地质油气藏中的生物燃料气体的产生.pdf

上传人:xia****o6 文档编号:740793 上传时间:2018-03-08 格式:PDF 页数:15 大小:488.84KB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN201080001405.7

申请日:

2010.09.22

公开号:

CN102216560A

公开日:

2011.10.12

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的视为放弃IPC(主分类):E21B 43/22放弃生效日:20160615|||专利申请权的转移IPC(主分类):E21B 43/22变更事项:申请人变更前权利人:卢卡技术有限公司变更后权利人:环球技术有限公司变更事项:地址变更前权利人:美国科罗拉多变更后权利人:百慕大群岛汉密尔顿登记生效日:20140422|||实质审查的生效IPC(主分类):E21B 43/22申请日:20100922|||公开

IPC分类号:

E21B43/22

主分类号:

E21B43/22

申请人:

卢卡技术有限公司

发明人:

V·丹纳尔; R·S·普法伊费尔; R·P·德布鲁因; S·鲍尔; G·A·乌尔里克; J·L·韦伯; D·布罗克; J·福特; T·迈耶斯; M·芬克尔斯坦

地址:

美国科罗拉多

优先权:

2009.12.16 US 12/639,483

专利代理机构:

永新专利商标代理有限公司 72002

代理人:

过晓东

PDF下载: PDF下载
内容摘要

描述了提高含碳材料的缺氧地质地层中生物气生产的方法。该方法包括到达缺氧地层,提高缺氧地层中的生物气的生产率,和提高生物气生产后在缺氧地层内部流动地层水。还描述了在含碳材料的缺氧地质地层中重新分配地层水的方法。该方法包括在缺氧地层内部设置一个地层水的贮水池,在贮水池和至少一部分含碳材料之间形成至少一条通道,和通过该通道将地层水从贮水池输送到含碳材料。另外,还描述了在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法。

权利要求书

1.  用于提高在含有含碳材料的缺氧地质地层中生物气生产的方法,该方法包括:
到达缺氧地层;
提高缺氧地层中的生物气的生产率;及
在提高生物气的生产之后使地层水在缺氧地层内部流动。

2.
  权利要求1的方法,其中保持在缺氧地层中积累生物气以提高生物气的生产率。

3.
  权利要求1的方法,其中含碳材料与水接触以提高生物气的生产率。

4.
  权利要求3的方法,其中水改善了在缺氧地层中微生物与含碳材料之间的接触。

5.
  权利要求3的方法,其中水为在含碳材料中的微生物输送养分。

6.
  权利要求3的方法,其中水从在含碳材料中的微生物的生存环境去除抑制材料,所述抑制材料选自以下组中:微生物排泄物、微生物生长抑制物和微生物产甲烷抑制物。

7.
  权利要求3的方法,其中水由缺氧地层外部的来源或者缺氧地层内部的地层水的贮水池供应。

8.
  权利要求1的方法,其中将调理剂加入缺氧地层以提高生物气的生产率。

9.
  权利要求1的方法,其中调理剂包括含有乙酸盐的化合物、含磷化合物、酵母萃取物或氢。

10.
  权利要求1的方法,其中地层水的流动包括使地层水在缺氧地层中的贮水池与含碳材料之间循环。

11.
  权利要求1的方法,其中地层水的流动包括由积累的生物气给缺氧地层增压以驱使地层水穿过含碳材料。

12.
  权利要求1的方法,其中地层水的循环进一步提高了生物气的生产率。

13.
  在含有含碳材料的缺氧地质地层中重新分配地层水的方法,该方法包括:
在缺氧地层内部设置地层水的贮水池;
在所述贮水池与至少一部分含碳材料之间形成至少一条通道;及
将地层水从所述贮水池通过所述通道输送至含碳材料。

