煤中生物菌群迁移模拟实验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤层气生物工程技术领域，尤其涉及一种煤中生物菌群迀移模拟实验装置及方法。
【背景技术】
[0002]生物成因煤层气是煤层气的一个重要类型，有着埋藏浅、开发成本低等特点。目前，生物成因煤层气，特别是次生生物成因煤层气的基础地质研究和勘探开发已经成为煤层气地质界研究的热点。美国粉河盆地煤层气勘探阶段含量仅仅1~2 m3/t，但目前的煤层气井突破20000 口，单井产量在2000~3000 m3。大部分抽采了 5年以上的井，产出的煤层气总量已经远远超过了勘探阶段计算的实际资源量，说明目前仍然有大量生物气的生成，一边生成、一边被抽出，持续生成、持续供气。澳大利亚也已经开展了煤层生物气化的先导性试验。煤层气生物工程对实现节能减排、增加资源量和改善储层渗透性等均有重要作用，是未来煤层气行业发展的一个方向。国内外学者对于生物甲烷的研究主要集中在生物成因气的生成机理、生成条件和影响因素等方面，但对微生物菌群在煤中的迀移和扩散规律鲜有涉及。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、易于组装、能够模拟煤中生物菌群迀移效果的煤中生物菌群迀移模拟实验装置及方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:煤中生物菌群迀移模拟实验装置，包括煤层生物产气系统、菌种迀移与观测系统和实验控制及记录系统；
煤层生物产气系统包括恒温水浴箱，恒温水浴箱内放置有盛装有矿井水富集4-6天菌液的第一箱体和盛装有无菌水的第二箱体，第一箱体位于第二箱体右侧；第一箱体右侧下部设有第一取液管，第一取液管上设有第一取液阀，第一箱体顶部右侧设有伸入到第一箱体内的第一注液管，第一注液管上设有位于第一箱体上方的第一注液阀，第一箱体左侧下部设有左迀移口 ；第二箱体左侧下部设有第二取液管，第二取液管上设有第二取液阀，第二箱体顶部左侧设有伸入到第二箱体内的第二注液管，第二注液管上设有位于第二箱体上方的第二注液阀，第二箱体右侧下部设有右迀移口 ；
菌种迀移与观测系统包括水平设置的装煤管，装煤管内填充有煤样，装煤管左端与左迀移口连接，装煤管右端与右迀移口连接，左迀移口处设有左滤网，右迀移口处设有右滤网；
实验控制及记录系统包括计算机、左排水集气装置、右排水集气装置、左pH传感器、左Eh传感器、左气体流量传感器、右pH传感器、右Eh传感器和右气体流量传感器，计算机通过数据控制线分别与左pH传感器、左Eh传感器、左气体流量传感器、右pH传感器、右Eh传感器和右气体流量传感器连接，左pH传感器和左Eh传感器伸入到第二箱体内菌液液面下，右pH传感器和右Eh传感器伸入到第一箱体内菌液液面下；左排水集气装置通过左集气管与第二箱体内部连通，左气体流量传感器设在左集气管上，右排水集气装置通过右集气管与第一箱体内部连通，右气体流量传感器设在右集气管上。
[0005]左排水集气装置和右排水集气装置的结构相同；
左排水集气装置包括左集气瓶和左溢流瓶，左集气瓶内盛装有水，左集气管伸入到左集气瓶内的水面上方，左溢流瓶和左集气瓶之间通过左溢流管连接，左溢流管伸入到左集气瓶内的水面下；
右排水集气装置包括右集气瓶和右溢流瓶，右集气瓶内盛装有水，右集气管伸入到右集气瓶内的水面上方，右溢流瓶和右集气瓶之间通过右溢流管连接，右溢流管伸入到右集气瓶内的水面下。
[0006]左集气管上设有左集气阀，右集气管上设有右集气阀。
