过硫酸铵与生物酶压裂破胶技术对比研究

贺晓军，李 君，李宁涛，折 慧

（延长油田股份有限公司子长采油厂井下作业队，陕西子长 717300）

过硫酸铵与生物酶压裂破胶技术对比研究

贺晓军，李 君，李宁涛，折 慧

（延长油田股份有限公司子长采油厂井下作业队，陕西子长 717300）

压裂是低渗或特低渗油气井增产、注水井增注的一项重要举措，压裂液破胶不及时、不彻底乃至在裂缝中形成滤饼,降低了油层裂缝的导流能力，因此压裂液的破胶效果直接影响压裂液的返排和增产，本文主要结合延长油田子长采油厂低渗或特低渗油层的情况，针对生物酶与过硫酸铵破胶各自机理，半乳甘露聚糖生物酶与压裂液添加剂的配伍性，两者与油层水质配伍性及胍胶残留物对地层的伤害情况和现场实际应用后的效果进行综合对比，寻求最佳的破胶剂为油田压裂破胶剂找到合理的解决方案。

过硫酸铵；生物酶；破胶；配伍性；压裂

压裂是油田主要的增产措施之一，压裂效果的好坏直接影响着油田开发的水平和经济效益。目前油田通常采用植物胶为稠化剂的水基压裂液体系，水力压裂是发生大量聚合物伤害的作业之一，压裂施工中要在压裂液中加入破胶剂，使聚合物冻胶破解，聚合物大分子分解成能自裂缝中返排出的小分子，水力压裂液中的聚合物若不能充分降解，会伤害到支撑剂充填的导流能力及地层的原始渗透率，导致被处理井产能大幅度下降。子长采油厂长2和长6油层为低渗，特低渗透储层，油层物性差，由于埋藏浅，温度低一般在25～51℃，因此压裂是提高产能建设的重要举措，压裂液的性能是影响压裂成败的主要因素，压裂液的破胶效果直接影响压裂液的返排、增产以及对地层的伤害程度，通过对过硫酸铵与半乳甘露聚糖生物酶分析对比，寻求出最佳的破胶剂是对压裂液低伤害、低成本以及环境友好型发展的主要方向，也是对低渗透油层提高返排和增产的最佳效果。

1 过硫酸铵与生物酶破胶技术

1.1 过硫酸铵破胶技术

过硫酸铵破胶的机理是过硫酸根在一定温度下分解产生硫酸根自由基，这个自由基与胍胶分子中的缩醛键反应导致胍胶分子链断裂，结果就破胶。这个反应是一个链式反应，所以破胶的效率很高。

过硫酸铵的特点是价廉、运用广泛，存在的问题，如温度依赖性强，在低温条件下过硫酸盐作用效果不理想，需要通过添加激活剂才能勉强起效，实验证明在温度低于51.7℃时，通过过硫酸铵破胶会有大量的植物胶大分子残留在胍胶液中；如果温度过高，破胶速度过快不能控制，并且过硫酸铵持续破胶时间短。

1.2 半乳甘露聚糖酶破胶技术

压裂液使用的稠化剂均为半乳甘露聚糖，其结构的主链是以β－1，4糖苷键相连的甘露聚糖，支链以α－1，6糖苷键连接的半乳聚糖，半乳甘露聚糖酶具有催化此类糖苷键断裂形成小分子糖的能力，从而达到破胶的目的。

而酶本身在胍胶的降解前后不变，只是参与反应过程，反应后又恢复原状，继续参加反应，所以半乳甘露聚糖酶在短时间内以较低的浓度将大量的胍胶等底物彻底降解,这就是它的高效性。

实验证明半乳甘露聚糖酶：适用于pH 6～10，温度20～100℃，均保持活性。

通过两者破胶技术上发现，过硫酸铵破胶是氧化反应过程，对温度依赖性强，破胶时间短在地层中容易残留大量的胍胶液；半乳甘露聚糖酶有别于化学破胶剂的放热破胶作用，这种专一的断裂糖苷键的反应能够从根本上解除植物胶交联作用适用于温度低的油层有很好的破胶作用。

2 与油层水质的配伍性

子长采油厂长2油层水含盐量41.2 mg/L,Na+和K+浓度 12835 mg/L,Ca2+浓度 100 mg/L，Mg2+浓度1110 mg/L,Cl-浓度 24965 mg/L,SO42-浓度 936 mg/L，HCO3-浓度348 mg/L，pH值6，水型CaCl2。然而子长采油厂压裂液的配制水源主要来自地下水源，地下水源水质硬Ca2+、Mg2+含量较大。

2.1 过硫酸铵与油层水配伍性

在配制压裂液时，过硫酸铵的使用量成了一个主要问题，使用少过硫酸铵不能完全彻底把胍胶氧化分解，会在油层中剩余大量残留物，严重影响支撑剂的导流能力，影响油层原有的物性；使用量过大，会使过硫酸铵根浓度增大，过硫酸根氧化分解成SO42-的浓度也会增大，然而地下水源中的Ca2+、Mg2+浓度经压裂会增加油层水中的Ca2+、Mg2+浓度，极易与增加的SO42-的浓度产生微溶的CaSO4、MgSO4沉淀，严重的破坏油层的孔隙吼道，极大的影响油层的物性。因此过硫酸铵的使用量成为一个关键，不好定夺。

