优化含碳岩层的现场生物转化的方法
【专利摘要】公开了涉及从地下的含碳岩层现场生产甲烷，二氧化碳，气态和液态烃，和其它有价值的产品的方法。在优选的实施方案中，该生产利用能够将含碳的材料如页岩或煤炭转化成所需产品的本土和/或非本土的微生物群落。在特别优选的实施方案中提供了生物转化含碳的地下岩层的方法，其中该方法包括：经由至少一个注入井将流体注入到含碳的沉积物中和经由至少一个生产井从沉积物中排出所注入流体和产品，和利用该注入流体控制在沉积物的至少一部分内的流体压力，该压力被控制以使得在至少一部分的沉积物内的流体压力超过通常在该部分中存在的流体压力。
【专利说明】优化含碳岩层的现场生物转化的方法
[0001] 本申请是分案申请，其母案的申请日为2009年7月1日、申请号为 200980133772X，名称为"优化含碳岩层的现场生物转化的方法"。
[0002] 本申请要求了 2008年7月2日申请的美国临时申请序列号No. 61/133,757的优 先权，它的公开内容因此全部引入这里供参考。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及从地下的含碳岩层（formation)现场生产甲烷，二氧化碳，气态和 液态烃，和其它有价值的产物的生产方法。在优选的实施方案中，该生产利用能够将含 碳的材料如页岩或煤炭转化成所需产品的本土和/或非本土的微生物群落（microbial consortia)〇
【背景技术】
[0004] 甲烧生成（methanogenesis)(也已知为生物产甲烧作用（biomethanation))是由 微生物进行的甲烷的生产。甲烷的产生是微生物代谢作用的重要和分布广泛的形式；以及 在微生物中的甲烷生成是厌氧呼吸的形式。
[0005] -般，处理地下岩层的下述方法可用于提高其中大的含碳分子（如包括煤炭）对 于利用本土和/或非本土的微生物群落（它们对于该生物转化是有效的）的生物转化成甲 烷和其它有用烃类产品的作用的敏感性；例如包括产甲烷菌（methanogens)和其它细菌的 微生物群落用于从煤炭产生甲烷。用于产生甲烷的此类微生物群落被称作"产甲烷的"，以 及在该微生物群落内的产甲烷菌是将氢气转化成甲烷的微生物。
[0006]用于生物转化和营养物的细菌群落因此一般是现有技术中已知的并且此类群落 和营养物以及其它物质可以在本发明中用于含碳沉积物的生物转化。
【发明内容】
[0007] 一般，本发明涉及处理地下岩层以提高其中大的含碳分子（如包括页岩或煤炭 (在地下岩层中所发现））对于生物转化的敏感性。该地下沉积物或岩层有时被称为"煤层 或沉积物"（对于煤炭的情况），或"页岩沉积物"（对于页岩的情况）。在优选的实施方案 中，此类转化使用本土和/或非本土的微生物群落。
[0008] 例如，美国专利No. 6, 543, 535和美国已出版的申请2006/0254765公开了代表性 微生物和营养物，它们的教导被引入供参考。
[0009] 具体地说，本发明涉及以下内容： 1.生物转化含碳的地下岩层从而产生含有至少一种烃的产品的方法，该方法包括：经 由至少一个注入井将流体注入到含碳的沉积物中，所述含碳的沉积物位于所述含碳的地下 岩层中；经由至少一个生产井从该含碳的沉积物中排出所注入流体和产品，所述生物转化 受到能够将所述含碳的沉积物生物转化形成至少一种烃的微生物群落的影响；和利用该注 入流体控制在至少一部分的含碳的沉积物内的流体压力，该压力被控制以使得在至少一部 分的该含碳的沉积物内的流体压力超过通常在该部分中存在的流体压力，但不超过该含碳 的沉积物的拉伸强度，从而避免在该含碳的沉积物中形成裂缝和/或导致裂缝扩展。
[0010] 2.第1项的方法，其中所述含碳的沉积物选自煤层、煤炭沉积物、煤层或沉积物及 其组合。
[0011] 3.第2项的方法，其中所述含碳的沉积物是煤层，所述生物转化含碳的地下岩层 还包括提高所述煤层的渗透性，这通过降低在该煤层的至少一部分中的净应力进行，其中 在该煤层的所述部分中的净应力通过增加在该煤层的所述部分中的流体压力而降低，并且 以净应力的变化为基础的渗透性变化可以按照下式来粗略估计：
【权利要求】
