本发明涉及提高煤层气产量
技术领域：
，具体为一种利用本源菌提高煤层气产量的方法。
背景技术：
：煤层气在高、中、低阶煤盆地均已进行勘探开发，但低阶煤含气量低、高阶煤渗透率低的现状严重制约了煤层气产业的发展。利用微生物增产，即向煤层中注入产甲烷微生物群，降解煤中的有机质，增加甲烷的含量，并通过消耗煤中的基质改善了煤层的孔隙结构，提高渗透率，可以大幅提高煤层气的产量。专利号为201410363562.2的专利公开了一种提高煤层气采收率的方法，具体为利用煤层原位微生物菌群和超临界CO2预处理煤层，提高了煤层气采收率，但是超临界CO2处理时间较长，长期工作能耗较高且需要人工比较，确定最佳实验条件，工作效率低。鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。技术实现要素：为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种利用本源菌提高煤层气产量的方法，包括以下步骤:(1)产甲烷菌群落的富集和培养：从目标区域采集煤样和水样，进行产甲烷菌群落的富集培养和发酵，得到发酵液；(2)超声波耦合超临界CO2处理：利用实验室运维管理系统，在实验室分析超声波耦合超临界CO2处理煤层试样的最佳条件，并在最佳条件下对目标煤层进行处理；(3)微生物降解煤：将所述步骤(1)获得的发酵液注入所述目标煤层，持续检测注入井口气体组分和甲烷浓度变化，并利用排水降压排采的方式收集甲烷。较佳的，所述步骤(2)中的实验室运维管理系统包括服务器、数据收集模块、数据处理模块和控制模块；所述数据收集模块、所述数据处理模块和所述控制模块分别与所述服务器通讯连接；所述数据收集模块与所述数据处理模块通讯连接，用于采集所述超声波耦合超临界CO2处理煤层试样的实验参数，所述实验参数包括温度、压力、时间和单位质量煤被生物降解产出的甲烷量；所述数据处理模块与所述控制模块通讯连接，用于分析所述数据收集模块采集到的信息，计算出最佳的实验参数，即单位质量煤被生物降解产出的甲烷量最多的时刻的温度、压力和时间；所述控制模块，用于设置超声波耦合超临界CO2处理煤层试样的实验参数以及显示所述数据处理模块的分析结果。较佳的，所述步骤(1)包括以下步骤：Ⅰ.在煤层气井口处进行取样，样品瓶预先灭菌且充满氮气，水样取满至瓶中无空气残留，24小时之内以遮光的方式送入厌氧培养箱内；Ⅱ.以目标煤层为碳源，从所述步骤Ⅰ产出水样中培育其中的微生物菌群，富集培养的温度为所述目标煤层温度，添加适宜的营养基和微量元素，初始矿化度和PH值均与采出水样一致，通过反复的培养和转接获得微生物群落；III.提炼所述步骤Ⅱ微生物群落中的水解发酵细菌、产氢产乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌，分别进行分离和纯化，各菌种纯化3代后，挑取不同菌株组合，植入至培养基中，对比产甲烷量的高低，以30天为周期；Ⅳ.将所述步骤III中最有利菌种或不同配伍的菌种组合数量进行扩增，在发酵罐中将所述步骤III发现的累计产甲烷量最高的菌种或菌种进行微生物发酵，扩增菌种数目，增强菌种活性。较佳的，所述步骤III中的菌株组合包括：a.水解发酵细菌、产氢产乙酸菌、b.硫酸盐还原菌、c.产甲烷菌、d.水解发酵细菌、产氢产乙酸菌+硫酸盐还原菌、e.水解发酵细菌、产氢产乙酸菌+产甲烷菌、f.硫酸盐还原菌+产甲烷菌、g.水解发酵细菌、产氢产乙酸菌+硫酸盐还原菌+产甲烷菌；较佳的，所述步骤(2)包括以下步骤：Ⅰ.在实验室，利用目标煤样制备所述实验试样，进行所述超声波耦合超临界CO2处理，进入所述实验室运维管理系统，确定所述超声波耦合超临界CO2处理实验煤层的最佳实验条件，包括温度、压力、时间；Ⅱ.按照所述步骤Ⅰ中确定的温度、压力、时间，对目标煤层进行所述超声波耦合超临界CO2处理，萃取、溶解煤中部分有机物，改善煤层孔隙、裂隙结构，促进甲烷解吸；III.在生产井口收集产出的甲烷，以降低煤层压力。较佳的，所述步骤(3)包括以下步骤：Ⅰ.检测生产井口的气体成分和浓度变化，采用煤层气井常规钻孔方式将所述步骤(1)中获得的发酵液缓慢注入经所述步骤(2)处理的目标煤层中，并及时封孔；Ⅱ.待甲烷浓度满足利用条件时，通过排水降压排采的方式将生产的甲烷进行开采并利用。较佳的，所述步骤(1)采用克隆文库技术分析所述产甲烷菌群落结构，通过qPCR技术定量分析菌种。