[发明专利]甘露聚糖酶及其基因和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种高温甘露聚糖酶及其基因，含有该基因的重组表达载体和重组表达转化体，其重组酶和该重组酶的制备方法，以及该甘露聚糖酶或其重组体作为生物酶破胶剂，在控制油井水基压裂液中瓜尔胶或其衍生物的条件性水解破胶中的应用。 

背景技术

一些低渗透油气藏具有渗流阻力大，呈非线性流动等特征，驱替效率低、开采难度高、单井产量低，并且稳产难度大。为了提高低渗透油气藏的油井产量，可以通过往油井中注入高压液体以撑裂岩层，由此水基压裂液应运而生。在石油开采过程中，首先将以瓜尔胶或其衍生物为基础的碱性水基压裂液凝胶打入油井中。压裂液凝胶包裹着支撑剂将其携带送入地层，在外加的强大压力下，地层被压裂产生裂缝，支撑剂进入裂缝将其支撑开来。再关闭油井，在化学破胶剂或生物破胶剂作用下将压裂液凝胶彻底破胶，然后迅速将裂解的压裂液从井中返排出来，使油层形成具有很好导流能力的裂缝，从而使油井出油量增加。 

瓜尔胶及其衍生物在石油开采中被广泛用作增稠剂，其本质为半乳甘露聚糖，主链由甘露糖通过β-1,4-糖苷键连接而成，侧链半乳糖通过α-1,6-糖苷键连接在主链上，其分子量在200～300kDa。天然瓜尔胶由于不能快速溶胀和水化、溶解慢、水不溶物含量高、黏度不易控制等缺陷而应用受限。目前工业上通过改性以提高其理化性能，瓜尔胶衍生物可根据衍生基团而大致分为：非离子瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、阴离子瓜尔胶、两性离子瓜尔胶等，常见的瓜尔胶衍生物有羟丙基瓜尔胶，羧甲基瓜尔胶，羧甲基羟丙基瓜尔胶等，其中羟丙基瓜尔胶大量应用于油田压裂液。 

在上述过程中，破胶步骤非常关键，如果压裂液凝胶破胶不彻底，则粘稠的压裂液凝胶及破胶残渣牢固地包裹在支撑剂周围，会堵塞裂缝，造成裂缝孔隙渗透率降低，引起油田储层暂时性甚至永久性的伤害。对于瓜尔胶及其衍生物，目前使用的破胶方法有两种，一种是化学方法，另一种是生物方法。1981 年Hinkel在U.S.Pat.No.4,250,044中指出，过硫酸铵或者过硫酸钾可以用作破胶剂，在合适的油层条件下发挥其破胶作用。此后，油田开始大量采用过硫酸铵作为破胶剂。目前，我国有许多油田采用过硫酸铵作为破胶剂。尽管化学破胶剂具有一定效果，但也具有化学污染大及破胶度有限等缺陷。另一方面，生物方法利用瓜尔胶水解酶催化降解瓜尔胶及其衍生物从而达到破胶的目的。根据瓜尔胶及其衍生物的分子结构，破胶剂的作用点可以从其主链入手，利用甘露聚糖酶水解其主链上的β-1,4-糖苷键，降低其分子质量，从而降低其溶液的黏度，达到破胶目的。与化学法相比，酶法破胶具有专一性强，可控性好，破胶彻底，破胶后残渣少，油层污染小，压裂后油层物性好等优势，有利于保护油层，更好地提高油井产量。 

1991年公开的专利U.S.4,996,153中，Cadmus和Slodki披露了一种针对以木聚糖为基础的水基压裂液的生物酶破胶剂，这种水基压裂液及相应的破胶剂适用于低温油井。1993年Tjon-Joe-Pin在专利U.S.5,201,370中公开了一种针对以瓜尔胶为基础的水基压裂液的生物酶破胶剂，这种破胶剂可以水解α-1,6-D-半乳糖苷键和β-1,4-D-甘露糖苷键，其适用的油井温度是20-80°C。1991年Bergquist从嗜热厌氧菌Caldocellulosiruptor saccharolyticus中发现一种甘露聚糖酶(Appl.Environ.Microbiol.1991，57，694-700);2011年授权的美国专利U.S.8,058,212中，贝克休斯公司将这种甘露聚糖酶作为一种新型的生物酶破胶剂用于水基压裂液的破胶，据称这种破胶剂可以适用于72°C以上的油田。1995年至2002年，Kelly等陆续公开了U.S.5,421,412，U.S.5,869,435，U.S.6,197,730和U.S.6,936,454共4项专利，在此基础上美国哈利伯顿(Halliburton)油气田服务公司于1999年研制出新型耐高温生物酶破胶剂这种破胶剂包含α-1,6-D-半乳糖苷酶和β-1,4-D-甘露聚糖酶，其酶来自于嗜热厌氧菌Thermotoga neapolitana DSM5068(新阿波罗栖热袍菌)和Thermotoga maritime(海栖热胞菌)，所述破胶剂可以短期耐受90°C高温。目前已在世界范围内推广，2005年起由大连百奥泰科技有限公司在中国地区全面推广。