生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)

韓作穎 宋艷麗 郭鑫 吳鵬

摘 要：生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于煤層氣抽采技術(shù)領(lǐng)域，為了克服已有生物成因煤層氣單井注入方案的不足。生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)，包括注入井、若干排采井、回流罐、培養(yǎng)基罐和混合罐，回流罐、培養(yǎng)基罐和混合罐設(shè)于地面，排采井的井口分別與回流罐的注入口連接，回流罐的排液口與培養(yǎng)基罐的注入口連接，混合罐的注入口與回流罐排液口和培養(yǎng)基罐注入口的連接回路連通，回流罐排液口與混合罐注入口之間設(shè)有泵和控制閥門，養(yǎng)基罐注入口與混合罐注入口之間設(shè)有泵和控制閥門;混合罐的排液口與注入井連接，連接回路中設(shè)有泵和控制閥門。利用該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測，連續(xù)穩(wěn)定注入培養(yǎng)液，較好地富集地下產(chǎn)氣菌群，促進(jìn)煤的生物成氣。

關(guān)鍵詞：煤層氣;微生物;現(xiàn)場注入;循環(huán)

0 前言

煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中總體占比在60%以上，富煤、少油、少氣的能源結(jié)構(gòu)，短期內(nèi)無法改變[1]。煤層氣開發(fā)有利于提升我國天然氣的自給率。提高煤層中生物成因煤層氣的含量，從而提高煤層氣的產(chǎn)量是一個(gè)很好的方向。因?yàn)楹置褐泻写罅恳妆晃⑸锢玫母菜?，因此容易被微生物降解。在煤層氣開采時(shí)，可通過微生物增產(chǎn)煤層氣技術(shù)是通過向煤氣井中添加產(chǎn)甲烷微生物菌群和營養(yǎng)液，來降解熱值低、經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值不高的褐煤，將褐煤轉(zhuǎn)化甲烷[2-4]。目前已有的微生物現(xiàn)場注入工藝都是將營養(yǎng)液注入單井并封井一段時(shí)間后再排采的模式[5]，這種方式營養(yǎng)液注入后流向不明，流失較多，對產(chǎn)甲烷相關(guān)菌群促進(jìn)效果較小，降低了成氣的可能性。

1 技術(shù)方案

為了克服已有生物成因煤層氣單井注入方案的不足，提高微生物增產(chǎn)煤層氣的效果，優(yōu)化了現(xiàn)場注入方案，形成了一套生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)。

1.1 技術(shù)流程

生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)，包括注入井、若干排采井、回流罐、培養(yǎng)基罐和混合罐，回流罐、培養(yǎng)基罐和混合罐設(shè)于地面，排采井的井口分別與回流罐的注入口連接，回流罐的排液口與培養(yǎng)基罐的注入口連接，混合罐的注入口與回流罐排液口和培養(yǎng)基罐注入口的連接回路連通，回流罐排液口與混合罐注入口之間設(shè)有泵和控制閥門，養(yǎng)基罐注入口與混合罐注入口之間設(shè)有泵和控制閥門;混合罐的排液口與注入井連接，連接回路中設(shè)有泵和控制閥門。

排采井至少設(shè)有三個(gè)，排采井一次排開均布設(shè)于注入井下方組成扇形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)依據(jù)地下水流向設(shè)置，有利于營養(yǎng)液流向排采井，減少營養(yǎng)液的流失。

回流罐、培養(yǎng)基罐和混合罐底部分別對應(yīng)設(shè)有檢測閥門。利用檢測閥門可檢測管體內(nèi)的營養(yǎng)液濃度并及時(shí)補(bǔ)入營養(yǎng)基。

回流罐上連接有氣水分離器，對下方排采井抽采回的液體進(jìn)行有效水氣分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水（培養(yǎng)液）的采集。

培養(yǎng)基罐上連接有控制攪拌培養(yǎng)液的自循環(huán)泵，實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)基罐內(nèi)的培養(yǎng)液攪拌，保證循環(huán)液體濃度的均勻性。

