酶-微生物偶联压裂液体系及其制备和应用
技术领域
本发明涉及生物压裂液体系，具体地说是一种新颖油田植物胶绿色环保和生物质可利用的水基压裂液体系及其制备。
背景技术
油田水力压裂是造成地层大量化学污染和聚合物伤害的作业之一。施工中要在压裂液中加入多种化学添加剂，对地层本源微生物伤害较大，生物利用率低，破胶效果不好。根据美国150次水力压裂作业进行的分析显示，压裂泵入的聚合物平均返排率仅有35％-45％，残留在底层的聚合物，容易形成滤饼，堵塞孔喉，对地层造成伤害。这种伤害很难解除，如遇水敏型地层，还会形成死压，严重影响压裂增产效果。
从20世纪80年代以来，许多国家开展了推广MEOR方法提高原油采收率的探索，经过十多年的努力，此项技术取得了极大进展。美国1991年把MEOR列为传统的热驱、化学驱、气驱之后的第四种提高采收率的方法，并在许多油田应用，取得了投入产出比为1∶5的良好效果。我国从20世纪90年代以来在一些油田，如大港、辽河、胜利，相继开展了MEOR的研究与应用，也取得了一定的成效。其原理为微生物在生长代谢过程中，以外源碳水化合物或原油中的正构烷烃作为自身生长的碳源，或者产生生物表面活性剂改变原油的碳链组成；另一方面，微生物生长时释放出的生物酶，可以降解原油，使原油碳链断裂，高碳链原油变成低碳链原油，重组分减少，轻组分增加，凝固点和粘度降低，从而起到降粘、防蜡提高原油流动性的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可高效降低地层伤害，提高压裂增产效果的压裂体系。它应具有降解残胶、减少残渣，破胶后破胶液可被本源和外源微生物利用、从而达到解除地层伤害、工艺简单可行等特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
酶-微生物偶联压裂液体系，其为水基压裂液体系主要有植物胶、生物助剂、交联剂、微生物、水配制而成。上述组分按重量比计，由植物胶聚合物0.30-0.55％，生物杀菌剂0.002-0.2％，生物助排剂0.025-0.05％，前置液生物优化剂0.05-0.1％，微生物强化增产剂0.05-0.1％，粘土稳定剂1-3％，pH值调节剂，生物酶破胶剂10-30mg/L，余量为水。上述组分按常规方法混合搅拌即可。本发明岩心渗透恢复率可达92％，使用六转速粘度计170S-1的剪切速率剪切1h内粘度大于100mpa.s，破胶后残渣量小于80mg/L，闷井5-10天后，残渣量小于20mg/L。酶-微生物偶联压裂液对渗透率的伤害率小于10％，井下温度在80℃以下均可使用，压裂后无需返排或延迟返排。
植物胶聚合物为瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶或其它瓜尔胶衍生物中的一种或多种；
生物杀菌剂为：杆菌肽、多粘菌素、产抑菌剂的微生物或其它具有相同效果的生物杀菌剂中的一种或多种；
生物助排剂为：脂肽类生物表面活性剂、糖脂类生物表面活性剂、磷脂类表面活性剂或其它具有相同效果的生物表面活性剂中的一种或多种；
酶破胶剂为耐酸耐碱、耐温的β-甘露聚糖酶、纤维素酶、漆酶或其它具有相同效果的生物酶中的一种或多种；粘土稳定剂为KCl。
pH调节剂为柠檬酸或碳酸氢钠，其将压裂液体系最终pH值调为8.5-9.5。
在压裂体系中添加利于增产的前置液生物优化剂，其用量按重量比计为压裂体系的0.05-0.1％；
其成分按质量比计为：磷酸二氢钾8-12％，磷酸氢二钾3-8％，氨水1-3％，磷酸0.5-3％；其制备方法为：
1)按浓度比称量磷酸二氢钾8-12g，磷酸氢二钾3-8g于烧杯中备用；