1. 生物转化含碳的地下岩层的方法，该方法包括： 经由至少一个注入井将流体注入到含碳的地下岩层中，和经由至少一个生产井从该含 碳的地下岩层中排出所注入流体和产品；和 控制在至少一部分的该含碳的地下岩层内的流体压力以增大以下一个或多个：在至少 一部分的该含碳的地下岩层内的流体压力；营养物向该含碳的地下岩层中的输送；营养物 在该含碳的地下岩层中的分散；微生物群落向该含碳的地下岩层中的输送；微生物群落在 该含碳的地下岩层中的分散；暴露于微生物群落的该含碳的地下岩层的表面面积的量；所 产生的甲烷、二氧化碳和/或其它烃从该含碳的地下岩层中的排出。
2. 权利要求1的方法，其中在所述含碳的地下岩层中存在生物。
3. 权利要求2的方法，其中所述生物是所述含碳的地下岩层本土的。
4. 权利要求2的方法，其中所述生物是所述含碳的地下岩层非本土的。
5. 权利要求4的方法，其中所述流体包含生物。
6. 权利要求4的方法，其中所述生物包括以下微生物中的一种或多种：古生球菌目 (Archaeoglobales)、热袍菌目（Thermotogales)、嗤细胞菌群（Cytophaga group)、固氮 螺菌群（Azospirillum group)、副球菌亚群（Paracoccus subgroup)、鞘氨醇单胞菌群 (Sphingomonas group)、亚硝化单胞菌群（Nitrosomonas group)、固氮弓菌群（Azoarcus group)、食酸菌亚群（Acidovorax subgroup)、草酸杆菌群（Oxalobacter group)、硫杆菌群 (Thiobacillus group)、黄杆菌群（Xanthomonas group)、海洋螺杆菌群（Oceanospirillum group)、假单胞菌属（Pseudomonas)、Marinobacter hydrocarbonoclaticus 群、假交 替单胞菌群（Pseudoalteromonas group)、弧菌亚群（Vibrio subgroup)、气单胞菌群 (Aeromonas group)、脱硫弧菌群（Desulfovibrio group)、脱硫单胞菌群（Desulfuromonas group)、脱硫叶菌群落（Desulfobulbus assemblage)、弯曲杆菌群（Campylobacter group)、酸小杆菌群（Acidimicrobium group)、弗兰克氏菌亚群（Frankia subgroup)、 节杆菌（Arthrobacter)、诺卡氏菌亚群（Nocardiodes subgroup)、高温厌氧杆菌 (Thermoanaerobacter)、巨大芽胞杆菌群（Bacillus megaterium group)、肉食杆菌群 (Carnobacterium group)、梭菌（Clostridium)和产甲焼菌（methanogenic archaea) 〇
7. 权利要求5的方法，其中所述流体包含以下微生物中的一种或多种：古生球菌目 (Archaeoglobales)、热袍菌目（Thermotogales)、嗤细胞菌群（Cytophaga group)、固氮 螺菌群（Azospirillum group)、副球菌亚群（Paracoccus subgroup)、鞘氨醇单胞菌群 (Sphingomonas group)、亚硝化单胞菌群（Nitrosomonas group)、固氮弓菌群（Azoarcus group)、食酸菌亚群（Acidovorax subgroup)、草酸杆菌群（Oxalobacter group)、硫杆菌群 (Thiobacillus group)、黄杆菌群（Xanthomonas group)、海洋螺杆菌群（Oceanospirillum group)、假单胞菌属（Pseudomonas)、Marinobacter hydrocarbonoclaticus 群、假交 替单胞菌群（Pseudoalteromonas group)、弧菌亚群（Vibrio subgroup)、气单胞菌群 (Aeromonas group)、脱硫弧菌群（Desulfovibrio group)、脱硫单胞菌群（Desulfuromonas group)、脱硫叶菌群落（Desulfobulbus assemblage)、弯曲杆菌群（Campylobacter group)、酸小杆菌群（Acidimicrobium group)、弗兰克氏菌亚群（Frankia subgroup)、 节杆菌（Arthrobacter)、诺卡氏菌亚群（Nocardiodes subgroup)、高温厌氧杆菌 (Thermoanaerobacter)、巨大芽胞杆菌群（Bacillus megaterium group)、肉食杆菌群 (Carnobacterium group)、梭菌（Clostridium)和产甲烧菌（methanogenic archaea) 〇
