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长庆油气田压裂用生物酶破胶技术及其应用

发布日期:2015-05-01 17:35:26
糖苷键
  长庆油气田具有低压、低渗、低产特点,压裂是 一项主要增产措施,而在压裂糖苷键过程中压裂液适时、彻 底破胶返排,是决定压裂成功与否的一个关键环节。 本文报道一种压裂用生物酶破胶技术及其应用效果。
  
  1压裂液伤害机理针对长庆油气田的储层特点,利用核磁共振技 术及岩心流动测试法进行了压裂液伤害机理研 究[1],实验数据见表1。由表1可以作出压裂液黏 滞力和大分子聚合物是造成伤害的主要因素的结 论。
  
  2长庆现用压裂液破胶技术'目前长庆油气田主要使用的过硫酸铵类破胶剂 属于氧化型破胶剂,价格便宜,现场应用方便,但存 在一些不足:①反应时间及其活性主要依赖于温度, 温度低于501C时反应很慢,必需添加激活剂;髙于表1不同状态下核磁共振分析结果序号气测渗透率 /lO*3^2含油饱和 度/%挤入液类型渗透率损 害率/% ;总返排率/%挤入液饱和度/% 总饱和度可动部分束缚部分返排后滞留液 总饱和度/%10.2741.78压裂液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压裂液42.2577.0239.2533.905.359.02图1生物酶破胶剂水解半乳甘露聚糖的机理93C时分解很快,反应不能控制;②糖苷键的氧化断 裂具有随机性,瓜尔胶不能完全降解,有约20%的 相对分子质量大于2.0 x 1〇6的聚合物基本上不降 解[2];③持续破胶时间短。开发适用于低渗透油田 的新型破胶技术成为当务之急,以最有效手段减小 或消除压裂液伤害是低渗透储层研究的方向。
  
  3生物酶破胶剂开发和评价近几年来随着生物技术发展,出现了针对特定 键裂解(水解)的生物酶,这种基质特异酶可将多糖 聚合物降解至不可还原的水溶性单糖,从而大大减 少残渣伤害。其中之一是GLZ>1,它是一种无味蓝 色液体,pH 5.8~6.2,显弱酸性,在可保存30 天。GLZ4主要通过克隆、基因表达、微生物发酵, 经纯化精制而成,具有原生极端微生物所产生的酶 的一切特性。它可作为高专属性水解酶作用于半乳 甘露聚糖,对瓜尔胶破胶作用温度范围广,耐盐,耐 酸碱,使用安全可靠。此外GLZ4能高效地分解所 有植物胶。GLZ*1破胶技术是这种特异性复合酶和 常规破胶剂技术的复合应用
  
  3.1生物酶破胶机理‘生物酶破胶剂GLZ4含有fl,4-和a-l,6-糖苷 键特异性水解酶,可分别使瓜尔胶半乳甘露聚糖中 甘露糖主链的fl,4-糖苷键和主链连接半乳糖取代 基的a-l,6-糖苷键发生水解断裂,将瓜尔胶聚合物 半乳甘露聚糖分解为非还原性的单糖和二糖。其机 理示于图1[2>3]。
  
  3.2生物酶破胶剂适用范围长庆油田延长组储层使用的压裂液适用的条件 为温度40~80t:、pH = 8~9,在该条件下对生物酶 破胶剂GLZ4进行了活力评价。
  
  评价实验方法如下。半乳甘露聚糖酶活性可以 通过反应后底物溶液在540 nm处吸收值的增加来 检验。使用长角豆胶为底物,半乳甘露聚糖能够将 底物水解成还原糖,还原糖与3,5-二硝基水杨酸的 反应物在540 nm处有吸收。一个半乳甘露聚糖酶 活力单位定义为在反应条件下每分钟产生还原糖1 微克。
  
  实验结杲表明,该生物酶适用的pH范围可扩 大到6~10、温度范围可扩大到40~90t:,2% ~ 10%的盐(KC1)对生物酶活性基本上没有影响。实 验结果见表2。表中活力/%值以各基准点的活性 为100%求得。
  
  3.3生物酶与压裂液添加剂的配伍性生物酶破胶剂GLZ4对环境物质比较敏感,有 些物质可影响其活性,甚至使其失活。加人各种添 加剂后,压裂液仍能很好破胶,与未加添加剂时相 比,破胶后黏度仅略有增大,说明该生物酶与压裂液添加剂配伍性良好。
  
  表2 pH值、温度、盐度(KCI质量分数)对生物酶破胶剂GLZ-1活性的彩响pH活力温度活力盐度活力/%rc/%/%/%691.24054.7296.17100.05074.34100.0893.16086.66100.0976.87096.2896.51059.580100.0995.31158.69090.11098,2表3破胶剂与添加剂配伍性实验结果增稠剂办庇j〇|2h破胶液黏度/mPav3有添加剂,无添加剂0.3%瓜尔胶有机硼3.893.800.4%瓜尔胶硼砂4.144.09*添加剂:黏土稳定剂COP-1、破乳助排剂CF-5D、杀菌 剂CJSJ-2,实验温度60C。
  
