【正文】 多年來先后主持并參與研究國家八五科技攻關(guān)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中石油創(chuàng)新基金項(xiàng)目、博士后基金項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目，發(fā)表科技論文三十多篇。 1986 年本科畢業(yè)于南開大 學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)， 1997 年 7 月畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位。發(fā)表學(xué)術(shù)論文三十多篇。在本項(xiàng)目中負(fù)責(zé)承擔(dān)總體構(gòu)思、規(guī)劃、組織、管理以及建模、計(jì)算等關(guān)鍵工作。 近年來已為本科生、研究生主講過 8 門課程，指導(dǎo)研究生十多名以及本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)多名。 工作條件 本項(xiàng)目所需實(shí)驗(yàn)依托西安石油大學(xué)的陜西省級重點(diǎn)學(xué)科石油工程學(xué)科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣田特種增產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國石油天然氣集團(tuán)公司批準(zhǔn)建立的石油鉆井信息應(yīng)用技術(shù)中心實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室可以滿足該項(xiàng)研究所需要的基本實(shí)驗(yàn)條件。 (二 )研究基礎(chǔ) 工作基 礎(chǔ) 從 20 世紀(jì) 80 年代起，我校就開始從事有關(guān)井壁穩(wěn)定性方面的研究工作，課題組的主要研究人員作為中國石油天然氣集團(tuán)公司委派的高級訪問學(xué)者在美國 the University of Connecticut、 the University of Texas at Austin 進(jìn)行了井壁穩(wěn)定力學(xué)、巖石力學(xué)與地應(yīng)力方面的研究，收集檢索了大量有關(guān)的資料，取得了一些成果，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。 （ 11） （ 2020 年 7 月－ 2020 年 12 月） 對項(xiàng)目實(shí)施 情況進(jìn)行評價(jià)驗(yàn)收 。 （ 7） （ 2020 年 7月－ 2020 年 12月） 實(shí)施生物酶壓裂反排液回收利用現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集 。 （ 2） （ 2020 年 3月－ 2020 年 4月）研制出分別適用于低滲透油田油井解堵、壓裂、完井、提高采收率的生物酶體系。現(xiàn)場應(yīng)用的拓展十分迅速，已經(jīng)涉及到稠油、常規(guī)稠油、含蠟井、低滲透解堵及三采、海 洋油田等區(qū)域的油田增產(chǎn)工藝和壓裂、完井過程中。給油田帶來 85 萬噸以上的原油收益和環(huán)保 HSE 生產(chǎn)環(huán)境。通過節(jié)約資源、通過污染減排讓環(huán)境質(zhì)量不斷改善，同時(shí)在減排中產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)增長，增加就業(yè)崗位，很好地推動地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展一箭雙雕。 生物酶區(qū)塊降壓增注，保護(hù)油藏，節(jié)能增效，提高采收率技術(shù) 生物酶增產(chǎn)技術(shù)對于具有低滲、低壓、低產(chǎn)，原油含蠟量高，粘度高、凝固點(diǎn)高，裂縫發(fā)育程度低，油水井間無法建立起有效的驅(qū)動體系，油井壓力恢復(fù)水平較低，水驅(qū)采收率低，開發(fā)效果差的敏感油藏具有良好的發(fā)展前景。 反排液改造單井增產(chǎn)和區(qū)塊提高采收率技術(shù)是一種完全對地層無傷害的解堵，區(qū)塊提高采收率措施。另外由于生物酶藥劑自身消耗很少的特征，反排后的溶液完全可回收二次利用，處理和二次利用十分方便。 