较佳的，所述步骤(1)中的步骤III中的各组合中均加入厌氧发酵菌，增强煤的降解程度，并通过不同组合的搭配确定对目标煤层产气最有利的菌落组合，同时避免群落间的抑制作用。较佳的，所述数据收集模块对所述压力的收集通过压力传感器进行，所述压力传感器数量大于等于三个；所述数据处理模块对所述数据收集模块采集的每一次压力传感器的数据进行筛选，则通过所述压力传感器获得的压力数据的平均值为P，则所述平均值P的计算公式为：P=Σi=1nWiPiΣi=1nWi]]>公式中，Wi的计算公式为：Wi=f(Ni)=1(Ni>1)0(Ni<1)]]>Ni=Σi=1n(Σj=1n|Pi-Pj|)nΣj=1n|Pi-Pj|]]>公式中，P为压力数据的平均值，i、j分别为所述压力传感器的序号，Pi、Pj分别为第i、j个压力传感器获得的压力，n为所述压力传感器数量，Wi为压力值Pi对应的系数值，Ni为压力值Pi对应的中间数值。较佳的，所述超声波耦合超临界CO2处理的处理条件包括超声波处理条件和超临界CO2处理条件，所述超声波处理条件为：压强0.5-2.5Mpa，处理时间10-60min，所述超临界CO2处理条件为：温度与所述目标煤层一致，压强7.4-9.6MPa，处理时间6h-54h。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过精确控制微量元素的添加量，提高产甲烷菌的产出气量；(2)利用本源菌微生物降解煤，能有效提高地下煤层中的微生物降解和生气能力，改善煤层孔渗结构，促进煤层气的生产；(3)超声波耦合超临界CO2处理，改善煤层结构，增强生物降解煤产甲烷的效率，促进煤体中甲烷气的解吸，加快煤层气产气速率，与单纯的超临界CO2处理相比，有效缩短了处理时间，增加产气率，降低能耗；(4)利用实验室运维管理系统分析、计算速度快，有效提高了工作效率。具体实施方式以下对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例一：本发明提供的一种利用本源菌提高煤层气产量的方法，步骤如下：(1)目标煤层气田为新疆准噶尔盆地南部某区域，采集煤层气赋存的储层煤样，在煤层气井口处进行取样，样品瓶预先灭菌且充满氮气，水样取满至瓶中无空气残留，24小时之内以遮光的方式送入厌氧培养箱内；从所述煤样和水样中提炼菌落结构，通过克隆文库技术对所述煤样和水样的所述微生物群落结构进行分析，通过qPCR技术定量分析菌种。煤层气开发的目标煤层为侏罗系中统西山窑组的煤层，储层压力为3.8MPa，储层温度为32℃，产出水的pH值为7.2。细菌的种类主要是厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)；产甲烷菌的古菌类群是甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷叶菌属(Methanolobus)。(2)以目标煤层的煤岩作为碳源，从产出水样和煤样中培育微生物菌群，包括水解发酵细菌、产氢产乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌。与产出水的矿化度保持一致，pH值设为7.2，培养温度32℃，矿化度为1500mg/L。在厌氧培养箱内进行微生物富集和分离，通过平板分割和划线分离对细菌和产甲烷菌进行分离和纯化，将不同的菌落组合在培养基中培养。提炼微生物群落中的细菌，所述细菌包括水解发酵细菌、产氢产乙酸菌，除此之外，微生物群落里还含有硫酸盐还原菌，将所述水解发酵细菌、产氢产乙酸菌、硫酸盐还原菌与所述产甲烷菌，分别进行分离和纯化，各菌种纯化3代后，挑取不同菌株组合，所述菌株组合包括a.水解发酵细菌和产氢产乙酸菌、b.硫酸盐还原菌、c.产甲烷菌、d.水解发酵细菌和产氢产乙酸菌+硫酸盐还原菌、e.水解发酵细菌和产氢产乙酸菌+产甲烷菌、f.硫酸盐还原菌+产甲烷菌、g.水解发酵细菌和产氢产乙酸菌+硫酸盐还原菌+产甲烷菌，植入至培养基中，以30天为周期，进行富集和分离。所述培养基的成分为由基础培养基和微量元素溶液组成，比例为100：1，其中：1000mL基础培养基包括：K2HPO40.4g，KH2PO40.4g，MgCl22.0g,NH4Cl1.0g,KCl0.2g,NaCl0.2g,酵母浸入液1.0g，乙酸钠2.0g，刃天青0.01g；1000mL微量元素包括：NaCl1.0g,FeSO4·7H2O0.1g,MgSO4·7H2O3.0g,CuSO4·5H2O0.01g,KAl(SO4)20.01g,H3BO30.01g,CuSO4·5H2O0.01g,ZnSO4·7H2O0.1g,CoCl20.1g。