專利名稱：酶-微生物偶聯壓裂液體系及其制備和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物壓裂液體系，具體地說是一種新穎油田植物膠綠色環保和生物質 可利用的水基壓裂液體系及其制備。
背景技術：
油田水力壓裂是造成地層大量化學污染和聚合物傷害的作業之一。施工中要在 壓裂液中加入多種化學添加劑，對地層本源微生物傷害較大，生物利用率低，破膠效果不 好。根據美國150次水力壓裂作業進行的分析顯示，壓裂泵入的聚合物平均返排率僅有 35% -45%，殘留在底層的聚合物，容易形成濾餅，堵塞孔喉，對地層造成傷害。這種傷害很 難解除，如遇水敏型地層，還會形成死壓，嚴重影響壓裂增產效果。從20世紀80年代以來，許多國家開展了推廣MEOR方法提高原油采收率的探索， 經過十多年的努力，此項技術取得了極大進展。美國1991年把MEOR列為傳統的熱驅、化學 驅、氣驅之后的第四種提高采收率的方法，并在許多油田應用，取得了投入產出比為1 5 的良好效果。我國從20世紀90年代以來在一些油田，如大港、遼河、勝利，相繼開展了 MEOR 的研究與應用，也取得了一定的成效。其原理為微生物在生長代謝過程中，以外源碳水化合 物或原油中的正構烷烴作為自身生長的碳源，或者產生生物表面活性劑改變原油的碳鏈組 成；另一方面，微生物生長時釋放出的生物酶，可以降解原油，使原油碳鏈斷裂，高碳鏈原油 變成低碳鏈原油，重組分減少，輕組分增加，凝固點和粘度降低，從而起到降粘、防蠟提高原 油流動性的作用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可高效降低地層傷害，提高壓裂增產效果的壓裂體 系。它應具有降解殘膠、減少殘渣，破膠后破膠液可被本源和外源微生物利用、從而達到解 除地層傷害、工藝簡單可行等特點。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為酶-微生物偶聯壓裂液體系，其為水基壓裂液體系主要有植物膠、生物助劑、交聯 劑、微生物、水配制而成。上述組分按重量比計，由植物膠聚合物0. 30-0. 55%，生物殺菌劑 0. 002-0. 2 %，生物助排劑0. 025-0. 05 %，前置液生物優化劑0. 05-0. 1 %，微生物強化增產 劑0.05-0. 1%，粘土穩定劑1-3%, pH值調節劑，生物酶破膠劑10-30mg/L，余量為水。上 述組分按常規方法混合攪拌即可。本發明巖心滲透恢復率可達92%，使用六轉速粘度計 170S—1的剪切速率剪切Ih內粘度大于lOOmpa. s，破膠后殘渣量小于80mg/L，悶井5_10天 后，殘渣量小于20mg/L。酶-微生物偶聯壓裂液對滲透率的傷害率小于10%，井下溫度在 80°C以下均可使用，壓裂后無需返排或延遲返排。植物膠聚合物為瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠或其它瓜爾膠衍生物中的一種或多種；生物殺菌劑為桿菌肽、多粘菌素、產抑菌劑的微生物或其它具有相同效果的生物 殺菌劑中的一種或多種；
生物助排劑為脂肽類生物表面活性劑、糖脂類生物表面活性劑、磷脂類表面活性 劑或其它具有相同效果的生物表面活性劑中的一種或多種；酶破膠劑為耐酸耐堿、耐溫的β -甘露聚糖酶、纖維素酶、漆酶或其它具有相同效 果的生物酶中的一種或多種；粘土穩定劑為KCl。ρΗ調節劑為檸檬酸或碳酸氫鈉，其將壓裂液體系最終PH值調為8. 5-9. 5。在壓裂體系中添加利于增產的前置液生物優化劑，其用量按重量比計為壓裂體系 的 0. 05-0. 1 % ；其成分按質量比計為磷酸二氫鉀8-12%，磷酸氫二鉀3-8%，氨水1-3%，磷酸 0. 5-3% ；其制備方法為1)按濃度比稱量磷酸二氫鉀8_12g，磷酸氫二鉀3_8g于燒杯中備用；2)按質量比量取氨水l_3g、磷酸0. 