一種生產生物煤層天然氣的方法
2023-04-26 20:41:26
專利名稱：一種生產生物煤層天然氣的方法
技術領域：
本發明涉及清潔能源和生物技術的結合領域，特別涉及採用生物化學手段和循環作業的現場工程實施方法從多種含碳介質(比如各類煤)中生產甲烷(天然氣)氣體的技術。
背景技術：
世界上的大部分煤層(包括煙煤、半煙煤、褐煤、泥煤等)通常含有甲烷氣體。煤層甲烷一般是通過熱解或生物甲烷化過程產生的。研究表明，煤層甲烷中大約有30-90% (具體比例取決於地質構造和地區)產生於生物過程，此類甲烷又被稱為生物煤層天然氣 (簡稱生物煤層氣)。生物煤層天然氣由成煤過程或成煤後期地下水入侵煤層帶去微生物和營養物質所造成的甲烷生成反應所產生。這個過程在自然狀態下通過非常漫長的地質年代才能生成具有開採價值的氣量。同時，絕大多數煤層由於碳的含量佔絕對優勢，其他微生物所需的營養物質比如氮、磷通常處於嚴重失調和耗盡的狀態。因此，當今的生物煤層氣的自然生成過程基本不存在或處於極低水平，單純依賴於自然生物過程產生的生物煤層氣在產量上遠遠無法滿足工業生產的用量需求，沒有經濟和開採價值。自2002年就有研究團隊開始在實驗室和野外現場進行「現時」生物煤層氣的技術開發。通用的手段是將煤層中所欠缺的營養物質(少數情況下還包括微生物)通過工程手段混合配比並加注到合適的煤層中，以在短時間內啟動煤層中的微生物群落和相關的生物化學反應，比如煤的降解，酸解，發酵，乙酸生成，甲烷生成等一系列生物化學反應，產生生物煤層氣。據我們所知，目前世界上通過營養液加注方法在野外現場規模化生產生物煤層氣的實施方法有「注抽」法，即採用單井，用點滴重力方式加注營養液，封閉井口 6-9個月，然後開井產氣。注抽法在美國懷俄明州的粉河盆地進行，每10-40英畝範圍一口井。目前該方法的最高產氣量在每口井每天8000-20000立方英尺。這種方法有多處缺陷一、加注營養液速率慢，完全取決於井周邊煤層空隙度所能容納的體積，產氣周期長；二、營養液接觸煤的範圍和體積小，限制了總產氣量；三、容易在小範圍中聚集造成微生物大量繁殖，消耗營養物卻少產或不產生生物煤層氣；四、激增的生物質會堵塞煤層空隙，減小液體傳輸速率，從而進一步影響產氣效率；五、抽注法在小範圍中聚集高濃度營養液，依靠濃度梯度擴散實現營養物質在煤層中的傳播遷移，此過程時間長，在短期內會對對煤層水質造成有負面影響，如果該水體與飲用水相通的話則直接影響環境和人類健康；六、抽注法在完成加注後則加注井稱為產氣井，所加注的營養液在井周邊會形成和保持一個高水位，產生的壓力會抑制所產生物煤層氣的採集，因此在產氣時需要將井中水位抽低以實現產氣，如此操作所抽到地表的煤層水因仍還有所加注的營養物化學成份，在地表排放將造成地表水和土壤汙染，如果進行治理則顯著增加產氣成本。由此可見，「注抽」法進行生物煤層氣開發在實效、大規模產氣以及環境保護方面有顯著不足。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用生物化學技術生產煤層天然氣的方法，採用多井循環加注營養液，從根本上解決生物煤層氣規模生產的難題。生物煤層氣體的產氣量主要取決於營養物質的運輸和/或煤層微生物的實際分布狀況。本發明採用多井加注和循環操作方式將必要的營養物質輸送到目標煤層，激活和促進微生物過程，可以獲得高效率的營養液循環，並實現最大規模的產氣效率。