(3)以单位质量的所述目标煤层的煤岩在30天内产出的累计产甲烷量为评价指标，对比所述水解发酵细菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌在不同配比下的产量差异，遴选出产甲烷量最高的配伍比例。对比所述水解发酵细菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌在不同配比下的产量差异，遴选出产甲烷量最高的配伍比例为4：1。(4)进入实验室运维管理系统，实验室运维管理系统包括服务器、数据收集模块、数据处理模块和控制模块；所述数据收集模块、所述数据处理模块和所述控制模块分别于所述服务器通讯连接；所述数据收集模块与所述数据处理模块通讯连接，用于采集超声波耦合超临界CO2处理煤层试样的实验参数，包括处理的温度、压力、时间和单位质量煤被生物降解产出的甲烷量；所述数据处理模块与所述控制模块通讯连接，用于分析所述数据收集模块采集到的信息，计算出最佳的实验参数；所述控制模块，用于设置超声波耦合超临界CO2处理煤层试样的实验参数以及显示所述数据处理模块的分析结果。(5)在实验室，利用目标煤样制备标准试件，进行超声波耦合超临界CO2处理，通过所述实验室运维管理系统，设置压力为0.5-2.5Mpa，对实验煤层进行超声波处理，超声频率为40-80kHz，处理时间为10-60min。然后在温度为32℃条件下，所述温度与所述目标煤层保持一致，压力调整范围为7.4-9.6MPa，对实验煤层进行超临界CO2处理，处理时间为6h-54h。在所述超声波处理过程或者所述超临界CO2处理过程中，压力会随着实验煤层甲烷的产出值的变化而变化，需要及时测得所述实验煤层的压力值并迅速采取相关措施，才能减少实验过程中压力波动，使得所述超声波处理过程或者所述超临界CO2处理过程保持在恒压状态。所述数据收集模块对所述压力的收集通过压力传感器进行，对所述实验煤层设置至少3个压力传感器对压力信号进行采集，进而求出平均压力。这样做不仅使得采集的数据更加全面，而且能够避免环境中不确定性因素的干扰。所述数据处理模块需要对每一次压力传感器测得的数据进行筛选，通过所述压力传感器所获得的压力数据的平均值为P，则所述平均值P的计算公式为：P=Σi=1nWiPiΣi=1nWi]]>公式中，Wi的计算公式为：Wi=f(Ni)=1(Ni>1)0(Ni<1)]]>Ni=Σi=1n(Σj=1n|Pi-Pj|)nΣj=1n|Pi-Pj|]]>公式中，P为压力数据的平均值，i、j分别为所述压力传感器的序号，Pi、Pj分别为第i、j个压力传感器获得的压力，n为所述压力传感器数量，Wi为压力值Pi对应的系数值，Ni为压力值Pi对应的中间数值。在上述压力平均值的计算过程中，首先求出某一压力值与各个压力值差的绝对值之和，然后再对该值求和，之后再除以所述某一压力值与各个压力值差的绝对值之和，最后再除以所述压力传感器数量得到中间数值Ni；不同的压力对应的所述中间数值不同，对应的所述中间数值小于1通过函数运算为0，大于1的均为1，这样将所述中间数值通过函数运算后得到所述压力值的系数值，即Wi，作为对应的压力值的系数，所述中间数值波动范围较小的系数为1，其余数据所述系数值为0，这样就排除了波动较大的压力值，从而得到更准确的实际平均压力值。最后，获得该压力平均值以后，在跟最初设定的压力值进行比较，如果波动不大，则无需进行调整，但是如果波动值超出一定的范围，该范围可以根据情况进行调整，则需要进行加压或者降压处理，使得压力值在设定压力值范围内波动。通过上述公式能够直接获得所述压力值的中间数值，并通过函数计算得到所述压力值的系数值，所述波动范围较大的压力值通过函数计算所得到的系数值为0，这样计算简单方便且能够较快的排除波动范围较大的数值，使得所得到的压力平均值更接近实际压力值，提高了数据结果的准确性，排除了数据采集过程中周围环境以及异物等对测量造成的影响，降低了数据测量的误差发生率。与现有技术比，该数据处理方法通过量化的公式进行计算，排除异常数据过程简单，执行目的明确，计算迅速且使得所获得的压力平均值数据更加准确。