生物酶在水平井钻井液中的应用.pdf

1、收 稿 日 期 :2003 - 03 - 25作 者 简 介 :李 云 波 (1979 - ) ,男 ,2001 年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 院 石 油 工 程 系 ,中 国 地 质 大 学 (武 汉 )油 气 田 开 发 工 程 在 读 硕 士 。文 章 编 号 :1009 0207 (2003) 04 0045 - 03生 物 酶 在 水 平 井 钻 井 液 中 的 应 用李 云 波 ,乌 效 鸣 ,黄 志 文 ,蔡 记 华 ,杨 倩 云(中 国 地 质 大 学 工 程 学 院 ,湖 北 武 汉 430074)摘 要 :提 出 了 在 水 平 井 中 运 用 生 物 酶 解 除 钻

2、 井 液 对 地 层 造 成 的 伤 害 ,详 细 阐 述 了 生 物 酶 的 作 用机 理 。 通 过 室 内 粘 度 降 低 、 滤 饼 清 除 和 渗 透 率 恢 复 等 评 价 实 验 ,及 中 东 地 区 三 口 多 油 层 井 的 现 场对 比 实 验 ,证 明 了 运 用 生 物 酶 作 为 破 胶 剂 处 理 水 平 井 钻 井 液 对 地 层 伤 害 的 优 越 性 。关 键 词 :生 物 酶 ;水 平 井 钻 井 液 ;伤 害中 图 分 类 号 :TE254 文 献 标 识 码 :A随 着 油 田 的 进 一 步 勘 探 开 发 ,油 气 藏 开 采 难 度日 益 增 加

3、,开 发 成 本 越 来 越 高 。 为 了 提 高 单 井 油 气产 量 ,降 低 开 发 综 合 成 本 ,从 20 世 纪 80 年 代 开 始 ,国 外 掀 起 了 水 平 井 热 潮 。 由 于 水 平 井 具 有 “ 少 井 高产 ” 、 油 田 勘 探 开 发 费 用 少 、 建 井 周 期 短 、 资 金 回 收快 、 占 地 面 积 少 和 环 境 污 染 小 等 特 点 ,国 内 各 油 田相 继 尝 试 这 项 技 术 。 但 我 国 油 田 大 多 数 水 平 井 的生 产 效 果 和 增 产 效 果 并 不 明 显 ,应 用 水 平 井 开 采 效益 低 下 ,其 中

4、 ,地 层 损 害 是 影 响 水 平 井 产 能 的 一 个重 要 因 素 ,因 此 ,水 平 井 油 气 层 保 护 问 题 需 要 我 们进 行 更 多 的 研 究 。1 水 平 井 钻 井 液 对 地 层 的 主 要 伤 害水 平 井 钻 井 过 程 中 ,钻 井 液 中 固 相 和 液 相 侵 入油 层 仍 是 造 成 油 层 损 害 的 主 要 原 因 。 由 于 水 平 段在 油 层 段 钻 井 时 间 较 直 井 要 长 得 多 ,这 样 钻 井 过 程当 中 油 层 同 钻 井 液 接 触 的 时 间 长 ;水 平 井 完 井 通 常不 采 用 射 孔 完 井 ,这 样 无

5、法 采 用 直 井 中 利 用 射 孔 穿适 污 染 带 来 减 少 污 染 的 方 法 ;水 平 井 中 每 单 位 长 度的 产 油 段 的 压 力 降 比 直 井 产 油 段 压 力 降 低 ,因 而 生产 中 反 排 清 除 固 相 侵 入 的 能 力 下 降 等 原 因 ,同 直 井相 比 ,水 平 井 中 钻 井 液 造 成 污 染 的 程 度 要 更 为 严重 。目 前 国 内 外 水 平 井 钻 井 中 普 遍 采 用 的 钻 井 液体 系 有 五 种 : 聚 合 物 钻 井 液 ; 油 基 钻 井 液 ; 清洁 水 / 盐 水 钻 井 液 ; 混 合 金 属 层 状 氢 氧

6、化 物 钻 井液 ; 泡 沫 或 充 气 钻 井 液 。 其 中 ,聚 合 物 钻 井 液 由于 其 优 越 的 滤 失 控 制 和 滤 饼 易 用 酸 或 氧 化 剂 清 除的 特 点 ,及 有 极 强 的 防 制 地 层 粘 上 矿 物 水 化 膨 胀 造成 地 层 损 害 的 能 力 而 被 广 泛 采 用 1 。通 常 水 平 井 聚 合 物 钻 井 液 中 含 有 像 聚 丙 烯 酰胺 、 胍 尔 胶 、 羟 乙 基 纤 维 素 ,羧 甲 基 纤 维 素 钠 等 高 分子 聚 合 物 。 大 分 子 量 的 聚 合 物 裂 解 产 物 及 未 分 解的 滤 饼 是 聚 合 物 伤 害

