CN103952337A - 煤层气井用生物压裂液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
煤层气井用生物压裂液的制备方法，包括以下步骤，（1）、筛选产氢菌和产甲烷菌；（2）、驯化相关细菌；（3）、富集细菌制作A液和B液：将实验室分离提取的产氢菌添加至一种培养基富集3—6天，调节pH至6.5，作为A液；将产甲烷菌以另一种培养基富集20—30天，调节pH至7，作为B液；（4）、根据现场参数先后添加A液和B液。本发明制备出的混合菌发酵生物压裂液具有一定的携砂能力，其中的细菌具有产氢产甲烷能力，不仅可以增加煤储层渗透率，提高煤层气资源量而且能够实现自动降粘，利于返排。返排之后残留的产氢菌和产甲烷菌可以继续对煤储层进行改造，并产生源源不断的生物成因煤层气。
Description
技术领域
本发明属于煤层气井开采技术领域，尤其涉及一种可提高煤层气井产气量的煤层气井用生物压裂液的制备方法。
背景技术
煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。
一般情况下，一定范围内的煤层气原始储量与可采储量是固定的，随着排采的不断进行，以及孔裂隙的逐渐闭合，煤层气井产气量会日趋减少，直至不具有开采经济价值甚至产气量为零，成为死井。使死井复活，无论在经济方面还是在环保方面都具有十分重要的意义。
压裂作为一种死井复活的重要手段，已被诸多学者所证实并使用，而压裂液的优劣直接关系到压裂的成败，目前，应用较多的有活性水压裂液、冻胶类压裂液和泡沫压裂液，但是活性水压裂液携砂能力差，排量大；冻胶类压裂液完全破胶困难，且易对储层造成伤害；泡沫压裂液成本较高且配套设施还不够完善。除此之外，需要指出的是，以上压裂改造均建立在煤层气储量未被完全开发的基础上，若本身储量已经开发殆尽，即使进行压裂改造也难以使死井复活。而本发明所设计的生物压裂液不仅有较好的压裂液性质而且可以使煤发酵产生更多的生物成因气，大大提高了死井复活的几率。
研究证明，煤是一种大分子有机物，其侧链和官能团能被微生物利用发酵最终生成氢气和甲烷，同时煤储层的渗透率得以改善。微生物的生长繁殖可以提高发酵液的粘度，而随着细菌的生长进入衰亡期，其粘度又会下降。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种煤层气井用生物压裂液的制备方法，这种压裂液可以对煤储层进行二次改造，并且在增加储层渗透率、压开孔裂隙的同时，提高煤层气资源量，使死井复活，使煤层气井得到充分的利用，获得更多的煤层气资源。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤层气井用生物压裂液的制备方法，包括以下步骤，
（1）、筛选产氢菌和产甲烷菌：使用实验室中两种培养基，筛选出待改造死井本源微生物中产氢菌和产甲烷菌；
（2）、驯化相关细菌：根据待改造井的储层环境，筛选、分离并驯化相应的菌种，使之成为高效的而且能够适应待改造井储层环境的产氢菌和产甲烷菌，记录其生长曲线，低温保存；
（3）、富集细菌制作A液和B液：将实验室分离提取的产氢菌添加至所述的一种培养基富集3—6天，调节pH至6.5，作为A液；将产甲烷菌添加至所述的另一种培养基富集20—30天，调节pH至7，作为B液；
（4）、根据现场参数先后添加A液和B液：将A液压入煤层气井中反应一段时间之后，若产气量下降，B液作为补加液与pH调节剂一同压入煤层气井内，保证储层液体pH在6—7.5之间。
所述步骤（1）中为保证产氢菌和产甲烷菌与地层环境的适应性，选取本源微生物进行相应的筛选；若无法在本源微生物中筛选并分离出高效产氢菌和产甲烷菌，则利用实验室筛选分离的菌种培养基。
所述步骤（2）中的储层环境包括温度、压力、pH以及盐类含量，筛选、分离及驯化过程参照微生物实验技术；若无法得到符合要求的菌种，则对实验室保存的其他菌种加以筛选。
所述步骤（3）中A液和B液富集培养时间的选定要以菌液粘度及细菌生长繁殖所处的阶段为依据，菌液粘度最低保持在25 m Pa ·s，细菌生长阶段在对数期或者即将进入对数期。
所述步骤（4）中若死井残余煤层气含量很少，压入A液进行产氢一段时间后，若产气量连续下降且降至平均水平的50%或以下时，补加B液；压入A液后至少使压裂液在储层中反应7d后进行返排，B液则需保留至少15d。
