生物酶与过硫酸铵对羟丙基瓜胶压裂液破胶的对比研究

摘要：文章首先介绍了研究所选取的材料、应用的方法以及涉及到的基本原理，然后分别介绍了过硫酸铵破胶技术与生物酶破胶技术的原理和特点，探讨了二者与油层水配伍的特点，着重对二者的破胶性能以及残留液进行了对比，分析了二者在实际应用中的区别，最后做出了总结，希望能够进一步促进破胶技术和水平的提高。

关键词：生物酶；过硫酸铵；羟丙基；瓜胶压裂液；破胶

1 压裂液技术综述

采用压裂技术是提高低渗油气井产量的关键技术，因此，压裂水平的高低与油田开发的效率、质量和效益息息相关。当前，我国的大部分油田都是通过将植物胶作为稠化剂来实现开采的，由于应用的是水基压裂液体系，这就会引发一定程度的聚合物伤害，所以还需要应用破胶剂来对聚合物进行破解。如果不能有效实现对聚合物的破解就会大大减小油气井的产量。

另外，对于那些低渗油气井，往往由于埋藏深度较小而决定了其周围温度相对较低，再加上油层的物理性能十分低，这就更加需要应用压裂技术来实现油气的有效开采。压裂液破胶性能的高低直接关系着油气井的增产、对底层的损害大小等。本文通过对生物酶破胶性能与过硫酸铵破胶性能进行对比研究，希望能够寻找到一个成本更低、效益更高、对底层伤害更小的开采手段，进一步促进我国油气开采水平的提高。

2 过硫酸铵与生物酶破胶技术原理及特点

2.1 生物酶的破胶原理及特点

压裂液中所应用到的生物酶我们称之为半乳甘露聚糖，这种生物酶中含有具备水解酶性质的β-1，4-糖苷键以及α-1，6-糖苷键，这些糖苷键能够起到催化β-1，4-糖苷键以及α-1，6-糖苷键断裂的作用，而瓜胶正是由β-1，4-糖苷键以及α-1，6-糖苷键链接成的，因此能够对其起到良好的催化作用，使其分解成为无法还原的单糖或者二糖。有效提高了瓜胶的降解程度，使其能够最大限度地从地层内排出。

2.2 过硫酸铵的破胶原理及特点

过硫酸铵实现破胶作用的原理：通过分解得到的带有硫酸根的自由基与瓜胶中的缩醛键发生化学反应来实现破胶，由于该化学反应为链式，所以同样可以达到良好的破胶速率。另外，过硫酸铵相对生物酶而言更容易获得，所以其应用十分普遍，成本也比较低。其不足之处在于，过硫酸铵对温度条件的要求比较高，当温度低于52℃时，往往需要借助一些激活剂才能发挥破胶的性能，并且往往速率较慢，效果也不理想，这时候会出现较大程度的植物胶残留。而当温度相对较高的时候，虽然能够达到很高的破胶速率，但是破胶速率却无法得到有效控制，另外能够持续反应的时间也十分短暂。

通过以上分析可以看出过硫酸铵是借助氧化反应来发挥破胶作用的，对于温度条件的要求比较严苛，难以实现持续破胶并且存在大量的残留。而生物酶是通过催化降解来发挥破胶功能的，生物酶的活性较强，几乎不会受到温度的影响，反应速率较快，对瓜胶的降解也比较彻底，可以达到理想的破胶效果。

3 过硫酸铵、生物酶同油层水的配伍性研究

3.1 生物酶同油层水配伍的特点

压裂液配制中应用到的半乳甘露聚糖酶，是一种易溶并且具备较高的润湿效果的生物酶，能够理想地均匀溶解于基液之中，因此能够对瓜胶实现均匀而彻底的降解。并且这种生物酶在pH值介于6～10之间时具备较好的活性，压裂液中的钙离子、镁离子、钠离子以及氯离子、碘等的存在依然不会使酶的活性消失，所以依然可以进行有效的降解。

3.2 过硫酸铵同油层水配伍的特点

在对压裂液进行配制的过程中，对于过硫酸铵投入量的控制难度较大。因为投入量过少会大大降低瓜胶分解的程度，使压裂液中存在大量的残留，进而会使支撑剂的导流受到干扰，油层的物理性能被严重破坏，而过硫酸铵投入量较大，就会直接增加溶液中的过硫酸根含量，油层水进行压裂后会含有大量的钙离子、镁离子，它们与过硫酸根结合会形成难溶于水的硫酸钙、硫酸镁等沉淀，可能会导致油层的孔隙拥堵，严重破坏油层的物理性能。因此，这也成为采用过硫酸铵进行压裂液的配制难题。

3.3 生物酶与压裂液配伍的特点

具体实验数据如表1所示。

通过表1数据可以看出，杀菌剂会对半乳甘露聚糖酶的破胶产生一定的抑制干扰，但一段时间后会达到有效破胶，稳定剂、助排剂等都能够实现同半乳甘露聚糖酶的良好配伍，帮助破胶的高效、顺利进行。

4 生物酶与过硫酸铵在破胶性方面的对比

表3 二者的残液含量对比

名称 不存在破胶剂 过硫酸铵 生物酶

残液含量（mg/L） 235 187 76

破胶结束后，通过对不存在破胶剂、添加了过硫酸铵破胶剂、添加了生物酶破胶剂的溶液进行离心称量可以看出，利用生物酶破胶更为彻底和迅速，尤其是在实验进行到60min时，生物酶的破胶程度显著高于过硫酸铵的破胶程度，通过残液含量数据可以看出，生物酶几乎降解了全部的瓜胶，而过硫酸铵虽然起到了一定的破胶作用，但是效果不甚理想。

5 结语

总而言之，采用生物酶进行破胶更为彻底、速率更快、残渣更少，而添加过硫酸铵达到的破胶效果介于不添加破胶剂和添加了生物酶破胶剂之间，但是通过具体的数值可以看出生物酶的破胶效果远远优于过硫酸铵。另外，还可以得出结论：采用生物酶进行破胶更能起到保护地层的结构，因此非常适用于低渗油气开采情况，值得推广和应用。

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