14.
  权利要求13的方法,其中贮水池位于在缺氧地层中的含碳材料的上方或下方。

15.
  权利要求13的方法,其中在贮水池与含碳材料之间形成通道包括钻取通道穿透地层岩石以流畅地连接贮水池和含碳材料。

16.
  权利要求13的方法,其中在贮水池与含碳材料之间形成多条通道。

17.
  权利要求13的方法,其中地层水的输送包括地层水通过重力由贮水池流向位于下方的含碳材料。

18.
  权利要求13的方法,其中地层水的输送包括由位于含碳材料下方的贮水池向含碳材料上浇淋地层水。

19.
  权利要求13的方法,其中该方法进一步包括在将地层水由贮水池通过通道输送至含碳材料之后用水重新填充贮水池。

20.
  权利要求19的方法,其中所述水包括额外的地层水。

21.
  在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法,该方法包括:
保持在缺氧地层中积累生物气以增加在至少一部分缺氧地层中的气压;及
作为对增加的气压的回应驱使地层水穿过在缺氧地层中的含碳材料,其中地层水穿过含碳材料流动进一步提高了缺氧地层中生物气的生产率。

22.
  权利要求21的方法,其中在驱使地层水穿过含碳材料之后从缺氧地层去除积累的生物气。

23.
  权利要求22的方法,其中从缺氧地层去除积累的生物气至少部分地逆转穿过含碳材料的地层水的流。

24.
  权利要求21的方法,其中该方法包括多次去除至少一部分积累的生物气以使缺氧地层中的气压随时间变化。

25.
  权利要求24的方法,其中气压随时间的变化改变了穿过含碳材料的地层水的流动方向。

26.
  权利要求25的方法,其中流动方向的改变进一步提高了生物气的生产率。

27.
  权利要求21的方法,其中该方法包括:
测量缺氧地层中的气压;及
从缺氧地层去除至少一部分积累的生物气以调节缺氧地层中的气压至目标气压。

说明书

地质油气藏中的生物燃料气体的产生
相关申请的交叉引用
本申请请求享受于2009年12月16日提交的第12/639,483号共同未决美国非临时专利申请的优先权。在此将上述申请的全部内容并入本申请作为参考。
本申请涉及于2008年5月29日提交的第12/129,441号美国专利申请,其是于2006年1月30日提交的第11/343,429号美国专利申请的继续申请,是国际申请日为2005年5月3日的第PCT/US2005/015259号国际申请的部分继续申请。在此出于各种目的将所有上述申请的全部内容并入本申请作为参考。
背景技术
存在于含有石油,煤炭以及其他含碳材料的地下缺氧地层中的地层水通常被看作是从这些地层中开采资源的障碍。例如在煤炭开采中,地层水通常被抽出地层到远离的池塘中以使煤炭能够进入开采设备。类似地,地层水要从地下油田抽出的原油中被分离并且在地下进行常规处理。对地下水的抽取,分离和处理增加了开采的成本,而且会产生没有价值的副产物。
然而,进一步的研究表明,即使开采的地层水也可以支持来自地层的活性微生物群落。由以前的开采应用已知在形成环境中存在这些微生物,例如微生物提高的采油率(MEOR),在此微生物自然地产生表面活性剂,例如糖脂,其有助于释放出储存在多孔基材中的油。然而在MEOR应用中,通常相信微生物在油相与水相之间的界面层中积累。大多数地层水被认为是相对无微生物的,因为其缺乏微生物的适当养分。近期的研究表明,在大多数地层水中确实存在活跃的微生物群落,而且在适当的条件下即使从地层中抽取出来依然可以存活。
在大多数地层水中发现活性微生物群落,从而预见到这些微生物的新的应用。多年以来,能源生产者已经发现沼气等材料是在地层中生物产生的,可能是通过微生物新陈代谢含碳物质而产生的。直到最近,这方面的知识也只是停留在学术上的兴趣而已,因为经济生产的关注重点主要集中在煤炭、石油和其他化石燃料的开采。然而,随着易于开采的天然气的供应和石油储量的减小,人们越来越有兴趣使用更为环保的燃料,如氢气和沼气,这些燃料的生物生产方法开始引起了更多的关注。