7、 的 两 种 主 要 形 式 。 在 不 同 地层 原 始 渗 透 率 条 件 下 所 作 的 研 究 表 明 ,滤 饼 中 多 糖浓 度 比 原 钻 井 液 中 多 糖 浓 度 高 1025 倍 以 上 。 因 此在 油 井 进 行 生 产 之 前 ,需 要 把 剩 余 的 滤 饼 和 侵 入 油气 层 的 聚 合 物 的 裂 解 产 物 清 除 掉 。 常 规 的 方 法 是采 用 强 酸 、 氧 化 剂 或 机 械 的 方 法 来 清 除 ,但 都 有 诸多 缺 陷 ,生 物 技 术 领 域 的 成 就 已 为 油 气 开 采 做 出 了重 大 贡 献 ,而 生 物 酶 作 为 破 胶

8、剂 清 除 钻 井 液 对 地 层的 伤 害 ,具 有 常 规 方 法 所 不 具 备 的 诸 多 优 点 。2 生 物 酶 的 作 用 机 理生 物 酶 是 一 种 由 生 物 有 机 体 生 成 的 特 殊 蛋 白质 。 石 油 工 业 中 以 往 常 用 的 酶 破 胶 剂 都 是 非 特 异54第 15 卷 第 4 期2003 年 12 月 新 疆 石 油 学 院 学 报Journal of Xinjiang Petroleum InstituteVol. 15 No. 4Dec. 2003性 酶 基 质 混 合 物 ,只 能 随 机 分 解 多 糖 聚 合 物 ,使 多糖 聚 合 物

9、 部 分 降 解 ,生 成 短 链 多 糖 和 少 量 的 单 糖 和二 糖 。 短 链 多 糖 可 交 联 ,相 对 来 讲 不 易 溶 解 ,可 引起 渗 透 率 的 严 重 伤 害 。 例 如 ,若 在 胍 尔 胶 的 甘 露 糖主 链 被 甘 露 糖 酶 降 解 之 前 ,半 乳 糖 支 链 从 甘 露 糖 主链 上 脱 下 ,胍 尔 胶 甘 露 糖 主 链 就 变 得 不 溶 。新 型 特 异 性 酶 体 系 为 多 糖 聚 合 物 糖 甙 键 特 异性 水 解 酶 ,遵 循 的 是 “ 一 把 钥 匙 配 一 把 锁 ” 原 理 ,只分 解 多 糖 聚 合 物 结 构 中 特 定

10、的 糖 甙 键 ,可 将 聚 合 物降 姐 为 非 还 原 性 的 单 糖 和 二 糖 。 根 据 对 目 标 聚 合物 链 中 特 定 糖 甘 健 的 分 解 能 力 ,我 们 优 选 出 了 适 用于 各 个 具 体 聚 合 物 的 特 异 性 酶 体 系 。 下 面 以 分 解纤 维 素 的 特 异 性 复 合 酶 为 例 ,介 绍 其 具 体 作 用 机理 2 。图 1 纤 维 斯 糖 甘 键 特 异 酶 降 解 原 理纤 维 素 是 一 种 直 链 多 糖 聚 合 物 ,由 1242 2D2糖甙 键 将 葡 萄 糖 基 连 接 在 一 起 。 1242 2糖 甙 键 环 内 水解 酶

11、 可 有 效 地 分 解 纤 维 素 ,生 成 约 80 %的 单 糖 和20 %的 二 糖 。 发 生 的 化 学 反 应 是 纤 维 素 中 1242 2D2糖 甙 键 的 环 内 水 解 反 应 。 添 加 某 种 O 键 环 外 水 解两 例 如 一 种 2D2糖 甙 葡 糖 水 解 酶 (纤 二 糖 酶 ) ,可 分解 末 端 的 非 还 原 性 2D2葡 萄 糖 基 ,将 剩 余 的 20 %二糖 分 解 成 单 糖 。 该 机 理 简 示 于 图 l 中 。 木 聚 糖 环内 、 环 外 水 解 酶 也 可 有 效 地 分 解 纤 维 素 。 木 糖 中 的1242 2糖 甙 键

