油氣田開發新技術第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六內容提要生物酶概述

生物酶在油氣工業開采中的應用鉆井液污染清除酶基酸化處理技術生物酶壓裂破膠劑

1第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六1、生物酶概述

生物酶是高分子的氨基酸聚合物,主要作為一種加速有利于生命體化學反應的催化劑，通常在比較溫和的pH和溫度環境下發生作用。不同生物酶具有不同的催化活性，并且是極度專一。生物酶通常在水中的溶解性非常好，并且不會造成嚴重環境問題，而且往往來代替一些對環境有害的化學處理方法。作為工業酶有許多不同來源，像細菌、真菌。這些酶專一催化反應能力使得在許多主要工業中得到了應用。2第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六

基因工程是在基因信息庫中，用來分離單個有用生物酶基因編碼，并且通過蛋白工程提高生物酶性能。自然界中生物酶非常高的耐溫、耐鹽以及對重金屬離子、表面活性劑具有抵抗能力特性，通過現代生物酶工程和篩選技術來實現。因此，耐溫、pH和耐鹽自然環境條件下篩選出來的生物酶是工業生物酶主要來源。3第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六2、生物酶在油氣工業開采中的應用

現代生物技術使得生物酶具有適應油氣儲層條件的能力，相對于傳統化學技術提供了另一種選擇。生物酶被應用于降解不需要的化學物質，或者產生希望得到的化學物質。根據實際生產的需求以及生物酶的作用原理，生物酶在油氣田生產過程中可以被應用在以下幾種工程中：4第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六較長水平段水平井和多分支井面臨主要問題之一就是井筒清除，目前應用最廣的水基鉆井液，它們所產生的濾餅對改造層造成相當大的傷害，對鉆井液濾餅分析結果表明，主要有固體顆粒和降濾失劑多糖聚合物組成。通常，各種水平井聚合物鉆井液中均含有高分子聚合物，聚合物不完全降解形成的大分子量產物和未被分解的濾餅是形成聚合物傷害的兩種主要形式。2.1鉆井液污染清除5第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六

目前對于水平井鉆井液濾餅清除以生物酶為基礎技術主要有以下幾種：

（1）降解聚合物的生物酶和物理清除

（2）降解生物聚合物的生物酶和CaCO3橋堵劑的有機酸或者可以在儲層條件下生成有機酸的脂類。

6第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六（1）生物酶與物理方法結合清除技術

目前生物酶與物理機械法結合清除技術主要有兩種：①生物酶與高壓水力噴射漩流結合清除技術②生物酶與礫石充填循環分離裝置結合清除技術。7第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六生物酶與高壓水力噴射漩流結合清除技術：主要針對不同滲透率多分支井。生物酶主要作用是降解滲透率較低、濾失較小的儲層鉆井液濾餅中的聚合物纖維素和淀粉。物理機械法主要利用一種高壓水力噴射裝置，原理是通過裝置中的一個噴嘴形成的水壓來清除液體濾失比較大的分支井中的濾餅。這種方法與單純酸化和氧化過程不同，生物酶只對其特有的作用底物有降解能力，而對其它物質不起活化作用,因此可以避免和消除因使用酸或氧化劑而產生的諸多副作用。同時，在高滲地層，由于生物酶處理液濾失，造成生物酶用來增大，從而處理成本增高，且達不到應有的處理效果，利用高壓水力噴射技術可以避免這一情況出現。8第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六生物酶與礫石充填循環分離裝置結合清除技術：主要針對海洋礫石充填完井的水平井。這種新技術是通過循環分離裝置，將生物酶濾餅清除劑和礫石充填液分離開，在礫石充填后，保持礫石充填液留在中心管，生物酶處理劑在被處理區域進行循環處理，循環可以通過沖洗管注入、從沖洗管和中心管環空中返出。這樣可以有以下好處。首先，可以保證礫石充填的連續性，同時確保生物酶清除劑與濾餅在整個區域充分接觸。其次，這個過程將礫石充填、生物酶處理液與聚合物濾餅長時間的浸泡、注入清除橋堵劑HCl溶液三個過程合為一個工序，降低施工難度。此技術的關鍵是在礫石充填過程中，濾餅清除時間要長，也就是生物酶與濾餅中聚合物反應時間要長。9第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六(2)生物酶與有機酸濾餅清除技術目前常用鉆井液形成的濾餅中不僅含有降濾失劑多糖聚合物，而且還含碳酸鈣或地層礦物質顆粒，而生物酶不能溶解這些固體顆粒。因此，為了降解濾餅中聚合物和碳酸鈣或可溶于酸的地層礦物，就將碳酸鈣溶解劑和生物酶配合使用。由于生物酶和常規鹽酸配伍性差，往往不能同時應用來進行水平井濾餅清除和儲層改造。直到最近，國外開始利用一些脂類化合物在儲層條件下可以緩慢生成有機酸（甲酸或乳酸），與生物酶具有很好的配伍性，同時，碳酸鈣和有機酸的反應速度比較慢，這能夠保證生物酶與有機酸濾餅清除有效性。10第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六2.2酶基酸化處理技術酶基酸化工藝打破了常規的“活性酸反應降速”思維模式，它最初的流體中完全不含酸，但卻能根據需要在速度得到控制的情況下生成酸。這一工藝是由一種酯性基質(可被酶分解的化學物質)與酯酶在地層內反應生成有機酸(通常是醋酸)達到目的。這種酸化工藝中使用的酶能耐高鹽、高溫和高壓。對整個酸液生成過程(即酸生成的速度和數量)的控制則通過使用酶催化劑來實現。

11第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六由于該流體的活性很低，且只在到達井筒或油層后才開始生成酸液，所以對井筒及施工設備基本沒有腐蝕，且它能有效地進入目的層，到達常規酸很難達到的地方。這種工藝有利于保護環境和操作人員的健康，因為它所有的成分和生成物都是低毒的，對環境沒有大的影響。

12第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六實驗結果表明，對于由水基、油基泥漿所致的傷害問題，用酶基酸化工藝處理十分有效，它在消除傷害的同時，還可獲得80％～100％的滲透率。酶基酸化技術為實現砂巖油井表皮系數為零以及碳酸鹽井表皮系數為負數提供了可能。酶基酸化處理技術現場應用主要針對碳酸巖儲層鉆井液傷害。試驗結果表明，8口井中，4口取得了預期效果，增產25％，4口并沒見到增產效果；利比亞進行了4口酶基酸化處理工藝技術試驗，返排液測試結果證明，達到了清除近井地帶鉆井液傷害目的，但并沒有獲得提高天然氣產量目的。因此，生物酶適合國內油氣田清除鉆井液傷害的應用還需進行更多試驗。13第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六

2.3生物酶壓裂破膠劑

壓裂施工中要在壓裂液中加入破膠劑，使聚合物凍膠破解，聚合物大分子分解成能自裂縫中返排出的較小分子。水力壓裂液中的聚合物若不能充分降解，會傷害到支撐劑充填層的導流能力及地層的原始滲透率，導致被處理井產能大幅度下降。酶作為破膠劑在國外已成熟使用多年，屬于生物催化劑。酶的高效性在于它在短時間內，能將大量的田菁或瓜膠等物徹底分解，且它只是參與反應過程，反應后又恢復原狀，繼續參加反應，其最大特點是破膠更徹底，對環境污染小。14第15頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六

3、結論及建議

（1）基于生物酶技術在油氣開采應用已經有比較長歷史，是目前提高油氣采收率主要手段之一。

（2）生物酶技術油氣開采中應用實例表明，并不是所有的井都能達到提高采收率目的。因此，生物酶對儲層適應性還需