不幸的是,上个世纪用于发电所开发的技术和基础设施(例如,油气钻井、煤炭开采等)不容易满足工业规模的生物燃料生产。从地下地层抽取地层水的传统的方法和系统关注于以最低的成本迅速取水。这在煤层气(CBM)的开采中尤为明显。对于保护生存在水中的微生物或者保护水资源的抽水方式则很少给予关注。同样地,利用微生物活性地层水来提高氢、沼气和其他含碳物质的微生物消化的新陈代谢产物的生物生产的方法和系统几乎没有发展。因此,需要用于抽取、处理以及传输在地质层内、之间和/或回流的地层水的新的方法和系统,从而可以保护甚至提高水中的微生物活性。
还需要刺激微生物以产生更多生物气的新技术。消耗烃类化合物的微生物的天然聚生体通常包括很多种可以采用许多不同的新陈代谢途径的不同物种。正确地改变聚生体的环境,可以改变聚生体成员的相对数量从而促进更多可燃气体的产生。也可能影响聚生体成员的优选的新陈代谢途径,从而有利于将可燃气体作为代谢终产物。因此,还需要可以改变地层环境以刺激微生物的聚生体而产生更多可燃性生物气的方法。
发明内容
本申请描述了流动水体,例如地层水,通过缺氧地质地层中的含碳材料的方法。流动液体通过其与微生物的接触传递养分和带走废物从而具有类似活体循环系统的功能。流动液体还可以起到传送介质的作用将微生物分散到含碳材料的新区域,从而提高微生物的种群增长率和生物气的生产率。这些方法包括在缺氧地层中定期或半定期地引导流体以维持或增加生物气的生产率。用于这些流体流动事件的流体可以由外部流体源头引入到地层中,或者利用地层中已经存在的流体(如地层水)。
本发明的实施方案包括提高含有含碳材料的缺氧地质地层中生物气生产的方法。该方法可包括到达缺氧地层步骤。它们还可包括提高缺氧地层中的生物气的生产率,以及在提高生物气生产后在缺氧地层内部流动地层水。
本发明的实施方案还包括在含有含碳材料的缺氧地质地层中重新分配地层水的方法。该方法可包括在缺氧地层内部设置地层水的贮水池的步骤。该方法还可进一步包括在地层水的贮水池和至少一部分含碳材料之间形成至少一条通道,以及通过该通道将地层水从贮水池传输到含碳材料。
本发明的实施方案还进一步包括在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法。该方法可以包括在缺氧地层中持续积累生物气以增加至少一部分缺氧地层的气压的步骤。该方法还可以包括在缺氧地层中驱使地层水穿过含碳材料作为对增加的气压的回应。所述穿过含碳材料的地层水流可以进一步提高缺氧地层中生物气的生产率。
额外的实施方案和特征将在下面的说明书中陈述,通过说明书的实验或对本发明的实践,本领域技术人员将会理解和认识说明书中的内容。本发明的特点和优点可以通过说明书中描述的措施,结合以及方法来认识和获得。
参考说明书的其余部分和附图可以进一步认识本发明的实质和优点,其中附图说明中采用参照标记数字来对应相应的成分。在一些实例中,副标记与参照标记数字相连并跟以连字号来指示多种相似的成分中的一种。当参照附图标记数字而没有对副标记说明的时候,应当是指所有的多个类似物。
附图说明
图1A-B所示为按本发明实施方案所述的提高生物气生产的方法中所选择的步骤的流程图;
图2所示为按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中重新分配地层水的方法中所选择的步骤的流程图;
图3A和B所示为按本发明实施方案所述的包括地层水贮水池的地质地层的简化的截面图;
图4所示为按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法中所选择的步骤的流程图。
具体实施方式
有越来越多的证据表明在缺氧地质地层中水的循环提高了地层中生物气的生产率。然而,水本身并不是养分或促进微生物产生生物气的活性物质,流动水作为养分、活性物质和其他化合物的传输媒介以及作为微生物分散的传输媒介的特性发挥了提高生物气的生产率的作用。流动水还可以帮助带走和稀释废产物以及其他可能对微生物的生长和新陈代谢率产生抑制作用的成分。
流动水的来源可以来自缺氧地层之外也可以在之内。地层之外的来源可以包括经处理的水传输到地层,以及由一个或多个分离的地质地层提供的地层水。地层之内的来源包括在缺氧地层中的地层水贮水池,其有限地或不与能够为产甲烷微生物提供养分物质的含碳材料接触。