所述超声波处理的作用机理主要是机械振动、空化作用和热效应。超声波的机械振动机理是基于煤岩骨架与其中流体密度不同，产生的加速度不同，机械振动使煤岩骨架及颗粒产生振动，两相物质界面发生相对运动，使甲烷气在煤岩表面的附着力减弱，促进了甲烷气的脱附和解吸。同时，机械振动具有降低孔隙或孔隙喉道内附面层的影响，使煤岩孔隙有效半径增加，流动速度增大。所述超声波的空化作用，由于超声波通过液体时，会使介质中的微气泡发生共振，迅速胀大，继而湮灭，提高煤层气井近井地带的渗透性能。所述超声波的热效应是由于超声波在煤体中传播的能量被煤岩介质、煤层水及甲烷吸收并转化为热能，使煤体质点温度升高，增大了分子的动能，减弱了甲烷气与煤表面分子间的吸附力，促进煤体中甲烷气的解吸。而所述超临界CO2处理则是利用超临界CO2超高的扩散系数和溶解能力，改善煤层结构，增强生物降解煤产甲烷的效率。所述超声波耦合超临界CO2处理，将超声波与超临界CO2萃取相结合，进一步提高超临界CO2的扩散系数和溶解能力，在相同萃取条件下，超声波辅助超临界CO2萃取可将原来超临界CO2萃取效率提高10～23％，显著提高超临界CO2的萃取效率。通过所述实验室运维管理系统，所述数据处理模块将采集到的数据进行分析处理，并获得最佳参数，并通过所述控制模块进行数据显示。(6)在目标煤层进行所述超声波耦合超临界CO2处理，萃取、溶解煤中部分有机物，改善煤层孔隙、裂隙结构，促进甲烷解吸；(7)在目标区生产井口收集由于所述超声波耦合超临界CO2处理而驱替产生的煤层气(甲烷)，分析气体成分；(8)将步骤(3)筛选出来的产气最优势组合在发酵罐内进行大规模的富集培养，在所述目标区域采用煤层气井常规钻孔方式将所述发酵罐中获得的发酵液缓慢注入经所述超声波耦合超临界CO2处理的目标煤层中，并及时封孔。(9)持续检测产气口的气体成分和甲烷浓度变化，在甲烷浓度呈现持续增加趋势之后，在临近井进行煤层气井的排水降压排采，在甲烷浓度呈现下降趋势时候，适时补加所述发酵液。实施例2在上述实施方式的基础上，所述步骤(5)获得的最佳参数为：所述超声波处理最佳参数压力为0.8Mpa，超声频率为80kHz，处理时间为20min，所述超临界CO2处理最佳参数压力为8.2MPa，处理时间为30h，在该条件下，对实验煤层进行所述超声波耦合超临界CO2处理后单位质量煤被生物降解产出的甲烷量最多。所述步骤(9)中产气口的气体成分和甲烷浓度变化通过甲烷测定仪和气相色谱仪测定。实施例3在上述实施方式的基础上，所述步骤(2)中各菌株组合均加入厌氧发酵菌，增强煤的降解程度，并通过不同组合的搭配确定对目标煤层产气最有利的菌落组合，同时避免群落间的抑制作用。实施例4在上述实施方式的基础上，实施例1步骤(2)中所述微量元素的加入对产甲烷量影响较大。在厌氧消化的产甲烷阶段，产甲烷菌对所述微量元素的缺乏十分敏感。所述微量元素的缺乏会导致出水中挥发性脂肪酸偏高，气体产率下降等不良现象出现。另外，所述微量元素的加入对毒性物质具有拮抗作用，从而缓解毒性物质对产甲烷菌的限制作用。因而所述微量元素的加入能使所述培养基内产甲烷菌的优势菌种占据一定的优势，从而增加所述产甲烷量。为了能够保证所述产甲烷菌对所述微量元素的充分利用，所述微量元素直接加入到所述培养基内。所述培养基中微量元素的加入量Xi与所述产甲烷量V之间存在以下关系：V=-192.64(Σi=1nXi)2+1523.8Σi=1nXi-1914.3]]>公式中，n：培养基中共有n中微量元素；Xi：培养基中第i种微量元素含量(g)；V：产甲烷量(ml)。所述微量元素在加入培养基之前会精确称量，从而获得Xi。然后，根据公式计算即可得到不同比例下所述产加甲烷量的数值。而传统方法，所述产甲烷量通常采用排液法进行测量，该测试方法需要提前准备相关测量装置，而且在测量过程中，所述测量装置与所述培养基之间需要严格的密封连接，需要消耗一定的人力物力，且测试过程受压力，密封性等外界因素影响较大，测量结果误差较大。而通过该定量公式，在确定了所述微量元素的加入量，就可以获得所述产甲烷量，节省了人力物力，且计算结果不会受外界因素的影响，获得所述产甲烷量快速而准确。而且，通过该公式，可以实现所述培养基成分的精确调控。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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