生物酶在石油开采中的应用研究

赵重阳?朱李梁?吴南

摘 要：生物酶是从自然界提取的生物制剂，可生物降解，迅速剥离近井地带结晶、堆积在岩石颗粒上的蜡及沥青质，使岩石润湿性由油湿转变为水湿，降低原油在地层空隙中的流动阻力，对设备、环境和人员无伤害，具有经济、高效、环保的特点。该技术已经在许多大型油田成功应用，并取得非常好的效果。

关键词：生物酶;解堵技术;研究与应用

1.生物酶

生物酶是一种非酸解堵剂，是由酶主导的多种天然提取物，其主要成分为营养激活剂（BVA等）、蛋白质-复合酶（NOYYES）、生物活性因子（BIOA）和生物活性因子（BIOO）。生物酶具有非常高的释放固体表面原油的能力，这是由生物酶自身剥离原油的生物性质所决定的。生物酶分子是两极性分子，当其遇到油--固体混合物时，其亲油性首先发挥作用，可以将近井地带结晶、堆积在岩石颗粒上的蜡及沥青质剥落下来，接着生物酶附着在固体表面，使其它油分子不能再附着这部分固体。

生物酶可以改变岩石润湿性，使其由油湿转变为水湿，降低原油在地层空隙中的流动阻力，使原油从岩石颗粒表面释放，从微孔隙中析出，并使流动的油滴在地层中聚集。同时生物酶还具有一定的降粘、降解作用，可将饱和蜡降解为不饱和烯烃。

由于生物酶具有溶于水不溶于油的特性，进入水中的酶分子，可以被水运送到砂岩地层周围更远的地带，并打开新的流通通道，在砂岩地层中产生新的出油通道，达到驱油、提高采收率的目的。

2.生物酶的结构

生物酶是具有催化功能的蛋白质。象其他蛋白质一样，酶分子由氨基酸长链组成。其中一部分链成螺旋状，一部分成折叠的薄片结构，而这两部分由不折叠的氨基酸链连接起来，而使整个酶分子成为特定的三维结构。

3.生物酶的特性

3.1 高效性

用酶作催化剂，酶的催化效率是一般无机催化剂的107～1013倍。

3.2 专一性

一种酶只能催化一类物质的化学反应，即酶是能促进特定化合物、特定化学键、特定化学变化的催化剂。

3.3 低反应条件

酶催化反应不象一般催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，而可在较温和的常温、常压下进行。

3.4 易变性失活

在受到紫外线、热、射线、表面活性剂、金属盐、强酸、强碱及其它化学试剂如氧化剂、还原剂等因素影响时，酶蛋白的二级、三级结构有所改变。所以在大生产时，如有条件酶还可以回收利用。

3.生物酶在油田生产中的应用

3.1 生物酶的解堵

生物酶通过诱导和自发渗吸作用进入微观孔道，清洗、剥落油膜，洁净油砂;降低油水界面张力，加强扩散作用，提高水分子活化能;降低原油重质成分及粘度，改善粘度比，让油滴在地层中聚集，连成片成为稀释油墙;提高原油流动能力，提高流速，提高开采压力梯度、提高油压;吸附在岩心表层，岩石润湿性改变，稳定油藏，改善孔吼，提高渗流效率;自破乳效果明显，回收药剂可以二次应用。

3.2 生物酶驱油

（1）改变岩石润湿性

生物酶可以使储层岩石表面的润湿性从油湿向水湿转化，从而改变储层岩石的润湿状态，明显改变岩石润湿性，降低油—岩层间的界面张力，释放储层岩石颗粒表面碳氢化合物，清洁油岩，使原油易于从岩石表面剥离下来。在这个过程中，酶的数量（即浓度）只影响剥离油的速度（即：单位时间内，从固体表面剥离多少油）。经过这一过程后，固体的润湿性被改变，变得不再亲油。而油的分子并没有任何改变

（2）清理产液通道及降低液体流动阻力

油田在开采过程中，岩石中易产生微颗粒的松动与运移，加之以颗粒为中心形成油、蜡包裹体，堵塞油层正常通道。当使用酶解堵剂后，固体（砂粒）与包裹的油、蜡分离，疏通了被堵塞的油、水通道，提高了近井地层渗透能力，降低了液体流动阻力。对于微生物进不去的孔隙，生物酶解堵剂成分可以渗流进去。生物酶解堵剂通过渗流作用进入微小孔道，将原油剥落降粘带出孔隙，并将岩心转变为水湿。生物酶解堵剂使用条件比较宽松，不像微生物因为环境的变化考虑存活问题

（3）稠油降粘及改善原油流变特性

生物酶解堵剂具有良好的降粘作用和一定的降解作用，包括将饱和蜡选择性降解为不饱和烯烃的能力，降低原油粘度，从而降低了原油在地层孔隙中的流动阻力;通过改善粘度比和提高流速，将孤立原油降粘稀释，让油滴在地层中聚集，连成片，成为稀释油。和普通原油相比，稠油中胶质与沥青质含量较高，而且随着胶质和沥青质的增加，轻质馏分进一步减少，原油的相对密度和粘度同时增加，原油的流变性进一步恶化。只有当原油含胶质和沥青质极少时是一种真溶液状态，大多数原油并不是以完全的真溶液状态存在，而是以一种相对稳定的胶体分散体系存在，其分散相是以沥青质为核心，以胶质为溶剂而构成的胶束，其分散介质主要由油和部分胶质组成，而分散介质的芳香度必须足够高才能使体系稳定。解堵剂中的酶，通过催化反应，保持了相对稳定的分散体系，并能阻止沥青的聚合沉降，改善原油的流动性。

3.3 生物酶压裂

生物酶压裂技术，通过特殊提纯的SUN-Y100生物酶的生物催化作用，将高分子聚合物-瓜胶的骨架键断裂，使其降解为低分子量聚合物，快速清除聚合物残渣，提高油气渗透率，让油气井达到最佳的投产状态，取得良好的经济成果。这种多功能生物酶适用于瓜尔胶、胡芦巴胶、魔芋胶、胡麻胶、香豆胶等植物胶的破胶降粘，具有降低裂缝滞留残渣，提高裂缝的渗透性能，提高水基压裂增产效率的作用。依据测试结果，SUN-Y100生物酶破胶剂具有比传统破胶剂提高40-60%采油效率和90%天然气的开采效率。