奎智斌，趙晨光，張寶青，邊 峰，丁文剛

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300450；2.中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300459）

油氣田開發(fā)進(jìn)入中后期以后，油氣井產(chǎn)能逐步降低。為保證油氣田的持續(xù)上產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的需要，有必要開展有效的增產(chǎn)技術(shù)措施，達(dá)到油氣田高效開發(fā)的目的[1]。近年來，隨著油氣田開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大和國家環(huán)保要求的提高，增產(chǎn)改造技術(shù)在油氣田開發(fā)生產(chǎn)中同環(huán)境保護(hù)的矛盾日益突出[2]。為此，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效、環(huán)境友好的新型增產(chǎn)技術(shù)已愈來愈受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。生物酶解堵技術(shù)以其高效、環(huán)保的技術(shù)優(yōu)勢在油氣田開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用[3，4]。經(jīng)過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用，國內(nèi)外近十年已對生物酶解堵技術(shù)有不少研究。本文著眼于從生物酶解堵技術(shù)在油氣田實(shí)際開發(fā)生產(chǎn)中應(yīng)用范疇的角度進(jìn)行介紹。

1 生物酶解堵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 解除出砂稠油井堵塞嚴(yán)重的問題

出砂稠油井原油黏度高，原油中重質(zhì)組分易沉積，油流阻力較大，易造成近井地帶儲層滲透率大幅降低，加劇油井產(chǎn)量遞減現(xiàn)象，已經(jīng)成為目前困擾油氣田開發(fā)的難題之一[5]。

生物酶稠油清洗劑首先吸附在含油固體混合物表面，然后附著于油的表面，通過催化反應(yīng)，將吸附于巖石固體顆粒表面的石蠟及瀝青質(zhì)剝離下來，從而阻止了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的聚合沉降，從而改善稠油的流動(dòng)性[6，7]。酶分子附著在固體顆粒表面，使油分子無法再次附著于固體顆粒表面，巖石顆粒的潤濕性被改變，儲層巖石由油濕轉(zhuǎn)為水濕，從而大幅降低油流阻力[8，9]。為解除蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)沉淀造成的射孔孔眼和地層出油通道堵塞等問題，國內(nèi)外學(xué)者先后研究開發(fā)了一系列酶產(chǎn)品，主要有Apollo 酶、LS 生物酶、SUN-K500 生物酶等[10-14]。Apollo 酶由美國Apollo Separation Technology Inc 研究開發(fā)，先后在印尼、委內(nèi)瑞拉等國家進(jìn)行應(yīng)用，2002 年首次在國內(nèi)應(yīng)用，措施后目標(biāo)井累計(jì)增油1 636 t，效果顯著[15-20]。LS 生物酶目前已在大慶油氣田、大港油氣田、中原油氣田及印尼等進(jìn)行了解堵試驗(yàn)，取得了明顯的“增油降水”效果[21，22]。

1.2 解決高分子聚合物引起的儲層傷害問題

在鉆完井、聚合物驅(qū)、增產(chǎn)作業(yè)過程中，往往會造成聚合物傷害。由于聚合物自身降解難度大，形成的濾餅對儲層導(dǎo)流能力及儲層滲透能力影響較大，易造成目標(biāo)井的產(chǎn)能大幅降低[23]。以往傳統(tǒng)的處理手段大多是采用強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)酸體系來充分降解及溶蝕濾餅中的高分子聚合物及固相顆粒[24，25]。這些處理方法雖然取得一定效果，但也存在以下問題：由于反應(yīng)物類型多樣，化學(xué)反應(yīng)后易生成更為復(fù)雜的沉淀，進(jìn)而造成儲層二次傷害嚴(yán)重的問題；酸液還能夠與地層中巖石礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞骨架結(jié)構(gòu)；對生產(chǎn)套管不可避免的造成一定程度腐蝕。

用于鉆完井、聚合物驅(qū)及增產(chǎn)作業(yè)的聚合物類型多樣，主要有淀粉類、聚丙烯類、纖維素類、黃原膠等[26，27]。采用特定的一種生物酶能實(shí)現(xiàn)聚合物高效、快速降解，聚合物在與酶接觸30 min 內(nèi)降黏率可高達(dá)80%以上。但由于生物酶專一性的特點(diǎn)，只能針對特定的聚合物，為此現(xiàn)場實(shí)際中常采用多種特定酶的混合物來解除這些聚合物造成的污染[28]。為解決使用混合酶可能帶來的儲層二次傷害問題，Brannon 等研發(fā)出聚合物特異酶，主要通過攻擊多糖主鏈來實(shí)現(xiàn)聚合物的完全降解。其使用溫度介于60～140 ℃、pH 值介于3～11。聚合物特異酶在美國東部及南部油氣田、中東地區(qū)的三口水平井進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，均取得一定的效果。

