新型耐热生物酶破胶剂的研制和应用性能研究

论文摘要

以瓜尔胶及其衍生物为增稠剂的水基压裂液被广泛应用于低渗透油气藏的油气开采,该技术能有效地刺激低渗透油井,使其恢复产油能力。破胶是水基压裂作业的关键点,储层被压裂后必须通过破胶剂将水基压裂液所产生的滤饼降解并将残渣排除,油井才可以产油,否则粘稠的压裂液及残渣包裹在支撑剂周围堵塞裂缝,将对储层产生暂时甚至永久性的伤害。一个理想的破胶剂在储层被压裂前应不能对压裂液产生作用,在裂缝产生后能迅速而高效地将增稠剂降解,达到破胶的目的。为了得到理想的生物酶破胶剂,本课题采用基因组数据库挖掘技术从嗜热网球菌中克隆得到甘露聚糖酶DtMan,并成功地在大肠杆菌中实现了活性表达。DtMan经镍柱亲和层析纯化后得到单一条带,其最适催化反应温度高达80℃C,在80℃C半衰期为46 h。DtMan在水基压裂液所需的碱性条件下表现了非常好的耐受性,在pH 8.0,9.0和10.0条件下,DtMan分别以49.8,32.2和11.1 mPa·s·min-1的速率降低羟丙基瓜尔胶溶液的黏度。此外DtMan与压裂液中的各种添加剂具有非常良好的配伍性,在各种添加剂存在的条件下DtMan都保持了50%以上的活力,充分证明了DtMan具有作为生物酶破胶剂的潜质。DtMan作为破胶剂的最大优点在于,常温下其活力非常低,而在高温条件下破胶非常彻底,DtMan在27℃和50℃的活力仅为80℃时的3.7%和18.5%。在80℃的静态试验中,DtMan可在4 h内将水基压裂液黏度降为4 mPa-s,且当DtMan破胶24 h后,破胶液在低温下的黏度只恢复到18 mPa-s,残渣含量仅为161.4 mg/L。这些结果表明,DtMan在高温条件下能有效地将硼砂交联的水基压裂液彻底破胶。总体而言,DtMan作为生物酶破胶剂适用的pH范围为4.0～10.0,温度范围为60～90℃,使用量为2.4～20 ppm。预计DtMan将具有非常优秀的工业应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 水基压裂液
• 1.2 瓜尔胶及其衍生物
• 1.3 破胶剂
• 1.3.1 化学法破胶
• 1.3.2 生物法破胶
• 1.4 瓜尔胶水解酶
• 1.4.1 甘露聚糖酶
• 1.5 本课题研究意义
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第2章 瓜尔胶水解酶的基因克隆
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验菌株
• 2.2.4 培养基配方
• 2.2.5 分析方法
• 2.2.6 实验方法
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 甘露聚糖酶的基因挖掘
• 2.3.2 半乳糖苷酶基因挖掘
• 2.3.3 甘露聚糖酶功能初步筛选
• 2.3.4 甘露聚糖酶功能复筛
• 2.3.5 半乳糖苷酶筛选
• 2.4 本章小结
• 第3章 甘露聚糖酶的纯化和表征
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 分析方法
• 3.2.4 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 重组甘露聚糖酶DtMan纯化结果
• 3.3.2 温度对甘露聚糖酶活力的影响
• 3.3.3 pH对甘露聚糖酶活力的影响
• 3.3.4 甘露聚糖酶热稳定性测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 甘露聚糖酶DtMan在水基压裂液中的适用性研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 分析方法
• 4.2.4 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 黏度降半时间法可靠性研究
• 4.3.2 甘露聚糖酶在水基压裂液弱碱性环境中的应用性
• 4.3.3 甘露聚糖酶DtMan与水基压裂液添加剂的配伍性
• 4.3.4 重组甘露聚糖酶对瓜尔胶及其衍生物溶液的降解性能测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 静态压裂破胶试验
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 主要试剂
• 5.2.2 主要仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 不同温度条件下DtMan降低HPG溶液黏度能力
• 5.3.2 静态破胶实验
• 5.3.3 破胶残留分析
• 5.3.4 生物酶破胶剂应用性比较
• 5.4 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间撰写的论文和专利
• 致谢