2)按质量比量取氨水1-3g、磷酸0.5-3g，加水50g于烧杯中混合均匀。
3)将1中称量好的磷酸二氢钾和磷酸氢二钾加入2)的体系中，再加入50g水至药品完全溶解。
在压裂体系中添加利于增产的微生物强化增产剂，其用量按重量比计为0.05-0.1％；成分为：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌或其它具有相同降解瓜尔胶破胶残渣效果的单一菌或多种菌的复配菌剂。
为获得具有一定粘弹性的冻胶状水基压裂液体系，在压裂体系中所使用的交联剂为硼砂或有机硼，其用量为：1-1.5wt％硼砂或有机硼的水溶液，交联比为100∶5-100∶10。
所述水基压裂液体系的制备方法，首先配制质量浓度为0.3-0.55％的瓜尔胶基液，再将生物助排剂、生物杀菌剂、生物酶、前置液生物优化剂、微生物强化增产剂按权利要求1所述的比例加入，最后加入交联剂进行交联，使其成为具有一定粘弹性的冻胶。
所述水基压裂液体系在石油和天然气压裂中的应用，其特征在于：利用此压裂液体系进行破胶实验，压裂温度下保温1h，压裂液粘度≥100mpa.s，其破胶残渣量≤80mg/L，破胶时间为2-3h，破胶液粘度为1-5mpa·s。
利用此压裂液体系进行压裂施工，施工后压裂液无需返排或延迟返排，闷井5-10天后，进一步残胶、残渣被微生物降解，降解后残渣量≤20mg/L；
其中微生物强化增产剂可利用残胶、残渣生成有机酸、有机酮、有机酯及生物表面活性剂等有利于原油增产的物质；
且所用细菌，为可形成有机酸、有机酯、有机酮或生物表面活性剂等有利于原油增产物质的天然细菌；
所用细菌可耐受温度范围为：20～80℃，矿化度范围为：0～100000mg/L，兼性好氧。
本发明将原有水基压裂液中的化学助排剂用生物助排剂替代，化学杀菌剂用生物杀菌剂替代，化学破胶剂用生物酶破胶剂替代，并加入粘土稳定剂和pH调节剂及利于油气藏增产的前置液生物优化剂和微生物强化增产剂，然后进行交联，即可形成复合压裂要求的粘弹性冻胶体，即酶与微生物偶联压裂液；利用此压裂液体系对井温为30-80℃的油气井进行压裂施工，可达到残渣量少，压裂伤害低，入井压裂液可不返排，提高增产效果的目的。
本发明优点在于：
本发明所制绿色压裂液体系与目前油田现行使用的传统化学体系的技术优势在于：1)具有传统压裂液冻胶交联和流变性的所有特性；2)所用替代的生物助剂(破胶剂，助排剂，杀菌剂，减阻剂，破乳剂，乳化剂)均为生物可降解低毒或无毒绿色生物制剂；3)破胶彻底，破胶时间可控；4)含有氮磷前置液生物优化剂不仅具有降摩阻作用，也为本源和外源微生物提供了必要营养，促进压裂残胶的降解，并生成生物表面活性剂。5)该体系对岩心伤害小于10％(化学法30-37％，酶法21-27％)，开采过程中，注入的外源微生物及激活的本源微生物可持续降低压裂伤害，生成有机酸、有机酮、有机酯、生物表面活性剂等物质，可持续提高裂缝导流能力；6)此压裂液体系压裂施工后，可不返排或延迟返排。
附图说明
图1瓜尔胶流变性图。
具体实施方式
实施例1
一种用于石油和天然气开采的新型水基压裂液的制备是通过以下方式实现的：
1)按重量比称取植物胶聚合物0.45g，在高速搅拌的条件下，匀速加入100mL的水中，配制成瓜尔胶基液。
2)加入生物杀菌剂0.02g，生物助排剂0.025g，前置液生物优化剂0.05g，微生物强化增产剂0.1g，粘土稳定剂2g，生物酶破胶剂30mg/L。
3)加入pH调节剂调节pH值至8.5-9.5。
4)加入交联剂进行交联，交联剂为1.5wt％硼砂水溶液，加入量为5mL，同时轻轻搅拌，即可得到用于压裂的冻胶。