具體而言， 本發明的技術方案如下—種生產生物煤層天然氣的方法，利用加注井將營養液或者營養液和微生物加注到煤層中，同時利用一口或多口循環井從煤層中抽取液體並送回加注井進行加注，通過調節加注井的加注壓力和循環井的抽取壓力使地下水體高度相對恆定，實現營養液的穩定循環；當從循環井抽取的水樣中各營養成分的含量均達到加注井中水樣的10%以上時，停止加注和循環，封井一段時間，並監測井口氣壓；當井口氣壓達到10_20psi時，開始產氣。為了便於本發明的方法的利用，一般要求所述煤層具有下列特徵a.煤層深度在1，000米以內，厚度不小於3米，範圍不小於10，000平方米；b.煤層通透率不小於 0. OOOlDarcy ；c.煤層含水度不小於70%，最好是煤層含自由水；d.煤層或周邊有淡水水源；e.煤的乾燥狀態含碳量不小於40%。在利用本發明的方法進行現場生產前一般需要先進行實驗室可行性測試採集目標煤層的煤和煤層水置於密閉試驗瓶中，試驗瓶上部留30-50%的空間；將試驗瓶放在煤層溫度條件下，定期從瓶中抽取氣體樣品進行分析；如果在60天內有> 的甲烷生成，則現場生產時不需要加注微生物到煤層中；如果在60天內沒有或者只有< 的甲烷生成， 則現場生產時需要將微生物加注到煤層中。本發明的方法中，優選以10-160英畝為一個產氣單位，每個產氣單位打一口加注井和至少一口對應於該加注井的循環井。更優選的，每40英畝的區域打一口井，加注井和與之對應的循環井位於相鄰的兩個區域中。本發明的方法中，加注井和循環井的深度優選打到煤層的中部。所述加注井的井筒在煤層中的區段的側壁上具有若干直徑為3-5釐米的小孔，供加注營養液用；循環井的井筒在煤層中的區段的側壁上則開有網眼，井筒內安裝有潛水泵， 通過潛水泵抽取煤層中的液體。現場生產時，通常加注井在初始加注時先加注高濃度的營養液，然後加注水以推動營養液進入煤的孔隙中並在煤層中擴散。所述營養液在配製好後應該通過充氮氣或氖氣等方法驅除其中的溶解氧，然後密封備用。所述營養液中可添加一些化學試劑，例如煤的溶解劑，促進煤結構降解成小分子和可溶的含碳化合物。在加注的營養液中還可以添加一定濃度的視蹤劑，比如溴化鈉或溴化鉀，以根據循環井和加注井水樣中視蹤劑的含量判斷循環狀態。通常，當循環井水樣中視蹤劑的量達到加注井水樣的10%以上，證明有效循環已經建立；達到65%以上時，則認為整個煤層中營養液已經混合均勻。在穩定加注循環狀態下，一般要保持地下水體高度不超過煤層頂部1 米，同時還應該定期(如每周)從加注井和循環井取樣分析所加入的營養物質和化學試劑， 以確定是否需要調整營養液中各成分的濃度。產氣時將井筒中的水位抽到最低，達到最大產氣量。
產氣量減小的情況下，可以重複進行加注和循環。重複加注和循環時營養液的配方根據實際需要進行調整，可以僅注入煤的溶解劑和已經消耗的營養成分，而不必按第一次加注時的配方。本發明通過區域多井加注和循環的操作方式將混合有各種必要營養素和/或微生物的營養液輸送到目標煤層中，激活和促進微生物利用煤層的過程，從而產生和獲取煤層天然氣。該方法的優點在於(一)加注營養液速率快，由加注井及其周邊的循環井互動完成，在短時間內實現營養液的注入；(二)營養液接觸煤的範圍和體積大，基本充滿加注井和循環井所區劃的煤層，大大提高了潛在的總產氣量；(三)循環加注營養液使得各組分在煤層中得到充分混合，在大範圍內刺激微生物生長，但不會形成局部微生物過量繁殖； (四)循環操作可以調控營養物在煤層中的分布狀態和停留時間，與產氣和水質監控相結合，可以實現最佳的產氣效果；(五)循環操作在短時間內將營養物傳送的整個加注區，不依賴於「抽注」法中的濃度梯度擴散，因此大大減少加注量，可以實現所有加注營養物的有效吸收，對煤層水體沒有影響，也不會造成其他環境危害；(六)因為採用循環工藝，混有加注的營養物的煤層水在煤層被循環，同時產氣，因此沒有地表排放問題，從根本上杜絕了對地表水的汙染。