[發(fā)明專利]一種煤炭制氫的生物-高溫氣化聯(lián)采方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110379138.7
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN112922599B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃炳香;邢岳堃;肖棟;李炳宏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21B43/295;E21B47/11;E21B47/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴(yán)龍

1.一種煤炭制氫的生物-高溫氣化聯(lián)采方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：沿最小水平地應(yīng)力方向向地面平行鉆取兩口水平井至煤層，兩口水平井下套管并固井；

步驟二：通過探測設(shè)備在已鉆的水平井中探明煤層中的溫度和壓力條件，于實驗室開展煤基產(chǎn)氫菌的培養(yǎng)，以礦井水作為菌種來源，以煤樣作為發(fā)酵底物，按照產(chǎn)氫菌培養(yǎng)基配制方法富集培養(yǎng)產(chǎn)氫菌，培養(yǎng)過程中保證厭氧的環(huán)境，培育溫度為35±0.5 ℃，pH維持在6，以此篩選出適應(yīng)地層溫壓條件且產(chǎn)氫率大于100 mL/g的優(yōu)質(zhì)菌種作為煤炭原位發(fā)酵制氫的微生物，將富集菌液放置于35 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 d，待結(jié)束后將培養(yǎng)好的菌液保存?zhèn)溆茫?/p>

步驟三：根據(jù)地層環(huán)境設(shè)置實驗溫壓條件，甄選菌株高活性擴(kuò)散的臨界裂隙密度；在實驗室內(nèi)開展模擬真實地層條件下3~6立方米/分鐘低排量與8~15次/分鐘頻率的循環(huán)泵注壓裂試驗，確定有利于在煤層內(nèi)形成臨界裂隙密度的壓裂泵注參數(shù)；選用上述泵注參數(shù)再次開展臨界裂隙壓裂試驗，壓裂過程中開展壓裂示蹤劑注入—返排監(jiān)測，同時開展室內(nèi)微震監(jiān)測，確定產(chǎn)生臨界裂隙密度的示蹤劑返排特性與微震信號特征；

步驟四：采用螺旋射孔、橋塞封隔與泵注高壓壓裂液相結(jié)合的工藝在水平井段由井底向井口依次壓裂，對煤層中兩口水平井開展后退式分段壓裂，通過采用實驗室試驗確定的泵注參數(shù)開展壓裂，在兩口水平井煤層段之間形成壓裂縫網(wǎng)，初步形成裂隙縫網(wǎng)后以實驗室試驗確定的泵注頻率開展循環(huán)泵注水力壓裂，用壓裂示蹤劑注入—返排技術(shù)和微震監(jiān)測技術(shù)分析壓裂后的裂縫形態(tài)和裂縫參數(shù)，當(dāng)示蹤劑返排特性與微震信號特征分別與臨界裂隙對應(yīng)特征相符時停止循環(huán)泵注，以形成待作業(yè)煤層的臨界裂隙；

步驟五：封堵豎直井內(nèi)位于開采煤層以上的部分，通過負(fù)壓管路的抽吸作用，于地面直井口抽采出水平井段內(nèi)的煤層氣；

步驟六：對煤層進(jìn)行堿化預(yù)處理，使待作業(yè)煤層pH在6，將于實驗室培養(yǎng)的煤基產(chǎn)氫微生物菌液通過兩水平井注入煤層，使產(chǎn)氫微生物沿臨界裂隙擴(kuò)散，在注入產(chǎn)氫菌液過程中實時監(jiān)測菌株的溫度和壓力，將其控制在微生物活性范圍內(nèi)，待菌液注入完畢后利用煤層溫壓條件促進(jìn)微生物剝離煤碳含氫官能團(tuán)并捕捉代謝，將煤中有機(jī)組分進(jìn)行多級降解后產(chǎn)生氫氣、二氧化碳及部分小分子酸，實現(xiàn)煤炭原位碳?xì)浞蛛x并制成氫氣；

步驟七：在微生物發(fā)酵產(chǎn)氫過程中，于水平井段產(chǎn)氫區(qū)域安裝壓力監(jiān)測儀，實現(xiàn)對發(fā)酵作業(yè)環(huán)境壓力的實時監(jiān)測，確保壓力在正常壓力區(qū)間：0.15~0.25 MPa，若測得壓力超出0.25 MPa，則兩井抽采部分氫氣使作業(yè)環(huán)境的壓力回歸正常壓力區(qū)間，當(dāng)產(chǎn)氫水平井段內(nèi)的壓力開始下降且燜井條件下井筒內(nèi)壓力保持不變時，微生物發(fā)酵產(chǎn)氫過程完畢，徹底抽采作業(yè)環(huán)境內(nèi)的所有氫氣，準(zhǔn)備開展后續(xù)高溫氣化作業(yè)；

步驟八：對生物采氫后孔裂隙增加的遺留煤層，兩口水平井一口設(shè)為燃燒井，另一口設(shè)為抽采井，于燃燒井利用射孔簇注氧并點火，依次進(jìn)行后退式煤炭地下氣化作業(yè)，熱量通過壓裂裂縫加熱燃燒井與抽采井之間的煤層，在抽采井中泵注清水至井底壓力達(dá)22.1 MPa以上時保持泵注壓力，利用煤層燃燒達(dá)374 ℃以上的高溫條件、地應(yīng)力與泵注壓力聯(lián)合形成的22.1 MPa的高壓條件，使孔縫內(nèi)的清水進(jìn)入超臨界狀態(tài)，進(jìn)而實現(xiàn)超臨界水與高溫碳反應(yīng)氣化制氫，待泵注清水井底壓力難以維持壓力時停泵，至該井段高溫制氫反應(yīng)完畢時于抽采井抽采氫氣；

步驟九：兩口水平井當(dāng)前射孔簇處的煤依次完成生物—高溫燃燒氣化改造后，注漿填充燃空區(qū)，重復(fù)上述高溫氣化制氫步驟，直至所有煤層改造完畢。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭制氫的生物-高溫氣化聯(lián)采方法，其特征在于：步驟一中，以埋深超過1000米的煤層作為優(yōu)勢改造儲層，兩口水平井先垂直鉆進(jìn)形成豎直井段，到達(dá)煤層后水平鉆進(jìn)形成水平井段，兩口水平井相互平行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭制氫的生物-高溫氣化聯(lián)采方法，其特征在于：步驟一中，兩口水平井的井間距為400~500米，水平井段長為1000~3000米，均沿最小水平地應(yīng)力方向鉆取。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭制氫的生物-高溫氣化聯(lián)采方法，其特征在于：步驟三中，壓裂示蹤劑注入—返排技術(shù)是在各段壓裂液中加入一定濃度的微量物質(zhì)示蹤劑La、Ce、Pr、Nd，待壓裂施工結(jié)束后，定時監(jiān)測返排液中示蹤劑的濃度，通過對比分析即可得到壓裂后的裂縫形態(tài)和裂縫參數(shù)。