嗜热甘露聚糖水解酶和含所述嗜热甘露聚糖水解酶的压裂液制造技术

嗜热甘露聚糖水解酶可用作用于压裂液的酶破胶剂，其含有瓜尔胶及未衍生的瓜尔胶的可水合的聚合物。酶在超过160℉的井下温度有效。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】嗜热甘露聚糖水解酶和含所述嗜热甘露聚糖水解酶的压裂液
在超过160 T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具有特定可应用性。
技术介绍
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 T 150 T )工作良好。在升高的温度，(> 150 T )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 T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 °F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。专利技术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(Caldocellumsaccharolyticum)的β_甘露聚糖酶基因，并经密码子优化而用于在大肠埃希氏菌(Ε. coli)中表达。编码甘露聚糖水解酶的基因(下文“hti3 ”)具有图IA所示的核苷酸序列，其被密码子优化而增加甘露聚糖水解酶在大肠埃希氏菌(E. coli)中表达。然后可将基因ht@克隆进适合的质粒载体，诸如pUC57，pUC 19，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埃希氏菌(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IB。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 °F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明白，本专利技术的详述中参照图，提供各图的简述，其中图IA显示本专利技术中使用的编码甘露聚糖水解酶的核苷酸序列。图IB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_ht0，pGS-21a-gst-ht@和pGS-21-htP 的构建。 图3对比了于180 0F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 0F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 T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 0F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8显示含有甘露聚糖水解酶的悬浮液对比不含有甘露聚糖水解酶的悬浮液之间的支撑剂填充层及对比传导性的显微照片。专利技术详述本专利技术的压裂方法中使用的高温酶，当其未与谷胱甘肽S-转移酶(GST)关联时称之为“甘露聚糖水解酶”，而当其是β -甘露聚糖酶和GST的融合体时称之为“GST-甘露聚糖水解酶”。本文所述的甘露聚糖水解酶来源于嗜热和厌氧解糖热纤维菌(Caldocellumsaccharolyticum)。编码β _甘露聚糖酶的基因的分离描述于E。E. Luthi et al,“Cloning,Sequence Analysis,and Expression in Escherichia coli of a Gene Codingfor a β -Mannanase From the Extremely Thermophilic Bacterium ‘Caldocellumsaccharolyticum’，Applied and Environmental Microbiology, Mar.1991, pp. 694-700,其通过引用并入本文。甘露聚糖水解酶的基因然后经密码子优化而增加其在大肠埃希氏菌(E. coli)中的表达效率。hti3基因的核苷酸序列如图IA所示。此核苷酸序列与Luthi等人对甘露聚糖酶基因的图2中描绘的序列具有74%同源性。核苷酸序列包括甘露聚糖水解酶的编码序列和N-端的前导序列。如图2(a)所示，可将ht@基因克隆进克隆载体pUC57而产生质粒pUC57-ht3。在(b)及(c)中，可将基因克隆进含有GST蛋白的编码区的表达载体pGS-21a。在(b)中，得到的基因编码GST-甘露聚糖水解酶融合产物。在(c)中，得到的基因编码无GST融合标签的酶。分别使用(b)和(C)的pGS-21a-gst_ht β和pGS-21a_ht@质粒的表达分别产生与N-端GST蛋白融合的甘露聚糖水解酶和无关联的GST蛋白的甘露聚糖水解酶。在各图2(a), (b)及(C)中,Ampr调控β -内酰胺酶的表达,rep (pMBl)和fl ori分别代表PUC57和pGS-21a中的复制原点，负责质粒的复制，IacI编码乳糖阻遏物，T7代表T7RNA聚合酶启动子，MCS代表多克隆位点。优化的序列的5’端含有BamHI限制性内切酶位点，3’端含有HindIII限制性内切酶位点，其用于克隆进pGS-21a表达载体而产生GST-甘露聚糖水解酶融合蛋白。或者，5’BamHl位点用NdeI限制性内切酶位点取代而产生无关联的GST融合的甘露聚糖水解酶蛋白。质粒pGS_21a_ht β , pGS-21a_gst_ht β和pUC57_ht β可转化进可商购的大肠埃希氏菌(E.coli)株及培养。然后可收获细胞，裂解，及将得到的溶液用作细胞裂解物。可通过自裂解产物移出细胞碎片来产生无细胞的提取物，及然后可从提取物分离酶。术语"分离的"表示酶已从完整细胞或细胞碎片移出，及，在非其天然环境的条件下，无其他外来 的或不需要的核酸，蛋白酶和脂质，取适合用作压裂液的破胶剂的形式。编码甘露聚糖水解酶的基因可还具有与图IA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·阿姆斯特朗，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：