[发明专利]中低温内切β-甘露聚糖酶及其编码基因和应用

说明书

本发明涉及中低温内切β‑甘露聚糖酶及其编码基因和应用，其核苷酸序列如SEQ ID NO：1或SEQ ID NO：2所示。本发明的β‑甘露聚糖酶来源于枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis BL‑27，通过重组菌表达的β‑甘露聚糖酶酶活很低，可以快速降低瓜尔胶粘度却仅产生极少量的甘露糖寡糖，与现有β‑甘露聚糖酶酶学性质存在巨大差异；β‑甘露聚糖酶ManBL27‑1在未破胞的情况下，能够在1h以内将40‑50℃下的水基压裂液粘度从5000mpa.s以上降到500mpa.s，随着时间的增加能够完全降低粘度，β‑甘露聚糖酶ManBL27‑2基因工程菌，形成了菌体的“自包埋”，在相同条件下对水基压裂液的降粘速率有明显的减缓趋势，实现了甘露聚糖酶在水基压裂液体系中的缓释降粘效果。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体地说，本发明涉及的是具有中低温活性、耐碱的内切β-甘露聚糖酶及其基因以及该β-甘露聚糖酶作为水基压裂液破胶剂的应用。

背景技术

随着我国现在石油的探明和开发，低渗透油藏的储量占总石油储量的三分之二以上，且呈逐年上升的趋势；且现在大部分石油的消耗也都来自于低渗透油藏，自此，开发利用低渗透油藏是如今石油开采中的重大目标。诞生于1949年的水力压裂技术已成为低渗透油藏开采的通用技术，能够有效地刺激低渗透油井，使其恢复产油能力[侯晓晖,王旭,王玉斌.水基压裂液聚合物增稠剂的应用状况及展望[J].西南石油学院学报),2003,15:45-47]。在水力压裂技术体系中，增稠剂和破胶剂都是必要元素；压裂完成后，破胶剂将增稠剂的大分子结构破坏从而降低粘度，破胶液返排出油井，这样压裂储层才能形成导流能力良好的支撑裂缝。

瓜尔胶及其衍生产品是压裂液的常用增稠剂。传统用的破胶方法一般为化学方法，利用过硫酸盐等氧化剂，依靠氧化还原反应产生高活性的自由基，迅速破坏大分子增稠剂主链，达到破胶目的。由于这种反应对温度和时间有要求，反应的最低温度为50℃时才能实现在1h内破胶，仅仅只能适用于中高温油藏，对于温度低于50℃的中低温油藏来说，化学破胶剂在工程应用上并不适合。此外，化学破胶所需的氧化反应存在随机性，会与管道、地基材料、烃类等反应，产生污染物，对环境不友好，存在很多局限性[庄照锋,张士诚，张劲，et al.中高温低浓度压裂液研究与应用[J].石油化学,2007,24(2):120-123]。

瓜尔胶分子结构由甘露糖通过β-1,4糖苷键连接而成的主链和α-1,6糖苷键连接的半乳糖侧链构成。β-甘露聚糖酶可水解瓜尔胶的主链糖苷键，破坏瓜尔胶的大分子结构。为解决低温油藏环境条件下的破胶剂瓶颈，耐低温、耐碱的高活性β-甘露聚糖酶具有不可替代性。与传统破胶剂相比，酶破胶剂只会与特定的底物瓜尔胶起反应，不会产生其他附加伤害，环境友好；且具有在低浓度添加量下快速降粘的效果，所以生物酶制剂在油田破胶中更受欢迎。尤其是对于温度低于50℃的中低温油田，采用酶法破胶是替代化学破胶的重要技术手段。

目前，碱性β-甘露聚糖酶在国外已广泛应用于油气田压裂工艺，尤其适于中低温油气井的压裂破胶(20-50℃)；国内，也有低温甘露聚糖酶及破胶特性的相关专利及研究论文发表[一种生产中低温β-甘露聚糖酶的菌株及其应用，申请号201310539350.0；一种利用肠杆菌生产耐低温β-甘露聚糖酶的方法，申请号201410723219.4；王丽仙,李良川,刘彝,etal.嗜碱杆菌甘露聚糖酶环境适应性及其对瓜尔胶的降解作用[J].华东理工大学学报(自然科学版),2018,44(05):47-55.Li C,Liu F F,Ye J,et al.A low-temperature activeendo-β-1,4-mannanase from Bacillus subtilis TD7 and its gene expression inEscherichia coli[J].Applied Environmental Biotechnology,2018,3(2):17-25.]。适用于破胶剂的β-甘露聚糖酶需具备中低温活性和耐碱性等特征，开发高活性的低温碱性甘露聚糖酶是实现低温破胶的必要条件。

发明内容