所述步骤（4）中若死井残余煤层气含量较高，相应的增加A液和B液富集时间使之进入稳定期后再压入煤层气井中，依据现场压裂需要可以进行返排作业，但至少要在24h之后。
所述步骤（4）中pH调节剂为NaOH胶囊。
采用上述技术方案，A液和B液（生物压裂液）压入死井储层之后，通过发酵，可以将煤中的有机物转化为氢气和甲烷，并改善储层渗透率，微生物的生长繁殖可以提高发酵液的粘度，便于携砂，而随着细菌的生长进入衰亡期，其粘度又会下降，便于返排（若需要进行返排作业）。
若将A液和B液（生物压裂液）注入煤矿采空区，可以将采空区的残煤转化为有利用价值的氢气和甲烷，最终实现生物采残煤，极大的提高煤炭这种不可再生能源的利用率。
综上所述，本发明制备出的混合菌发酵生物压裂液具有一定的携砂能力，其中的细菌具有产氢产甲烷能力，不仅可以增加煤储层渗透率，提高煤层气资源量而且能够实现自动降粘，利于返排。返排之后残留的产氢菌和产甲烷菌可以继续对煤储层进行改造，并产生源源不断的生物成因煤层气。本发明在很大程度上提高死井复活压裂的成功率，同时该压裂液也可用于采空区残煤的生物开采。
具体实施方式
本发明的煤层气井用生物压裂液的制备方法，包括以下步骤，
（1）、筛选产氢菌和产甲烷菌：使用实验室中两种培养基，筛选出待改造死井本源微生物中产氢菌和产甲烷菌；
（2）、驯化相关细菌：根据待改造井的储层环境，筛选、分离并驯化相应的菌种，使之成为高效的而且能够适应待改造井储层环境的产氢菌和产甲烷菌，记录其生长曲线，低温保存；
（3）、富集细菌制作A液和B液：将实验室分离提取的产氢菌添加至所述的一种培养基富集3—6天，调节pH至6.5，作为A液；将产甲烷菌添加至所述的另一种培养基富集20—30天，调节pH至7，作为B液；
（4）、根据现场参数先后添加A液和B液：将A液压入煤层气井中反应一段时间之后，若产气量下降，B液作为补加液与pH调节剂一同压入煤层气井内，保证储层液体pH在6—7.5之间。
所述步骤（1）中为保证产氢菌和产甲烷菌与地层环境的适应性，选取本源微生物进行相应的筛选；若无法在本源微生物中筛选并分离出高效产氢菌和产甲烷菌，则利用实验室筛选分离的菌种培养基。
所述步骤（2）中的储层环境包括温度、压力、pH以及盐类含量，筛选、分离及驯化过程参照微生物实验技术；若无法得到符合要求的菌种，则对实验室保存的其他菌种加以筛选。
所述步骤（3）中A液和B液富集培养时间的选定要以菌液粘度及细菌生长繁殖所处的阶段为依据，菌液粘度最低保持在25 m Pa ·s，细菌生长阶段在对数期或者即将进入对数期。
所述步骤（4）中若死井残余煤层气含量很少，压入A液进行产氢一段时间后，若产气量连续下降且降至平均水平的50%或以下时，补加B液；压入A液后至少使压裂液在储层中反应7d后进行返排，B液则需保留至少15d。
所述步骤（4）中若死井残余煤层气含量较高，相应的增加A液和B液富集时间使之进入稳定期后再压入煤层气井中，依据现场压裂需要可以进行返排作业，但至少要在24h之后。
所述步骤（4）中pH调节剂为NaOH胶囊。
采用上述技术方案，A液和B液（生物压裂液）压入死井储层之后，通过发酵，可以将煤中的有机物转化为氢气和甲烷，并改善储层渗透率，微生物的生长繁殖可以提高发酵液的粘度，便于携砂，而随着细菌的生长进入衰亡期，其粘度又会下降，便于返排（若需要进行返排作业）。
若将A液和B液（生物压裂液）注入煤矿采空区，可以将采空区的残煤转化为有利用价值的氢气和甲烷，最终实现生物采残煤，极大的提高煤炭这种不可再生能源的利用率。
下面列举出来两个具体实施例来详细介绍本发明的实际应用效果：
实施例一：
沁水盆地某已失去经济开采价值的煤层气井，取储层水样及煤样密封保存。在实验室中，使用实验室中培养出的两种培养基HPU-1与HPU-2，筛选出该井本源微生物中产氢菌和产甲烷菌；根据该井的储层环境，筛选、分离并驯化相应的菌种，使之成为高效的而且能够适应待改造井储层环境的产氢菌和产甲烷菌，记录其生长曲线，低温保存；在施工现场，将产氢菌添加至HPU-1培养基富集3—6天，调节pH至6.5，作为A液，压入井内，保留至少7d之后进行返排产气，一段时间后产气量持续下降并降至平均产量的50%，则将产甲烷菌以HPU-2培养基富集25天左右，调节pH至7，作为B液。测量储层液体pH，将B液与一定量的胶囊pH调节剂混合后压入该井，保证储层液体pH在6—7.5之间，保留至少15d之后进行返排产气。之后，视改造情况适量补加A、B液。