本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù) ： 生物酶油井改造增產(chǎn)技術(shù) 該技術(shù)是通過向油井中注入具有清潔環(huán)保、油藏保護(hù)功能的生物酶制劑，解除油井中的蠟質(zhì)膠質(zhì) 瀝青質(zhì)等有機(jī)垢堵塞、壓裂、完井和堵水等工藝過程中的聚合物堵塞問題，降低油水界面張力，消除水鎖，從而達(dá)到解除堵塞，恢復(fù)油井正常生產(chǎn)，提高產(chǎn)能，提高區(qū)塊采收率的目的。 。形成 45 個具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)和發(fā)明專利的應(yīng)用于油田增產(chǎn)的產(chǎn)品，并為油田帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。 5. 生物酶增產(chǎn)及提高采收率的評價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)模型建立。 3. 生物酶完井技術(shù)。具體包括以下五個方面： 1. 生物酶油井改造增產(chǎn)技術(shù)機(jī)理研究。 在新墨西哥州東南部，一共 120口生產(chǎn)井，其中 65口適用生物酶破膠劑， 55口用常規(guī)破膠劑，對這 120口井生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，應(yīng)用生物酶破膠劑 的 65口井比常規(guī)破膠劑產(chǎn)量提高 45％。處理液以 的總排量通過 。 德克薩斯 Crocket縣有一口 Canyon砂巖井 ,該井最初曾用瓜爾膠硼凍膠壓裂液和過硫酸銨破膠劑進(jìn)行過壓裂處理 ,射孔井段 ～ ,井底靜溫 ℃ ,產(chǎn)層滲透率 m2。半乳甘露聚糖特異復(fù)合酶可有效地水解半乳甘露聚糖 ,它由兩種 O鍵水解酶組合而成。同時(shí)， 國家自然科學(xué)基金申請書 第 18 頁 版本 特異性酶還具有一種獨(dú)特的性能，即作為生物催化劑，在其引發(fā)的反應(yīng)過程中不改變自身的結(jié)構(gòu)，而是以超常的速度起循環(huán)催化反應(yīng)。而一般的水基壓裂液體系的 pH值在 ，下面是常規(guī)酶在 40℃時(shí)對有機(jī)硼交聯(lián)的羥丙基瓜膠壓裂液 (HPG)破膠性能的影響。 與胍膠反應(yīng)時(shí)可用之不盡。另外，研究不同分子量分布的各種破膠液對地層滲透率的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，各種破膠液對不同基巖滲透率造成的傷害并不相同：地層基巖原始滲透率越大，聚合物降解產(chǎn)物對地層的傷害程度越嚴(yán)重。例如，使用化學(xué)氧化破膠劑在 71℃將瓜爾膠凍膠破膠至粘度為 3mPa?s，返排液中聚合物的平均分子量范圍為 105，有約 20%的聚合物基本尚未被降解，其分子量仍大于 106。壓裂施工中要在壓裂液中加入破膠劑，使聚合物凍膠破解，聚合物大分子分解成能自裂縫中返排出的較小分子。它與其它類型的破膠劑相比，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，是將來破膠技術(shù)的主導(dǎo)方向。在施工過程中還要注意生物破膠酶與壓裂液添加劑的配伍性。溫度也是酶生存環(huán)境的重要條件之一，在低溫條件下，酶活性比較高，破膠效果好；隨著溫度的升高，酶活性會降低，其最佳作用范圍為 18～ 35℃。它是在普通破膠劑顆粒上包裹一層薄膜，這種膜是可以滲透的，破膠劑可以緩慢釋放出來，制備膠束破膠劑的材料主要是：①束芯，主要為酶破膠劑；②束衣，可以在束芯上形成膜的材料，主要是高分子材料。一般酶在pH=6時(shí)活性最大，高溫、高 pH值會使酶失去活性。膠囊氧化破膠劑的優(yōu)點(diǎn)在于減少了破膠劑對壓裂液流變性能的影響；增大破膠劑用量，改善了支撐裂縫的導(dǎo)流 國家自然科學(xué)基金申請書 第 16 頁 版本 能力。由于氧化劑的活性和溫度有關(guān)，一般當(dāng)?shù)貙訙囟鹊陀?49℃時(shí)，反應(yīng)的速度就很慢，需要加入催化劑，常用的催化劑是三乙醇胺。但優(yōu)良的壓裂液必須在注入地層后，不引起地層傷害，要求壓裂液中不溶物含量少，殘?jiān)康停煌瓿蓧毫?施工后，易返排，不引起滯留傷害。 