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。實驗研究了此特異酶對聚合物驅(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、作用時間、溫度、礦化度等因素對特異酶降解聚丙烯酰胺的影響，并進行了滲透率恢復(fù)實驗。實驗顯示，該特異酶的加量為聚丙烯酰胺濃度的3倍、溫度為50℃左右時對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

注聚合物對油田進行開發(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)濟效益。筆者采用一種特異酶對聚合物驅(qū)用聚丙烯酰胺（HPAM）進行了室內(nèi)降解研究。

文獻資料表明，生物酶一般對生物聚合物降解效果較好，對合成聚合物的降解效果不明顯。通過實驗證明，筆者所用的特異酶對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 特異酶作用機理

生物酶是一種由生物有機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。實驗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，對酰胺、多肽、酯等有較強的水解能力，其反應(yīng)催化類型為水解反應(yīng)，機理如下：

2 模擬實驗

2.1 實驗儀器及藥品

實驗儀器為：數(shù)字顯示恒溫水浴鍋，ZNN-D6型旋轉(zhuǎn)黏度計，巖心流動儀。

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 實驗方法

模擬井口溫度50℃，改變特異酶的加量，并在不同的反應(yīng)時間內(nèi)測量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)時間；按照特異酶的最佳加量，反應(yīng)時間為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特異酶作用的影響；在水浴溫度為50℃，反應(yīng)時間為6 h的條件下改變礦化度，確定礦化度對特異酶的影響，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)實驗，確定特異酶對由HPAM引起的堵塞進行解堵的情況。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 酶的加量及作用時間對降黏率的影響

從理論上講，酶對聚合物的降解能力是非常強的，因為在降解過程中，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。

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

圖1 50℃時特異酶加量隨時間對降黏率的影響圖

3.2 溫度對降黏率的影響

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鍵相互作用（氫鍵、范德華力等）破裂的機會。這些相互作用維系著整個酶的三維結(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℃左右時酶的活性最大。溫度再升高時，酶的活性反而會降低，即當(dāng)溫度升高到酶的變性溫度時，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HPAM的降黏率逐漸增加，當(dāng)溫度達(dá)到50℃左右時，降黏率最大，隨后隨著溫度的繼續(xù)升高，特異酶對HPAM的降黏率又逐漸減小。

圖2 不同溫度下特異酶對HPAM的降黏率的影響圖

3.3 礦化度對降黏率的影響

一般情況下，鹽的存在對酶催化作用有負(fù)面影響，會降低酶的活性，尤其是在重金屬鹽存在的情況下，會導(dǎo)致酶的變性。變性后的酶會出現(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HPAM的降黏率，結(jié)果如表1所示。實驗結(jié)果表明，即使在鹽的存在下，特異酶對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HPAM的降黏率表

3.4 滲透率恢復(fù)實驗

為評價特異酶解堵效果，在改變礦化度的情況下利用人造巖心進行了一系列巖心驅(qū)替實驗。在整個巖心流動實驗過程中，保持巖心流動儀的溫度在50℃左右，特異酶加量為0.30%，解堵時間為6 h，其中礦化度的改變是由配制特異酶解堵劑溶液時改變?nèi)軇┑牡V化度得到的，實驗結(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℃左右時對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)實驗表明，該特異酶可作為解堵劑對由HPAM引起的地層堵塞進行解堵。

［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［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：14-15.

（編輯：盧櫟羽）

TE377

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1673-9035（2010）05-0062-03

10.3969／j.issn.1673－9035.2010.05.020

2010－03－01

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