实施例二：
沁水盆地某已失去经济开采价值的煤层气井，但发现已开采量与可采储量相差较大。取储层水样及煤样密封保存。在实验室中，使用实验室培养出的两种培养基HPU-1与HPU-2，筛选出该井本源微生物中产氢菌和产甲烷菌；根据该井的储层环境，筛选、分离并驯化相应的菌种，使之成为高效的而且能够适应待改造井储层环境的产氢菌和产甲烷菌，记录其生长曲线，低温保存；在施工现场，将产氢菌添加至HPU-1培养基富集6—10天，调节pH至6.5，作为A液，压入井内以作改造，24h后返排A液，一段时间后产气量持续下降并降至平均产量的50%，则将产甲烷菌以HPU-2培养基富集25—45天左右，调节pH至7，作为B液。测量储层液体pH，将B液与一定量的胶囊pH调节剂混合后压入该井，保证储层液体pH在6—7.5之间，以作改造。24h后返排B液。之后，视改造情况适量补加A、B液。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.煤层气井用生物压裂液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）、筛选产氢菌和产甲烷菌：使用实验室中两种培养基，筛选出待改造死井本源微生物中产氢菌和产甲烷菌；
（2）、驯化相关细菌：根据待改造井的储层环境，筛选、分离并驯化相应的菌种，使之成为高效的而且能够适应待改造井储层环境的产氢菌和产甲烷菌，记录其生长曲线，低温保存；
（3）、富集细菌制作A液和B液：将实验室分离提取的产氢菌添加至所述的一种培养基富集3—6天，调节pH至6.5，作为A液；将产甲烷菌添加至所述的另一种培养基富集20—30天，调节pH至7，作为B液；
（4）、根据现场参数先后添加A液和B液：将A液压入煤层气井中反应一段时间之后，若产气量下降，B液作为补加液与pH调节剂一同压入煤层气井内，保证储层液体pH在6—7.5之间。
2.根据权利要求1所述的煤层气井用生物压裂液的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中为保证产氢菌和产甲烷菌与地层环境的适应性，选取本源微生物进行相应的筛选；若无法在本源微生物中筛选并分离出高效产氢菌和产甲烷菌，则利用实验室筛选分离的菌种培养基。
3.根据权利要求1所述的煤层气井用生物压裂液的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的储层环境包括温度、压力、pH以及盐类含量，筛选、分离及驯化过程参照微生物实验技术；若无法得到符合要求的菌种，则对实验室保存的其他菌种加以筛选。
4.根据权利要求1所述的煤层气井用生物压裂液的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中A液和B液富集培养时间的选定要以菌液粘度及细菌生长繁殖所处的阶段为依据，菌液粘度最低保持在25 m Pa ·s，细菌生长阶段在对数期或者即将进入对数期。
5.根据权利要求1所述的煤层气井用生物压裂液的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中若死井残余煤层气含量很少，压入A液进行产氢一段时间后，若产气量连续下降且降至平均水平的50%或以下时，补加B液；压入A液后至少使压裂液在储层中反应7d后进行返排，B液则需保留至少15d。
6.根据权利要求1所述的煤层气井用生物压裂液的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中若死井残余煤层气含量较高，相应的增加A液和B液富集时间使之进入稳定期后再压入煤层气井中，依据现场压裂需要可以进行返排作业，但至少要在24h之后。
7.根据权利要求1所述的煤层气井用生物压裂液的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中pH调节剂为NaOH胶囊。
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