高温酶破胶剂在奈曼油田压裂液体系中的应用.pdf

第 2 8卷 第 6期 2 0 1 1 年 l 1月 钻井液与完并液 DRI LL I NG F L UI D & COM P L ET I ON F LUI D 、 b1 2 8 NO 6 NO V 2 0l 1 文章编 号：1 0 0 1 5 6 2 0( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 6 1 0 3 高温酶破胶剂在奈曼油田压裂液体系中的应用 蔡德军 ( 中国石油辽河油田分公司，辽宁锦州 ) 摘要 奈曼油田交联冻胶压裂液体 系存在破胶不彻底、残渣量大、地层伤害严重等问题。 因此，对高温 生物酶破胶剂在奈曼油田压裂液体 系中的应用可行性、适用性，以及破胶效果进行 了室内评价。结果表 明，在 1 0 0 n i 2 0下，添加酶保护剂后，生物酶单独作用或生物酶与少量AP S复配作用，奈曼压裂液体系均可在 2 h内 彻底破胶，破胶液黏度小于 5 mP a S ，残渣量降至3 8 0 mg L。矿场试验表明，复配使用高温生物酶和AP S复破胶 的2口井压裂液返排率均达 5 0 以上，与同期采用 A P S作为破胶剂的4口井相比高出1 0 1 5 ，施工产能效果 良好，压裂施工后产量增加 2 7 3 6 。 关键词高温酶破胶剂 ； 压裂 ； 酶保护剂 ； A P S 中图分类号 ：T E 3 5 7 1 2 文献标识码 ：A 奈曼油田位于内蒙古 自治区哲里木盟奈曼旗双 河村西北，属于典型低孔、低压、低渗透油藏。地 层天然能量不足，原油物性差，自然产量低，因此 油井需经压裂后方能投产。该油田常规交联冻胶压 裂体系存在着压裂返排率低( 小于 3 0 ) 、 残渣量大、 对地层伤害严重等问题，导致裂缝导流能力大大降 低，从而使压裂后产量迅速递减 【 1】 。 生物酶破胶剂为多糖聚合物糖苷键特异性水解 酶，专一作用于多糖聚合物的 一 1 ， 4 一 糖苷键，使 其断裂成小分子的糖，因此可降解具有 1 ，4 糖 苷键的植物胶及其衍生物，如瓜尔胶、羟丙基瓜尔 胶、羧 甲基瓜尔胶、羟丙基纤维素、羧 甲基纤维 素、 大麦 葡聚糖、 刺槐豆胶、 魔芋胶、田菁胶等， 酶本身在多糖聚合物降解前后不变，只是参与反应 过程， 反应后又恢复原状。与传统化学破胶剂相比， 生物酶破胶剂具有适用范围广，对地层伤害小，返 排率高，驱油效果好，对环境无污染等优点，在实 践中得到了广泛的应用 2 -7 e然而，目前报道生物 酶破胶剂只能在 9 0 以内、 p H为 3 5 1 0 0的条 件下使用 3 ， ，抗温超过 1 0 0 c 【= 的还未见报道。 针对奈曼油田某区块压裂液体系，考察了温度 为 6 0 -1 2 0 o C 、p H为 5 0 1 0 5 的高温生物酶破胶 剂在 1 0 0 -1 2 0 o C 油藏环境 中的破胶效果及适用性。 1 实验材料 与方法 奈曼油 田某区块油井高温压裂液体系 ( 配方如 下 ) ， 高温生物酶破胶剂， 酶保护剂 1 和 2 ， A P S 等。 基液的p H值为 8 ，表观黏度为 1 3 4 m P a S ，压裂 液交联时间为 1 7 S ，耐温能力为 6 0 1 2 0 o C 。 0 5 5 瓜 尔 胶 + 1 0 K CI + 0 1 温 度 稳 定 剂 + O 5 防膨剂 + O 5 助 排剂 + 0 5 起泡 剂 + 0 0 2 5 Na OH + 0 1 N a ， C O +( 0 2 4 0 3 0 )高温交联剂 参 照 水 基 压裂 液 性 能评 价 方 法 s Y T 5 1 0 7 2 0 0 5 进行压裂液破胶评估。采用品式黏度计测定破 胶液黏度 J 。 2 生物 酶破胶 剂 的性能评价 2 1 破胶 效果 酶保护剂 1 为一类多羟基化合物，与水分子相 互作用，改变水的表面张力，使酶与水之间形成溶 剂层，增强酶的稳定性。