CN111621487A

CN111621487A - 一种微生物低温破胶酶的制备及其应用方法

Info

Publication number: CN111621487A
Application number: CN202010529673.1A
Authority: CN
Inventors: 雷光伦; 褚程程; 姚传进; 达祺安; 李蕾; 曲晓欢; 孟凡怡
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2020-09-04

Abstract

本发明提供了一种微生物低温破胶酶的制备及其应用方法，属于油田压裂液破胶剂技术领域，针对现有氧化型破胶剂在温度低于50℃的地层中存在破胶效果不理想和破胶产物多导致地层导流能力下降以及破胶不可控等问题，本发明选用解淀粉芽胞杆菌制备微生物低温破胶酶，这种破胶酶可在温度低于50℃时使胍胶水基压裂液破快速彻底破胶、降低压裂液残渣对地层的伤害，同时破胶酶具有易降解，不会造成环境污染，适用范围广，对地层伤害小，返排率高，驱油效果好，制备方法简便，成本低等优点。

Description

一种微生物低温破胶酶的制备及其应用方法

技术领域

本发明涉及油田压裂液破胶剂技术领域，具体涉及一种微生物低温破胶酶的制备及其应用方法。

背景技术

水力压裂是中低渗透油田开发的重要方法，同时也是注水井增注、油井增产的重要措施。压裂中破胶剂的性能是决定整个压裂施工成效的关键因素，优良的破胶剂能在压裂液完成压裂施工后迅速破胶，使压裂液易返排不引起滞留伤害。常规油田中使用的压裂过程是产生大量聚合物伤害的作业之一，水基压裂液中的大分子聚合物若无法完全降解，会影响支撑剂充填的导流能力以及地层的原始渗透率，所以，解决压裂液的破胶问题，对低渗透油藏的开发具有重大的意义。

目前压裂施工中常用的压裂液多为胍胶及皂仁胶、香豆子胶等衍生物为主的半乳糖与甘露糖组成的多聚糖，这类压裂液多以α-1,6-糖苷键、β-1,4-糖苷键盘链接而成。

传统低渗透油藏在压裂的过程中使用的破胶剂是以过硫酸铵、过硫酸钾为主的氧化型破胶剂，因为这类氧化破胶剂价格便宜，并且在现场应用灵活方便。但同时存在以下问题：(1)反应时间及活性不稳定，在低温油气层压裂过程中，难以实现理想的破胶效果；(2)胍胶不能完全降解，破胶产物多，破坏地层导流能力；(3)破胶持续时间短，破胶不可控，通常未等压裂液撑开裂缝便开始破胶导致压裂液失去压裂作用。

发明内容

本发明实施例提供了一种微生物低温破胶酶的制备及其应用方法，采用微生物进行制备破胶酶，这种破胶酶可在温度低于50℃时使胍胶水基压裂液快速彻底破胶、降低压裂液残渣对地层的伤害，同时破胶酶具有易降解，不会造成环境污染，适用范围广，对地层伤害小，返排率高，驱油效果好，制备方法简便，成本低的效果，解决了目前氧化型破胶剂存在的(1)反应时间及活性不稳定，在低温油气层压裂过程中，难以实现理想的破胶效果；(2)胍胶不能完全降解，破胶产物多，破坏地层导流能力；(3)破胶持续时间短，破胶不可控，通常未等压裂液撑开裂缝便开始破胶导致压裂液失去压裂作用的问题。

鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种微生物低温破胶酶的制备方法，包括以下步骤：

S1，配制种子培养基，制备牛肉膏蛋白胨液体培养基，在0.1MPa下蒸汽灭菌30min，冷却至室温备用；

S2，制备种子液，将所使用的解淀粉芽胞杆菌接种到种子培养基中，温度32℃，转速100rpm的摇床中水浴培养12h，得到解淀粉芽胞杆菌的种子液；

S3，配制发酵培养基，配制发酵培养基，0.1MPa下蒸汽灭菌30min，冷却至室温备用；

S4，制备粗酶液，将种子液加至发酵培养基中，接种量0.4％(V/V)，温度32℃，转速100rpm的摇床中培养24h得到粗酶液；

S5，离心抽滤粗提纯，将粗酶液在转速4000rpm下离心20min，再用砂芯过滤器，依次使用过滤精度为0.8μm、0.65μm、0.45μm、0.22μm的微孔滤膜进行抽滤，最终得到解淀粉芽胞杆菌的酶液。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1中牛肉膏蛋白胨液体培养基的配方包括牛肉膏：0.3g、蛋白胨：1g、氯化钠：0.5g、水：100ml。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中发酵培养基的配方包括牛肉膏：0.3g、胍胶：0.8g、硝酸钾：0.4g、硫酸铵：0.4g、磷酸氢二钾：0.4g、氯化镁：0.03g、氯化钙：0.03g、水200ml。