2.2 半乳甘露聚糖酶与油层水配伍性

半乳甘露聚糖酶水溶性产品，分散均匀，润湿效果好，易均匀分散于基液中，无破胶死角，适用于pH值6～10 保持活性。将酶与部分金属离子 K+、Na+、Mg2+、Fe3+或Ca2+或阴离子Cl-、Br-、或I-的无机化合物或有机汞与重金属盐混合，根据酶活性标准检测方法，用分光光度仪分别检测出酶在添加剂的底物中的催化活性，在相同实验条件下，酶活性顺序是 Ca2+、I-、Mg2+、Na+、Cl-、Br-、空白样、K+、Fe3+,酶在重金属与重金属盐中失去活性，因此子长采油厂地下水源与油层水对酶的活性影响小并且酶耐盐、耐碱，有利于对压裂液进行彻底的分解。

2.3 甘露聚糖生物酶与压裂液添加剂的配伍性研究实验方法：

（1）配制0.38%的胍尔胶溶液，配制1%生物酶溶液备用；（2）按照压裂液配方分别加入各种添加剂（0.1%杀菌剂、0.3%复合助排剂、0.3%粘土稳定剂）；（3）分别加入40 mg/L生物酶，搅拌均匀，按体系配方加入硼砂交联剂（100:10），设置温度40℃，进行破胶配伍性实验。

从表1可以看出，压裂体系中杀菌剂对生物酶的抑制作用较大，但在足够长的时间条件下亦可实现破胶；粘土稳定剂、助排剂与生物酶配伍性良好。

由于本地区地下水源和油层水离子浓度的特点，过硫酸铵的使用量存在一定的难度，使用量的大小都会对油层造成一定的伤害，通过对过硫酸铵的破胶实验来进一步分析两者的破胶情况。

表1 压裂体系助剂与生物酶破胶剂配伍性实验

3 破胶与残留液对比分析

通过实验比较：生物酶破胶剂较过硫酸铵破胶彻底。在加入破胶剂120 min后，生物酶与过硫酸铵体系均实现破胶，此时生物酶破胶体系粘度为4.47 mPa·s，过硫酸铵体系为11.92 mPa·s

表2 生物酶与过硫酸铵(APS)破胶效果对比实验

表3 破胶后残余液中残渣含量的对比

破胶完成后，分别取三组破胶后的压裂液进行离心，称量其破胶后的残渣含量，结果表明，生物酶破胶剂较过硫酸铵破胶后残渣含量低。

通过对实验的比较发现：半乳甘露聚糖酶比过硫酸铵破胶更彻底，对底层的伤害更低，适合在子长采油厂低渗、特低渗油藏使用，下面通过对现场的实际应用进一步分析两者的返排情况，来更好的为本企业在压裂后压裂液的返排和增产提供有利依据。

4 现场应用对比分析

2011年子长采油厂开始使用生物酶，对同一区块长24口生产井组进行了试验，8289-1、-2、-3、-4取得了良好的效果累计日产液量50 t，日产油35 t，返排液粘度5.12 mPa·s，距井距300 m处的同一层位长2井组8286，即 8286-1、-2、-3、-4 采用过硫酸铵进行破胶累计日产液 32 t，日产油 19.2 t，返排液粘度 11.02 mPa·s，因此使用生物酶比过硫酸铵的效果显著，然而生物酶的生产成本要比过硫酸铵要高，这是影响生物酶广泛使用的一个主要因素，但是从油层的长远利益来看，使用生物酶破胶彻底，对地层的伤害低有利于油层长期稳定的生产值得应用。

5 结论

（1）通过实验与实用后说明，生物酶比过硫酸铵破胶更彻底，地层残留液对地层伤害低。

（2）生物酶破胶剂适合在子长采油厂低渗、特低渗地层中值得推广使用。

（3）子长采油厂地下水源和油层水质以及pH值对酶的活性影响很低。

（4）生物酶与压裂液中的添加剂以及油层和地下水源的配伍性良好

[1] 李军.新型生物酶的研究与应用[J] .石油机械与制造，2008，37（10）：90-92.

[2] 管保山，刘静.长庆油气田压裂用生物酶破胶技术及其应用[J] .油田化学，2008，25（2）：89-91.

[3] 王立军.SUN_Y100生物酶压裂破胶技术研究和应用[J] .胜利油田职工大学学报，2009，23（5）：33-39.

Ammonium persulfate and enzyme technology comparative study gel breaking fracturing

HE Xiaojun，LI Jun，LI Ningtao，ZHE Hui
（Oil Production Plant Zichang of Yanchang Oilfield Co.，Ltd，Zichang Shanxi 717300，China）

The fracture is hypotonic or ultra-low permeability oil and gas production wells,injection wells by injection is an important step,fracturing fluid gel breaking is not timely,thorough and even the formation of cracks in the cake,reducing the diversion reservoir cracks capacity,so the gel breaking fracturing fluids directly influences the fracturing fluid flowback and production,combined with this paper to extend the oil extraction plant Zichang hypotonic conditions or ultra-low permeability reservoir for enzymes with ammonium persulfate gel breaking their mechanism,galactomannan enzyme and fracturing fluid additive compatibility,compatibility between the two and reservoir water quality and guanidine glue residue on the formation damage and field application of the results after a comprehensive comparison,to find the best breaker breaker for the oil field fracturing find a reasonable solution.

ammonium persulfate；enzyme；gel breaking compatibility；fracture

TQ113.73

A

1673-5285（2012）04-0081-03

2012－01-16