王 娟方 艾馬 寧

（1.中國石油川慶鉆探公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川 廣漢 618300；2.中國石油川慶鉆探公司四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川 成都 610051）

一種特異酶降解聚丙烯酰胺的室內(nèi)研究

王 娟1方 艾1馬 寧2

（1.中國石油川慶鉆探公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川 廣漢 618300；2.中國石油川慶鉆探公司四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川 成都 610051）

采用一種特異酶解決聚合物驅(qū)油過程中注聚井堵塞的問題。實(shí)驗(yàn)研究了此特異酶對(duì)聚合物驅(qū)分子量為1 400×104聚丙烯酰胺的降解情況，主要討論了酶的加量、作用時(shí)間、溫度、礦化度等因素對(duì)特異酶降解聚丙烯酰胺的影響，并進(jìn)行了滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)顯示，該特異酶的加量為聚丙烯酰胺濃度的3倍、溫度為50℃左右時(shí)對(duì)聚丙烯酰胺的降解效果較好，并且此特異酶具有一定的抗鹽性能。

特異酶 降解 聚合物驅(qū) 聚丙烯酰胺

0 引言

注聚合物對(duì)油田進(jìn)行開發(fā)是一種常用的提高油田最終采收率的三次采油技術(shù)。隨著聚合物注入量的增加，聚合物固體顆粒逐漸沉積在孔隙中，這些附著物將會(huì)干擾聚合物的繼續(xù)注入。由于注聚堵塞造成注聚井欠注或停注，嚴(yán)重制約了一些聚注區(qū)塊的開發(fā)，從而影響油田的經(jīng)濟(jì)效益。筆者采用一種特異酶對(duì)聚合物驅(qū)用聚丙烯酰胺（HPAM）進(jìn)行了室內(nèi)降解研究。

文獻(xiàn)資料表明，生物酶一般對(duì)生物聚合物降解效果較好，對(duì)合成聚合物的降解效果不明顯。通過實(shí)驗(yàn)證明，筆者所用的特異酶對(duì)HPAM有較好的降解效果，并在礦化度較大的情況下也能降解HPAM。

1 特異酶作用機(jī)理

生物酶是一種由生物有機(jī)體生成的特殊蛋白質(zhì)。應(yīng)用于石油工業(yè)的酶通常為幾種酶的混合物，此類混合酶對(duì)天然高分子化合物（如淀粉、纖維素）及天然改性高分子化合物（如改性淀粉、羧甲基纖維素）有很好的降解作用，但幾乎不能降解合成聚合物。實(shí)驗(yàn)所用的特異酶為一種含巰基（—SH）肽鏈的內(nèi)切酶，其具有蛋白酶和酯酶的活性，有較廣泛的特異性，對(duì)酰胺、多肽、酯等有較強(qiáng)的水解能力，其反應(yīng)催化類型為水解反應(yīng)，機(jī)理如下：

2 模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

實(shí)驗(yàn)儀器為：數(shù)字顯示恒溫水浴鍋，ZNN-D6型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，巖心流動(dòng)儀。

藥品為：HPAM分子量為1 400×104；應(yīng)用濃度為0.1%；特異酶活性為75×104。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

模擬井口溫度50℃，改變特異酶的加量，并在不同的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)測(cè)量HPAM溶液的表觀黏度，根據(jù)降黏率的大小確定特異酶的最佳加量及反應(yīng)時(shí)間；按照特異酶的最佳加量，反應(yīng)時(shí)間為6 h的條件下改變水浴溫度，根據(jù)降黏率的大小確定溫度對(duì)特異酶作用的影響；在水浴溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為6 h的條件下改變礦化度，確定礦化度對(duì)特異酶的影響，其中礦化度的調(diào)節(jié)是由NaCl、MgCl2、CaCl23種鹽模擬地層水所得；最后通過滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定特異酶對(duì)由HPAM引起的堵塞進(jìn)行解堵的情況。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 酶的加量及作用時(shí)間對(duì)降黏率的影響

從理論上講，酶對(duì)聚合物的降解能力是非常強(qiáng)的，因?yàn)樵诮到膺^程中，酶的立體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生某種變化，但在反應(yīng)結(jié)束后，酶本身不消耗，并恢復(fù)到原來的狀態(tài)[1]，所以酶的用量較少。

對(duì)特異酶在50℃條件下加量隨時(shí)間對(duì)降黏率的影響進(jìn)行考察，結(jié)果見圖1。從圖1可知，特異酶對(duì)HPAM具有較強(qiáng)的水解作用。當(dāng)HPAM濃度為0.1%時(shí)，隨著特異酶加量的增加，其對(duì)HPAM的降黏率大幅增加，但當(dāng)加量加到一定程度（0.30%）時(shí)，繼續(xù)增大特異酶的加量，此時(shí)降黏率增加的幅度很小。同時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，其對(duì)HPAM的降黏率也是呈逐漸增加的趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為6 h左右時(shí)，降黏率趨于穩(wěn)定，最大降黏率為70%左右。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與經(jīng)濟(jì)性考慮，確定特異酶的最佳用量為0.30%，最佳反應(yīng)時(shí)間為3.5～6.0 h。