採用本發明的循環加注和產氣方法，在現場實例中14天開始有新鮮生物煤層氣產生，40-60天達到產氣高點並得以保持。目前該方法的最高產氣量在每口井每天 40，000-200, 000立方英尺。根據數字模型計算，該產氣速率在一個厚度15米的半煙煤層中可以維持15-20年。在現場實例中，一個產氣單位(40英畝範圍)約含百萬噸煤，那麼每天的產氣量估算是數十億立方英尺。這樣的產量和產氣時間是前所未有的。按現有煤價和氣價計算，本技術將煤的價值提高了數十倍，而且從環境和社會效益層面消除了煤本身的弊端，比如燃燒不充分、煙氣汙染等，將其轉化為目前最清潔的含碳能源天然氣。本技術依靠生物化學手段，不涉及目前常用的熱氣化技術，對環境沒有任何負面作用。
圖1示意了一種加注井和循環井的布局模式，對應於本發明的一個典型的每40英畝場地打一口井的生產生物煤層氣的實例。在該圖中，顯示了一系列的加注井和循環井，一個加注井和其鄰近的一個循環井組成一個產氣單位，共八個產氣單位，其中循環井通過兩英寸直徑的水管連接加注井，在加注井一側使用了傳輸速率為每分鐘5到10加侖的注射泵，將地下流體從循環井中泵到加注井。圖2示意了另一種加注井和循環井的布局模式，對應於本發明的一個典型的每80 英畝場地打一口井的生產生物煤層氣的實例。在該圖中顯示了 4個加注井和4個循環井， 一個加注井和其鄰近的一個循環井組成一個產氣單位，共四個產氣單位，其中循環井通過2 英寸直接的水管連接到加注井，在加注井一側使用了傳輸速率為每分鐘15到20加侖的注射泵，將地下流體從循環井中泵到加注井。圖3示意了一種大規模場地的加注井和循環井布局模式。其中，在大面積注射的加注井的四個角方向上布有四個循環井，每個循環井均與設置加注井旁的注射泵連接，在加注井處以每分鐘80到120加侖的速率傳送地下流體。圖4是本發明的一種加注井的結構示意圖。其中井頭1位於井的上端，井筒2伸入到煤層3中，井筒2末端區段的側壁上開有小孔4;圖中箭頭所指方向為液體的流向，在地表泵的加壓下從井口流下的液體，經過井筒壁上的小孔注入到煤層3中。圖5是本發明的一種循環井的結構示意圖。其中井頭1位於井的上端，井筒2伸入到煤層3中，井筒2末端區段的側壁上開有網眼5，井筒2內設有潛水泵(未示出)；圖中箭頭所指方向為液體的流向，在潛水泵的作用下煤層中的液體被泵到井外。圖6示意了一種典型的初始時常壓或高壓加注營養液的井位排列方式。其中，在加注井附近地表設有營養液儲存罐6，大容量高壓泵7抽取營養液，通過管道從井口注入煤層中。圖7示意了一種典型的重複加注和循環營養液的井位排列方式。其中，從循環井抽取出的煤層液體由注射泵8注射到加注井中。
具體實施例方式下面結合附圖，通過現場實例進一步對本發明進行詳細描述，但不以任何方式限制本發明的範圍。本發明所關注的是通過多井多泵的循環法向煤層加注添加了化學試劑和/或微生物的營養液以產生和提高生物煤層氣產量的方法。該方法適用於小規模測試和大規模現場實施，實現生物煤層氣的生產和收集。根據個案煤層的通透率、厚度等因素，本方法依靠常壓或高壓加注技術，通過所加注的營養液在目標煤層循環獲得現時生物煤層氣生成和採收。具體實施步驟如下1)確認目標煤層是否適合採用本發明進行促進生物煤層氣生產。確認標準適合的煤層應具備下列特徵a.