图1A显示了按本发明实施方案所述的提高生物气生产的方法100中的所选择的步骤。方法100可以包括到达在缺氧地质地层中的含碳材料的步骤102。所述含碳材料可以包括生煤、亚烟煤、无烟煤、石油、碳页岩、油页岩、沥青砂、焦油、褐煤、油母岩质、沥青和泥煤,以及其他含碳材料。具有含碳材料的缺氧地质地层可以是之前探测到的地层,如煤田、油田、天然气田或者碳页岩沉积物,以及其他地层。在一些实例中,地层可以通过之前开采或钻孔的通道到达以再次获得含碳材料。对于之前未探测的地层,可以使用挖掘或钻孔的方式穿过表面层到达含有含碳材料的下层区域。
所述地质地层可以是地下缺氧地层。因为地下地层环境通常含有比对流空气更少的自由氧气(例如O2),地层环境可以被描述为是缺氧的。这些缺氧地层环境可以支持微生物在比对流空气含有更少自由氧的气氛中(例如少于约18摩尔%的自由氧)生存和繁殖。在一些实例中,微生物可以在O2浓度少于约10摩尔%或者小于约5摩尔%或者小于约2摩尔%或者小于约0.5摩尔%的低氧气氛中活动。
一旦到达缺氧地层,即可以采取措施提高地层中生物气的生产率104。这些措施可包括引入化学改性剂或养分到地层中,例如含乙酸盐的化合物、含磷化合物、酵母抽提物、含氢化合物(如H2)以及其他化合物及化合物的组合。这些措施还包括引入微生物聚生体到地层中,例如能够实现在缺氧条件下产生生物气(如产甲烷)的聚生体。这些措施还可以进一步包括引入水到缺氧地层之中。
在实施了提高生物活性生产率的措施之后,测量生物气的生产率以判断这些措施是否成功地提高了生产率。例如,在具有通往地层的通道的水源处,定期(如每天,每周,每月等)测量天然气(如甲烷和/或其他轻质烃)的再生率。在所述措施之后再生率的显著提高意味着成功地提高了生物气的生产率。
在提高了生物气的生产率之后,使地层水在地层106中流动。流动的地层水可以保持或者进一步提高地层中生物气的生产率。地层水的来源可以来自地层之外,或者可以来自地层内部的贮水池。地层之外的地层水来源可以包括由一个或多个分离的地层提供的地层水(如地层之间传输)和/或抽取地层水并再次供应至同一个地层(如地层之内循环)。
所述地层水可以是缺氧地层水。“缺氧”地层水的特征是具有很少或者不含溶解氧,在20℃和760mmHg大气压力下测量通常不高于4mg/L,优选低于2mg/L,最优选低于0.1mg/L。在实施本发明期间,对于有限的时间或特定的地点,如储存器或沉降箱的表面层,更高的溶解氧水平,即高于4mg/L,在不使微生物性能下降的情况下,也是可以接受的。溶解氧可以通过已知方法来测量,例如通过可商购的氧电极或者已知的Winkler反应。
所述地层水也可以进行检测和/或处理以进一步提高生物气的生产。例如,可以检测地层水以测量性能,例如微生物养分水平、pH值、盐度、氧化电势(Eh)和金属离子浓度,以及其他性能。可以通过加入改性剂对这些性能中的一个或多个的不平衡、不足或过量进行修正。改性剂可以通过检测主动地加入。对地层水的处理可以包括过滤和/或加工以减小地层水中一种或多种化学和/或生物种类的浓度。
图1B显示了按照本发明实施方案提高生物气生产的方法150中的所选择的步骤。所述方法150可以包括使含碳材料到达缺氧地质地层中的步骤152以及使地层水流动穿过地层的步骤154。使地层水流动可以包括在缺氧地层中的贮水池与地层中发现的含碳材料之间循环地层水。地层水的循环可以包括持续地或者接近持续地在贮水池和含碳材料之间输送水。或者,地层水可以以非持续间隔(如周期间隔)的方式在贮水池和含碳材料之间循环。例如,一部分贮存水可以在短时间内传输至含碳材料,接着地层水以更长的周期与含碳材料接触,然后回到贮水池。在更长的周期结束时,地层水可以再回流到含碳材料。
当地层水流过含碳材料之上或之内时,其给较大体积的含碳材料传输了微生物,化学改性剂,养分以及其他材料。这会增加含碳材料和移动微生物之间的接触区域156(如表面区域)。随着更多养分和活化剂提供给所述微生物,以及其他种类微生物的竞争降低,生物气的生产率开始提高158。通过从微生物生存环境中移除废物和其他抑制物质也可以提高生物气的产量。当地层水定期地或持续地穿过含碳材料循环时,循环的水提供养分,分散微生物,以及移除废物的能力可以进一步提高地层中生物气的生产率。
