CN110242255A - 一种注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，属于煤层气开采技术领域。该方法包括高温耐热产甲烷菌富集培养、注热分解、微生物降解增产煤层气三个步骤，通过注热实现高温下的煤结构分解，从而促进生物降解煤以提高煤层气的采收率。注热一方面改变煤结构，溶解煤中有机物，有利于微生物降解，加快生物反应速度；另一方面改善煤层渗透性，为煤层注入菌群打开通道，疏通甲烷流动的通道，有利于煤层气及菌群在煤层中进行运移，提高煤层气采收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，属于煤层气开采技术领域。
背景技术
煤层气作为一种重要的天然气资源，是重要的清洁能源和化工原料。我国煤层气储量丰富，位居世界第二位。为了满足能源需求，迫切需要加快煤层气的发展。然而，煤层气采收率低的现状严重制约了煤层气产业的发展，煤层解吸速率、扩散速率和渗流速率均影响煤层气的产量。如何实现煤层气的增产成为当今煤层气开发的重要研究内容。煤层气生物成因作为煤层气生成的重要组成部分，以其绿色、无污染等特点，已成为当前研究热点，它的开发与利用不仅可以减缓能源危机而且能够减少温室气体的排放，具有较高的经济价值和环境意义。微生物增产煤层气是将厌氧微生物种群及其所需营养物质注入到煤层中，利用微生物能够降解煤产生甲烷的特性来实现煤层气的增产。然而，由于我国煤层低渗透率的特点以及菌群在原位煤层低反应率等限制因素，该技术在现场的实际应用还非常有限，煤层气增产效果欠佳，产甲烷速率较低。
发明内容
本发明旨在提供一种注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，通过改善煤层透气性、提高煤层温度、溶解煤以更有利于微生物的利用，来解决煤层透气性低、煤层气采收率低的问题。
本发明利用注热技术进行开采利用，高温溶解煤中有机物，利于生物降解反应，改善煤层渗透率，为在原位煤层中注入厌氧生物菌落打开通道，提升温度还有利于加快生物反应速度，其与微生物降解耦合作用，可以大大提高煤层气采收率。利用注热技术与微生物降解煤层联合增产煤层气，可以对煤层气的开采进行双向作用，有利于对煤层气进行开采利用。
本发明包括高温耐热产甲烷菌富集培养、注热分解、微生物降解增产煤层气三个工艺过程，具体地说是一种利用注热技术改变煤体结构来促进生物降解煤以提高煤层气采收率的方法。
本发明提供了一种注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，包括以下步骤：
步骤一，富集、培养、驯化高温耐热微生物菌群；
步骤二，充分考虑地形条件、井田煤层赋存特点、地质构造等情况，以竖直钻井的方式布置注热井和生产井构成的井网结构，井口位置尽量接近储量中心；
步骤三，向注热井高压注入高温热水，加热并压裂煤层，改变煤结构，溶解煤中有机物；
步骤四，将培养所获得的微生物菌群培养液注入目标煤层；
步骤五，以较低压力将已预热的无机矿物质盐缓慢、持续注入目标煤层；
步骤六，闭井进行生物反应后，在采气井开采煤层气。
所述的步骤一中，所用高温耐热菌群可富集自热泉、地热等极端环境，也可对煤层气产出水富集菌群进行高温驯化获得；以单位质量煤产出的甲烷量和产甲烷速率为指标，在实验室通过反复转接、培养、驯化获得高效耐热产甲烷菌群。所用高效耐热产甲烷菌群为嗜热或耐热产甲烷混合菌群，其耐受温度不低于65℃，组成为：参与煤生物降解的厌氧发酵细菌和产甲烷古菌构成的嗜热或耐热微生物菌群。
所述的步骤二中，从地面进行竖直钻井，布置井网，井深直至煤层，钻五口呈“田”字型的竖井，中央布置一口注热井，注热井四周布置四口生产井，四口生产井分别与注热井相距100m-1000m，注热井装配隔热套管，防止热量散失。
所述的步骤三中，利用加热器产生80℃-100℃高温热水；充分考虑煤层地质条件，首先将高温热水以8-12MPa压力对煤层进行高温压裂，之后以1-3Mpa低压注入煤层，待与煤层进行充分的热交换，加热煤层至60℃-70℃，改变煤结构，利于微生物降解。
所述的步骤五中，无机矿物质盐溶液组成：
溶液1（g/L）：KH2PO4，6；(NH4)2SO4，6；NaCl，12；MgSO4•7H2O，2.4；CaCl2•2H2O，1.6。
溶液2（g/L）：K2HPO4 ，6。
