CN105807002B - 产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置及方法，包括温度控制单元、生物甲烷代谢环境监测单元、储层伤害评价单元和产气评价单元；温度控制单元包括恒温箱和智能恒温控制空调；恒温箱为顶部敞口的箱体，恒温箱顶部可拆卸密封连接有箱体密封盖，智能恒温控制空调安装在恒温箱一侧；生物甲烷代谢环境监测单元和产气评价单元位于恒温箱内；生物甲烷代谢环境监测单元包括代谢反应容器和旋转式粘度计；本发明制作工艺简单、结构紧凑、成本低廉、实验性能高，能够验证产甲烷菌降解胍胶的同时产生甲烷等气体，为胍胶压裂液在煤层气行业中的应用提供了科学依据。

Description

产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置及方法

技术领域

本发明属于煤层气开采领域，具体涉及一种产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置及方法。

背景技术

我国煤层气资源丰富，居世界第三位，但煤储层的渗透率普遍偏低，多采用水力压裂进行渗透，压裂液对煤储层改造效果有重要影响，由于煤储层温度低，油气田常用的胍胶等压裂液存在破胶困难，储层伤害甚至抵消水力压裂效果，因此目前我国煤层气行业主要采用储层伤害较低的活性水压裂液。活性水压裂液粘度与清水差不多，支撑剂沉降速率大，无法被携带裂缝远端，主要滞积在近井地带，随着压裂液滤失，裂缝闭合导流能力急剧降低，同时煤储层的微裂隙比较发育，粘度低的活性水滤失严重，这就苛刻要求水力压裂必须大排量施工，从以上分析可知，胍胶的破胶问题是制约我国煤储层改造的主要因素，因此研究利用产甲烷菌降解胍胶和产气效果，这对解决我国煤储层压裂液面临的困难有重要工程意义，同时也可以拓宽煤层气生物工程研究的内涵。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种制作工艺简单、结构紧凑、成本低廉、实验性能高，能够验证产甲烷菌降解胍胶的同时产生甲烷等气体的产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置，包括温度控制单元、生物甲烷代谢环境监测单元、储层伤害评价单元和产气评价单元；

温度控制单元包括恒温箱和智能恒温控制空调；恒温箱为顶部敞口的箱体，恒温箱顶部可拆卸密封连接有箱体密封盖，智能恒温控制空调安装在恒温箱一侧；生物甲烷代谢环境监测单元和产气评价单元位于恒温箱内；

生物甲烷代谢环境监测单元包括代谢反应容器和旋转式粘度计；代谢反应容器外型为长方体的密封箱体，代谢反应容器顶部开设有出气口、装煤口和插入口，代谢反应容器左侧壁设有取液管，取液管上设有取液阀，代谢反应容器右侧壁上从高到低依次设有循环液出口和循环液入口，代谢反应容器内设有不锈钢金属网板；旋转式粘度计安装在代谢反应容器顶部并通过插入口伸入到代谢反应容器内；装煤口处设有金属密封盖；

储层伤害评价单元包括电脑、加压油缸和渗透率测试机构；电脑和加压油缸位于恒温箱外部，渗透率测试机构位于恒温箱内部，渗透率测试机构与代谢反应容器连通；

产气评价单元包括集气瓶和集水瓶；集气瓶为密封瓶体，集气瓶通过第一玻璃导管与出气口连接，集气瓶通过第二玻璃导管与集水瓶连接；集气瓶内盛装有清水，第二玻璃导管一端伸入到清水的水面下第二玻璃导管另一端伸入到集水瓶内，第一玻璃导管的一端位于清水的上方，第一玻璃导管上设有抽气针筒，抽气针筒与第一玻璃导管的连接处设有取气阀。

渗透率测试机构位于恒温箱内，渗透率测试机构包括密封的加压室，加压室内自上而下依次设有加压油腔、加压钢板、上煤板、支撑剂充填层和下煤板，下煤板置放于加压室底部；加压钢板上设有位移传感器和压力传感器，位移传感器和压力传感器分别通过数据线与电脑数据连接；加压油缸通过第一油管与加压油腔连通；加压室左侧和右侧分别设有充填层进液口和充填层出液口，充填层进液口和充填层出液口相对设置且位于支撑剂充填层的左右两侧；