12、 与 纤 维 素 中 的 类 似 ,所 使 用 的 复 合 酶是 1242 2木 聚 糖 环 内 分 解 酶 和 1242 2木 聚 糖 环 外 分解 酶 的 组 合 (木 二 糖 酶 或 2木 糖 甙 酶 ) 。3 室 内 实 验3. 1 粘 度 实 验在 理 论 分 析 和 研 究 的 基 础 上 ,我 们 进 行 了 大 量的 室 内 实 验 ,下 表 1 显 示 了 在 生 物 酶 的 作 用 下 ,聚合 物 粘 度 的 变 化 情 况 :表 1 生 物 酶 作 用 下 聚 合 物 钻 井 液 粘 度 的 降 低 情 况配方 聚 合 物 生 物 酶测 试 时 间(h)起 始 粘 度(c

13、p)最 终 粘 度(cp)1 聚 丙 烯 酰 胺 特 异 性 复合 酶 1 号 48 37. 5 62 胍 尔 胶 特 异 性 复合 酶 2 号 48 39 5153 羟 乙 基 纤 维斯 特 异 性 复合 酶 3 号 48 34 4154 羧 甲 基 纤 维斯 钠 特 异 性 复合 酶 4 号 48 43 5实 验 结 果 表 明 ,运 用 特 异 性 复 合 酶 降 解 聚 合 物的 糖 甘 键 ,能 使 钻 井 液 粘 度 得 到 加 大 的 降 低 。3. 2 滤 饼 清 除 实 验为 了 评 价 酶 破 胶 体 系 清 除 滤 饼 的 效 果 ,在 实 验中 使 用 了 一 个 改

14、进 的 HTHP 漏 失 容 器 。 之 所 以 选择 这 套 设 备 是 因 为 它 所 模 拟 的 环 境 更 接 近 井 下 条件 。 向 容 器 中 注 入 2 %的 氯 化 钾 溶 液 ,利 用 氮 气 使容 器 压 力 增 至 013MPa。 采 用 含 012 %聚 丙 烯 酰 胺的 聚 合 物 钻 井 液 驱 替 渗 透 率 为 3 10 - 2 m2 的 人 造岩 心 ,然 后 用 不 同 破 粘 剂 处 理 泥 饼 ,实 验 结 果 见 表2。3. 3 渗 透 率 恢 复 实 验为 了 评 价 渗 透 率 在 60 动 态 条 件 下 的 恢 复 情况 ,我 们 采 用 岩

15、 心 渗 透 率 仪 进 行 实 验 。 用 于 产 生 滤饼 的 钻 井 液 组 成 为 水 、 氯 化 钠 、 110 10 - 6的 聚 丙 烯酰 胺 、 310 10 - 6 纤 维 素 、 110 10 - 6 的 Na2 CO3 和1010 10 - 6的 碳 酸 钙 。 滤 饼 是 用 上 述 钻 井 液 在 岩 心前 端 形 成 的 。 高 压 定 向 注 入 证 明 ,滤 饼 保 持 在 岩 心表 面 ,并 且 在 所 施 加 的 压 力 下 无 渗 透 性 。第 一 组 实 验 是 用 于 评 价 单 独 用 酸 处 理 碳 酸 岩岩 心 上 的 滤 饼 的 效 果 ,用

16、15 %的 盐 酸 泵 向 滤 饼 来 模拟 酸 化 处 理 ;第 二 组 实 验 是 用 来 评 价 单 独 使 用 生 物酶 消 除 钻 井 液 对 油 层 的 伤 害 ;第 三 组 实 验 评 价 利 用NaClO 消 除 钻 井 液 对 油 层 的 伤 害 ;实 验 结 果 见 表 3。4 现 场 应 用清 除 由 钻 井 液 产 生 油 层 损 害 的 新 技 术 在 中 东三 口 水 平 注 入 井 上 得 到 了 成 功 的 应 用 3 。 第 一 口井 用 酶 处 理 除 去 聚 合 物 损 害 并 用 酸 分 解 固 相 和 增注 压 力 。 第 二 口 井 先 用 酶 处

17、理 ,关 井 12 周 再 进 行64新 疆 石 油 学 院 学 报 2003 年表 2 泥 饼 清 除 实 验实 验 号 1 2 3 4 5 6岩 心 渗 透 率 ( m2 ) 0103 0103 0103 0103 0103 0103聚 合 物 类 型 聚 丙 烯 酰 胺 聚 丙 烯 酰 胺 聚 丙 烯 酰 胺 聚 丙 烯 酰 胺 聚 丙 烯 酰 胺 聚 丙 烯 酰 胺破 粘 剂 NaClO LiClO 特 异 性 复合 酶 1 号 特 异 性 复合 酶 1 号 特 异 性 复合 酶 1 号 特 异 性 复合 酶 1 号溶 液 2 %KCl 2 %KCl 2 %KCl 2 %KCl 2 %