5_3g，加水50g于燒杯中混合均勻。3)將1中稱量好的磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀加入2)的體系中，再加入50g水至藥 品完全溶解。在壓裂體系中添加利于增產的微生物強化增產劑，其用量按重量比計為 0. 05-0. 1% ；成分為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌或其它具有相同降解瓜爾膠破膠殘渣效 果的單一菌或多種菌的復配菌劑。為獲得具有一定粘彈性的凍膠狀水基壓裂液體系，在壓裂體系中所使用 的交聯劑為硼砂或有機硼，其用量為l_1.5wt%硼砂或有機硼的水溶液，交聯比為 100 5-100 10。所述水基壓裂液體系的制備方法，首先配制質量濃度為0. 3-0. 55%的瓜爾膠基 液，再將生物助排劑、生物殺菌劑、生物酶、前置液生物優化劑、微生物強化增產劑按權利要 求1所述的比例加入，最后加入交聯劑進行交聯，使其成為具有一定粘彈性的凍膠。所述水基壓裂液體系在石油和天然氣壓裂中的應用，其特征在于利用此壓裂液 體系進行破膠實驗，壓裂溫度下保溫lh，壓裂液粘度> IOOmpa. s，其破膠殘渣量彡80mg/L, 破膠時間為2-3h，破膠液粘度為l-5mpa · s。利用此壓裂液體系進行壓裂施工，施工后壓裂液無需返排或延遲返排，悶井5-10 天后，進一步殘膠、殘渣被微生物降解，降解后殘渣量彡20mg/L ；其中微生物強化增產劑可利用殘膠、殘渣生成有機酸、有機酮、有機酯及生物表面 活性劑等有利于原油增產的物質；且所用細菌，為可形成有機酸、有機酯、有機酮或生物表面活性劑等有利于原油增 產物質的天然細菌；所用細菌可耐受溫度范圍為20 80°C，礦化度范圍為0 100000mg/L，兼性好氧。本發明將原有水基壓裂液中的化學助排劑用生物助排劑替代，化學殺菌劑用生物 殺菌劑替代，化學破膠劑用生物酶破膠劑替代，并加入粘土穩定劑和PH調節劑及利于油氣 藏增產的前置液生物優化劑和微生物強化增產劑，然后進行交聯，即可形成復合壓裂要求 的粘彈性凍膠體，即酶與微生物偶聯壓裂液；利用此壓裂液體系對井溫為30-80°C的油氣 井進行壓裂施工，可達到殘渣量少，壓裂傷害低，入井壓裂液可不返排，提高增產效果的目 的。
本發明優點在于本發明所制綠色壓裂液體系與目前油田現行使用的傳統化學體系的技術優勢在 于1)具有傳統壓裂液凍膠交聯和流變性的所有特性；2)所用替代的生物助劑(破膠劑， 助排劑，殺菌劑，減阻劑，破乳劑，乳化劑)均為生物可降解低毒或無毒綠色生物制劑；3)破 膠徹底，破膠時間可控；4)含有氮磷前置液生物優化劑不僅具有降摩阻作用，也為本源和 外源微生物提供了必要營養，促進壓裂殘膠的降解，并生成生物表面活性劑。5)該體系對巖 心傷害小于10% (化學法30-37%，酶法21-27% )，開采過程中，注入的外源微生物及激活 的本源微生物可持續降低壓裂傷害，生成有機酸、有機酮、有機酯、生物表面活性劑等物質， 可持續提高裂縫導流能力；6)此壓裂液體系壓裂施工后，可不返排或延遲返排。
圖1瓜爾膠流變性圖。
具體實施例方式實施例1一種用于石油和天然氣開采的新型水基壓裂液的制備是通過以下方式實現的1)按重量比稱取植物膠聚合物0. 45g，在高速攪拌的條件下，勻速加入IOOmL的水 中，配制成瓜爾膠基液。2)加入生物殺菌劑0. 02g，生物助排劑0. 025g，前置液生物優化劑0. 05g，微生物 強化增產劑0. lg，粘土穩定劑2g，生物酶破膠劑30mg/L。3)加入pH調節劑調節pH值至8. 5-9. 5。4)加入交聯劑進行交聯，交聯劑為1. 5襯％硼砂水溶液，加入量為5mL，同時輕輕 攪拌，即可得到用于壓裂的凍膠。一種前置液生物優化劑的制備方法，其作用是激活油井本源微生物，并為外源微 生物提供營養源，其制備是通過以下方式實現的1)稱量磷酸二氫鉀8g，磷酸氫二鉀3g放置備用；2)按體積比取氨水lmL、磷酸0. 