保护剂的羟基与酶的酰胺 第一作者简介 ： 蔡德军，1 9 9 9年毕业于江汉石油学院石油工程专业，现在从事油气田开发研究工作。地址 ： 辽宁省凌 海市锦州采油厂采油作业二区 ；邮政编码 1 2 1 2 0 9； E ma i l ： c d j 9 7 6 a 7 s i n a c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 1 1月 基以氢键的方式相互作用，促进酶的热稳定性。由 于保护剂为小分子物质，易于进人酶分子结构的空 隙中，阻止 引起酶失活的物质接近酶活性 中心，保 护了酶的活力，避免了高温、金属离子等因素引起 酶的失活。酶保护剂 2 为一种缓冲系统，用来保证 酶分子周围有稳定适合的微环境，保护酶不受酸碱 影响而抑制活力，从而保证破胶效果。配制奈曼油 田压裂液体系，加入 6 0 0 mg L的酶保护剂 2 ， 再按 表 1的实验方案分别加入一定量 的高温酶破胶剂 、 酶保护剂 1 ， 交联后放入烘箱，分别在 1 0 0 、l l 0 和 1 2 0 下观察并记录破胶结果，实验结果见表 1 。 表 1 压裂液生物 酶破胶效果 由表 1 可知 ，在 1 0 0时 ，添 加 6 0 0 mg L酶 保护剂 2之后 ，加入 5 0 、1 0 0 mg L高温酶破胶剂 ， 全体系可在 2 h内破胶，且随着酶破胶剂量的增大， 破胶速度加快，可见酶保护剂 2可以保护酶 的活性 中心不受体系助剂 的影响。与常规化学破胶剂 AP S 相比，A P S的用量为 0 0 0 5 0 0 5 ，但只有 A P S 的加入量高于 0 0 3 时，方可在 2 h内彻底破胶 ； 而在破胶液残渣量方面 ，酶破胶剂组 ( 方案 1 、2 ) 分别为 4 8 0 、 4 0 0 m g L ， 而单独加入( 0 0 3 0 0 5 ) A P S的残渣量均大于 6 4 0 mg L，可见采用酶破胶剂 后的残渣量可减少近 3 0 ，破胶 的效果更为彻底。 在 1 1 0 时 ，1 0 0 mg L的酶破胶剂在添加 6 0 0 m g L的酶保护剂 2 后 ( 方案 3 、4 ) ，2 h内破胶液 黏度可达到 4 8 7 mP a S ，残渣量可降至4 6 0 m g L 。 由此可以看出，添加足够量的酶保护剂可实现酶破 胶剂在 1 0 0 mg L剂量内的彻底破胶 。 在 1 2 0 o C时，在 方 案 4的基 础 上，需另 添 加 3 0 0 0 mg L酶保护剂 1( 方案 6 ) ，可实现在 2 h内 彻底破胶， 破胶液黏度为 4 9 8 m P a S ，残渣量仅为 4 0 0 mg L。 2 2 酶一 A P S 复配破胶实验 配制压裂液体系，加入 6 0 0 mg L酶保护剂 2 ， 再分别加入一定量的酶破胶剂和 AP S ，交联后放人 烘箱，在不同的温度 ( 1 0 0 、1 1 0 、1 2 0)下，酶 破胶 剂 与 A P S的 复配 实验 结果 见 表 2 表4 。由 表 2 可知，加入 6 0 0 mg L酶保护剂 2 后，不同浓 度的酶破胶剂与 0 0 3 A P S复配，全体系均可在 2 h内彻底破胶 ； 当酶破胶剂量增 至 3 0 mg L后 ，体 系可在 1 h内彻底破胶，残渣量可降至 3 8 0 m g L； 1 0 -3 0 mg L酶 破 胶 剂 与 0 0 2 -0 0 2 5 AP S复 配使用，体系均可在 2 h内彻底破胶，残渣量为 4 2 0 8 2 0 mg L。因此 ， 在加入酶保护剂 2的前提下 ， 1 0 -3 0 mg L酶破 胶 剂与 0 0 1 5 0 0 3 A P S复配 可达到 良好的破胶效果。增加酶破胶剂 的用量可以 减少 A P S的剂量，同时加快体系的破胶速率，使 残渣量减少 ，破胶更彻底 。 表 2 酶 AP S的复配破胶实验 ( 1 0 0) 注 ： 加有 6 0 0 mg L酶保护剂 2 。 