圖1 50℃時(shí)特異酶加量隨時(shí)間對(duì)降黏率的影響圖

3.2 溫度對(duì)降黏率的影響

溫度從兩方面影響酶促反應(yīng)的效率。首先，升高溫度增加底物分子的熱能，加快反應(yīng)速率，然而較高的溫度會(huì)帶來第二種效應(yīng)，增加構(gòu)成酶本身蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子熱能，也就增加了多重弱的非共價(jià)鍵相互作用（氫鍵、范德華力等）破裂的機(jī)會(huì)。這些相互作用維系著整個(gè)酶的三維結(jié)構(gòu)，最終將導(dǎo)致酶的變性[2]。因此，酶只能在有效溫度范圍內(nèi)才可以進(jìn)行催化反應(yīng)。一般而言，溫度每升高10℃，酶的反應(yīng)速度相應(yīng)地加快1～2倍，在40℃左右時(shí)酶的活性最大。溫度再升高時(shí)，酶的活性反而會(huì)降低，即當(dāng)溫度升高到酶的變性溫度時(shí)，發(fā)生了酶的變性。在較高的溫度下，酶的變性和酶的反應(yīng)速度將一樣快，而且這種變性是不可逆的[2]。所以當(dāng)超過最適合的溫度后，酶的反應(yīng)速度逐步降低，一般酶在60℃以上會(huì)變性失活[3]。

在特異酶加量為0.30%的情況下，考察了在不同溫度下特異酶對(duì)HPAM的降黏率的影響（圖2）。由圖2可知，隨著溫度的逐漸升高，特異酶對(duì)HPAM的降黏率逐漸增加，當(dāng)溫度達(dá)到50℃左右時(shí)，降黏率最大，隨后隨著溫度的繼續(xù)升高，特異酶對(duì)HPAM的降黏率又逐漸減小。

圖2 不同溫度下特異酶對(duì)HPAM的降黏率的影響圖

3.3 礦化度對(duì)降黏率的影響

一般情況下，鹽的存在對(duì)酶催化作用有負(fù)面影響，會(huì)降低酶的活性，尤其是在重金屬鹽存在的情況下，會(huì)導(dǎo)致酶的變性。變性后的酶會(huì)出現(xiàn)各種不同的現(xiàn)象，如溶解度降低、黏度增大、生物活性喪失等。因此，考察了不同礦化度條件下特異酶對(duì)HPAM的降黏率，結(jié)果如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使在鹽的存在下，特異酶對(duì)HPAM的降黏率并沒有大幅度地下降，而是基本保持不變，這說明此種特異酶具有較好的抗鹽性能。

表1 不同礦化度條件下特異酶對(duì)HPAM的降黏率表

3.4 滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)

為評(píng)價(jià)特異酶解堵效果，在改變礦化度的情況下利用人造巖心進(jìn)行了一系列巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。在整個(gè)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中，保持巖心流動(dòng)儀的溫度在50℃左右，特異酶加量為0.30%，解堵時(shí)間為6 h，其中礦化度的改變是由配制特異酶解堵劑溶液時(shí)改變?nèi)軇┑牡V化度得到的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可知，隨著礦化度的增大，滲透率的恢復(fù)率有所下降，但下降幅度不大，這說明此特異酶受鹽的影響比較小。

表2 巖心堵塞及其恢復(fù)滲透率數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

1）特異酶為天然植物提取物，不含任何有毒物質(zhì)，使用安全，對(duì)常用聚合物驅(qū)用HPAM具有較好的降解效果。

2）討論了特異酶在不同加量、溫度及礦化度的條件下對(duì)HPAM的降解效果，得出特異酶的加量為HPAM濃度的3倍、溫度為50℃左右時(shí)對(duì)HPAM的降解效果更好，并且此種特異酶具有一定的抗鹽性能。

3）滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，該特異酶可作為解堵劑對(duì)由HPAM引起的地層堵塞進(jìn)行解堵。

［1］羅貴民.酶工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：17.

［2］郭勇.酶的生產(chǎn)與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：11-12.

［3］姜錫瑞.酶制劑應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：14-15.

（編輯：盧櫟羽）

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1673-9035（2010）05-0062-03

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2010－06－28

王娟（1982－），女，助理工程師，從事鉆井液技術(shù)研究工作。E-mail：frog915@sina.com