為解決常規(guī)生物酶只能在較低溫度、偏中性環(huán)境下應(yīng)用的問題，S.Cobianco 等研究開發(fā)了一種嗜熱酶。該酶耐溫性強(qiáng)，能在溫度高達(dá)100 ℃的條件下實(shí)現(xiàn)硬葡聚糖、黃原膠及淀粉等充分降解，有效清除泥餅，且作業(yè)過程中對管柱等無腐蝕傷害。

1.3 解決非均質(zhì)地層解堵效果不佳的問題

為解決生物酶在高滲透率地層中漏失量大，導(dǎo)致對非均質(zhì)地層的作用效果不佳的問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入研究，并提出了一系列的新技術(shù)新思路，主要包括酶解堵技術(shù)與物理解堵技術(shù)、化學(xué)解堵技術(shù)相結(jié)合的新方法。

H.A.Nasr-El-Din 等提出了將生物酶解堵技術(shù)與化學(xué)轉(zhuǎn)向技術(shù)相結(jié)合的方法，來實(shí)現(xiàn)地層堵塞物的有效清除。其中，生物酶解堵技術(shù)的主要作用是清洗儲層原油及降解聚合物，化學(xué)轉(zhuǎn)向技術(shù)則通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向酸黏度使儲層中大孔道或高滲透帶進(jìn)行暫堵，迫使工作液轉(zhuǎn)向低滲透帶，以達(dá)到對儲層低滲透帶和高滲透帶的共同改造的目的。

為進(jìn)一步提高儲層解堵效果，尤其是解決多分支水平井采用單一酶解堵效率較低的問題，M.B.Al-Otaibi 等創(chuàng)新型提出將生物酶與物理方法相結(jié)合使用的方法。在Saudi Aramco 油氣田碳酸巖儲層一口三分支井進(jìn)行了復(fù)合解堵技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。具體方法是將生物酶解堵技術(shù)與水力割縫技術(shù)相結(jié)合使用，針對滲透率相對較小的主井采用特異酶清除表面的泥餅，針對滲透率相對較大的第一、第二分支井，考慮到采用酸溶蝕會促使該目標(biāo)區(qū)域的滲透率進(jìn)一步增大，因此采用水力割縫技術(shù)清除井眼中的泥餅。現(xiàn)場應(yīng)用效果表明，酶與水力割縫技術(shù)結(jié)合使用后，具有很好的清除泥餅效果。

1.4 解決復(fù)合垢引起的儲層堵塞問題

地層中的沉積垢通常是碳酸鹽巖等無機(jī)垢，酸化是解除該類堵塞的有效方法之一。

純酸化解堵不能較好解決儲層復(fù)合堵塞難題，存在對含有膠質(zhì)瀝青質(zhì)等重質(zhì)有機(jī)物、黃原膠等高分子聚合物的復(fù)合垢處理效果不佳的問題。

為此，研究提出了采用生物酶與酸液體系相結(jié)合使用的新方法，即SEB（Specific Enzyme Breaker）法。該方法利用生物酶實(shí)現(xiàn)聚合物降解及有機(jī)垢清洗，且預(yù)防垢質(zhì)沉積，同時(shí)采用強(qiáng)的無機(jī)酸溶解無機(jī)垢，在生物酶與酸液體系的協(xié)同作用下實(shí)現(xiàn)復(fù)合垢的完全清除。

針對強(qiáng)的無機(jī)酸液體系易導(dǎo)致工具腐蝕、原油乳化、儲層酸敏、二次沉淀等問題，在此基礎(chǔ)提出了SSSEB（Single Step Specific Enzyme Breaker）法。該方法利用有機(jī)酸體系抑制氟化鈣、氟化鎂等二次沉淀能力強(qiáng)的特點(diǎn)，采用有機(jī)酸體系來取代常規(guī)的無機(jī)酸液體系來清除無機(jī)垢，從而有效解決儲層二次沉淀傷害、避免原油乳化嚴(yán)重及儲層酸敏效應(yīng)等不利影響。其中，西安石油大學(xué)陳軍斌等針對地層復(fù)合堵塞問題而研制出的生物酶解堵液體系主要由2%～5%SUN-A10 生物酶解堵劑、1%氯化鉀、0.02%消泡劑和94%～97%水混合制成。對于壓裂防砂井，還需加入兩份激活劑，再注入生物酶解堵液。該工藝現(xiàn)場作業(yè)流程簡便，進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)時(shí)提生產(chǎn)管柱，從油管注入工作液；非作業(yè)時(shí)，從套管注入工作液，然后關(guān)井一段時(shí)間，開井即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。