[0007]煤中生物甲烷菌群迀移模拟实验方法，包括以下步骤:
(1)、组装上述煤层生物产气系统、菌种迀移与观测系统和实验控制及记录系统，试验整个实验装置的气密性；
(2 )、在恒温水浴箱内倒入水，设定恒温水浴箱内的水温模拟煤储层的温度；
(3)、在装煤管内装入模拟煤储层的煤样，在左迀移口处设置左滤网，在右迀移口处设置右滤网，以防止煤样洒落；
(4)、关闭第一取液阀和第二取液阀，通过第一注液管和第二注液管分别向第一箱体注入富集后的菌液和第二箱体内注入无菌水，关闭第一注液阀和第二注液阀，打开右集气阀和左集气阀；
(5)、等第一箱体和第二箱体内液面平衡之后，启动左pH传感器、左Eh传感器、左气体流量传感器、右pH传感器、右Eh传感器和右气体流量传感器，每隔一段时间打开第一取液阀和第二取液阀进行取液，对取出的液体中所含菌群进行鉴定；
(6)、实验结束，清理现场回收材料，对比不同时间第一箱体和第二箱体中的pH、Eh、菌群变化以及产气量指标。
[0008]在步骤(5)中打开第一取液阀和第二取液阀的同时，取出装煤管，在装煤管内不同位置取少量煤样，对其所含菌种类型和浓度进行鉴定。
[0009]采用上述技术方案，煤层生物产气系统、菌种迀移与观测系统是通过装煤管相连的第一箱体和第二箱体，每次进行作业时只能对一种煤样进行迀移观测。由于第一箱体和第二箱体内的初始液面相同，且煤与微生物作用生成的气体可以及时排出，因此菌群的扩散基本不受外力作用，保证了微生物通过预设的煤样自由扩散。通过微生物迀移的唯一通道，即装煤管两侧液体所含菌群鉴定、产气量、pH和Eh等指标测试，研究不同煤储层中生物菌群迀移和扩散规律。
[0010]本发明实现了在一个装置综合分析煤中生物菌群迀移扩散过程。本发明在设定的环境条件下，利用煤层本源菌进行生物产气模拟实验，产气过程中微生物菌群进行迀移和扩散，利用产气和菌种鉴定表征生物菌群迀移过程。
[0011]本发明结构紧凑、易于组装、能够模拟煤中生物菌群迀移效果，在保证微生物菌群不受外力作用下自由迀移，为研究煤层气生物工程领域的菌群扩散提供很好的实验支撑。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，本发明的煤中生物菌群迀移模拟实验装置，包括煤层生物产气系统、菌种迀移与观测系统和实验控制及记录系统。
[0014]煤层生物产气系统包括恒温水浴箱1，恒温水浴箱1内放置有盛装有矿井水富集4-6天菌液的第一箱体2和盛装有无菌水的第二箱体3，第一箱体2位于第二箱体3右侧；第一箱体2右侧下部设有第一取液管4，第一取液管4上设有第一取液阀5，第一箱体2顶部右侧设有伸入到第一箱体2内的第一注液管6，第一注液管6上设有位于第一箱体2上方的第一注液阀7，第一箱体2左侧下部设有左迀移口 ；第二箱体3左侧下部设有第二取液管8，第二取液管8上设有第二取液阀9，第二箱体3顶部左侧设有伸入到第二箱体3内的第二注液管10，第二注液管10上设有位于第二箱体3上方的第二注液阀11，第二箱体3右侧下部设有右迀移口。
[0015]菌种迀移与观测系统包括水平设置的装煤管12，装煤管12内填充有煤样13，装煤管12左端与左迀移口连接，装煤管12右端与右迀移口连接，左迀移口处设有左滤网14，右迀移口处设有右滤网15。
[0016]实验控制及记录系统包括计算机16、左排水集气装置、右排水集气装置、左pH传感器17、左Eh传感器18、左气体流量传感器19、右pH传感器20、右Eh传感器21和右气体流量传感器22，计算机16通过数据控制线分别与左pH传感器17、左Eh传感器18、左气体流量传感器19、右pH传感器20、右E