煤層深度在1，000米以內，厚度不小於3米，範圍不小於10，000 平方米；b.煤層通透率不小於0. OOOlDarcy ;c.煤層含水度不小於70 %，最好是煤層含自由水；d.煤層或周邊有淡水水源；e.煤的乾燥狀態含碳量不小於40%。這些數據一般在當地地質調查單位能夠查詢到。如果查詢不到，則需要現場採樣檢測。2)現場操作前實驗室可行性測試。將現場所採集的煤和煤層水轉置在實驗室 100-500毫升密閉玻璃試瓶中，將含有化學試劑的營養液加入瓶中，瓶上部留30-50%的空間。瓶口用橡膠塞外加鋁蓋密封。將試瓶存放在與現場煤層溫度相當的恆溫箱中。用10 毫升帶空氣閥的注射器和醫用針頭插入橡膠塞，從瓶的空間中抽取1毫升左右樣品，用氣相色譜檢測甲烷和二氧化碳濃度。如果檢測結果顯示在60天內有> 的甲烷生成，證實目標煤層含有產生生物煤層氣必須的微生物種群，則現場不需要添加任何微生物；如果檢測結果顯示在60天內沒有或者只有 0. 0005Darcy)，則每10英畝(40，000平方米)-40英畝(160，000平方米)打一口井(包括加注井與循環井)。如果煤層通透率較低(比如< 0.0005DarCy)，則每40英畝(160，000平方米)-80英畝(320，000平方米)打一口井。從以10-160英畝為一個產氣單位，可以擴大到大規模應用，其中每個產氣單位包括一口加注井和至少一口循環井。井的深度應該打到目標煤層中部。加注井井筒在接觸煤層的區段的側壁上具有若干直徑為3-5釐米的小孔，供加注營養液用；循環井井筒在接觸煤層的區段的側壁上則開有網眼，井筒內安裝有潛水泵。加注井與循環井的布局，從10-160英畝產氣單位到大規模布局，可參見圖 1-圖3。加注井和循環井的井筒結構分別參見圖4和圖5。4)本發明方法的實施需要使用卡車或拖車以及一些壓力泵系統，平整加注井周邊 4，000平方米的作業區，接通電源(常規電源或發電機)。5)用常規煤層天然氣開採作業方法鑽井、下套管和固井。打井一般採用Gardner Denverl500或相當的鑽頭，鑽4_8英寸左右的孔，一直鑽到煤層中部。6)如果裝備允許，從井筒插入煤層切割頭(12英寸展開直徑)，將煤層切割以擴大煤層空穴體積，為加注作準備。7)在加注井和循環井井筒中安裝管道和泵(潛水泵或上驅泵)。對液體進行加注和循環採用2英寸直徑的特福龍或PTFE(聚四氟乙烯)或其他適合油氣行業的管子，關鍵是要能抵禦有機溶劑和酸鹼的侵蝕。8)在500加侖左右容量的容器中配製含有各種化學試劑和營養成分的高濃度營養液，用氮氣或氖氣充氣以驅除溶解氧。為便於檢測水樣中營養成分的濃度，營養液中還應加入視蹤劑，比如溴化鈉或溴化鉀(100-300毫克/升)。9)將營養液搬運到井邊，接上管道，用事先安裝的泵打入加注井下。根據煤層的通透性，一般採用每天4000-8000加侖的加注速度和O-IOOOpsi的壓力。同時，與加注井配對的循環井開始啟動。一個高壓泵可以運送500到6，000加侖的高濃度營養液(如10倍濃縮的營養液)到煤層中，隨後注入5，000到15，000加侖不含營養素的水稀釋。後注入的水也推動初始的營養液進入煤的孔隙中並在煤層中擴散。營養液與煤發生發應，將部分煤降解成可以被微生物利用的小分子水溶性物質，微生物在營養的支持下將這些前體物質通過一系列的生物化學反應轉化成甲烷。初試加注的井位排列示意圖見圖6。10)根據不同的應用情況，循環井的泵可以以每分鐘5加侖到75加侖的速率抽取和運輸液體。一旦循環井聯機並且開啟泵，在加注井通過高壓注射泵重新更換了高濃度的營養液之後，從循環井中抽出的富營養液會重新回到注射井。