18、KCl 2 %KCl温 度 ( ) 40 40 40 50 55 60浸 泡 时 间 (h) 24 24 24 24 24 24清 除 效 率 23 % 54 % 84 % 93 % 92 % 95 %表 3 渗 透 率 恢 复 实 验 结 果岩 心 1 岩 心 2 岩 心 3原 始 岩 心 渗 透 率( m2 ) 010131 010185 010154形 成 滤 饼 后 岩 心 渗透 率 ( m2 ) 0 0 0破 胶 剂 盐 酸 特 异 性 复 合 酶 NaClO处 理 后 岩 心 渗 透 率( m2 ) 010043 010167 010113渗 透 率 恢 复 比 ( %) 3218

19、 9013 7314酸 处 理 。 由 于 挠 性 管 不 能 下 到 井 底 ,用 15 %的 HCl通 过 挤 入 方 式 进 行 处 理 。 导 致 酸 分 布 不 是 很 好 。第 三 口 井 没 有 用 酶 处 理 ,关 闭 36 周 后 ,通 过 挠 性 管泵 入 了 15 %的 HCl 进 行 酸 处 理 。 在 表 4 中 给 出 了对 相 同 地 层 用 酶 进 行 处 理 与 不 用 酶 直 接 进 行 酸 化处 理 的 实 验 结 果 进 行 对 比 。表 4 酸 化 效 果 比 较井 号 实 验 井 控 制 井地 层 Thamama Thamama层 带 TH - 1A

20、 TH - 2 TH - 2地 层 号 2 4 4地 层 深 度 (m) 530 1020 1068加 酶 后 清 除 时 间 (h) 5 515 P加 酸 后 清 除 时 间 (h) 11 1415 37酸 化 后 预 期 产 量 (m3Pd) 17815 42814 41615处 理 后 实 际 产 量 (m3Pd) 63617 61115 34615处 理 后 实 际 产 量 与 预 期产 量 的 百 分 比 357 % 143 % 8312 %采 用 酶 处 理 过 的 两 个 试 验 地 层 的 原 油 产 量 超过 了 预 期 值 ,而 只 用 酸 化 处 理 的 控 制 井 只

21、有 预 期 产量 的 83 %。 证 明 了 酶 处 理 聚 合 物 钻 井 液 造 成 的 伤害 ,具 有 很 好 的 效 果 。5 结 束 语酶 作 为 催 化 剂 在 反 应 过 程 中 能 保 持 组 织 结 构不 变 ,因 此 这 种 酶 具 有 在 整 个 作 用 过 程 不 消 亡 和 活性 不 变 的 特 点 ,活 化 性 基 本 上 是 无 尽 的 。 与 酸 化 和氧 化 过 程 不 同 ,这 种 新 的 特 异 性 酶 体 系 对 除 目 标 聚合 物 外 的 其 它 物 质 不 起 活 化 作 用 。 因 此 许 多 由 于使 用 酸 或 起 氧 化 作 用 的 溶 液

22、 而 产 生 的 诸 多 副 作 用 ,可 通 过 使 用 生 物 酶 得 到 减 轻 ,管 柱 的 腐 蚀 以 及 金 属碎 屑 的 污 染 也 得 以 避 免 4 。生 物 酶 在 分 解 聚 合 物 时 遵 循 “ 一 把 钥 匙 配 一 把锁 ” 原 则 。 因 此 ,我 们 必 须 针 对 不 同 水 平 井 钻 井 液中 的 聚 合 物 成 分 ,采 用 相 应 的 生 物 酶 进 行 降 解 。 利用 酶 对 聚 合 物 降 解 所 需 的 关 井 时 间 ,主 要 取 决 于 酶的 浓 度 和 井 底 温 度 。 这 应 在 室 内 模 拟 油 藏 条 件 下的 实 验 确 定