循环液入口通过第二油管与充填层进液口连接，循环液出口通过第三油管与充填层出液口连接；第二油管上沿液体流动方向依次设有动力泵、流量计和第一压力计，第三油管上设有第二压力计；充填层出液口处设有不锈钢金属滤网。

代谢反应容器顶部设有位于旋转式粘度计与插入口之间的环氧树脂胶密封层。

恒温箱内壁设有隔热层。

产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置的实验方法：包括以下步骤：

（1）装填煤样及压裂液：通过装煤口将直径为0.2mm左右的煤颗粒平铺在代谢反应容器底部，然后将不锈钢金属网板放置在煤颗粒上部，将产甲烷菌富集压裂液的pH值调节至7，接着在产甲烷菌富集压裂液内加入胍胶，胍胶浓度为1％，然后将加有胍胶的产甲烷菌富集压裂液通过装煤口注入到代谢反应容器内，接着通过装煤口向代谢反应容器内通入氮气，氮气通入五分钟后停止，然后将金属密封盖盖住装煤口；

（2）监控压裂液粘度值：将旋转式粘度计的开关打开，旋转式粘度计的转子在压裂液内开始旋转，24h不停监控压裂液的粘度值μ；

（3）检查加压室的气密性以及观察位移传感器和压力传感器：启动加压油缸，此时根据位移传感器监测，电脑显示加压钢板的位移为零，在不放入上煤板、下煤板和支撑剂充填层的情况下检查加压室的气密性，若气密性良好，关闭加压油缸，重新依次放入下煤板、支撑剂充填层、上煤板和加压钢板，记录下放入支撑剂充填层的厚度s、长度L、宽度d，再次启动加压油缸，加载压力至8Mpa，并通过位移传感器和压力传感器分别记录加压钢板位移x和压力p的变化；

（4）恒温控制恒温箱：通过智能恒温控制空调将恒温箱内的温度控制在35℃，接着将箱体密封盖可拆卸密封设在恒温箱顶部；

（5）启动动力泵，代谢反应容器内的压裂液在动力泵的带动下经第二油管进入加压室内的支撑剂充填层，再从充填层出液口经第三油管进入代谢反应容器内，在动力泵的带动下，压裂液在加压室与代谢反应容器之间循环；

（6）恒温培养到四到五天后，通过集水瓶收集水量间接测量产气量，打开取气阀并通过抽气针筒抽取一定量气体，利用气相色谱仪测定气体成分，读取旋转式粘度计的粘度值μ，打开取液阀，收集少量压裂液并测定压裂液的pH值和Eh值；读取第一压力计的压力值P₁和第二压力计的压力值P₂，流量计的流量值q；

（7）计算压裂液在加压室流通支撑剂充填层的渗透率k= qμL/[(s-x)(P₁-P₂)d]，导流能力为：k(s-x)= qμL/[d(P₁-P₂)]，进而评价储层伤害；

（8）以后每隔五天测定一次产气量、气体成分、粘度值、pH值、Eh值和渗透率k，并由此判断利用产甲烷菌降解胍胶的产气效果和破胶效果。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明包括四个单元：温度控制单元、生物甲烷代谢环境监测单元、产气评价单元和储层伤害评价单元。温度控制单元包括设置在外部的一个恒温箱。生物甲烷代谢环境监测单元包括设置在恒温箱内的代谢反应容器，代谢反应容器顶部中央设有装煤口；代谢反应容器顶部左侧设有出气口，通过玻璃导管与产气评价单元相连接；代谢反应容器顶部右侧设有旋转式粘度计，用来实时监测容器内液体粘度值；代谢反应容器反应左侧设有取液阀，用来检测液体的pH和Eh。产气评价单元包括集气瓶、集水瓶和抽气针筒；储层伤害评价单元包括一套渗透率测试机构，该渗透率测试机构主要由一个密封的加压室组成，加压室里面设有上下两层煤板，中间为支撑剂充填层，加压室通过加压油缸推动加压钢板提供压力，加压钢板上连接有压力传感器和位移传感器；加压室两侧设有充填层进液口和充填层出液口，充填层出液口处设有不锈钢金属滤网，不锈钢金属滤网防止支撑剂充填层的支撑剂进入第三油管。液体的通过压力由动力泵提供。根据测试压裂液流经支撑剂充填层的渗透率来计算导流能力，进而评价储层伤害。