5mL,加水50mL混合均勻。3)將1)中稱量好的磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀加入2)的體系中，再加入50g水至 藥品完全溶解。施工具體流程1、按上述配方配置瓜爾膠基液40m32、在混砂車混入沙粒，同時緩緩加入破膠劑，用量為2kg/井左右。交聯后用泵車 泵入井下。3、破膠后破膠液不返排，悶井5 10天。其施工結果如下 由上述實驗數據顯示，采用本發明酶-微生物偶聯的壓裂體系的井，在破膠后不 返排的情況下，日產油量可達3-10倍之多，可見此發明增加采油效果非常明顯。實施例2試劑配制如實施例1中所述，施工方案1、按上述配方配置瓜爾膠基液40m32、在混砂車混入沙粒，同時緩緩加入破膠劑，用量為2kg/井左右。交聯后用泵車 泵入井下。3、破膠液延遲2_3h返排，其施工結果如下 由上述實驗數據顯示，采用本發明酶-微生物偶聯的壓裂體系的井，在破膠后延 遲返排的情況下，日產油量明顯增加，可見此發明的使用方案可以增加一半的采油量。
實施例3降低殘渣量，用巖心滲透率測定儀、巖心孔隙度測定儀、巖心真空加壓飽和裝置等 做如下試驗。試劑配制如實施例1所述，選用三塊同一地層的巖心，巖心初始數據如下巖心物性參數表 通過1#巖心的破膠液是以過硫酸銨為破膠劑，通過2#巖心的破膠液是僅以生物 酶為破膠劑，通過3#巖心的破膠液是以酶_微生物偶聯體系為破膠劑。用儀器測定巖心傷 害。實驗流程如下1、巖心正向注入煤油，直至飽和。講口壓力保持在20MPa左右，出口壓力保持在 0. 2MPa左右。測定滲透率。2、破膠液過濾后，反向注入巖心，注入量達到2PV。3、再次正向注入煤油，直至飽和。測定滲透率。4、通過前后滲透率變化關系計算得巖心傷害。評價及殘渣量結果如下 由上述實驗數據顯示，采用本發明酶-微生物偶聯的壓裂體系做巖心傷害實驗， 傷害率從原來的31. 6%下降到了 7. 07%，殘渣量從以前的548mg/L下降到117mg/L，可見此 發明對降低巖層傷害效果非常明顯。實施例4為了證明該發明體系對增稠劑的流變性無影響，試劑按實施例1配制1)按重量比稱取植物膠聚合物0. 45g，在高速攪拌的條件下，勻速加入IOOmL的水 中，配制成瓜爾膠基液。
2)加入生物殺菌劑0. 02g，生物助排劑0. 025g，前置液生物優化劑0. 05g，微生物 強化增產劑0. lg，粘土穩定劑2g，生物酶破膠劑30mg/L。3)加入pH調節劑調節pH值至8. 5-9. 5。4)加入交聯劑進行交聯，交聯劑為1. 5襯％硼砂水溶液，加入量為5mL，加入同時 輕輕攪拌，即可得到用于壓裂的凍膠。用流變儀測定瓜爾膠凍膠流變性，其結果如圖1。由上述實驗數據顯示，采用本發明酶-微生物偶聯的壓裂體系做的流變性實驗， 在時間到Ih時壓裂液的粘度仍然能保持到IOOmpa-S以上，可見此發明完全符合壓裂液要 求。
權利要求
酶-微生物偶聯壓裂液體系，其為水基壓裂液體系，其特征在于按重量比計，該壓裂液體系的組成為植物膠聚合物0.30-0.55％，生物殺菌劑0.002-0.2％，生物助排劑0.025-0.05％，前置液生物優化劑0.05-0.1％，微生物強化增產劑0.05-0.1％，粘土穩定劑1-3％，pH值調節劑，酶破膠劑10-30mg/L，余量為水。
2.根據權利要求1所述的壓裂液體系，其特征在于植物膠聚合物為瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠或其它瓜爾膠衍生物中的一種或多種；生物殺菌劑為桿菌肽、多粘菌素、產抑菌劑的微生物或其它具有相同效果的生物殺菌 劑中的一種或多種；生物助排劑為脂肽類生物表面活性劑、糖脂類生物表面活性劑、磷脂類表面活性劑或 其它具有相同效果的生物表面活性劑中的一種或多種；酶破膠劑為耐酸耐堿、耐溫的β -甘露聚糖酶、纖維素酶、漆酶或其它具有相同效果的 生物酶中的一種或多種；粘土穩定劑為KCl。
