薄的涂
当1,4-甘露聚糖酶含量为0.1%、表面活性剂面,注意取菌不要太多;②晾干:让涂片在酒精灯
的浓度为2倍CMC时,考察阴离子型表面活性剂火焰上方文火烘干;③固定:手执载玻片一端,让
十二烷基硫酸钠SDS和十二烷基苯磺酸钠LAS)、菌膜朝上,通过火焰2~3次固定(以不烫手为宜);
阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)④结晶紫染色:将玻片置于废液缸玻片搁架上,加
及非离