图2显示了按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中重新分配地层水的方法200中的所选择的步骤。如上所述地层水的来源之一是缺氧地层内部的贮水池。方法200包括在地质地层中设置地层水的贮水池步骤202。图3A和3B还进一步描述了贮水池可以设在地层含碳材料之上或之下。或者,贮水池可以纵向地穿过含碳材料以使得其高部分在含碳材料之上和/或低部分在含碳材料之下。
所述地层水贮水池与地层中目标含碳材料可以少量或没有液体接触,其对于地层水的流动来提高生物沼气的产量是有利的。所述方法200包括在贮水池和含碳材料之间形成一条或多条通道的步骤204。所述通道可以通过使用钻孔设备钻通地层中在贮水池和含碳材料之间的制约地层水接触和流动的障碍物(如岩床)来形成。或者,障碍物可以通过机械冲击或爆破来破碎形成空穴或裂缝作为通道。所述通道可以作为由贮水池向含碳材料传输地质水的管道206。
在可选步骤中,部分排水或全排水的贮水池可以通过向其提供额外的水来进行回填的步骤208。贮水池中增加的水可以维持含碳材料之上或之内地层水的传输。增加的水也可以进一步给较大体积的含碳材料分散微生物,养分以及其他材料,同时也使得这些材料进一步渗透到含碳材料的裂缝,夹层和微通道之中。这些水可以是同一地质地层的其他部分传输的地层水(例如地层之内传输)或者来自另外的地层(例如地层之间传输)。这些水还可以来自地质地层之外,如地面水源。
也可以在地层中采用水回填通道的方法。在一些情形中,通道与地层水贮水池有液体交换。在其他的情形中,通道不与贮水池连接,可能直接在地层的含碳材料中形成(如钻孔)。这些通道的例子可以进一步包括之前用来从地层中回收天然气或其他含碳材料的井孔。填充这些通道的水可以是地层水,或者是另一个来源的水。
如图3A所示,当贮水池设置在含碳材料之上时,可以形成一条或多条通道利用重力传输贮水池的地层水至其下面的的含碳材料。在此例中,贮水池可以被打孔以使地层水如瀑布似流下(或落下)到含碳材料上。该例还包括使用机械泵或其他泵的方式将地层水传输回至贮水池,以使得水能够通过一个或多个通道循环往复至含碳材料。
在另一个例子中,贮水池可以设置在如图3B所示的含碳材料之下。通道可以通过钻通含碳材料和其与底层贮水池之间的障碍物来形成。钻孔可以形成一条或多条在障碍物中的通道使得地层水可以在通道中传输以及连接含碳材料。例如,形成多条通道,至少一条通道或穿孔被加以压力使得地层水穿过其他通道至含碳材料。或者,一条或多条通道配以机械泵使水克服重力由贮水池传输至上层的含碳材料。
如果在含碳材料上有顶部空间,那么下层的贮水池可以施以足够的压力将地层水压至含碳材料之上,之后淋在含碳材料的上表面。地层水可以再次回到贮水池,之后再次抽取超过含碳材料顶端。
方法200以地层内部的地层水作为供源并且进行循环,比由地层外提供水具有优势。将地层水由贮水池传输到含碳材料比从地层外引水需要明显更少的能量。外部的水在到达含碳材料前可能要抽取和/或运送很长的距离(例如几十到几百英里),对能量产生实质的损耗。另外,地下贮水池为地层水提供了天然的储存设备,在地表复制这个是困难的和昂贵的。例如,越来越严格的环保制度使得很难在地面创造一个贮水池,特别是对于被烃类化合物污染的水。
图3A显示了包括设置在含碳材料沉积物308之上的地层水贮水池304的地质地层300的部分简化横截面。贮水池304和含碳材料308的相对位置使得当在分离贮水池和含碳材料的中间层306中形成了一条或多条通道的时候,地层水可以形成重力流。在图3A中,显示了形成于中间层306的通道312b,其为地层水提供了一条由贮水池304至含碳材料308的路径。
通道312b可以通过在中间层306中钻孔并到达含碳材料308的表面或本体来形成。这种钻孔可以进一步扩大由地质地层的陆地面延伸至贮水池304顶部的通道312a的最初部分的井孔310。