如表 3 所示 ，在 1 l 0下 ，加入 6 0 0 mg L酶保 护剂 2 后 ， 3 0 mg L酶破胶剂与 0 0 2 的A P S 复配( 方 案 1 8 )可达到 良好的破胶效果 ，全体系在 2 h内彻 底破胶 ，破胶液黏度为 4 9 7 mP a S ，残渣量为 4 0 0 mg L； 1 0 -3 0 mg L酶 破 胶 剂 与 0 0 1 5 -0 0 2 0 的 A P S 复 配，压裂 液黏度在 2 h内可 降至 5 9 mP a S ，残渣量在 4 0 0 6 4 0 mg L之间。 如表 4 所示 ，在 1 2 0时，压裂液体系中加 入 6 0 0 m g L酶保护剂 2 后 ，提高酶破胶剂的用量 至 4 0 - 6 0 mg L ，并加入 1 2 0 0 r _ 1 8 0 0 mg L的酶保 护剂 1 ，与 0 0 l 5 -0 0 2 0 的 AP S复配后 ，在 2 h 内均可彻底破胶 ； 当酶破胶剂量为 6 0 mg L 、酶保 护剂 1 量为 1 8 0 0 m g L时，与0 0 2 A P S 复配，破 胶液黏度为 4 6 4 m P a S ，残渣量仅为4 2 0 m g L 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 6期 蔡德军：高温酶破胶剂在奈曼油田压裂液体系中的应用 6 3 表 3 酶 A P S的复配破胶实验 ( 1 1 0 c c ) 注 ： 加有 6 0 0mg L酶保护剂 2 。 表 4 酶 一 AP S的复配破胶实验 ( 1 2 0) 注 ： 加有 6 0 0mg L酶保护剂 2 。 以上室内评价表 明，高温生物酶破胶剂可适用 于 1 o 0 1 2 0 中高温油藏压裂液破胶。 3 现 场应 用 试 验井位 于辽河油 田奈曼 区块 ，油层 岩性 以 灰色油斑凝灰质细砂岩为主，属低产油层 ； 埋深 为 2 2 0 0 2 4 0 0 m，平均温度为 1 0 3，孔隙度为 9 2 1 ，渗透率为 ( 1 6 4 3 6 9)1 0 g m ，是 典型的低孔、低渗储层，开发难度较大。 在该区块选取 6口井 ，其 中 2口井采用高温酶 破胶剂 一 A P S复配体系 ( 3 0 m g L酶 + 0 0 2 A P S ) ， 4口井使用 常规破胶 剂 A P S做为对 照。压 裂施工 过程 中，压力平 稳 ，施工顺利 ，返排液黏度均在 3 m P a s 以下。采用生物酶破胶剂的作业井的平均 返排率达到 5 0 ，与另外 4口对 比井相比提高了 1 0 -1 5 。压裂施工 1 5 d 后，其它 4口井的产量 均为 7 0 8 0 t ，而生物酶作用的新井分别累计增产 1 0 9 - 3 t 和 1 1 2 2 4 t ，压裂后产能增加 了 2 7 -3 6 。 从前期数据来看，使用酶破胶剂进行压裂措施 相对于化学破胶剂 ，产量有所增加 ，这是 因为生物 酶破胶剂特异性地作用于瓜尔胶，彻底将其降解， 压裂措施后返排液残渣量减少，降低地层伤害，可 最大限度地提高地层 的导油能力 ，从而达到增产的 效果。同时，残存在地层中的破胶液主要以单糖或 小分子糖存在，可做为地层中内源微生物最佳的碳 源，激活内源微生物产生表面活性剂、有机酸、有 机酯、有机酮等驱油分子，达到洗油效果，进一步 提高了原油的采出率。 4 结论 1 为提高酶的活力和保护酶活性中心，使用高 温酶破胶剂的同时添加一定量的酶保护剂 l 和2 ， 可最大程度地保证高温破胶剂的破胶效果。 2 在 l o 0 1 2 0 时，单独使用生物酶作为破 胶剂 ( 1 0 0 mg L) ，或将酶与 A P S复配使用 ，可使 压裂液彻底破胶，后者可降低生物酶的使用量， 提 高投入产出比； 破胶液黏度小于 5 m P a s ，残渣量 最低可降至 3 8 0 m g L，满足压裂施工要求。 3 从现场施工结果分析， 将酶与A P S 复配使用， 破胶液黏度小于 3 mP a s ，返排率达 5 0