生物酶在石油開采中的應(yīng)用研究

趙重陽?朱李梁?吳南

摘 要：生物酶是從自然界提取的生物制劑，可生物降解，迅速剝離近井地帶結(jié)晶、堆積在巖石顆粒上的蠟及瀝青質(zhì)，使巖石潤濕性由油濕轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂瘢档驮驮诘貙涌障吨械牧鲃幼枇?，對設(shè)備、環(huán)境和人員無傷害，具有經(jīng)濟、高效、環(huán)保的特點。該技術(shù)已經(jīng)在許多大型油田成功應(yīng)用，并取得非常好的效果。

關(guān)鍵詞：生物酶;解堵技術(shù);研究與應(yīng)用

1.生物酶

生物酶是一種非酸解堵劑，是由酶主導(dǎo)的多種天然提取物，其主要成分為營養(yǎng)激活劑（BVA等）、蛋白質(zhì)-復(fù)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釋放固體表面原油的能力，這是由生物酶自身剝離原油的生物性質(zhì)所決定的。生物酶分子是兩極性分子，當其遇到油--固體混合物時，其親油性首先發(fā)揮作用，可以將近井地帶結(jié)晶、堆積在巖石顆粒上的蠟及瀝青質(zhì)剝落下來，接著生物酶附著在固體表面，使其它油分子不能再附著這部分固體。

生物酶可以改變巖石潤濕性，使其由油濕轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂?，降低原油在地層空隙中的流動阻力，使原油從巖石顆粒表面釋放，從微孔隙中析出，并使流動的油滴在地層中聚集。同時生物酶還具有一定的降粘、降解作用，可將飽和蠟降解為不飽和烯烴。

由于生物酶具有溶于水不溶于油的特性，進入水中的酶分子，可以被水運送到砂巖地層周圍更遠的地帶，并打開新的流通通道，在砂巖地層中產(chǎn)生新的出油通道，達到驅(qū)油、提高采收率的目的。

2.生物酶的結(jié)構(gòu)

生物酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)。象其他蛋白質(zhì)一樣，酶分子由氨基酸長鏈組成。其中一部分鏈成螺旋狀，一部分成折疊的薄片結(jié)構(gòu)，而這兩部分由不折疊的氨基酸鏈連接起來，而使整個酶分子成為特定的三維結(jié)構(gòu)。

3.生物酶的特性

3.1 高效性

用酶作催化劑，酶的催化效率是一般無機催化劑的107～1013倍。

3.2 專一性

一種酶只能催化一類物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，即酶是能促進特定化合物、特定化學(xué)鍵、特定化學(xué)變化的催化劑。

3.3 低反應(yīng)條件

酶催化反應(yīng)不象一般催化劑需要高溫、高壓、強酸、強堿等劇烈條件，而可在較溫和的常溫、常壓下進行。

3.4 易變性失活

在受到紫外線、熱、射線、表面活性劑、金屬鹽、強酸、強堿及其它化學(xué)試劑如氧化劑、還原劑等因素影響時，酶蛋白的二級、三級結(jié)構(gòu)有所改變。所以在大生產(chǎn)時，如有條件酶還可以回收利用。

3.生物酶在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 生物酶的解堵

生物酶通過誘導(dǎo)和自發(fā)滲吸作用進入微觀孔道，清洗、剝落油膜，潔凈油砂;降低油水界面張力，加強擴散作用，提高水分子活化能;降低原油重質(zhì)成分及粘度，改善粘度比，讓油滴在地層中聚集，連成片成為稀釋油墻;提高原油流動能力，提高流速，提高開采壓力梯度、提高油壓;吸附在巖心表層，巖石潤濕性改變，穩(wěn)定油藏，改善孔吼，提高滲流效率;自破乳效果明顯，回收藥劑可以二次應(yīng)用。

3.2 生物酶驅(qū)油

（1）改變巖石潤濕性

生物酶可以使儲層巖石表面的潤濕性從油濕向水濕轉(zhuǎn)化，從而改變儲層巖石的潤濕狀態(tài)，明顯改變巖石潤濕性，降低油—巖層間的界面張力，釋放儲層巖石顆粒表面碳氫化合物，清潔油巖，使原油易于從巖石表面剝離下來。在這個過程中，酶的數(shù)量（即濃度）只影響剝離油的速度（即：單位時間內(nèi)，從固體表面剝離多少油）。經(jīng)過這一過程后，固體的潤濕性被改變，變得不再親油。而油的分子并沒有任何改變

（2）清理產(chǎn)液通道及降低液體流動阻力

油田在開采過程中，巖石中易產(chǎn)生微顆粒的松動與運移，加之以顆粒為中心形成油、蠟包裹體，堵塞油層正常通道。當使用酶解堵劑后，固體（砂粒）與包裹的油、蠟分離，疏通了被堵塞的油、水通道，提高了近井地層滲透能力，降低了液體流動阻力。對于微生物進不去的孔隙，生物酶解堵劑成分可以滲流進去。生物酶解堵劑通過滲流作用進入微小孔道，將原油剝落降粘帶出孔隙，并將巖心轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂瘛Ｉ锩附舛聞┦褂脳l件比較寬松，不像微生物因為環(huán)境的變化考慮存活問題

（3）稠油降粘及改善原油流變特性

生物酶解堵劑具有良好的降粘作用和一定的降解作用，包括將飽和蠟選擇性降解為不飽和烯烴的能力，降低原油粘度，從而降低了原油在地層孔隙中的流動阻力;通過改善粘度比和提高流速，將孤立原油降粘稀釋，讓油滴在地層中聚集，連成片，成為稀釋油。和普通原油相比，稠油中膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量較高，而且隨著膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的增加，輕質(zhì)餾分進一步減少，原油的相對密度和粘度同時增加，原油的流變性進一步惡化。只有當原油含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)極少時是一種真溶液狀態(tài)，大多數(shù)原油并不是以完全的真溶液狀態(tài)存在，而是以一種相對穩(wěn)定的膠體分散體系存在，其分散相是以瀝青質(zhì)為核心，以膠質(zhì)為溶劑而構(gòu)成的膠束，其分散介質(zhì)主要由油和部分膠質(zhì)組成，而分散介質(zhì)的芳香度必須足夠高才能使體系穩(wěn)定。解堵劑中的酶，通過催化反應(yīng)，保持了相對穩(wěn)定的分散體系，并能阻止瀝青的聚合沉降，改善原油的流動性。

3.3 生物酶壓裂

生物酶壓裂技術(shù)，通過特殊提純的SUN-Y100生物酶的生物催化作用，將高分子聚合物-瓜膠的骨架鍵斷裂，使其降解為低分子量聚合物，快速清除聚合物殘渣，提高油氣滲透率，讓油氣井達到最佳的投產(chǎn)狀態(tài)，取得良好的經(jīng)濟成果。這種多功能生物酶適用于瓜爾膠、胡蘆巴膠、魔芋膠、胡麻膠、香豆膠等植物膠的破膠降粘，具有降低裂縫滯留殘渣，提高裂縫的滲透性能，提高水基壓裂增產(chǎn)效率的作用。依據(jù)測試結(jié)果，SUN-Y100生物酶破膠劑具有比傳統(tǒng)破膠劑提高40-60%采油效率和90%天然氣的開采效率。