3.根據權利要求1所述的壓裂液體系，其特征在于PH調節劑為檸檬酸、谷氨酸、天冬氨酸或碳酸氫鈉，其將壓裂液體系最終pH值調為 8. 5-9. 5。
4.根據權利要求1所述的水基壓裂液體系，其特征在于在壓裂體系中添加利于增產的前置液生物優化劑，其用量按重量比計為壓裂體系的 0. 05-0. 1% ；其成分由質量比計為磷酸二氫鉀8-12%，磷酸氫二鉀3-8%，氨水1-3%，磷酸 0. 5-3%，余量為水組成；其制備方法為1)按濃度比稱量磷酸二氫鉀8-12g，磷酸氫二鉀3-8g于燒杯中備用；2)按質量比量取氨水l_3g、磷酸0.5-3g，加水50g于燒杯中混合均勻；3)將1中稱量好的磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀加入2)的體系中，再加入50g水至藥品完 全溶解。
5.根據權利要求1所述的壓裂液體系，其特征在于在壓裂體系中添加利于增產的微生物強化增產劑，其用量按重量比計為0. 05-0. 1% ； 成分為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌或其它具有相同降解瓜爾膠破膠殘渣效果的單一菌 或多種菌的復配菌劑。
6.根據權利要求1所述的壓裂液體系，其特征在于為獲得具有一定粘彈性的凍膠狀 水基壓裂液體系，在壓裂體系中所使用的交聯劑為硼砂或有機硼，其用量為1-1. 5襯％硼 砂或有機硼的水溶液，交聯比為100 5-100 10。
7.根據權利要求1所述壓裂液體系的制備方法，其特征在于首先配制質量濃度為0. 3-0. 55%的瓜爾膠基液，再將生物助排劑、生物殺菌劑、生物 酶、前置液生物優化劑、微生物強化增產劑按權利要求1所述的比例加入，最后加入交聯劑 進行交聯，使其成為具有一定粘彈性的凍膠。
8.根據權利要求1所述壓裂液體系在石油和天然氣壓裂中的應用，其特征在于利用 此壓裂液體系進行破膠實驗，壓裂溫度下保溫lh，壓裂液粘度> IOOmpa. s，其破膠殘渣量(80mg/L，破膠時間為2-3h。
9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于利用此壓裂液體系進行壓裂施工，施工后 壓裂液無需返排或延遲返排，悶井5-10天后，破膠殘膠、殘渣被微生物降解，降解后殘渣量 (20mg/L ；其中微生物強化增產劑可降解殘膠、殘渣并生成有機酸、有機酮、有機酯及生物表面活 性劑等微生物次級代謝產物有利于原油增產的物質；所用細菌可耐受溫度范圍為20 80°C，礦化度范圍為0 100000mg/L，兼性好氧。
全文摘要
本發明涉及壓裂液體系，具體地說是一種用于石油和天然氣開采的新型水基壓裂酶-微生物偶聯壓裂液體系，將原有水基壓裂液中的化學助劑用具有相同作用的生物助劑替代，輔以加入外源微生物降解殘渣、殘膠作用，極大地提高破膠效率，降低地層傷害。按重量比計，該壓裂液體系的組成為植物膠聚合物0.30-0.55％，生物殺菌劑0.002-0.2％，生物助排劑0.025-0.05％，前置液生物優化劑0.05-0.1％，微生物強化增產劑0.05-0.1％，粘土穩定劑1-3％，pH值調節劑，酶破膠劑10-30mg/L，余量為水。本發明通過最大程度上使用無毒無害天然產物替代有毒有害化學助劑，達到注入地層的入井液生物可降解，節能減排、環境友好的目的，是較為理想的壓裂液體系。
文檔編號E21B43/26GK101880523SQ20101021594
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月2日 優先權日2010年7月2日
發明者付步飛, 劉文靜, 劉潤海, 劉瀅, 杜國豐, 楊平, 梅曉丹, 王平, 趙靜, 陳琛 申請人:大連百奧泰科技有限公司