[发明专利]一种利用外源微生物增产煤层气方法

说明书

技术领域

 本发明属于微生物增产煤层气领域，涉及一种利用微生物增产煤层气方法。

背景技术

微生物增产煤层气是利用微生物自身的代谢活动降解煤表面有机质和/或代谢产物如有机酸、醇等溶解性有机物从而增加煤层孔隙度，提高渗透率，最终提高煤层气中甲烷浓度，提高抽采量。

美国1999年首次提出微生物强化煤层气开采（MECR），主要是通过向煤层中注入营养液和/或菌种，使菌种在煤层中大量繁殖，解吸煤层表面吸附的甲烷气体并利用煤表面有机质生成甲烷气体从而增加吨煤产气量。2004年美国将这项技术应用于粉河盆地。加拿大、澳大利亚等也很重视对MECR的研究，并把研究成果应用于煤层。与常规煤层气增产方法相比，微生物增产煤层气以其可观的经济效益、独特的优点和广阔的发展前景引起各国煤层气开采公司的重视。20世纪90年代以后，我国也开始对微生物增产煤层气技术的研究与应用工作。一些高校如中国矿业大学、中国科学院、北京科技大学等相继开展我国生物成因煤层气的研究，如柴达木盆地、云南保山盆地、安徽新集煤层气等，进行了大量的基础理论研究工作，同时也在进行微生物增产煤层气的菌种筛选及有关的室内试验。

发明内容

本发明的目的是提供一种具体的微生物增产煤层气方法，该种方法施工简单，对环境影响变化不大，适应性强。

为实现上述目的，本发明采取的技术步骤如下：

（1）外源菌种的富集和驯化。从城市污水厂厌氧消化罐或污泥消化池或河流厌氧底泥等环境中取样进行富集培养，富集培养后的混合厌氧菌群经过进一步适应煤矿环境的驯化，以及营养液成分配比的确定（元素含量：K：0.004-0.008 mol/L、P：0.005-0.009 mol/L、N：0.015-0.020 mol/L、Mg：0.010-0.020 mol/L、Na：0.012-0.018 mol/L），最后进行生理生化指标（微生物生长周期、硫酸盐还原菌）和代谢产物的测试（气体中甲烷浓度、挥发性脂肪酸）以及菌种鉴定，最终获得所需要的菌种。其中生理生化指标和代谢产物的检测方法如下：1）微生物生长周期：采用分光光度计测定。适应期：第1-15天、对数生长期：第12-35天、稳定期：第30-55天、衰亡期：第50-60天；2）硫酸盐还原菌：通过测定产生的气体中H₂S浓度，分为4个级别，Ⅰ：0~200ppm；Ⅱ：200~1000ppm；Ⅲ：1000~1500ppm；Ⅳ：>1500ppm。由于硫酸盐还原菌与产甲烷菌竞争营养物质，因此当产生的气体中H₂S浓度在Ⅰ范围内产甲烷菌活性最高，此时产气量最大。代谢产物的测定方法为：1）气体中甲烷浓度：采用气相色谱仪测定CH₄浓度，当气体中CH₄浓度大于80%、CO₂小于20%为经济有效可采范围。2）挥发性脂肪酸：采用高效液相色谱仪测定。其中主要检测指标为乙酸，含量为4~14g/L。

（2）外源菌种的发酵和数量扩增。在地面工厂发酵反应罐中进行外源微生物发酵，扩增菌种数量，提高微生物活性。

（3）在培养上述外源菌期间，采用分子生物学方法对煤层中的内源菌（又称本源菌）的数量和活性进行测定。

（4）外源菌种注入煤层：采用高压钻孔注入的方法将地面工厂发酵罐中的发酵液注入煤层，注入完毕后封孔30-40天。期间检测钻孔内甲烷浓度、矿井水中有机酸含量的变化和微生物群落结构。其中，甲烷浓度采用便携式甲烷测定仪进行测定；矿井水中有机酸含量采用高效液相色谱测定；微生物群落结构采用PCR-DGGE技术测定。

（5）甲烷气体浓度达到经济可采值即可进行煤层气抽采。

浅埋深煤层具备微生物生长的适宜条件，但本源菌活性及数量低导致含气量不足，外源产甲烷菌的注入可以激活煤层中的本源菌。本发明在地面工厂的发酵反应罐中，发酵培养增产煤层气外源微生物，并将发酵液（微生物和营养物质）注入煤层。该法的优点是在地面发酵，并在微生物生长对数期通过钻孔高压注入煤层，注入完毕后封孔30-40天。利用外源菌激活煤层中的本源菌，降解煤表面有机质生成甲烷气体；营养液的注入给微生物代谢提供了启动能量，缩短了产气滞后时间。

附图说明

图1为本发明实施例1、2、3中外源菌、本源菌及混菌模拟产气实验结果。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明：