11)開始加注和循環時最少每天4次監測井中水體高度、加注壓力和循環壓力。一般保持水體高度不要超過煤層頂部1米。酌情調整泵速，直到水體高度相對恆定，加注和循環速率接近。至此可以減少檢測頻率至每天2次左右，但越頻繁越好，關鍵在於保持恆定的加注和循環。12)在達到穩定加注和循環一周內，從加注井和循環井中分別採水樣，分析視蹤劑濃度。如果循環井中顯示視蹤劑量達到加注井的10%以上，則證明有效循環已經建立。此後持續作業1-2個月。這些視蹤劑在循環井中達到65%以上的回收率，則認為整個煤層已經混合均勻。所添加的營養物質和化學試劑也需要檢測。在穩定運行狀態下，每周從加注井和循環井取樣分析所加入的營養物質和化學試劑，以確定是否需要調整濃度。穩定的加注循環井位排列示意圖見圖7。13)如果在循環井水樣中均測得這些成份有10%以上的回收率，則表示系統充滿加注液體。泵循環則停止。煤層處於培養反應狀態。14)完成加注和循環後，封井4-6個月，並監測井口氣壓。15)在井口氣壓達到10_20psi時，可以打開管道閥門，開始產氣。在這個循環方法中，加注井和循環井都可以生產新的生物制氣體。產氣一般從循環井開始。將井筒中的水位抽到最低，達到最大產氣量。所抽出的水可以用於鄰近作業區的加注或營養液的配製。16)在產氣量減小時，上述步驟9)-1 可以重複進行。但重複時營養液的配方可以根據實際情況進行調整，例如僅注入煤的溶解劑和已經消耗的營養成分，不必按第一次加注時的配方。17)所有井產生的氣體通過事先設置的管道輸送到一個收集系統，再運送給銷售商或進行壓縮。18)該工藝也可以根據需要向煤層間歇注入二氧化碳，作為其地質儲存並提供生物制氣碳源。實例以下實例是本發明的方法在20米厚度的半煙煤層中的應用。具體實施步驟如下1)確認目標煤層是否適合採用本發明的方法進行生物煤層氣生產。查閱當地地質資料，採煤芯樣和煤層水作為可行性測試和煤質水質檢測用。該煤層離地表300米，厚度不小於20米，總範圍400平方公裡。煤層通透率不小於0.5-1. ODarcy。煤層含飽和水，水位在離煤層頂部3米處。煤層水質接近淡水飲用標準。總溶解固體(TDQ小於200毫克/ 升。該煤層煤的乾燥狀態含碳量為70%。試驗前產氣量為零。2)現場操作前實驗室可行性測試。將現場所採集的煤和煤層水轉置在實驗室150 毫升密閉玻璃試瓶中(細脖鹽水瓶)，將營養物溶解在現場煤層水中加入瓶中，瓶上部留 30-50%的空間。瓶口用橡膠塞外加鋁蓋密封。試瓶存放在與現場煤層溫度相當(17攝氏度)的恆溫箱中。每周用10毫升帶空氣閥的注射器和醫用針頭插入橡膠塞，從瓶的空間中抽取1毫升氣樣，用氣相色譜檢測甲烷和二氧化碳濃度。從第7天開始有甲烷生成，證實目標煤層含有產生生物煤層氣必須的微生物種群。第30天樣品中甲烷濃度超過5%，第70天超過40%。因此該現場無需要添加任何微生物。3)選擇加注井和循環井的位置。因為煤層通透率高，每40英畝(160，000平方米) 打一口井。加注井和與之對應的循環井相鄰，兩井之間組成一個循環和產氣單位。如圖1 所示，共8個產氣單位。4)打井一般採用Gardner Denver 1500或相當的鑽頭，鑽4_8英寸左右的孔，一直鑽到煤層中部。井的深度為315米左右，稍過目標煤層中部深度。井筒在煤層中的區段長 15米，該區段的管壁上打150個3-5釐米直徑的小孔(加注井)或網眼(循環井)。加注井井筒上的小孔和循環井井筒上的網眼分別參見圖4和圖5。