  3.4 GLZ-1破胶剂破胶程度破胶程度是评价破胶剂的重要指标之一,一般 通过破胶液残渣含量来表征,此外,还可通过测量破 胶液含糖量及其中多糖聚合物相对分子质量来评 价。压裂液破胶程度越大,破胶越彻底,则越容易返 排,对地层伤害越小。
  
  3.4.1残渣含量压裂液残渣是植物胶水不溶物、未完全破胶水 化的压裂液及压裂液添加剂中的杂质共同组成的。 残渣含量越低,压裂液对地层伤害越小。与常规破 胶剂过硫酸铵对比,在生物酶破胶剂GLZ>1作用 下,压裂液破胶液残渣含量较低,对储层的伤害较 轻。实验结果见表4。
  
  表4.不同温度下破胶12 h残液含最测试结果*压裂液类型破胶剂破胶12 h残渣含量/mg50t55t:6〇r0.4%瓜尔胶湖砂APS314298285GLZ-12102081960.3%瓜尔胶/t机《APS223231212GLZ-1156141134添加剂:黏土稳定剂CQP-1、破乳助排剂CF-5D、杀苗剂 aSJ-2,20mg/LGLZ-l, 0.03% APS〇
  
  从10 K超滤离心管注人以GLZ4和APS作破 胶剂的压裂液破胶液,收集滤液作含糖量测定。滤 液含糖量测定采用蒽酮显色法。糖类化合物在非氧 化条件下受强无机酸作用可发生脱水反应,分解成 单糖组合,单糖组合受浓硫酸作用时转变成糠醛或 羧甲基糠醛,这些杂环醛类化合物与蒽酮反应生成 有色的缩合产物。缩合产物溶液的色度与原试样含 糖量成正比。用紫外M见光分光光度计在波长625 nm处测定受试溶液的透光率,根据透光率~糖浓度 标准曲线求出破胶液含糖量。实验结果见表5.
  
  表5 60XD下不同破胶时间的破胶液 滤液含糖置测试结果^压裂液类型破胶剂_总含糖量/mg4h12 h24 h0.4%瓜尔胶砂APS1.5251.8022.063GLZ-12.0422.7834.0930.3%瓜尔胶/f机硼APS0.2050.3720.511GLZ^l0.7401.8623.190*添加剂:黏土稳定剂COP-1、破乳助排剂CF-5D、杀菌剂 CJSJ-2,20 mg/L GLZ-1, 0.03% APS〇
  
  从表5可以看出,在破胶时间、破胶温度相同条 件下,用GLZ>1破胶时,破胶液滤液中总含糖量高, 即小分子糖类物质多,说明GL11能有效降低半乳 甘露聚糖的相对分子质量,而且随破胶时间延长,总 含糖量增加的幅度较大。后一现象反映酶催化作用 的高效性。因此,用GLZ4作破胶剂更有利于降低 黏滞阻力和大分子物质堵塞对储层的伤害,提髙支 撑裂缝与井筒和储层的连通性。
  
  3.5破胶液中多糖相对分子质ft分布采用质谱分析方法检测生物酶和过硫酸铵4 h、 24 h、48h破胶液中多糖聚合物的相对分子质量分 布。结果显示,用生物酶作破胶剂时,随破胶时间的 延长,破胶液中多糖聚合物的相对分子质量逐渐降 低,4h时主要集中在1300 ~ 5500区间,24 h时主 要集中在1200~4800区间,48 h时主要集中在25{) ?3800区间。而用过硫酸铵作破胶剂时,相对分子 质量5000以下无明显的吸收峰。结合48 h内破胶 液黏度变化和相对分子质量小于1_的低聚糖总 量的变化,可以认为如给予足够的水解时间,生物酶 可lil将瓜尔胶分解成单糖或二糖。
  
  3.6破胶液岩心伤害实验3.4.2破肢液总糖含量万方数据按照石油天然气行业标准SY/T 5107-2005C水基压裂液性能评价方法》,测定压裂液破胶液对岩心 油相(煤油)渗透率的伤害率,实验结果见表6。用 生物酶作破胶剂时,压裂液破胶液对岩心的伤害比 APS低,伤害率在20%以下。
  
  表6压裂液破胶液岩心伤害测试结果岩心号破胶剂孔隙度/%气测渗透丰/10'3,iin2伤害率/%1GLZ-15.880.9419.8rAPS5.520.9027.72GLZ-15.010.07119.7tAPS5.080.07730.24现场试验气井位于鄂尔多斯盆地苏力格气田,埋深1900 ~2900m,平均孔隙度7.9%,渗透率0.42父1〇_3~ 4.26 X 10_3 p2;油井位于鄂尔多斯盆地西峰油田, 埋深1600?2400 m,平均孔隙度11.09%,渗透率小 于 3><1〇_3@2。
  
  应用生物酶破胶技术的压裂施工设计既要考虑 酶处理液的化学因素,又要考虑施工因素,使生物酶 生化性质与注人工艺相匹配。为了清除支撑剂充填 层和地层中未充分破胶的压裂液,生物酶在前置液 阶段开始注入。考虑到压裂过程中温度的变化,生 物酶以锲型加入,实现压裂液彻底破胶返排。
  
  在长庆油气田总共进行了 28 口井次压裂液生 物酶GLZ4破胶试验,其中气井8 口,油井20 口。 油井压裂施工中单井最高加砂50 m3。压裂施工顺 利,压力平稳,返排液黏度在2 mPa*S以下,返排率 在65%以上。平均单井试排产量提高4.0 m3/d,投 产产量提高0.53 t/d。气井压裂后均能通过关放排 液方式排液,一次喷通,返排破胶液黏度3 mPvs以 下,平均返排率达到90.2%,与常规试气产量2 X 104 m3压裂层相比,返排程度有明显提高。
 
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