维生素溶液（mg/L）：生物素，0.2；盐酸吡哆醇，1；烟酸，0.2；盐酸硫胺素，0.5；维生素B2，0.5；烟酸，0.5；硫辛酸，0.5；对氨基苯甲酸，0.5；维生素B12，0.01。
微量矿物质溶液（mg/L）:FeCl2•4H2O，0.15；AlK(SO4)2，1；ZnCl2，7；NiCl2•6H2O，2.4；MnCl2•4H2O，10；NaMoO4，0.6；CuCl2，0.2；H3BO3，3.6；CoCl2•6H2O，19；25% HCl，10。
半胱氨酸 - 硫化钠还原剂（g/L）：半胱氨酸，2.5；硫化钠，2.5。
每100ml无机矿物质盐培养基组成为：83.5ml灭菌水；5ml溶液1；2.5ml溶液2；5ml8％Na2CO3；2ml半胱氨酸 - 硫化钠还原剂；1ml维生素溶液；1ml微量矿物质溶液。
无机矿物质盐培养基预加热至60℃-70℃，以1-3Mpa低压注入煤层，提供营养，保证煤层温度。
所述的步骤六中，无机矿物质培养基持续注入5天后，闭井21-28天以完成生物降解煤和甲烷生成。气井地面设置排水泵房，与煤层气一道采出的水和营养成分的混合物经过加热可循环使用。
本发明的有益效果：
1）高温能够改变煤结构，溶解煤中有机物，将大分子有机物转变为小分子有机物，有利于微生物降解，加快生物反应速度，提高甲烷产量。
2）注热能够改善煤层渗透性，可以为煤层注入菌群打开通道，疏通甲烷流动的通道，有利于煤层气在煤层中进行运移。
3）所用菌群经过实验室富集、培养，获得高效嗜热或耐热产甲烷菌群，可以更好地适应煤层高温环境，加速微生物降解作用。
附图说明
图1为本发明注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法流程框图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，该方法具体步骤如下：
a）采集热泉污泥样品，放入保温箱迅速运回实验室，以煤为唯一碳源，同时提供营养成分，在实验室富集、驯化高温耐热产甲烷菌群。以单位质量煤产出的甲烷量和产甲烷速率为指标，通过反复转接、培养、驯化获得高效高温耐热产甲烷菌群，可充分适应65℃煤层；
b）根据地质特点与现有施工技术，从地面进行竖直钻井，布置井网，井深直至煤层，钻5口呈“田”字型的竖井，1口为注热井，4口为生产井，注热井与生产井的井间距500m，煤层段下筛管套管，煤层以上的煤层顶板上覆岩层段下隔热套管，防止热量散失，依据规范要求进行相应固井，如有需要对注热井和采气井进行压裂，使井网内的所有井连通；
c）利用加热器产生100℃高温热水，首先以10MPa压力对煤层进行高温压裂，然后以2MPa向注热井注入高温热水，待热水与煤层进行充分的热交换，对煤层进行实时温度检测，加热煤层至65℃；
d）在厌氧操作室中，配制无机矿物质盐培养基，组成为：
溶液1（g/L）：KH2PO4，6；(NH4)2SO4，6；NaCl，12；MgSO4•7H2O，2.4；CaCl2•2H2O，1.6。
溶液2（g/L）：K2HPO4 ，6。
维生素溶液（mg/L）：生物素，0.2；盐酸吡哆醇，1；烟酸，0.2；盐酸硫胺素，0.5；维生素B2，0.5；烟酸，0.5；硫辛酸，0.5；对氨基苯甲酸，0.5；维生素B12，0.01。
微量矿物质溶液（mg/L）:FeCl2•4H2O，0.15；AlK(SO4)2，1；ZnCl2，7；NiCl2•6H2O，2.4；MnCl2•4H2O，10；NaMoO4，0.6；CuCl2，0.2；H3BO3，3.6；CoCl2•6H2O，19；25% HCl，10。
半胱氨酸 - 硫化钠还原剂（g/L）：半胱氨酸，2.5；硫化钠，2.5。
每100ml无机矿物质盐培养基组成为：83.5ml灭菌水；5ml溶液1；2.5ml溶液2；5ml8％Na2CO3；2ml半胱氨酸 - 硫化钠还原剂；1ml维生素溶液；1ml微量矿物质溶液。
e）将65℃高温耐热产甲烷菌菌液沿着煤层裂隙注入煤层中；
f）加热无机矿物质盐培养基至65℃，以2Mpa低压持续注入煤层中5天；
g）待闭井28天生物反应后，在采气井开采煤层气，地面设置排水泵房，与煤层气一道采出的水及营养成分的混合物经过加热可循环使用。
Claims (10)
1.一种注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：包括高温耐热产甲烷菌富集培养、注热分解、微生物降解增产煤层气三个步骤，利用注热技术改变煤体结构，从而促进生物降解煤以提高煤层气的采收率。
