[发明专利]微生物成矿技术加固海域天然气水合物地层的方法及应用

说明书

本发明公开微生物成矿技术加固海域天然气水合物地层的方法，包括以下步骤：(1)配制生物酶菌液：配制酶浓度OD600＝0.8～1.2的产脲酶溶液；(2)配制微生物成矿胶结液：配制含Ca²⁺的尿素溶液；(3)步骤(1)所配制生物酶菌液和步骤(2)所配制微生物成矿胶结液注入上覆地层。

技术领域

本发明涉及微生物成矿技术加固海域天然气水合物地层的方法及应用。

背景技术

天然气水合物是水分子与碳氢气体分子在低温高压条件下形成的似冰状结晶化合物，具有能量密度高、分布广、储量大等特点，并广泛分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。

随着天然气水合物试采工作的不断进行，海域将成为未来天然气水合物开采的主战场。某些海域的水合物储层以泥质细粉砂岩为主，具有埋深浅、层薄、欠压实、深海浅部地层松软未固结等特点。保障井壁稳定是安全高效开采的前提，然而天然气水合物只在低温高压条件下稳定存在，温度压力的变化会导致水合物分解，从而引起地层孔压增加和有效应力降低，导致土体软化，甚至引起海洋结构如局部开采井筒、钻井平台的失稳以及大范围的海底滑坡等灾害。某些海域天然气水合物埋藏在深水海底浅层，储层未成岩、弱胶结，水平井等复杂结构井钻采面临井口与井眼稳定、造斜难度大、固井质量差、长时间采气储层及上覆地层易失稳等重大技术难题，具有独特的地质属性和力学强度，实现商业化开采面临巨大挑战。

目前，大部分地基加固方法是利用机械能或人造材料对土体进行物理化学加固，而在机械施工及材料生产过程中均需要消耗大量的能源。其中，基于水泥、石灰或化学浆材的灌浆技术是一种极为常用的地基加固方法，但水泥、石灰等传统的胶凝材料能改变土体的pH值，侵蚀环境，同时，水泥生产过程中还会排放大量的温室气体，其存在能耗高、污染环境等缺点，势必会对生态环境构成威胁。

发明内容

针对某些海域型天然气水合物储层埋深浅、层薄、欠压实、弱胶结等特点，为了至少部分地解决天然气水合物开采过程中由于水合物分解导致的储层失稳、海底滑坡等地质灾害，作出本发明。

作为本发明的一个方面，涉及一种微生物成矿技术加固海域天然气水合物地层的方法，包括以下步骤：

(1)配制生物酶菌液：配制酶浓度OD₆₀₀＝0.8～1.2的产脲酶溶液；

(2)配制微生物成矿胶结液：配制含Ca²⁺的尿素溶液；

(3)步骤(1)所配制生物酶菌液和步骤(2)所配制微生物成矿胶结液注入上覆地层。

在一个具体实施方式中，上述方法还包括：

(4)步骤(1)所配制生物酶菌液和步骤(2)所配制微生物成矿胶结液注入天然气水合物储层。

在一个具体实施例中，所述生物酶菌液为产脲酶在pH为6.5～9的培养基中培养所得。具体来讲，所述培养基为LB培养基。

在一个具体实施例中，所述产脲酶为巴氏芽孢杆菌。

在一个具体实施例中，所述微生物成矿胶结液中，尿素浓度为30g/L，Ca²⁺浓度为0.1～0.5mol/L。

在一个具体实施例中，Ca²⁺源自CaCl₂、Ca(CH₃COO)₂、乳酸钙、葡萄糖酸钙中的任意一种或其组合。

在一个具体实施例中，步骤(3)中，所述生物酶菌液与所述微生物成矿胶结液的体积用量匹配关系是1:3。

在一个具体实施例中，步骤(4)中，所述生物酶菌液与所述微生物成矿胶结液的体积用量匹配关系是1:3。

在一个具体实施例中，在上覆地层隔段执行步骤(3)，每段间距3～8m。