一种微生物低温破胶酶的应用方法，包括以下步骤：

Sa,配制模拟地层水,将5.5g氯化钠、2g氯化钾、0.45g六水合氯化镁、0.55g氯化钙依次溶解于蒸馏水中，再于容量瓶中定容至250mL，此溶液中总矿化度值为33044.85mg/L；

Sb,配制缓冲液,利用柠檬酸、碳酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠等按照不同比例配制pH值3～10.8的缓冲液；

Sc,配制水基胍胶压裂液基液,用缓冲液和模拟地层水配制成浓度为0.4％的水基胍胶压裂液基液备用；

Sd，交联，在水基胍胶压裂液基液加入0.5％(V/V)的饱和硼砂水溶液用玻璃棒充分搅拌，静置4h以上使其交联成实验用压裂液；

Se，进行对比实验，将2～10％(V/V)的酶液加入压裂液基液中，不同浓度的酶液设置三个平行实验组，并设置等量的水作为对照组，再分别加入0～0.2％(V/V)的油田压裂液用杀菌剂来模拟油田所用压裂液，在温度为22～47℃下反应，每隔一定时间段并在室温条件下测定压裂液粘度随时间的变化，观察规定时间内压裂液粘度是否达到破胶标准，即3h内粘度小于5mPa·s。

相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：本微生物低温破胶酶的制备及其应用方法，采用微生物进行破胶酶的制备，(1)适用于温度小于47℃的，pH在4～8之间的地层；(2)用量较少，相对传统氧化型破胶剂，微生物破胶酶拥有高效的酶活性以及催化力；(3)分散均匀，微生物破胶酶是水溶性，易分散，无破胶死角；(4)破胶持续时间可控，微生物破胶酶在胍胶降解的前后不发生变化，只是参与其中的反应过程；(5)制取方法简单，成本较低；(6)保护环境，油田HSE标准下，使用微生物破胶酶能降低硫、锰等元素对地层的污染，加强了对管道和设备的保护。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种微生物低温破胶酶的制备方法流程示意图；

图2为本发明实施例公开的一种微生物低温破胶酶的应用方法流程示意图。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种微生物低温破胶酶的制备方法，包括以下步骤：

牛肉膏蛋白胨培养基配方如下表所示：

试剂	牛肉膏	蛋白胨	氯化钠	水
					加量	0.3g	1g	0.5g	100mL

S2，制备种子液，将所使用的解淀粉芽胞杆菌接种到种子培养基中，温度32℃，转速100rpm的摇床中水浴培养12h，得到解淀粉芽胞杆菌的种子液，解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens subsp.plantarum)特征特性如下：直杆状细菌，端生鞭毛运动，好氧，最适温度32℃，菌落呈黄色，还原硝酸盐，能利用葡萄糖、棉子糖、木糖，可降解污水中的糖和磷；

发酵液培养基配方如下表所示：

本发明通过解淀粉芽胞杆菌产生的酶液适用于温度小于47℃的，pH在4～8之间的地层，用量较少，相对传统氧化型破胶剂，微生物破胶酶拥有高效的酶活性以及催化力，微生物破胶酶是水溶性，易分散，无破胶死角，反应时间及活性稳定，在低温油气层压裂过程中，破胶效果好，微生物破胶酶在胍胶降解的前后不发生变化，只是参与其中的反应过程，破胶持续时间可控，胍胶能完全降解，破胶产物少，不会破坏地层导流能力，油田HSE标准下，使用微生物破胶酶能降低硫、锰等元素对地层的污染，加强了对管道和设备的保护。

一种微生物低温破胶酶的应用方法，包括以下步骤：

Se，进行对比实验，将2～10％(V/V)的酶液加入压裂液基液中，不同浓度的酶液设置三个平行实验组，并设置等量的水作为对照组，再分别加入0～0.2％(V/V)的油田压裂液用杀菌剂(酸性戊二醛水溶液)来模拟油田所用压裂液，在温度为22～47℃下反应，每隔一定时间段并在室温条件下测定压裂液粘度随时间的变化，观察规定时间内压裂液粘度是否达到破胶标准，即3h内粘度小于5mPa·s(压裂液粘度降低百分比大于99.75％)。

实例一

配制pH值为7.0的缓冲液，并用蒸馏水配制0.4％水基胍胶压裂液基液，加入0.5％(V/V)的饱和硼砂水溶液用玻璃棒充分搅拌，静置4h以上使其交联成实验用压裂液，将2％(V/V)、4％(V/V)、6％(V/V)、8％(V/V)、10％(V/V)的酶液加入压裂液基液中，不同浓度的酶液设置三个平行实验组，并设置等量的水作为对照组，不加入油田压裂液用杀菌剂，在该菌株的最适温度温度32℃下反应，每隔一定时间段并在室温条件下测定压裂液粘度随时间的变化，观察规定时间内压裂液粘度是否达到破胶标准，即3h内粘度小于5mPa·s(压裂液粘度降低百分比大于99.75％)；