循環(huán)系統(tǒng)，具體指通過煤層氣井向地下注入培養(yǎng)液，富集相關(guān)產(chǎn)甲烷微生物，使煤降解成氣的一種現(xiàn)場注入工藝。循環(huán)指連續(xù)注入培養(yǎng)基，即注入，抽采，補(bǔ)料，再注入。

注入方案是依據(jù)地下水流向，在上方向選擇一口煤層氣注入井，下方向選擇三口煤層氣排采井，組成扇形。地面三個(gè)罐體，分別是培養(yǎng)基罐、回流罐、混合罐。配置好培養(yǎng)基，按地下水速率向上方向井緩慢注入培養(yǎng)液，下方向井排采。下方向井氣水分離后，水（培養(yǎng)液）采集，運(yùn)回上方向井，循環(huán)注入。注入期間，不斷檢測下方向井離子濃度，若下方向井3抽采培養(yǎng)液濃度稀釋，回流液與培養(yǎng)基混合，重新補(bǔ)料注入，直至上下方向井培養(yǎng)液濃度均勻。

利用該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測，連續(xù)穩(wěn)定注入培養(yǎng)液，較好地富集地下產(chǎn)氣菌群，促進(jìn)煤的生物成氣。

2 實(shí)施方式

如圖1所示，生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)的具體實(shí)施方式為：

生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)，包括注入井1、若干排采井、回流罐5、培養(yǎng)基罐6、混合罐7和氣水分離器8，回流罐5、培養(yǎng)基罐6和混合罐7設(shè)于地面，排采井的井口分別與回流罐5的注入口連接，回流罐5的排液口與培養(yǎng)基罐6的注入口連接，混合罐7的注入口與回流罐5排液口和培養(yǎng)基罐6注入口的連接回路連通，回流罐5排液口與混合罐7注入口之間設(shè)有泵9和控制閥門13，養(yǎng)基罐6注入口與混合罐7注入口之間設(shè)有泵10和控制閥門14;混合罐7的排液口與注入井1連接，連接回路中設(shè)有泵12和控制閥門16;所述氣水分離器8與回流罐5連接。

生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)的注入循環(huán)工作原理為：先依次打開17、18 、19、20、21、22號閥門通氮?dú)?，確保回流罐5、培養(yǎng)基罐6和混合罐7內(nèi)無氧。三口排采井正常作業(yè)后，抽采回的液體注入回流罐5，向培養(yǎng)基罐6加入固體培養(yǎng)基。注入前期，打開泵9和閥門15將回流罐5中液體打入培養(yǎng)基罐6，關(guān)閉泵9和閥門15，開泵11自循環(huán)，充分?jǐn)嚢枧囵B(yǎng)基罐6內(nèi)的培養(yǎng)液，打開泵10和閥門14，培養(yǎng)液進(jìn)入混合罐7，打開閥門16和泵12將培養(yǎng)液打入注入井1。循環(huán)開始后，三個(gè)罐體下方開閥門（17、19、21）均設(shè)有檢測口，一旦檢測到培養(yǎng)液濃度降低，打開泵9、10，閥門13、14回流液補(bǔ)入培養(yǎng)基，泵入混合罐7，同理打開閥門16和泵12泵入注入井1。混合罐5上方設(shè)有氣水分離器8，液體回流注入，實(shí)現(xiàn)氣體收集檢測。

3 結(jié)論

生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：①注入系統(tǒng)需多井配合，最少需要1口注入井，3口排采井，排采井一字排開均布設(shè)于注入井下方組成扇形結(jié)構(gòu)，形成營養(yǎng)液的循環(huán)注入;②生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)，通過回流罐、培養(yǎng)基罐和混合罐底部;③生物成因煤層氣現(xiàn)場注入循環(huán)系統(tǒng)能夠有效的實(shí)施培養(yǎng)液的注入與控制，以及煤層氣與排出水的分離，可實(shí)現(xiàn)對氣、水和菌的快速取樣和檢測。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

韓作穎（1981- ），男，天津人，工程師，現(xiàn)就職于晉煤集團(tuán)煤與煤層氣共采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，從事煤地質(zhì)微生物成氣方向研究。

基金項(xiàng)目：

山西省煤層氣聯(lián)合研究基金項(xiàng)目（2016012009），山西省面上青年基金項(xiàng)目（201801D221354）