[发明专利]用于刺激含碳材料矿床中的生物成因气体生成的表面活性剂改良剂

说明书

相关申请的交叉引用

不适用

背景技术

经济和环境压力促使人们使用天然气作为加热、发电的能源，并日益作为运输燃料。天然气比油或煤具有更高的氢/碳原子比，导致每单位能量的温室气体二氧化碳量比传统的化石燃料低。天然气也可用作其它清洁运输燃料如分子氢的原料。

天然气的主要来源来自含大量液态和固态含碳材料的相同地下地层(formation)，例如油田和煤层。所产生的这种天然气的大部分据认为来自生物成因来源，例如在所述地层中生活的微生物，其代谢含碳材料并排出天然气(例如甲烷)作为代谢产物。在数千年或甚至数百万年来这些微生物一直在将含碳材料转化为天然气的地层中，生物成因产生的天然气的累积量可达到数万亿立方英尺(Tcf)。

随着这些历经数千年产生的大量天然气储藏被耗尽，天然气经济面临与传统化石燃料相似的重要问题：随着大多数这些储藏被开采，何时将达到峰产量？幸运的是，最初产生大部分这种天然气的生物成因过程仍可利用以在全球性的大规模上继续产气。如果可增强生物成因过程以将成熟煤层和油田中的甚至小部分现有含碳材料转化为天然气，其量也是巨大的。例如，怀俄明州东北部的Power River Basin盆地估计含约13000亿短吨煤。如果仅是该煤的1％以生物成因方式转化为天然气，按美国当前的年度天然气用量(即约23万亿立方英尺)，其可供使用四年。仅美国就有多个估计具有这些量的残余含碳材料的成熟煤田和油田。

在这些含碳材料向天然气和其它生物成因烃的生物成因转化中面临的挑战之一在于使含碳材料可到达进行代谢的微生物。这对于固态和半固态含碳材料可能尤具有挑战性。例如，煤通常包括微生物难以分裂和代谢的大的芳族大分子结构。这可减慢或阻止这些材料向天然气的生物成因转化，以及限制试图利用其作为能源的微生物的种群生长。因此，需要使得含碳材料更可到达微生物，以便微生物可以以更快的速率和/或用更少的能量代谢它们。

含碳材料也通常包括能被微生物代谢至不同程度的含碳化合物的组合。通常认为，较大的大分子(例如大的紧密堆积多芳环结构)比较小的烃如短链烷烃和单芳环化合物难代谢。分离较大的化合物和较小的化合物并使较小的化合物移动至与微生物接触可显著提高含碳材料的代谢率。因此，需要通过使材料中更可转化的化合物移动至与微生物接触而使含碳材料更可到达微生物。

发明内容

描述了向含碳材料的地质地层提供表面活性剂组合物以增加由生活在所述地层中的微生物产生天然气和其它有用代谢产物的生物成因生产的方法。表面活性剂组合物选择为增加含碳材料对微生物的可达性。可达性增加可能起因于含碳材料与微生物之间的接触增加。其还可能起因于材料中截留的组分溶解和迁移到微生物更可到达的区域。

表面活性剂自身也可用作微生物的营养源。它们可通过与含碳材料相同的甲烷生成途径转化为相同(或相似)的代谢产物。选择既用作营养源又用作增加含碳材料可达性的促进剂的表面活性剂可帮助微生物群落靠近含碳材料生长：最初，群落可主要或完全通过代谢表面活性剂生长。随着时间的推移，更多的群落营养来自在表面活性剂的作用下变得可用的含碳材料的组分。

本发明的实施方案包括增加氢含量提高的代谢产物的生物成因生产的方法。所述方法可包括到达包括含碳材料的地下地质地层和向所述地质地层提供包含表面活性剂的溶液的步骤。所述表面活性剂溶液可增加代谢产物在地质地层中生物成因产生的速率。

本发明的实施方案还包括调节地下地质地层中的碳质材料以通过微生物群落代谢成氢含量提高的化合物的方法。所述方法可包括通过入口点到达所述地下地质地层和使所述含碳材料与表面活性剂接触的步骤。微生物群落可利用所述表面活性剂作为第一营养源。所述表面活性剂还增加所述含碳材料作为所述微生物群落的第二营养源的可达性。所述微生物群落将所述含碳材料代谢成氢含量提高的化合物。

本发明的实施方案还包括增加地下地质地层中的含碳材料对微生物群落的可达性的方法。所述方法可包括到达所述地下地质地层和使所述含碳材料与表面活性剂接触。所述表面活性剂可使来自含碳材料的第一烃移动至与所述微生物群落接触。所述微生物群落也可将所述第一烃代谢成氢含量比所述第一烃物质高的代谢产物。

其它实施方案和特征将部分在随后的说明中阐明，部分在本领域技术人员阅读说明书后变得明显或者可通过本发明的实施而认识到。本发明的特征和优点可通过说明书中描述的装置、组合和方法实现和获得。

附图说明