5)井完成後，從井筒插入煤層切割頭(12英寸的展開直徑)，從井筒底部伸出2米左右，展開割頭至其12英寸直徑，旋轉切割煤層，在井筒底部形成一個0. 4米直徑，2米高度的圓柱型空穴，以擴大煤層底部空穴體積，為加注營養液做準備。6)在加注井和循環井井筒中安裝管道和泵(潛水泵或上驅泵)。加注和循環過程採用2英寸直徑PTFE管以能抵禦有機溶劑和酸鹼的侵蝕。7)在500加侖容量的容器中配製營養液。本實例中營養液各組分以10倍濃度混合均勻後，加入視蹤劑溴化鉀250毫克/升，然後用氮氣每分鐘1升的速度充氣1小時以驅除營養液中的溶解氧，最後密封容器以杜絕氧氣。8)將營養液運到加注井邊，接上管道，用事先安裝的泵打入井下。採用每天800加侖的加注速度和O-IOOOpsi的壓力。同時，與加注井配對的循環井開始啟動。10倍濃縮的營養液加注完成後，隨後注入8，000加侖的煤層水稀釋。後注入的水也推動初始的營養液進入煤的孔隙中並在煤層中擴散。營養液與煤發生發應，將部分煤降解成可以被微生物利用的小分子水溶性物質，微生物在營養的支持下將這些前體物質通過一系列的生物化學反應轉化成甲烷。初試加注的井位排列示意圖見圖6。9)循環泵可以以每分鐘50加侖的速率運輸液體。從循環井中抽出的含營養液的水重新注入回到加注井中。達到8，000加侖每天的注射量後，多餘的水儲存在1個10，000 加侖左右的儲罐中，再剩餘的水則檢測達標後排放到附近的地表河流。10)開始加注和循環時每天8次監測井中水體高度、加注壓力和循環壓力。保持水體高度不要超過煤層頂部1米。酌情調整泵速，直到水體高度相對恆定，加注和循環速率接近。至此可以減少檢測頻率至每天2次左右，關鍵在於保持恆定的加注和循環。11)在達到穩定加注和循環10天後，從加注井和循環井中分別採水樣，分析視蹤劑濃度。循環井中顯示視蹤劑量達到加注井的30%以上，則證明有效循環已經建立。此後持續作業3周。3周後視蹤劑在循環井中達到65%左右的回收率，則認為整個煤層已經混合均勻。所添加的營養物質和化學試劑也需要檢測。在穩定運行狀態下，每周從加注和循環井取樣分析所加入的各化學成份，以確定是否需要調整濃度。穩定的加注循環井位排列示意圖見圖7。3周後，檢測結果顯示在井水樣中均測得這些成份的10%以上，則表示系統充滿加注液體。泵循環停止。煤層處於培養反應狀態。1 完成加注和循環後，封井3個月。井口壓力表顯示氣壓從0升到40psi，打開管道閥門，開始產氣。在這個循環方法中，加注井和循環井都可以生產新的生物制氣體。產氣一般從循環井開始。將井筒中的水位抽到最低，達到最大產氣量。所抽出的水可以用於鄰近作業區的加注或營養液配製。13)從產氣開始，每口井每天產氣量在40，000-120，000立方尺之間。加注結束18 個月後，這些井仍然在此產量範圍產氣。按數字模型推測，該井將繼續產氣20年左右。如果將來產氣量減小，可以重複進行加注和循環。但重複時可以僅注入煤的溶解劑和已經消耗的營養液成分，不必按第一次加注時的配方，這樣的加注方法稱為間歇重複注射法。
權利要求