实验时间在2～3h后，加入破胶酶的压裂液粘度降低百分比为99.5～99.75％，未加入破胶酶液的压裂液的粘度降低百分比为0.1％，考虑破胶效果、经济环保及时间因素优先选择加量为8％(V/V)。

实例二

配制pH值为7.0的缓冲液，并用蒸馏水配制0.4％水基胍胶压裂液基液，加入0.5％(V/V)的饱和硼砂水溶液用玻璃棒充分搅拌，静置4h以上使其交联成实验用压裂液，将8％(V/V)的酶液加入压裂液基液中，不加入油田压裂液用杀菌剂，在温度分别为22℃、27℃、32℃、37℃、42℃、47℃下反应，不同温度条件下设置三个平行实验组，每隔一定时间段并在室温条件下测定压裂液粘度随时间的变化，观察规定时间内压裂液粘度是否达到破胶标准即3h内粘度小于5mPa·s(压裂液粘度降低百分比大于99.75％)；

实验时间在1.5～3h后，加入破胶酶的压裂液粘度降低百分比皆大于99.75％，考虑破胶效果及时间因素，该低温破胶酶可适用的地层温度范围为22～47℃，其中最适温度为42℃。

实例三

配制pH值为7.0的缓冲液，并用所配模拟地层水浓度的0％、12.5％、25％、50％、100％(0mg/L、4100mg/L、8200mg/L、16500mg/L、33000mg/L)的地层水配制0.4％水基胍胶压裂液基液，不同矿化度条件下设置三个平行实验组。加入0.5％(V/V)的饱和硼砂水溶液用玻璃棒充分搅拌，静置4h以上使其交联成实验用压裂液，将8％(V/V)的酶液加入压裂液基液中，不加入油田压裂液用杀菌剂，在温度为42℃下反应，每隔一定时间段并在室温条件下测定压裂液粘度随时间的变化，观察规定时间内压裂液粘度是否达到破胶标准，即3h内粘度小于5mPa·s(压裂液粘度降低百分比大于99.75％)；

实验时间在2.5～3h后，加入破胶酶的压裂液粘度降低百分比为99.0～99.5％，考虑破胶效果及时间因素，该低温破胶酶可适用的地层水矿化度范围为小于16500mg/L。

实例四

配制pH值分别为3、4、5、6、7、8、9.2、10.1、10.8的缓冲液，不同pH条件下设置三个平行实验组，并用蒸馏水配制0.4％水基胍胶压裂液基液，加入0.5％(V/V)的饱和硼砂水溶液用玻璃棒充分搅拌，静置4h以上使其交联成实验用压裂液，将8％(V/V)的酶液加入压裂液基液中，不加入油田压裂液用杀菌剂，在温度为42℃下反应，每隔一定时间段并在室温条件下测定压裂液粘度随时间的变化，观察规定时间内压裂液粘度是否达到破胶标准，即3h内粘度小于5mPa·s(压裂液粘度降低百分比大于99.75％)；

实验时间在0.5～2h后，加入破胶酶的压裂液粘度降低百分比为99.5～99.75％，考虑破胶效果，该低温破胶酶的pH值可适用范围为4～8，其中最适pH值在5～6的偏弱酸环境。

实例五

配制pH值为7的缓冲液，并用蒸馏水配制0.4％水基胍胶压裂液基液。加入0.5％(V/V)的饱和硼砂水溶液用玻璃棒充分搅拌，静置4h以上使其交联成实验用压裂液，将8％(V/V)的酶液加入压裂液基液中，分别加入0％(V/V)、0.05％(V/V)、0.1％(V/V)、0.15％(V/V)、0.2％(V/V)的油田压裂液用杀菌剂，不同浓度杀菌剂条件下设置三个平行实验组，在温度为42℃下反应，每隔一定时间段并在室温条件下测定压裂液粘度随时间的变化，观察规定时间内压裂液粘度是否达到破胶标准，即3h内粘度小于5mPa·s(压裂液粘度降低百分比大于99.75％)；

实验时间在0.25～1h后，加入破胶酶的压裂液粘度降低百分比皆大于99.75％，考虑破胶效果，少量杀菌剂会形成弱酸性环境，促进酶对压裂液的破胶，其中最适杀菌剂加量为0.1％(V/V)。

对比实验结果表明，本发明中的微生物低温破胶酶可以有效降低胍胶压裂液粘度，在应用上具有科学性、及实用性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种微生物低温破胶酶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种微生物低温破胶酶的制备及其应用，其特征在于：所述步骤S1中牛肉膏蛋白胨液体培养基的配方包括牛肉膏：0.3g、蛋白胨：1g、氯化钠：0.5g、水：100ml。

3.根据权利要求1所述的一种微生物低温破胶酶的制备及其应用，其特征在于：所述步骤S3中发酵培养基的配方包括牛肉膏：0.3g、胍胶：0.8g、硝酸钾：0.4g、硫酸铵：0.4g、磷酸氢二钾：0.4g、氯化镁：0.03g、氯化钙：0.03g、水200ml。

4.一种微生物低温破胶酶的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：