生物成因煤層氣現場注入循環系統

韓作穎 宋艷麗 郭鑫 吳鵬

摘 要：生物成因煤層氣現場注入循環系統應用于煤層氣抽采技術領域，為了克服已有生物成因煤層氣單井注入方案的不足。生物成因煤層氣現場注入循環系統，包括注入井、若干排采井、回流罐、培養基罐和混合罐，回流罐、培養基罐和混合罐設于地面，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有泵和控制閥門，養基罐注入口與混合罐注入口之間設有泵和控制閥門;混合罐的排液口與注入井連接，連接回路中設有泵和控制閥門。利用該系統可實時檢測，連續穩定注入培養液，較好地富集地下產氣菌群，促進煤的生物成氣。

關鍵詞：煤層氣;微生物;現場注入;循環

0 前言

煤炭在我國能源結構中總體占比在60%以上，富煤、少油、少氣的能源結構，短期內無法改變[1]。煤層氣開發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量是一個很好的方向。因為褐煤中含有大量易被微生物利用的腐植酸，因此容易被微生物降解。在煤層氣開采時，可通過微生物增產煤層氣技術是通過向煤氣井中添加產甲烷微生物菌群和營養液，來降解熱值低、經濟利用價值不高的褐煤，將褐煤轉化甲烷[2-4]。目前已有的微生物現場注入工藝都是將營養液注入單井并封井一段時間后再排采的模式[5]，這種方式營養液注入后流向不明，流失較多，對產甲烷相關菌群促進效果較小，降低了成氣的可能性。

1 技術方案

為了克服已有生物成因煤層氣單井注入方案的不足，提高微生物增產煤層氣的效果，優化了現場注入方案，形成了一套生物成因煤層氣現場注入循環系統。

1.1 技術流程

生物成因煤層氣現場注入循環系統，包括注入井、若干排采井、回流罐、培養基罐和混合罐，回流罐、培養基罐和混合罐設于地面，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有泵和控制閥門，養基罐注入口與混合罐注入口之間設有泵和控制閥門;混合罐的排液口與注入井連接，連接回路中設有泵和控制閥門。

排采井至少設有三個，排采井一次排開均布設于注入井下方組成扇形結構，該結構依據地下水流向設置，有利于營養液流向排采井，減少營養液的流失。

回流罐、培養基罐和混合罐底部分別對應設有檢測閥門。利用檢測閥門可檢測管體內的營養液濃度并及時補入營養基。

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行有效水氣分離，進而實現水（培養液）的采集。

培養基罐上連接有控制攪拌培養液的自循環泵，實現對培養基罐內的培養液攪拌，保證循環液體濃度的均勻性。

循環系統，具體指通過煤層氣井向地下注入培養液，富集相關產甲烷微生物，使煤降解成氣的一種現場注入工藝。循環指連續注入培養基，即注入，抽采，補料，再注入。

注入方案是依據地下水流向，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。地面三個罐體，分別是培養基罐、回流罐、混合罐。配置好培養基，按地下水速率向上方向井緩慢注入培養液，下方向井排采。下方向井氣水分離后，水（培養液）采集，運回上方向井，循環注入。注入期間，不斷檢測下方向井離子濃度，若下方向井3抽采培養液濃度稀釋，回流液與培養基混合，重新補料注入，直至上下方向井培養液濃度均勻。

利用該系統可實時檢測，連續穩定注入培養液，較好地富集地下產氣菌群，促進煤的生物成氣。

2 實施方式

如圖1所示，生物成因煤層氣現場注入循環系統的具體實施方式為：

生物成因煤層氣現場注入循環系統，包括注入井1、若干排采井、回流罐5、培養基罐6、混合罐7和氣水分離器8，回流罐5、培養基罐6和混合罐7設于地面，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注入口之間設有泵9和控制閥門13，養基罐6注入口與混合罐7注入口之間設有泵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。

生物成因煤層氣現場注入循環系統的注入循環工作原理為：先依次打開17、18 、19、20、21、22號閥門通氮氣，確保回流罐5、培養基罐6和混合罐7內無氧。三口排采井正常作業后，抽采回的液體注入回流罐5，向培養基罐6加入固體培養基。注入前期，打開泵9和閥門15將回流罐5中液體打入培養基罐6，關閉泵9和閥門15，開泵11自循環，充分攪拌培養基罐6內的培養液，打開泵10和閥門14，培養液進入混合罐7，打開閥門16和泵12將培養液打入注入井1。循環開始后，三個罐體下方開閥門（17、19、21）均設有檢測口，一旦檢測到培養液濃度降低，打開泵9、10，閥門13、14回流液補入培養基，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上方設有氣水分離器8，液體回流注入，實現氣體收集檢測。

3 結論

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

參考文獻：

[1]熊敏瑞.論我國能源結構調整與能源法的應對策略[J].生態經濟，2014，30（03）：103-108.

[2]白超峰，岳前升，吳洪特，陳軍，馬玄，雷亞彪.BCTG生物煤層氣技術與發展前景[J].中外能源，2014（8）：25-29.

[3]任付平，韓長勝，王玲欣，鄭雅，郭素貞，劉斌.微生物提高煤層氣井單井產量技術研究與實踐[J].石油鉆采工藝，2016，38（3）：395-399.

[4]郭紅光，王飛，李治剛.微生物增產煤層氣技術研究進展[J].微生物學通報，2015，42（3）：584-590.

[5]宋燕莉，郭鑫，牛江露.培養基注入促進煤生物轉化現場試驗的可行性分析[J].山東煤炭科技，2017（4）：152-154.

作者簡介：

韓作穎（1981- ），男，天津人，工程師，現就職于晉煤集團煤與煤層氣共采國家重點實驗室，從事煤地質微生物成氣方向研究。

基金項目：

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