2.根据权利要求1所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，富集、培养、驯化高温耐热微生物菌群；
步骤二，充分考虑地形条件、井田煤层赋存特点、地质构造情况，以竖直钻井的方式布置注热井和生产井构成的井网结构，井口位置尽量接近储量中心；
步骤三，向注热井高压注入高温热水，加热并压裂煤层，改变煤结构，溶解煤中有机物；
步骤四，将培养所获得的微生物菌群培养液注入目标煤层；
步骤五，以较低压力将已预热的无机矿物质盐缓慢、持续注入目标煤层；
步骤六，闭井进行生物反应后，在采气井开采煤层气。
3.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：
步骤一中，所用高温耐热菌群富集自热泉、地热极端环境，或对煤层气产出水富集菌群进行高温驯化获得；以单位质量煤产出的甲烷量和产甲烷速率为指标，在实验室通过反复转接、培养、驯化获得高效耐热产甲烷菌群。
4.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：所述高效耐热产甲烷菌群为嗜热或耐热产甲烷混合菌群，其耐受温度不低于65℃，组成为：参与煤生物降解的厌氧发酵细菌和产甲烷古菌构成的嗜热或耐热微生物菌群。
5.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：
从地面进行竖直钻井，布置井网，井深直至煤层，钻五口呈“田”字型的竖井，中央布置一口注热井，注热井四周布置四口生产井，四口生产井分别与注热井相距100m-1000m，注热井装配隔热套管，防止热量散失。
6.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：步骤三中，利用加热器产生80℃-100℃高温热水；充分考虑煤层地质条件，首先将高温热水以8-12MPa压力对煤层进行高温压裂，之后以1-3Mpa低压注入煤层，待与煤层进行充分的热交换，加热煤层至60℃-70℃，改变煤结构，利于微生物降解。
7.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：步骤五中，无机矿物质盐培养基组成为：
溶液1：KH2PO4，6g/L；(NH4)2SO4，6g/L；NaCl，12g/L；MgSO4•7H2O，2.4g/L；CaCl2•2H2O，1.6g/L；
溶液2：K2HPO4 ，6g/L；
维生素溶液：生物素，0.2mg/L；盐酸吡哆醇，1mg/L；烟酸，0.2mg/L；盐酸硫胺素，0.5mg/L；维生素B2，0.5mg/L；烟酸，0.5mg/L；硫辛酸，0.5mg/L；对氨基苯甲酸，0.5mg/L；维生素B12，0.01mg/L；
微量矿物质溶液：FeCl2•4H2O，0.15mg/L；AlK(SO4)2，1mg/L；ZnCl2，7mg/L；NiCl2•6H2O，2.4mg/L；MnCl2•4H2O，10mg/L；NaMoO4，0.6mg/L；CuCl2，0.2mg/L；H3BO3，3.6mg/L；CoCl2•6H2O，19mg/L；25% HCl，10mg/L；
半胱氨酸 - 硫化钠还原剂：半胱氨酸，2.5g/L；硫化钠，2.5g/L；
每100ml无机矿物质盐培养基组成为：83.5ml灭菌水；5ml溶液1；2.5ml溶液2；5ml 8％Na2CO3；2ml半胱氨酸 - 硫化钠还原剂；1ml维生素溶液；1ml微量矿物质溶液。
8.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：无机矿物质盐培养基预加热至60℃-70℃，以1-3Mpa低压注入煤层，提供营养，保证煤层温度。
9.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：无机矿物质盐培养基持续注入5天后，闭井21-28天以完成生物降解煤和甲烷生成。
10.根据权利要求2所述的注热分解与微生物降解联合增产煤层气的方法，其特征在于：气井地面设置排水泵房，与煤层气一道采出的水和营养成分的混合物经过加热能循环使用。
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