酶基酸化處理技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用主要針對的碳酸巖儲層鉆井液傷害 ，試驗(yàn)結(jié)果表明， 8口井中， 4口取得了預(yù)期效果，增產(chǎn) 25％， 4口并沒見到增產(chǎn)效果；利比亞進(jìn)行了 4口酶基酸化處理工藝技術(shù)試驗(yàn)，返排液測試結(jié)果證明，達(dá)到了清除近井地帶鉆井液傷害目的，但并沒有獲得提高天然氣產(chǎn)量目的。由于注入時(shí)酶活性很低，所以不會發(fā)生因?yàn)V餅的局部侵蝕而出現(xiàn)的酸液漏人油層的情況。在對碳酸鹽巖芯所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，酶基酸化處理工藝不僅能消除傷害物質(zhì)，還能將滲透率提高到處理前的 16倍。這種工藝有利于保護(hù)環(huán)境和操作人員的健康，因?yàn)樗械某煞趾蜕晌锒际堑投镜模瑢Νh(huán)境沒有大的影響。酶既可以用淡水，也可以用地層水或海水。這種酸化工藝中使用的酶能耐高鹽、高溫和高壓。由于生物酶和常規(guī)鹽酸配伍性差，往往不能同時(shí)應(yīng)用來進(jìn)行水平井濾餅清除和儲層改造，直到最近，國外開始利用一些脂類化合物在儲層條件下可以緩慢生成有機(jī)酸（甲酸或乳酸），與生物酶具有很好的配伍性，同時(shí)，碳酸鈣和有機(jī)酸的反應(yīng)速度比較慢，這能夠保證生物酶與有機(jī)酸濾餅清除有效性。首先，可以保證礫石充填的連續(xù)性，同時(shí)確保生物酶清除劑 與濾餅在整個區(qū)域充分接觸。因此可以避免和消除因使用酸或氧化劑而產(chǎn)生的諸多副作用，如管柱的腐蝕以及金屬碎屑的污染等。常規(guī)的方法是采用強(qiáng)酸、氧化劑或機(jī)械的方法來清除 ,但都有諸多缺陷 ,生物技術(shù)領(lǐng)域的成就已為油氣開采 做出了重大貢獻(xiàn) ,而生物酶作為破膠劑清除鉆井液對地層的傷害 ,具有常規(guī)方法所不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)。新型特異性酶體系為多糖聚合物糖甙鍵特異性水解酶 ,遵循的是“一把鑰匙配一把鎖”原理 ,只分解多糖聚合物結(jié)構(gòu)中特定的糖甙鍵 ,可將聚合物降 姐為非還原性的單糖和二糖。另外，由于過去國內(nèi)用作破膠劑的半纖維素酶從普通環(huán)境衛(wèi)生物提取而來，通常具有較大的使用局限性，如只能在 ，溫度不能超過 66℃等；且在環(huán)境溫度下較活躍，一旦與壓裂液混合便立即發(fā)生水解 反應(yīng)，迅速降低聚合物粘度而影響施工質(zhì)量。 早期應(yīng)用酶為非特異性生物酶混合物，只能隨機(jī)分解多糖聚合物，使多 糖聚合物部分降解 ,生成短鏈多糖和少量的單糖和二糖。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物酶作為破膠劑用于清除鉆井液對地層的傷害，以其具有傳統(tǒng)方法所不具備的一些優(yōu)點(diǎn)，在國外已得到成熟的應(yīng)用。聚合物不完全降解形成的大分子量產(chǎn)物和未被分解的濾餅是形成聚合物傷害的兩種主要形式。由于在油層段鉆井時(shí)，水平段的鉆井時(shí)間要比直井長得多，因此鉆井過程中鉆井液會長時(shí)間的接觸油層。目前應(yīng)用最廣的水基鉆井液，它們所產(chǎn)生的濾餅對改造層造成相當(dāng)大的傷害，對鉆井液濾餅分析結(jié)果表明，主要有固體顆粒（碳酸鈣顆粒、地層礦物）和降濾失劑多糖聚合物（纖維素、淀粉及其衍生物）組成。與單井注聚相比施工簡便、投資少、風(fēng)險(xiǎn)小、見效快、有效率高，可見 生物酶驅(qū)油技術(shù)具有很大的推廣性；②生物酶對注入井工藝簡單可不動竹柱即可施工；③生物酶應(yīng)定期注入，這樣不僅提高受益井的效果，而目可以延長其見效周期。介紹了生物酶解堵選井原則，礦場實(shí)施工藝方案、施工方案及效果評價(jià)，在處理半徑 、阿波羅酶溶液體積分?jǐn)?shù)為 4%條件下對海上油田 2口油井已實(shí)施解堵，增產(chǎn)效果良好，值得類似油田借鑒。通過對阿波羅生物酶解堵劑的作用機(jī)理進(jìn)行分析探討后 ,采用不動管柱施工方法 ,在百色油田 13口油井上進(jìn)行了 14次施工 ,有 12井次取得解堵增油效果 ,措施有效率達(dá) %,累計(jì)增油 ,投入 為 ,產(chǎn)出為 ,投入產(chǎn)出比為 1∶ 。 7d齡期時(shí)硬化 油基水泥石水化程度較低 ,但后期水化程度和抗壓強(qiáng)度有較大的發(fā)展?jié)摿?