1.一種生產生物煤層天然氣的方法，利用加注井將營養液或者營養液和微生物加注到煤層中，同時利用一口或多口循環井從煤層中抽取液體並送回加注井進行加注，通過調節加注井的加注壓力和循環井的抽取壓力使地下水體高度相對恆定，實現營養液的穩定循環；當從循環井抽取的水樣中各營養成分的含量均達到加注井中水樣的10%以上時，停止加注和循環，封井一段時間，並監測井口氣壓；當井口氣壓達到10-20pSi時，開始產氣。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述煤層具有下列特徵a.煤層深度在1，000米以內，厚度不小於3米，範圍不小於10，000平方米；b.煤層通透率不小於 0. OOOlDarcy ；c.煤層含水度不小於70% ；d.煤層或其周邊有淡水水源；e.煤的乾燥狀態含碳量不小於40%。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在正式生產前先進行實驗室可行性測試採集目標煤層的煤和煤層水置於密閉試驗瓶中，試驗瓶上部留30-50%的空間；將試驗瓶放在煤層溫度條件下，定期從瓶中抽取氣體樣品進行分析；如果在60天內有> 的甲烷生成，則生產時不需要加注微生物到煤層中；如果在60天內沒有或者只有< 的甲烷生成， 則生產時加注營養液的同時將微生物加注到煤層中。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法以10-160英畝為一個產氣單位，每個產氣單位打一口加注井和至少一口對應於該加注井的循環井。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述加注井和循環井深至煤層的中部。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述加注井的井筒在煤層中的區段的側壁上開有若干直徑為3-5釐米的小孔；所述循環井的井筒在煤層中的區段的側壁上開有網眼，井筒內安裝有潛水泵。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，初始加注時加注井先加注高濃度的營養液， 然後加注水以推動營養液進入煤的孔隙中並在煤層中擴散。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述營養液中添加有一定濃度的視蹤劑，根據循環井和加注井水樣中視蹤劑的含量判斷循環狀態。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，穩定循環過程中保持地下水體高度不超過煤層頂部1米，同時定期抽取加注井和循環井的水樣進行檢測，根據檢測結果調整所加注的營養液中各成分的濃度。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，開始產氣後在產氣量減小的情況下，重複進行加注和循環，並根據實際需要調整營養液的配方。
全文摘要
本發明公開了一種生產生物煤層天然氣的方法，利用加注井將營養液或者營養液和微生物加注到煤層中，同時利用一口或多口循環井從煤層中抽取液體並送回加注井，通過調節加注井的加注壓力和循環井的抽取壓力使地下水體高度相對恆定，實現營養液的穩定循環；當從循環井抽取的水樣中各營養成分的含量均達到加注井中水樣的10％以上時，停止加注和循環，封井一段時間，並監測井口氣壓；當井口氣壓達到10-20psi時，開始產氣。該方法通過多井、泵循環技術使加注到煤層中的營養物質充分混合，大大減少了加注量，同時高效激活和促進微生物產氣過程，實現最大規模的產氣效率，且不會造成環境汙染。
文檔編號E21B43/22GK102383771SQ201010268938
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月1日 優先權日2010年9月1日
發明者金松, 魯安懷 申請人:金松, 魯安懷