考慮到常規(guī)碳酸鹽巖儲層酸化過程中，酸巖反應(yīng)速度快，酸液穿透距離短，近井地帶過度酸蝕，無法實(shí)現(xiàn)儲層深部改造的問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)一步完善了酶-酸化解堵技術(shù)系列，主要集中在工作液體系配方的優(yōu)化研究上。結(jié)合油氣田實(shí)踐，研究開發(fā)出一系列的新配方新體系，主要包括生物酶-緩速酸體系、生物酶-控釋酸體系、多電離深部有機(jī)酸體系等。其中，趙靜等針對碳酸鹽巖儲層深部復(fù)合堵塞問題，開發(fā)了一種生物控釋酸體系，主要由生物酶與生酸前體復(fù)配而成。該體系在濃度為20%、溫度90 ℃條件下反應(yīng)4 h 后生成的氫離子相當(dāng)于10%HCl 溶液產(chǎn)生的氫離子，對碳酸鈣粉末的溶蝕率高達(dá)96%以上，且溶蝕過程具有速率慢、持續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)。西安石油大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)提出一種用于解決油氣田復(fù)合堵塞物的工作液體系。該體系主要由5%生物酶SUN-W100、1%氯化鉀、2%激活劑、0.02%～0.05%消泡劑組成，其中消泡劑為改性聚硅氧烷，激活劑為乙二胺四乙酸。該體系具有快速有效的清除聚合物和無機(jī)垢傷害，提高油氣滲透率，能夠疏通擴(kuò)大滲流孔道，不會出現(xiàn)泡沫堵塞，能有效消除聚合物和無機(jī)垢堵塞，腐蝕速度小，具有不傷害地層巖石骨架，不產(chǎn)生二次沉淀，安全環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上，HarrisRE 研究發(fā)現(xiàn)，酶-酸化解堵體系由于處于較低pH 值，能在反應(yīng)波及范圍內(nèi)激活多種聚合物降解酶。而這些酶可徹底、有效地清除作業(yè)過程中鉆井液、完井液及壓井液不配伍導(dǎo)致沉淀而造成的儲層傷害。故在酶-酸化體系中加入聚合物降解酶，能實(shí)現(xiàn)溶解碳酸鹽巖類礦物、近井地帶的高分子聚合物的有效清除，解除地層污染。

大連百奧泰科技有限公司針對高溫深井地層污染問題，研發(fā)了一種耐溫性強(qiáng)酶-酸化劑。該劑可在溫度高達(dá)120 ℃條件下仍具有良好的生物活性，在48 h 內(nèi)可實(shí)現(xiàn)深部酸化。該劑主要由作為中性前體的羥基有機(jī)酸酯類和有機(jī)酸酯水解酶組成。其中，酯類和酶類均對施工設(shè)備及管柱無腐蝕性。此劑注入儲層后，在酶催化作用下，在地層高溫條件下酯類仍能緩慢分解及釋放有機(jī)酸，使工作液能擴(kuò)散、滲透到油氣井深部及儲層裂縫，酸蝕半徑可由常規(guī)的1～2 m 增至3～6 m，進(jìn)一步增加酸蝕作用距離，提升措施效果[29]。

2 生物酶解堵技術(shù)的發(fā)展方向

最初生物酶解堵技術(shù)是為解決聚合物破膠的問題而應(yīng)用于油氣田開采中。以往增產(chǎn)措施常采用化學(xué)解堵技術(shù)來清除高分子聚合物、黏土、油垢等堵塞物，但存在對儲層造成潛在性二次傷害的問題，因此國內(nèi)外研究者提出使用專一性強(qiáng)、對環(huán)境無污染的生物酶解堵技術(shù)作為環(huán)保型解堵技術(shù)的新思路。生物酶解堵技術(shù)已被廣泛認(rèn)為是一種有效的、環(huán)保的增產(chǎn)增注措施。隨著國家環(huán)保要求的不斷提高，生物酶解堵技術(shù)將是今后增產(chǎn)增注技術(shù)系列的一大重點(diǎn)，特別是在我國海上油氣田將會得到很好的應(yīng)用與發(fā)展。

