随着油气勘探开发的不断深入以及对能源需求的日益增加,低渗、致密油气等非常规油气资源已成为当前勘探开发的新热点。目前,压裂改造是非常规油气资源开发的必备手段,通过压裂改造可以增强非常规油气储层的渗流能力,使油气井能够达到工业油气流标准,从而提高油气井的生产能力。但是,压裂液及其残留物极易引起储层的严重污染和堵塞,极大地影响压裂效果和油气产量。储层压裂液伤害的微生物及其酶修复技术是本文提出的一种新型压裂液伤害治理技术,其原理是针对胍胶压裂液的易生物降解特征,利用微生物自身的繁殖、运移和代谢,通过微生物及其酶在裂缝中对胶团、残渣、滤饼等不溶性压裂液残留物的降解作用,促进压裂液残留物降解和返排,从而提高裂缝和基质的渗流能力,最终达到改善压裂开发效果和提高油气产量的目的。微生物对储层多孔介质的修复技术非常复杂,合理认识和科学描述其技术方法和修复机制是决定微生物修复储层压裂液伤害技术应用前景的关键。本文首先系统地研究分析了胍胶压裂液的理化性质,探索出提高胍胶压裂液热稳定性的新方法,并依此设计出以胍胶为唯一碳源的耐温型微生物培养基进行胍胶降解菌的分离和分子生物学鉴定,建立起胍胶降解菌的菌种体系,并结合储层环境特征深入研究了储层环境因素对微生物生长的影响,通过在不同培养基中的生长曲线研究了微生物以胍胶为唯一碳源时的生长特征;其次,通过胍胶降解菌的产酶曲线筛选胍胶降解酶的高产菌株,分离制取粗酶制剂,研究其酶促反应的动力学特征,优化产酶菌的产酶条件,再结合储层环境特征深入研究了储层环境因素对酶促反应的影响;然后,通过微生物降解过程中胍胶的理化性质的变化揭示了微生物降解胍胶压裂液的生化机理,并通过酶降解过程中胍胶的理化性质的变化阐述了酶降解胍胶压裂液的生化机理,根据压裂液伤害形成的主要成因,通过对微生物及其酶降解胍胶残渣过程中残渣总量和残渣粒径的变化研究微生物及酶对胍胶压裂液残渣储层伤害的修复机理,并通过微生物及酶降解胍胶滤饼的过程中胍胶滤饼厚度和滤饼脱附的分析,研究微生物及酶对胍胶压裂液滤饼储层伤害的修复机理;最后,构建PDMS微流控微观模型,通过有无胍胶降解酶时微观模型上注入压力变化研究胍胶降解酶在孔隙中对胍胶压裂液的降解作用,通过人造岩心实验模拟压裂液伤害的形成过程和微生物及酶的修复过程,评价微生物及酶对储层压裂液伤害的修复效果。研究结果表明,胍胶溶液为剪切变稀的假塑性流体,随胍胶浓度的增加溶液粘度呈指数增长,其胍胶具有可生物降解、易热降解的特点;胍胶具有热不稳定性,温度超过85℃胍胶迅速降解,研究发现低浓度的磷酸盐可显著提高胍胶的热稳定性,使高温处理后的胍胶保持较高的平均分子量,且晶型结构、化学结构、交联性能等理化性质不发生变化。分离获得27株胍胶降解菌,筛选其中5株作为高效胍胶降解菌分别为Bacillus aerius(3-2)、Bacillus paralicheniformis(CGS)、Bacillus sonorensis(XSJ)、Anoxybacillus rupiensis(M1)、和Geobacillus stearothermophilus(S1),胍胶可作为其唯一碳源进行生长,其最适温度和p H值可为50-70℃和4.84-11.00之间;细菌在胍胶中的生长曲线显示微生在胍胶中具有较高的生长量和较长的延滞期。筛选Bacillus aerius(3-2)为高效胍胶降解酶产酶菌,其最高产酶活性可达到3.4 U,最佳产酶时间为22 h;胍胶底物浓度和酶浓度可显著影响酶促反应速率;胍胶降解酶为典型的胞外诱导酶,胍胶、淀粉等均可作为产酶碳源,有机氮源的产酶量较高,最佳产酶p H为6.0-7.0;该酶适应于30-80℃、p H值4.0-8.0的应用环境中,对胍胶及其衍生物具有催化专一性;Ba²⁺对该酶具有激活作用,而对高浓度的地层水、高浓度的戊二醛杀菌剂和高浓度的交联剂较敏感。微生物和酶均可显著降低胍胶的表观粘度和平均分子量;胍胶的微生物降解产物为小分子胍胶、少量的还原糖以及CO₂等气体;酶逐级降解胍胶为小分子胍胶、寡糖、二糖直至还原糖;微生物及酶可有效降解胍胶残渣,残渣总质量和残渣粒径显著下降;微生物及酶可有效降解胍胶滤饼,滤饼厚度显著下降,滤饼的脱附效果明显;胍胶降解酶可有效降解孔隙中的胍胶压裂液以及清除残留在孔隙中的压裂液;5种细菌的对压裂液伤害后的岩心均具有较好的修复作用,岩心的恢复率为43.46%-96.57%。其中菌株Bacillus paralicheniformis(CGS)修复效果最高,其恢复率在85%以上,酶3-2的岩心恢复率为73.93%-94.18%,验证了微生物及酶修复储层压裂液伤害的科学合理性和技术可行性。