生化--化学降解聚丙烯酰胺类压裂液的研究
聚丙烯酰胺类压裂液具有良好的耐温、耐剪切及低摩阻性能，在我国各大油田得到了广泛的应用。但在聚丙烯酰胺压裂液的使用过程中，一直存在返排液破胶不彻底，粘度较高从而导致一定的储层伤害的问题。因此，本文在常规化学强氧化剂降解破胶聚丙烯酰胺压裂液的基础上，通过筛选、培养、驯化获得可降解聚丙烯酰胺的功能菌，考察了温度、pH、盐度、矿化度等因素对功能菌生长的影响。开展了化学-氧化还原体系对聚丙烯酰胺类压裂液降解的研究，并与功能菌复合降解，获得降解效果更优的生物-化学复合降解体系。同时，研究了聚丙烯酰胺类压裂液的降解机理。为油田降解聚丙烯酰胺类压裂液提供一种新方法。 可降解聚丙烯酰胺功能菌的研究，从铜陵红壤土与青海高原土壤分离菌株共计133株,经初步测试有PAM降解活性的46株。进一步筛选获得4株具有较强分解PAM分解活性的菌株，分别命名为P01、P02、P03、P04。初步鉴定P01为蜡质芽孢杆菌(Baciilluscereus)、P02为地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)、P03和P04为枯草芽孢杆菌(Bacillssubtillis)。同时，通过深度驯化、富集筛选从油田返排液中获得了一种可以对PAM进行降解的功能菌，初步鉴定为轮枝链霉菌(Streptomycesverticillus),并命名为EPAM-01。考察了pH值、温度、盐度和矿化度等因素对五种功能菌生长的影响。结果表明:微生物在pH5～9,温度30℃～50℃、盐度5g·L-1～12.5g·L-1生长较好，并对聚丙烯酰胺具有较高的去除率。其中相同条件下,EPAM-01受环境影响较小，可以保持较高的聚丙烯酰胺降解活性，且EPAM-01对高矿化度具有较强适应性。 化学-氧化还原体系降解研究，以过氧化物APS(过硫酸铵)作为氧化剂,考察以Na2S2O3Na2SO3、NaHSO3、NaH2PO2、VC作为不同还原剂化学降解后聚丙烯酰胺类压裂液粘度、分子量、聚丙烯酰胺含量的变化。其中以VC作为还原剂的降解效果最好。VC和APS氧化还原体系降解后，聚丙烯酰胺类压裂液的粘度由42.3mPa·s下降到10.2mPa·s;压裂液的分子量由2000万下降到450.4万;聚丙烯酰胺含量由19.85mg·L-1下降到8.68mg·L-1。 生物-化学复合降解体系研究，研究了氧化还原体系和P01、P02、P03、P04、EPAM-01五种降解菌复合降解聚丙烯酰胺类压裂液。复合降解结果表明，化学降解后，EM30S粘度由42.3mPa·s下降到10.2mPa·s,粘度下降达到75.9％,微生物作用后粘度进一步下降，其中EPAM-01降解效果最好，在原有基础上，粘度进一步下降64.3％,使破胶后压裂液的粘度降低到4mPa·s以下。VC&APS氧化还原体系降解后，聚丙烯酰胺降解率为56.3％,微生物作用后，进一步降解了52.5％。生化复合降解后，在化学降解的基础上，聚合物的分子量进一步降低，VC&APS氧化还原体系氧化降解后分子量下降了77.5％,微生物作用后分子量在氧化降解的基础上下降了75.1％以上，分子量最低可降到60万以下。与常规化学破胶相比，采用化学-微生物复合破胶后，破胶更为彻底,对储层的伤害降低至20％以下。 聚丙烯酰胺类压裂液降解机理研究表明，生物-化学复合降解同时具有生物和化学降解的特点。通过H-NMR分析，生化复合降解后，相比于氧化还原体系和微生物降解，生化复合降解后δ=1.608(Ha)和2.162ppm(Hb)处的化学位移吸收峰强度进一步降低。红外光谱图的分析显示，聚丙烯酰胺样品为阳离子聚丙烯酰胺，在生化降解后，901cm-1处-CR=CH-中C-H面弯曲振动峰强度明显降低，1102cm-1处C-N伸缩振动吸收峰强度明显降低，说明生化降解同时具有生物降解和化学降解的特点。飞行时间质谱结果表明，与仅采用氧化还原体系相比，生化复合降解后产生了新的离子峰，生成了新的小分子物质，说明生化复合降解对聚丙烯酰胺的降解更为彻底。这些结果表明，生化复合降解方式可以更有效地降解聚丙烯酰胺，产生更小的有机物分子，如醋酸、氨基酸等，被微生物进一步代谢利用，释放出更多的能量和电子。经过这两个阶段的作用，使得聚丙烯酰胺降解更彻底。
压裂液;聚丙烯酰胺;生物降解;生化复合降解;降解机理
西安石油大学
硕士
化学工程
陈世军
2023
中文
X741
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）