與其他化學(xué)解堵技術(shù)相比，生物酶解堵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：（1）應(yīng)用過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，為生化反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束時(shí)，生物酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量無變化且分子結(jié)構(gòu)不被破壞，因此酶可回收反復(fù)使用，運(yùn)行費(fèi)用極低；（2）安全穩(wěn)定性好，對作業(yè)人員無傷害，對環(huán)境不造成污染；（3）對油氣田管線、管柱無腐蝕；（4）工作液與地層流體配伍性良好，不會對儲層造成二次污染。

結(jié)合目前生物酶解堵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，該技術(shù)主要存在以下三方面問題：（1）生物酶產(chǎn)品的耐鹽、耐高溫性能有待提高。酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，具有蛋白質(zhì)的特性，一旦外界環(huán)境達(dá)到其變性條件，酶的功能基團(tuán)就會喪失活性。目前已應(yīng)用于現(xiàn)場的酶產(chǎn)品的耐溫性能普遍低于100 ℃，且對礦化度較為敏感，部分酶產(chǎn)品在礦化度為5 000 mg/L 以上出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象；（2）酶產(chǎn)品專一性強(qiáng)，對地層及原油有一定選擇性；（3）酶產(chǎn)品成本較高，一定程度制約了酶技術(shù)推廣及應(yīng)用。由于油氣田增產(chǎn)用酶產(chǎn)品一般需經(jīng)過基因重組、菌種優(yōu)選、標(biāo)準(zhǔn)化提純等一系列程序，工業(yè)化生產(chǎn)酶產(chǎn)品所需費(fèi)用相對昂貴。

縱觀國內(nèi)外對生物酶解堵技術(shù)研究，目前該技術(shù)主要集中在生物酶體系的配方變革上。從技術(shù)產(chǎn)品性能提升的角度出發(fā)，以研發(fā)出能適宜于更高礦化度及溫度、更寬pH 值范圍、更低成本的生物酶解堵劑為今后主要研究方向，以解決生物酶解堵技術(shù)對環(huán)境要求較高的難題；從該技術(shù)的發(fā)展方向來看，以開展生物酶解堵技術(shù)與其他類型的解堵技術(shù)相結(jié)合的研究與應(yīng)用為主。

3 認(rèn)識與建議

目前生物酶解堵技術(shù)普遍存在成本較高、對環(huán)境適應(yīng)能力較差、應(yīng)用范圍較小、解堵效果有待進(jìn)一步提升等問題，有必要結(jié)合海上油田的特點(diǎn)和要求，進(jìn)一步完善生物酶解堵技術(shù)系列。

3.1 優(yōu)化生物酶解堵增注技術(shù)

（1）進(jìn)一步提升生物酶產(chǎn)品的耐鹽、耐高溫性能，以滿足高溫高壓深井的應(yīng)用條件，拓寬生物酶解堵技術(shù)的應(yīng)用范圍。針對高溫高壓深井及工作液體系的pH值較低的特點(diǎn)，可考慮研究適宜的生物酶和相適應(yīng)的酶活力保護(hù)措施，如對生物酶進(jìn)行膠囊化等，并配合適宜的施工工藝，以達(dá)到理想的增產(chǎn)效果。

（2）進(jìn)一步降低生物酶產(chǎn)品成本。今后可嘗試通過與其他藥劑進(jìn)行復(fù)配，進(jìn)一步提高酶產(chǎn)品的性能，以降低其使用濃度。另一方面，可通過生物酶進(jìn)行集約化、規(guī)?；a(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，以利于酶技術(shù)在油氣田解堵作業(yè)中獲得大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3.2 開展復(fù)合型解堵增注技術(shù)的研究與應(yīng)用

物理解堵技術(shù)主要以電脈沖技術(shù)、水力振蕩增注、氣體壓裂、超聲波增注等技術(shù)為主，存在解堵半徑有限、施工工藝復(fù)雜、作用范圍難以控制等弊端?；瘜W(xué)解堵技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣、施工工藝簡單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但存在對管柱腐蝕性強(qiáng)、處理半徑小、解堵有效期短等問題，一定程度上制約其推廣應(yīng)用。開展生物酶解堵技術(shù)與物理解堵技術(shù)、化學(xué)解堵技術(shù)的組合應(yīng)用，優(yōu)勢互補(bǔ)，形成復(fù)合型解堵技術(shù)，是進(jìn)一步提高解堵效果的重要方法。