本发明运用产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验模拟装置，可以在实验室内模拟产甲烷菌降解胍胶的过程，通过对产气量和气体成分的测定，从而了解产甲烷菌降解胍胶的机理，通过对压裂液pH、Eh、粘度、流通能力等的测定可以了解降解过程中压裂液性质的变化情况，从而进一步了解利用产甲烷菌群降解胍胶的产气效果和破胶效果。

综上所述，本发明制作工艺简单、结构紧凑、成本低廉、实验性能高，能够验证产甲烷菌降解胍胶的同时产生甲烷等气体，为胍胶压裂液在煤层气行业中的应用提供了科学依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图;

图2是图1中A处的放大图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置，包括温度控制单元、生物甲烷代谢环境监测单元、储层伤害评价单元和产气评价单元；

温度控制单元包括恒温箱1和智能恒温控制空调2；恒温箱1为顶部敞口的箱体，恒温箱1顶部可拆卸密封连接有箱体密封盖3，智能恒温控制空调2安装在恒温箱1一侧；生物甲烷代谢环境监测单元和产气评价单元位于恒温箱1内；

生物甲烷代谢环境监测单元包括代谢反应容器4和旋转式粘度计5；代谢反应容器4外型为长方体的密封箱体，代谢反应容器4顶部开设有出气口6、装煤口7和插入口8，代谢反应容器4左侧壁设有取液管，取液管上设有取液阀9，代谢反应容器4右侧壁上从高到低依次设有循环液出口10和循环液入口11，代谢反应容器4内设有不锈钢金属网板12；旋转式粘度计5安装在代谢反应容器4顶部并通过插入口8伸入到代谢反应容器4内；装煤口7处设有金属密封盖13；

储层伤害评价单元包括电脑14、加压油缸15和渗透率测试机构；电脑14和加压油缸15位于恒温箱1外部，渗透率测试机构位于恒温箱1内部；渗透率测试机构与代谢反应容器4连通；

产气评价单元包括集气瓶16和集水瓶17；集气瓶16为密封瓶体，集气瓶16通过第一玻璃导管18与出气口6连接，集气瓶16通过第二玻璃导管19与集水瓶17连接；集气瓶16内盛装有清水，第二玻璃导管16一端伸入到清水的水面下1，第二玻璃导管19另一端伸入到集水瓶内，第一玻璃导管18的一端位于清水的上方，第一玻璃导管18上设有抽气针筒20，抽气针筒20与第一玻璃导管18的连接处设有取气阀21。

渗透率测试机构位于恒温箱1内，渗透率测试机构包括密封的加压室22，加压室22内自上而下依次设有加压油腔23、加压钢板24、上煤板25、支撑剂充填层26和下煤板27，下煤板27置放于加压室22底部；加压钢板24上设有位移传感器28和压力传感器29，位移传感器28和压力传感器29分别通过数据线与电脑14数据连接；；加压油缸15通过第一油管30与加压油腔23连通；加压室22左侧和右侧分别设有充填层进液口31和充填层出液口32，充填层进液口31和充填层出液口32相对设置且位于支撑剂充填层26的左右两侧；支撑剂充填层26为陶粒填料；

循环液入口11通过第二油管33与充填层进液口31连接，循环液出口10通过第三油管34与充填层出液口32连接；第二油管33上沿液体流动方向依次设有动力泵35、流量计36和第一压力计37，第三油管34上设有第二压力计38；充填层出液口32处设有不锈钢金属滤网39。

