一种外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的方法与流程

本发明涉及一种外加直流电场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：

煤层气作为天然气的重要组成部分，已经引起了世界范围内的广泛关注。煤层气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。为了满足日益紧张的能源需求，并减少温室气体对环境带来的影响，大力开发与利用煤层气显得越来越重要。微生物增产煤层气技术可以通过降解煤中有机质，提高煤层气储量，改善煤层物性条件，增强煤层气采收率，是解决煤层气采收率低的有效方法之一。

然而，目前微生物降解煤的甲烷产量较低，如何增大生物甲烷产量是亟需解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的方法，克服了微生物对煤中复杂有机质难以降解的困难，促进微生物对煤的降解，提高甲烷产生速率和产量。

本发明提供了一种外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的方法，通过外加电场刺激、改善微生物菌群结构和活性，为微生物降解代谢提供电子，促进微生物的厌氧降解煤，从而达到增产煤层气的目的。该技术可有效提高生物甲烷产量，解决微生物增产煤层气产量低的问题，推动微生物增产煤层气技术的推广应用，助力煤层气产业可持续发展。

本发明提供了一种外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的方法，包括以下步骤：

（1）收集煤储层地质及微生物资料、富集高效菌群：收集目标煤矿的煤层埋藏深度以及储煤层厚度；采集目标煤层的原位微生物菌群，在实验室将其富集培养成稳定高效的菌群；

（2）根据地质资料和地形条件，先钻注入井至储煤层厚度中心处，然后钻头改为水平并朝着产出井方向打水平井，直至钻头到达产出井位置；在注入井注入培养液对煤层进行压裂，增加微生物的可达性；最后钻产出井并使其与水平井贯通；当培养液能从产出井流出即认为注入井和产出井打通；

（3）在注入井底部固定阳极；在产出井底部固定阴极；

（4）采用静压将富集的高效菌群培养液沿着压裂缝隙注入煤层深处；

（5）将电源的正极与井底阳极相连，负极与井底阴极相连，然后打开电源；

（6）每隔10天对产出井的甲烷产量进行检测，当甲烷产量不再增加后，进行煤层气抽采。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的注入井和产出井之间的距离为200-300m，井口直径为0.2-0.3m。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的阳极为直径0.1-0.2m、高2-5m的圆柱形碳毡或石墨棒；所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的阴极为直径0.1-0.2m、高2-5m的圆柱形不锈钢棒或碳毡。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的培养液注入压力为10-15Mpa，压裂使井壁周围的渗透半径达到3-10米。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的电源输出电压范围为200-400V。

所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气在外加电场的作用下可以改变群落结构，影响煤的代谢途径以达到增产煤层气的目的。

本发明的有益效果：

本发明增强了微生物对煤中复杂有机物的利用率，提高煤层气储量，具有以下实质性特点和显著的效果：

（1）外加电场优化了群落结构，激活了微生物活性，促进煤中有机物的代谢进而提高了甲烷的产量；

（2）在外加电场的作用下，附着在阳极上的微生物将煤中的有机物分解生成二氧化碳并释放质子和电子，电子通过外电路传递到阴极，质子扩散到阴极后在产甲烷菌的作用下与电子结合通过还原二氧化碳产生甲烷；该过程改善了煤层氧化还原微环境，有利于微生物厌氧降解煤；

（3）通过外加电场辅助手段，厌氧降解中的大部分二氧化碳被固定还原成甲烷，使得有机物中的碳元素更多地流向了甲烷，这不仅减少了二氧化碳的排放而且可以生成更多清洁能源。

附图说明

图1是本发明采用的外加电场增产煤层气的作用原理图。

图2是外加电场系统示意图。图中：1：直流电源；2：导线；3：阴极电极；4：阳极电极；5：微生物；6：煤中有机物；7：压裂缝隙；8：目标煤层；9：注入井；10：产出井。

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：

一种外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的方法，包括以下步骤：

（1）收集煤储层地质及微生物资料、富集高效菌群：收集目标煤矿的煤层埋藏深度以及储煤层厚度；采集目标煤层的原位微生物菌群，在实验室将其富集培养成稳定高效的菌群；

（2）根据地质资料和地形条件，先钻注入井9至储煤层厚度中心处，然后钻头改为水平并朝着产出井10方向打水平井，直至钻头到达产出井10位置。在注入井9注入培养液对煤层进行压裂，增加微生物的可达性。最后钻产出井10并使其与水平井贯通；当培养液能从产出井10流出即认为注入井9和产出井10打通。

（3）在注入井底部固定阳极电极4；在产出井底部固定阴极电极3；

（4）采用静压将富集的高效菌群培养液沿着压裂缝隙注入煤层深处；

（5）将直流电源1的正极通过导线2与井底阳极电极4相连，负极与井底阴极电极3相连；

（6）每隔10天对产出井的甲烷产量进行检测，当甲烷产量不再增加后，进行煤层气抽采。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的注入井和产出井之间的距离为200-300m，井口直径为0.2-0.3m。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的阳极为直径0.1-0.2m、高2-5m的圆柱形碳毡或石墨棒；所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的阴极为直径0.1-0.2m、高2-5m的圆柱形不锈钢棒或碳毡。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的培养液注入压力为10-15Mpa，压裂使井壁周围的渗透半径达到3-10米。

上述方法中，所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气的电源输出电压范围为200-400V。

所述外加直流电场与微生物降解联合增产煤层气在外加电场的作用下可以改变群落结构，影响煤的代谢途径以达到增产煤层气的目的。

下面结合具体的实施例说明本发明情况：

1）收集沁水盆地某煤矿的煤层埋藏深度以及储煤层厚度等地质参数。该矿的煤层埋深为500m，煤层厚度为煤层的厚度为6~9m。

2）采集目标煤层的煤层气产出水，通过不断传代在实验室将其富集培养成稳定高效的菌群。

3）根据地质资料和地形条件，先钻注入井9至储煤层厚度中心处，然后钻头改为水平并朝着产出井10方向打水平井，直至钻头到达产出井10位置。在注入井9注入培养液对煤层进行压裂，增加微生物的可达性；最后钻产出井10并使其与水平井贯通。竖井间距离为200m，井口直径为0.2m。

4）在注入井底部固定直径为0.15m，高为3m的圆柱形碳毡作为阳极电极4。在产出井底部固定直径为0.15m，高为3m的圆柱形不锈钢棒作为阴极电极3。

5）向井内加入压力为15Mpa的培养液对煤层进行压裂使井壁周围的渗透半径约达到10米，菌群沿着培养液压裂的缝隙进入煤层深处从而增加微生物的可达性，使得微生物与煤基质能更加有效的相互作用，如图1所示。

6）采用静压将高效菌群沿着培养液压裂的缝隙注入煤层深处。

7）将电源的正极与碳毡相连，负极与不锈钢棒相连。如图2所示。电源的输出电压为：200V。

8）封闭井口，利用外加电场改善菌群的群落结构、促进煤的生物降解、提高甲烷产量。

9）定期检测生产井的甲烷浓度，达到生产需求后，进行煤层气抽采。

10）通过检测发现，在外加电场的作用下甲烷产量较未加电场情况下增加了142%。相应的二氧化碳产量减少了79.1%。在外加电场的作用下提高了甲烷产量而且使大部分二氧化碳被固定，这不仅减少了二氧化碳的排放而且可以生成更多清洁能源。