[发明专利]使用甘露聚糖水解酶酶破胶剂压裂的方法

说明书

【技术领域】

在超过160℉的温度下水解半乳甘露聚糖底物的分离的甘露聚糖水解酶在含有瓜尔胶及衍生的瓜尔胶的压裂液中作为酶破胶剂(enzyme breaker)具有特定可应用性。

【背景技术】

液压压裂用于产生从钻孔延伸进岩层的地下裂缝，以便增加压裂液可由地层(subterranean fracture)产生的速度。一般而言，将高粘度压裂液以足够的压力泵入井，以断裂地层。为了维持增加的暴露于地层，将固体支撑剂加入被通过施加到压裂液的高压携带到裂缝的压裂液。

大于65％的常规压裂液是由瓜尔胶(半乳甘露聚糖)或瓜尔胶衍生物诸如羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基瓜尔胶(CMG)和羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)制成。这些聚合物可被交联，以便增加它们的粘度和增加它们的支撑剂运输的能力。

一旦高粘度压裂液将支撑剂携带到了地层，使用破胶剂减小压裂液的粘度，其允许支撑剂沉降到裂缝和由此增加地层暴露于井。破胶剂通过减少聚合物分子量，由此‘断裂’聚合物来工作。然后裂缝成为待产生返回到井的流体和气体的高通透性导管。

化学氧化剂和酶最通常被用作破胶剂。氧化剂产生自由基，其然后降解聚合物。此反应限制受限于氧化剂是化学计量的，且它们不仅会攻击聚合物，而且会攻击可被氧化的任何分子。另一方面，酶是催化性和底物特异性的，并会催化聚合物上特定键的水解。酶会在其有寿命期间降解许多聚合物键。不幸的是，酶在窄温度范围内操作，且它们的功能状态常常被高温灭活。

用以降解半乳甘露聚糖的常规酶在环境～中等温度(75℉～150℉)工作良好。在升高的温度，(>150℉)这些酶快速变性及失去活性。常规酶制剂中使用的β-甘露聚糖酶具有约150℉的温度上限。活性特征指示，过了此点，则酶保留少到无活性。因为许多井下压裂操作在超过150℉的温度进行，具有可在这些升高的温度下降解基于瓜尔胶的压裂液的酶会有益。

【发明概述】

甘露聚糖水解酶有效水解半乳甘露聚糖，且在升高的温度范围的瓜尔胶聚合物水解中具有特定有效性。高温甘露聚糖水解酶可关联于谷胱甘肽S-转移酶(GST)或可未关联于GST。

编码甘露聚糖水解酶的核苷酸序列源于解糖热纤维菌(Caldocellum saccharolyticum)的β-甘露聚糖酶基因，并经密码子优化而用于在大肠杆菌(E.coli)中表达。编码甘露聚糖水解酶的基因(下文“htβ”)具有图1A所示的核苷酸序列(SEQ ID NO:1)，其被密码子优化而增加甘露聚糖水解酶在大肠杆菌(E.coli)中表达。然后可将基因htβ(SEQ ID NO:1)克隆进适合的质粒载体，诸如pUC57，pUC19，及pGS-21a或克隆进任何其他可商购的载体或自定义表达的载体或克隆载体。可将甘露聚糖水解酶转化进可商购的大肠杆菌(Escherichia coli)株，并在其中表达。甘露聚糖水解酶的翻译的氨基酸序列显示于图1B(SEQ ID NO:2)。

然后可制备水性压裂液，其含有酶，瓜尔胶聚合物及交联剂。

当在液压压裂中使用时，甘露聚糖水解酶对于在超过160℉的温度降解基于瓜尔胶的聚合物中有效。

【附图说明】

为了更完全地理解，本发明的详述中参照图，提供各图的简述，其中：

图1A(SEQ ID NO:1)显示本发明中使用的编码甘露聚糖水解酶的核苷酸序列。图1B(SEQ ID NO:2)显示甘露聚糖水解酶的氨基酸序列。

图2显示带有甘露聚糖水解酶基因的质粒pUC57-htβ，pGS-21a-gst-htβ和pGS-21-htβ的构建。

图3对比了于180℉的25ppt的含有甘露聚糖水解酶的硼酸盐交联的瓜尔胶悬浮液对比不含有甘露聚糖水解酶的悬浮液18小时之后的粘度减小。

图4对比了于160℉的25ppt的含有甘露聚糖水解酶的硼酸盐交联的瓜尔胶悬浮液对比不含有甘露聚糖水解酶的悬浮液18小时之后的粘度减小。

图5对比了于180℉的含有甘露聚糖水解酶的硼酸盐交联的瓜尔胶悬浮液对比不含有甘露聚糖水解酶的悬浮液经10小时的粘度减小。

图6对比了于140℉的含有甘露聚糖水解酶的硼酸盐交联的瓜尔胶悬浮液对比不含有甘露聚糖水解酶的悬浮液经3.5小时的粘度减小。

图7对比了不同温度的含有甘露聚糖水解酶的瓜尔胶悬浮液的粘度减小。

图8A显示在甘露聚糖水解酶缺失下制造的支撑剂填充层的显微照片。