代谢反应容器4顶部设有位于旋转式粘度计5与插入口8之间的环氧树脂胶密封层。

恒温箱1内壁设有隔热层。

产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置的实验方法，包括如下步骤：

（1）通过装煤口7将直径为0.2mm左右的煤颗粒平铺在代谢反应容器4底部，然后将不锈钢金属网板12放置在煤颗粒上部，将产甲烷菌富集压裂液的pH值调节至7，接着在产甲烷菌富集压裂液内加入胍胶，胍胶浓度为1％，然后将加有胍胶的产甲烷菌富集压裂液通过装煤口7注入到代谢反应容器4内，接着通过装煤口向代谢反应容器4内通入氮气，氮气通入五分钟后停止，然后将金属密封盖13盖住装煤口7；

（2）将旋转式粘度计5的开关打开，旋转式粘度计5的转子在压裂液内开始旋转，24h不停监控压裂液的粘度值μ；

（3）启动加压油缸15，此时根据位移传感器28监测，电脑14显示加压钢板24的位移为0，在不放入上煤板25、下煤板27和支撑剂充填层26的情况下检查加压室22的气密性，若气密性良好，关闭加压油缸15，重新依次放入下煤板27、支撑剂充填层26、上煤板25和加压钢板24，记录下放入支撑剂充填层26的厚度s，长度L，宽度d，再次启动加压油缸15，加载压力至8Mpa，并通过位移传感器28和压力传感器29分别记录加压钢板24位移x和压力p的变化；

（4）恒温控制恒温箱：通过智能恒温控制空调2将恒温箱1内的温度控制在35℃，接着将箱体密封盖3可拆卸密封盖设在恒温箱1顶部；

（5）启动动力泵35，代谢反应容器4内的压裂液在动力泵35的带动下经第二油管33进入加压室22内的支撑剂充填层26，再从充填层出液口32经第三油管34进入代谢反应容器4内，在动力泵32的带动下，压裂液在加压室22与代谢反应容器4之间循环；

（6）恒温培养到四到五天后，通过集水瓶17收集水量间接测量产气量，打开取气阀21并通过抽气针筒抽取一定量气体，利用气相色谱仪测定气体成分，读取粘度值μ，打开取液阀9，收集少量压裂液并测定压裂液的pH值和Eh值；步骤（5）中动力泵35可以一直运行或者间歇运行，在动力泵35工作运行的情况下，读取第一压力计37的压力值P₁和第二压力计38的压力值P₂，流量计36的流量值q；

（7）计算压裂液在加压室22流通支撑剂充填层26的渗透率k= qμL/[(s-x)(P₁-P₂)d]，导流能力为：k(s-x)= qμL/[d(P₁-P₂)]，进而评价储层伤害；

（8）以后每隔五天测定一次产气量、气体成分、粘度值、pH值、Eh值和渗透率k，并由此判断利用产甲烷菌降解胍胶的产气效果和破胶效果。

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 (5)

1.产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置，其特征在于：包括温度控制单元、生物甲烷代谢环境监测单元、储层伤害评价单元和产气评价单元；

温度控制单元包括恒温箱和智能恒温控制空调；恒温箱为顶部敞口的箱体，恒温箱顶部可拆卸密封连接有箱体密封盖，智能恒温控制空调安装在恒温箱一侧；生物甲烷代谢环境监测单元和产气评价单元位于恒温箱内；

生物甲烷代谢环境监测单元包括代谢反应容器和旋转式粘度计；代谢反应容器外型为长方体的密封箱体，代谢反应容器顶部开设有出气口、装煤口和插入口，代谢反应容器左侧壁设有取液管，取液管上设有取液阀，代谢反应容器右侧壁上从高到低依次设有循环液出口和循环液入口，代谢反应容器内设有不锈钢金属网板；旋转式粘度计安装在代谢反应容器顶部并通过插入口伸入到代谢反应容器内；装煤口处设有金属密封盖；

储层伤害评价单元包括电脑、加压油缸和渗透率测试机构；电脑和加压油缸位于恒温箱外部，渗透率测试机构位于恒温箱内部，渗透率测试机构与代谢反应容器连通；

产气评价单元包括集气瓶和集水瓶；集气瓶为密封瓶体，集气瓶通过第一玻璃导管与出气口连接，集气瓶通过第二玻璃导管与集水瓶连接；集气瓶内盛装有清水，第二玻璃导管一端伸入到清水的水面下，第二玻璃导管另一端伸入到集水瓶内，第一玻璃导管的一端位于清水的上方，第一玻璃导管上设有抽气针筒，抽气针筒与第一玻璃导管的连接处设有取气阀。