；②水泥?xì)磨后水化活性提高 ,其油基水泥漿早期水化反應(yīng)快 ,但水化熱低于由普通細(xì)度水泥制備的油基水泥漿；③硬化油基水泥石的抗壓強(qiáng)度主要受水漿比的影響 ,水漿比過低或過高均導(dǎo)致水泥石抗壓強(qiáng)度降低；反應(yīng)溫度升高對提高硬化油基水泥石強(qiáng)度有促進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)除了研究特異酶依賴的溫度、 pH值外 ,還研究了鹽 (CaCl2,CaBr2等 )對酶活性和鹽析作用的影響 ,確定了每種鹽的最適合濃度范圍。油田數(shù)據(jù)顯示酶與射水法結(jié)合使用具有很好的清除泥餅效果。 2020年針對處于碳酸巖層的多分支水平井使用了將生物酶與射水法結(jié)合使用以清除泥餅的方法 ,利用一口三分支井進(jìn)行了現(xiàn)場施工。為解決這一問題 , 2020年提出了將粘彈性表面活性劑與酶結(jié)合使用以消除水 國家自然科學(xué)基金申請書 第 10 頁 版本 平井中的泥餅 ,其中粘彈性表面活性劑多使用陽離子表面活性劑。但使用強(qiáng)的無機(jī)酸存在著許多缺點(diǎn) ,如可能造成流體乳化、地層酸敏、二次沉淀、對工具的腐蝕等問題 ,因此 ,SEB法于 1999年被 Frederick SSSEB(SingleStep Specific Enzyme Breaker)法 ,它是在 SEB法的基礎(chǔ)上把兩步清除泥餅法合并為一步來清潔井筒。 2）聚合物特異酶的應(yīng)用 ①聚合物特異酶的提出 為解決單一使用幾 種酶的混合物帶來的問題 ,TjonJoePin和 Brannon等人于 1992年在其申請的專利“半乳甘露聚糖壓裂液中使用的生物酶破膠劑”中首次提出了聚合物特異酶的概念 ,在其專利中證明了聚合物特異酶能在低溫寬 pH值范圍內(nèi)有效清潔硼交聯(lián)流體。此類混合物中的各組分分別對胍膠、纖維素、淀粉和膠質(zhì)具有專一的水解特性。經(jīng)過近 30年的研究 ,此項(xiàng)技術(shù)已逐漸趨于成熟 ,回顧其發(fā)展過程 ,大致經(jīng)歷了以下三個階段?，F(xiàn)用于石油行業(yè)的特異酶體系為多糖類聚合物糖苷鍵特異性水解酶 ,其遵循的是“鎖匙原理” ,即“一把鑰匙配一把鎖”原理 ,只斷開多糖類聚合物結(jié)構(gòu)中特定的糖苷鍵 ,從而使聚合物降解為非還原性的單糖和二糖。這才有可能在油氣開發(fā)中形成廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。生物酶制劑能夠解決水傷害問題造成新的堵塞，注水困難，采出液困難的問題。關(guān)于這方面的研究也有報(bào)道。 由于國外酶成本高，國內(nèi)油井普遍產(chǎn)量低，大量應(yīng)用受到一定抑制，但是某些公司 國家自然科學(xué)基金申請書 第 8 頁 版本 （如 SUN生物酶等）經(jīng)過引進(jìn)消化吸收，進(jìn)行國產(chǎn)化，成本大幅降低，特別是 SUN生物酶產(chǎn)品在油田中的應(yīng)用已自成系列。 生物酶是一種以蛋白質(zhì)為基質(zhì)的非活性催化劑，系采用現(xiàn)代基因工程、細(xì)胞工程和酶工程等現(xiàn)代生化技術(shù)研制成的，具有快速、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。此后，歐美微生物學(xué)家不斷進(jìn)行深入研究，并且拓展新的用途，生物酶現(xiàn)已應(yīng)用于石油工業(yè)油水井增產(chǎn)處理，油污土壤、含油污水處理和油罐清洗等過程?，F(xiàn)場應(yīng)用的拓展十分迅速，已經(jīng)涉及到稠油、常規(guī)稠油、含蠟井、低滲透解堵及三采、海洋油田等區(qū)域的油田增產(chǎn)工藝和壓裂、完井過程中。三是推進(jìn)企地結(jié)合，共同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)互利共贏。二是依靠科技進(jìn)步和自主創(chuàng)新，提升企業(yè)的技術(shù)水平和核心競爭力。 三個立足： 一是立足石油、天然氣勘探、開采和加工，發(fā)展油、氣、煤、 鹽化工和相關(guān)裝備制造業(yè)，形成油、氣、煤、鹽一體化綜合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局，延伸石油、天然氣產(chǎn)業(yè)鏈。超低滲透油藏采取 ASP聚合物進(jìn)行三次采油是受限制的，聚合物無法有效進(jìn)入，在地層產(chǎn)生的傷害十分嚴(yán)重，反而影響了注水和采收率。普遍存在的問題是地層壓力低，滲透率低，采收率低，注水難度大，地層敏感性問題多。