生物成因煤层气现场注入循环系统

韩作颖 宋艳丽 郭鑫 吴鹏

摘 要：生物成因煤层气现场注入循环系统应用于煤层气抽采技术领域，为了克服已有生物成因煤层气单井注入方案的不足。生物成因煤层气现场注入循环系统，包括注入井、若干排采井、回流罐、培养基罐和混合罐，回流罐、培养基罐和混合罐设于地面，排采井的井口分别与回流罐的注入口连接，回流罐的排液口与培养基罐的注入口连接，混合罐的注入口与回流罐排液口和培养基罐注入口的连接回路连通，回流罐排液口与混合罐注入口之间设有泵和控制阀门，养基罐注入口与混合罐注入口之间设有泵和控制阀门;混合罐的排液口与注入井连接，连接回路中设有泵和控制阀门。利用该系统可实时检测，连续稳定注入培养液，较好地富集地下产气菌群，促进煤的生物成气。

关键词：煤层气;微生物;现场注入;循环

0 前言

煤炭在我国能源结构中总体占比在60%以上，富煤、少油、少气的能源结构，短期内无法改变[1]。煤层气开发有利于提升我国天然气的自给率。提高煤层中生物成因煤层气的含量，从而提高煤层气的产量是一个很好的方向。因为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。在煤层气开采时，可通过微生物增产煤层气技术是通过向煤气井中添加产甲烷微生物菌群和营养液，来降解热值低、经济利用价值不高的褐煤，将褐煤转化甲烷[2-4]。目前已有的微生物现场注入工艺都是将营养液注入单井并封井一段时间后再排采的模式[5]，这种方式营养液注入后流向不明，流失较多，对产甲烷相关菌群促进效果较小，降低了成气的可能性。

1 技术方案

为了克服已有生物成因煤层气单井注入方案的不足，提高微生物增产煤层气的效果，优化了现场注入方案，形成了一套生物成因煤层气现场注入循环系统。

1.1 技术流程

生物成因煤层气现场注入循环系统，包括注入井、若干排采井、回流罐、培养基罐和混合罐，回流罐、培养基罐和混合罐设于地面，排采井的井口分别与回流罐的注入口连接，回流罐的排液口与培养基罐的注入口连接，混合罐的注入口与回流罐排液口和培养基罐注入口的连接回路连通，回流罐排液口与混合罐注入口之间设有泵和控制阀门，养基罐注入口与混合罐注入口之间设有泵和控制阀门;混合罐的排液口与注入井连接，连接回路中设有泵和控制阀门。

排采井至少设有三个，排采井一次排开均布设于注入井下方组成扇形结构，该结构依据地下水流向设置，有利于营养液流向排采井，减少营养液的流失。

回流罐、培养基罐和混合罐底部分别对应设有检测阀门。利用检测阀门可检测管体内的营养液浓度并及时补入营养基。

回流罐上连接有气水分离器，对下方排采井抽采回的液体进行有效水气分离，进而实现水（培养液）的采集。

培养基罐上连接有控制搅拌培养液的自循环泵，实现对培养基罐内的培养液搅拌，保证循环液体浓度的均匀性。

循环系统，具体指通过煤层气井向地下注入培养液，富集相关产甲烷微生物，使煤降解成气的一种现场注入工艺。循环指连续注入培养基，即注入，抽采，补料，再注入。

注入方案是依据地下水流向，在上方向选择一口煤层气注入井，下方向选择三口煤层气排采井，組成扇形。地面三个罐体，分别是培养基罐、回流罐、混合罐。配置好培养基，按地下水速率向上方向井缓慢注入培养液，下方向井排采。下方向井气水分离后，水（培养液）采集，运回上方向井，循环注入。注入期间，不断检测下方向井离子浓度，若下方向井3抽采培养液浓度稀释，回流液与培养基混合，重新补料注入，直至上下方向井培养液浓度均匀。

利用该系统可实时检测，连续稳定注入培养液，较好地富集地下产气菌群，促进煤的生物成气。

2 实施方式

如图1所示，生物成因煤层气现场注入循环系统的具体实施方式为：

生物成因煤层气现场注入循环系统，包括注入井1、若干排采井、回流罐5、培养基罐6、混合罐7和气水分离器8，回流罐5、培养基罐6和混合罐7设于地面，排采井的井口分别与回流罐5的注入口连接，回流罐5的排液口与培养基罐6的注入口连接，混合罐7的注入口与回流罐5排液口和培养基罐6注入口的连接回路连通，回流罐5排液口与混合罐7注入口之间设有泵9和控制阀门13，养基罐6注入口与混合罐7注入口之间设有泵10和控制阀门14;混合罐7的排液口与注入井1连接，连接回路中设有泵12和控制阀门16;所述气水分离器8与回流罐5连接。

生物成因煤层气现场注入循环系统的注入循环工作原理为：先依次打开17、18 、19、20、21、22号阀门通氮气，确保回流罐5、培养基罐6和混合罐7内无氧。三口排采井正常作业后，抽采回的液体注入回流罐5，向培养基罐6加入固体培养基。注入前期，打开泵9和阀门15将回流罐5中液体打入培养基罐6，关闭泵9和阀门15，开泵11自循环，充分搅拌培养基罐6内的培养液，打开泵10和阀门14，培养液进入混合罐7，打开阀门16和泵12将培养液打入注入井1。循环开始后，三个罐体下方开阀门（17、19、21）均设有检测口，一旦检测到培养液浓度降低，打开泵9、10，阀门13、14回流液补入培养基，泵入混合罐7，同理打开阀门16和泵12泵入注入井1。混合罐5上方设有气水分离器8，液体回流注入，实现气体收集检测。

3 结论

生物成因煤层气现场注入循环系统，其特征在于：①注入系统需多井配合，最少需要1口注入井，3口排采井，排采井一字排开均布设于注入井下方组成扇形结构，形成营养液的循环注入;②生物成因煤层气现场注入循环系统，通过回流罐、培养基罐和混合罐底部;③生物成因煤层气现场注入循环系统能够有效的实施培养液的注入与控制，以及煤层气与排出水的分离，可实现对气、水和菌的快速取样和检测。

参考文献：

[1]熊敏瑞.论我国能源结构调整与能源法的应对策略[J].生态经济，2014，30（03）：103-108.

[2]白超峰，岳前升，吴洪特，陈军，马玄，雷亚彪.BCTG生物煤层气技术与发展前景[J].中外能源，2014（8）：25-29.

[3]任付平，韩长胜，王玲欣，郑雅，郭素贞，刘斌.微生物提高煤层气井单井产量技术研究与实践[J].石油钻采工艺，2016，38（3）：395-399.

[4]郭红光，王飞，李治刚.微生物增产煤层气技术研究进展[J].微生物学通报，2015，42（3）：584-590.

[5]宋燕莉，郭鑫，牛江露.培养基注入促进煤生物转化现场试验的可行性分析[J].山东煤炭科技，2017（4）：152-154.

作者简介：

韩作颖（1981- ），男，天津人，工程师，现就职于晋煤集团煤与煤层气共采国家重点实验室，从事煤地质微生物成气方向研究。

基金项目：

山西省煤层气联合研究基金项目（2016012009），山西省面上青年基金项目（201801D221354）