2.根据权利要求1所述的产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置，其特征在于：渗透率测试机构位于恒温箱内，渗透率测试机构包括密封的加压室，加压室内自上而下依次设有加压油腔、加压钢板、上煤板、支撑剂充填层和下煤板，下煤板置放于加压室底部；加压钢板上设有位移传感器和压力传感器，位移传感器和压力传感器分别通过数据线与电脑数据连接；加压油缸通过第一油管与加压油腔连通；加压室左侧和右侧分别设有充填层进液口和充填层出液口，充填层进液口和充填层出液口相对设置且位于支撑剂充填层的左右两侧；

循环液入口通过第二油管与充填层进液口连接，循环液出口通过第三油管与充填层出液口连接；第二油管上沿液体流动方向依次设有动力泵、流量计和第一压力计，第三油管上设有第二压力计；充填层出液口处设有不锈钢金属滤网。

3.根据权利要求2所述的产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置，其特征在于：代谢反应容器顶部设有位于旋转式粘度计与插入口之间的环氧树脂胶密封层。

4.根据权利要求3所述的产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置，其特征在于：恒温箱内壁设有隔热层。

5.根据权利要求4所述的产甲烷菌降解煤层残留胍胶兼具产气的实验装置的实验方法：其特征在于：包括以下步骤：

（1）装填煤样及压裂液：通过装煤口将直径为0.2mm左右的煤颗粒平铺在代谢反应容器底部，然后将不锈钢金属网板放置在煤颗粒上部，将产甲烷菌富集压裂液的pH值调节至7，接着在产甲烷菌富集压裂液内加入胍胶，胍胶浓度为1％，然后将加有胍胶的产甲烷菌富集压裂液通过装煤口注入到代谢反应容器内，接着通过装煤口向代谢反应容器内通入氮气，氮气通入五分钟后停止，然后将金属密封盖盖住装煤口；

（2）监控压裂液粘度值：将旋转式粘度计的开关打开，旋转式粘度计的转子在压裂液内开始旋转，24h不停监控压裂液的粘度值μ；

（3）检查加压室的气密性以及观察位移传感器和压力传感器：启动加压油缸，此时根据位移传感器监测，电脑显示加压钢板的位移为零，在不放入上煤板、下煤板和支撑剂充填层的情况下检查加压室的气密性，若气密性良好，关闭加压油缸，重新依次放入下煤板、支撑剂充填层、上煤板和加压钢板，记录下放入支撑剂充填层的厚度s、长度L、宽度d，再次启动加压油缸，加载压力至8Mpa，并通过位移传感器和压力传感器分别记录加压钢板位移x和压力p的变化；

（4）恒温控制恒温箱：通过智能恒温控制空调将恒温箱内的温度控制在35℃，接着将箱体密封盖可拆卸密封设在恒温箱顶部；

（5）启动动力泵，代谢反应容器内的压裂液在动力泵的带动下经第二油管进入加压室内的支撑剂充填层，再从充填层出液口经第三油管进入代谢反应容器内，在动力泵的带动下，压裂液在加压室与代谢反应容器之间循环；

（6）恒温培养到四到五天后，通过集水瓶收集水量间接测量产气量，打开取气阀并通过抽气针筒抽取一定量气体，利用气相色谱仪测定气体成分，读取旋转式粘度计的粘度值μ，打开取液阀，收集少量压裂液并测定压裂液的pH值和Eh值；读取第一压力计的压力值P₁和第二压力计的压力值P₂，流量计的流量值q；

（7）计算压裂液在加压室流通支撑剂充填层的渗透率k= qμL/[(s-x)(P₁-P₂)d]，导流能力为：k(s-x)= qμL/[d(P₁-P₂)]，进而评价储层伤害；

（8）以后每隔五天测定一次产气量、气体成分、粘度值、pH值、Eh值和渗透率k，并由此判断利用产甲烷菌降解胍胶的产气效果和破胶效果。