8. 权利要求4的方法，其中所述微生物包括甲烧杆菌（Methanobacteriales)、 甲烧细杆菌（Methanomicrobacteria)、甲烧火菌（Methanopyrales)和甲烧球菌 (Methanococcales)中的一种或多种。
9. 权利要求5的方法，其中所述微生物包括甲烧杆菌（Methanobacteriales)、 甲烧细杆菌（Methanomicrobacteria)、甲烧火菌（Methanopyrales)和甲烧球菌 (Methanococcales)中的一种或多种。
10. 权利要求3的方法，其中所述流体包含一种或多种营养物。
11. 权利要求4的方法，其中所述流体包含一种或多种营养物。
12. 权利要求10的方法，其中所述营养物选自含有氮和/或磷的营养物。
13. 权利要求11的方法，其中所述营养物选自含有氮和/或磷的营养物。
14. 权利要求10的方法，其中所述营养物包括以下一种或多种：NaN03、KN03、NH4N0 3、 Na2HP04、K2HP04 和 NH4C1。
15. 权利要求11的方法，其中所述营养物包括以下一种或多种：NaN03、KN03、NH4N0 3、 Na2HP04、K2HP04 和 NH4C1。
16. 权利要求1的方法，其中至少增大了在至少一部分的该含碳的地下岩层内的流体 压力。
17. 权利要求1的方法，其中至少增大了营养物向该含碳的地下岩层中的输送。
18. 权利要求1的方法，其中至少增大了营养物在该含碳的地下岩层中的分散。
19. 权利要求1的方法，其中至少增大了微生物群落向该含碳的地下岩层中的输送。
20. 权利要求1的方法，其中至少增大了微生物群落在该含碳的地下岩层中的分散。
21. 权利要求1的方法，其中至少增大了暴露于微生物群落的该含碳的地下岩层的表 面面积的量。
22. 权利要求1的方法，其中至少增大了所产生的甲烷、二氧化碳和/或其它烃从该含 碳的地下岩层中的排出。
23. 权利要求1-22中任一项的方法，其中该含碳的地下岩层包含煤炭。
24. 权利要求1-22中任一项的方法，其中该含碳的地下岩层包含页岩。
25. 权利要求23的方法，其中所述煤炭选自褐煤、棕色褐煤和无烟煤。
26. 权利要求1-22中任一项的方法，其中所述流体为水。
27. 权利要求1-22中任一项的方法，其中控制所述流体的流动以优化二氧化碳的生 产。
28. 权利要求1-22中任一项的方法，其中控制所述流体的流动以优化除甲烷之外的一 种或多种烃的生产。
29. 权利要求1-22中任一项的方法，其中生物转化产物包含十六烷或丁烷。
30. 权利要求1-22中任一项的方法，其中该方法将沉积物中的渗透性提高至少5%。
31. 权利要求1-22中任一项的方法，其中该方法将沉积物中的渗透性提高至少15%。
32. 权利要求1-22中任一项的方法，其中控制所述压力以降低该含碳的地下岩层的该 部分的净有效应力。
33. 权利要求1-22中任一项的方法，其中控制所述压力和通过提高将所述流体引入所 述含碳的地下岩层的压力来进行所述控制。
34. 权利要求1-22中任一项的方法，其中通过控制从至少一个生产井中排出的流体的 量来控制流体流动。
35. 权利要求1-22中任一项的方法，其中注入的流体从注入井向多个生产井的流动和 从注入井到生产井的流体流的分布是通过控制注入井和生产井之间的压差来控制的。
【文档编号】C12P5/02GK104342459SQ201410422602
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2009年7月1日 优先权日:2008年7月2日
【发明者】R.道尼 申请人:西里斯能源公司