一种前置液生物优化剂的制备方法，其作用是激活油井本源微生物，并为外源微生物提供营养源，其制备是通过以下方式实现的：
1)称量磷酸二氢钾8g，磷酸氢二钾3g放置备用；
2)按体积比取氨水1mL、磷酸0.5mL，加水50mL混合均匀。
3)将1)中称量好的磷酸二氢钾和磷酸氢二钾加入2)的体系中，再加入50g水至药品完全溶解。
施工具体流程：
1、按上述配方配置瓜尔胶基液40m3
2、在混砂车混入沙粒，同时缓缓加入破胶剂，用量为2kg/井左右。交联后用泵车泵入井下。
3、破胶后破胶液不返排，闷井5～10天。
其施工结果如下：
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由上述实验数据显示，采用本发明酶-微生物偶联的压裂体系的井，在破胶后不返排的情况下，日产油量可达3-10倍之多，可见此发明增加采油效果非常明显。
实施例2
试剂配制如实施例1中所述，施工方案：
1、按上述配方配置瓜尔胶基液40m3
2、在混砂车混入沙粒，同时缓缓加入破胶剂，用量为2kg/井左右。交联后用泵车泵入井下。
3、破胶液延迟2-3h返排，其施工结果如下：
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由上述实验数据显示，采用本发明酶-微生物偶联的压裂体系的井，在破胶后延迟返排的情况下，日产油量明显增加，可见此发明的使用方案可以增加一半的采油量。
实施例3
降低残渣量，用岩心渗透率测定仪、岩心孔隙度测定仪、岩心真空加压饱和装置等做如下试验。试剂配制如实施例1所述，选用三块同一地层的岩心，岩心初始数据如下：
岩心物性参数表
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通过1#岩心的破胶液是以过硫酸铵为破胶剂，通过2#岩心的破胶液是仅以生物酶为破胶剂，通过3#岩心的破胶液是以酶-微生物偶联体系为破胶剂。用仪器测定岩心伤害。实验流程如下：
1、岩心正向注入煤油，直至饱和。进口压力保持在20MPa左右，出口压力保持在0.2MPa左右。测定渗透率。
2、破胶液过滤后，反向注入岩心，注入量达到2PV。
3、再次正向注入煤油，直至饱和。测定渗透率。
4、通过前后渗透率变化关系计算得岩心伤害。
评价及残渣量结果如下：
岩心编号
损害前渗透率
mD
损害后渗透率
mD
伤害率
ηd/(％)
残渣量
mg/L
|
1
0.001059
0.000724
31.6
548
2
0.008732
0.007796
10.7
234
3
0.043240
0.040181
7.07
117
由上述实验数据显示，采用本发明酶-微生物偶联的压裂体系做岩心伤害实验，伤害率从原来的31.6％下降到了7.07％，残渣量从以前的548mg/L下降到117mg/L，可见此发明对降低岩层伤害效果非常明显。
实施例4
为了证明该发明体系对增稠剂的流变性无影响，试剂按实施例1配制：
1)按重量比称取植物胶聚合物0.45g，在高速搅拌的条件下，匀速加入100mL的水中，配制成瓜尔胶基液。
2)加入生物杀菌剂0.02g，生物助排剂0.025g，前置液生物优化剂0.05g，微生物强化增产剂0.1g，粘土稳定剂2g，生物酶破胶剂30mg/L。
3)加入pH调节剂调节pH值至8.5-9.5。
4)加入交联剂进行交联，交联剂为1.5wt％硼砂水溶液，加入量为5mL，加入同时轻轻搅拌，即可得到用于压裂的冻胶。
用流变仪测定瓜尔胶冻胶流变性，其结果如图1。
由上述实验数据显示，采用本发明酶-微生物偶联的压裂体系做的流变性实验，在时间到1h时压裂液的粘度仍然能保持到100mpa·S以上，可见此发明完全符合压裂液要求。