23、 。 一 般 建 议 关 闭 时 间 为 12 到 24 小 时 。参 考 文 献 :1 李 健 ,等 . 水 平 井 钻 进 过 程 中 钻 井 液 污 染 油 层 特 点 及保 护 对 策 J 1 西 南 石 油 学 院 学 报 . 1996 ,18 (4) ,37 -43.2 李 明 志 ,等 . 聚 合 物 降 解 产 物 伤 害 与 糖 甙 键 特 异 酶 破胶 技 术 J . 油 田 化 学 ,2002 ,19 (1) :89 - 97.3 邹 信 芳 译 . 酶 在 地 层 保 护 中 的 作 用 J . 国 外 油 田 工 程 .1998 ,14 (6) :1 - 3.4 付

24、兴 淘 ,等 . 消 除 由 钻 井 液 滤 饼 引 起 水 平 井 油 层 损 害的 新 技 术 J 1 国 外 钻 井 技 术 ,97 ,12 (6) :47 - 54.74第 15 卷 第 4 期 李 云 波 等 :生 物 酶 在 水 平 井 钻 井 液 中 的 应 用proposals to prevent drill - string failures in rotary , and horizontal well.Key Words :drill - string bending ; fatigue damage ; Max wellbore build rate Calcaula

25、tionAPPLICATION OF PROTECTION AGAINST TILTING AND DRILLING STRAIGHT IN HIGH STEEPSTRUCTURE AND HIGH STRATUM ANGULARITYPWU Dao - f u , LI Mao - sen. Zhunnan DrillingHeadquarter , Sichuan Oil company , Shihezi , Xinjiang 832000 ChinaPXinjiang Shiyou Xueynan Xuebao , 2003 ,15(4) :42 44Abstract : It is

26、a comprehensive technology problem in the upper part of native well. That is how to solve the problem ofprotecting from tilting and drilling straight in areas of high steep structure and high stratum angularity and how to solvedrilling weight and improve mechanical drilling rate. First , take up mak

27、ing drilling tools excellent combination andlinking with tools of protection against tilting. Second , it makes formation of oil well excellent to achieve protectionagainst tilting and fast drilling , and open up a new way for the drilling engineering in Huorguos.Key Words :big angularity ; protecti

28、on against tilting ; mechanical drilling rate ; excellent combinationTHE APPLICATION OF ENZYME IN HORIZONTAL DILLING FL UIDPLI Yun - bo , WU Xiao - ming ,HUANG Zhi - wen , et al. Engineering Faculty , China University of Geosciences , 430074 , Wuhan , HubeiPXinjiangShiyou Xueyuan Xuebao ,2003 ,15 (4

29、) :45 47Abstract :This paper presents the method of utilizing enzyme to clean out the reservoir damages caused by horizontaldrilling fluid and explains the mechanism of enzyme on polymer drilling fluid. The indoor experiments on viscositydecrease , mud cake cleaning and permeability comeback and the

30、 industrial experim ent conducted in middle Eastdemonstrate the superiority of the enzyme as gel breaker.Key Words : enzyme ; horizontal drilling fluid ; reservoir damageDVERVIEW ON OPERATION PRICIPIUM AND INFL UENCE FACTORS ON PERFORMANCE OFPOLYMER- FREE FRACTURING FL UIDPWEI Xin - yu , LIU Jian -

31、min , GUAN Fu - jia. Collecting Croup4 , Shili Oilfield , Dongying , Shangdong 257102 ChinaP Xinjiang Shiyou Xueyucm Xuebao ,2003 ,15 (4) :48 51In present days , the majority of fracturing construction adopt polymer - bondage fracturing fluid , but polymer -bondagefracturing fluid will damage reserv

32、oir again. As to the problem , polymer - free fracturing fluid was developedfirst inabroad overseas. The article expatiated predominant performance and operation in field of polymer - bondagefracturingfluid polymer - bondage fracturing fluid in fracturing construction is suggested to be appliad espe

33、cially in highwater sensitivity reservoir at home.Key Words : polymer - free fracturing fluid ; fracturing ; damageCORROSION FAIL URE ANALYSIS OF METHANOL REBOILER SET IN A PETROL UM CHIMICALFACTORYP PENG Zheng , JIN Wen - f ang , ZUO Hui - jun , et al. Xinjiang Petroleum Institute , Urumqi 83000 ,C

34、hinaPXinjiang Shiyou Xueyuan Xuebao ,2003 ,15 (4) :52 53Abstract : In this paper , analysis reasons are investigated for the methanol reboiler C505 set in a petroleum chemicalfactory. After analysing fracture characteristics , checking its liquid composit ion in tower bottom and combiningproduction prcess , the failuse reason is initially judged as caustic embrittlement ,so appropriate repairing methods andVol. 15 No. 4Dec. 2003Journal of Xinjiang Petroleum Institute( Edition of Natural Science)