在如图3A所示的实例中,显示了在贮水池304和含碳材料308之间的单独通道312b。实例中还可以包括在贮水池304和含碳材料308之间的多条通道(未显示)。贮水池304可以打孔多条通道,从而使地层水在重力的引导下落在含碳材料308之上。
图3B显示了另一种包括设置在含碳材料356之下的地层水贮水池360的地质地层350的部分简化横截面。中间层358分离了贮水池360和含碳材料356,阻碍了下层地下水和上层含碳材料的连接。含碳材料356埋藏在地质层352的下面,地质层352的上表层是地质地层350的陆地表层。地质层352的一部分与地下含碳材料356直接连接,另一部分被矿坑354隔开与含碳材料分离。
图3B所示的实施方案具有2条穿过地质地层350的多个层次的通道362和364,地质地层350包括含碳材料层356和将含碳材料和贮水池360隔开的地质层358。这些通道可以用来将地质水从贮水池360上传至含碳材料356。例如,可以使用气体或液体来加压通道362,对贮水池360中的地质水增加压力。这会使得一部分地质水通过通道366至少被压至接触含碳材料356。在一些实施方案中,地质水可能被压过含碳材料356的顶端,开始填充矿坑354。随着地质水溢出含碳材料356的顶端,其在重力的驱动下可以渗入到材料中。
通道364的顶端可以包括物件366以帮助将水从贮水池360传输到含碳材料356。所述物件366可以是泵或其他能够使通道364的负压梯度上升帮助地层水在通道中上升的设备。或者,物件366可以是塞子或者其他可以阻止液体流出地质层350的设备。这样的塞子可以使通道364的正压梯度上升,使地质水从通道中侧流向周围的地质材料,包括含碳材料356。
如图4所示,方法400描述了按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产。方法400可以包括在地质地层402中持续积累生物气的步骤。这些积累的气体可以由天然微生物在不需要协助的情况下在地层中产生,和/或通过刺激行为开始或提高地层中生物气的生产率。积累到的生物气本身对于生物气的生产率就有刺激作用。例如,产烷生物产出的气体,如甲烷或氢气,可以改变地层的气体组成,使其更加缺氧,从而促进如产烷微生物的厌氧微生物更加活跃。
在地层中持续积累的生物气也可以提高地下构层的整体气压。压力的增加可以反过来帮助驱使地层水穿过含碳材料404。穿过含碳材料的地层水流对于生物气的产量(例如甲烷的产生)有刺激效果,从而进一步提高生物气的生产率。如上所述,流动地层水能够传输微生物,养分,化学改性剂以及其他材料给大部分含碳材料。微生物的分散能够增加微生物和含碳材料之间的接触,从而能够提高其繁殖率和/或生物气的生产率。流动的和/或循环的地层水也可以促进微生物废产物,毒素以及产甲烷抑制物从微生物生存环境中移除。
增加气压驱使地层水穿过含碳材料的能力可能取决于含碳材料的种类以及地层的组成。当含碳材料为相对多孔渗水的固体(例如褐煤)时,地层水更易于渗入到材料中。当含碳材料更为坚硬(例如无烟煤)时,地层水渗入材料中可能更为困难,但是仍然可以穿过裂缝,龟裂,夹缝等到达材料。在一些实例中,含碳材料足够坚硬而且无孔使得地层水只能环绕材料的暴露表面而流动。为了本发明应用的目的,驱使地层水穿过含碳材料可以包括渗入多孔材料,将水压进材料中的裂缝,龟裂,夹缝等,使水在材料暴露的表面流动蔓延。另外,驱使地层水穿过含碳材料并不需要将水完全压入穿过材料。使地层水在材料中前进或者沿其表面蔓延都可以被看作是驱使地层水穿过材料的实例。
在方法400的一些实施方案中,至少一部分生物气可以持续移出地层406。例如,这些气体可以在流化连接至天然气管道的源头处被移出。移出的生物气可能引起地层中气压的改变(如降低)。地层中气压的降低可能大到足以改变穿过含碳材料408的地层水流。在一些实例中,压力的降低可以使地层水流逆向流动。
随着生物气从地层中的移出,新的地层气可以在地层中积累。地层中持续积累的地层气可以引起地层中气压再次改变(如升高)。气体可能会持续积累直到气压达到极限值,例如回到释放生物气前地层的压力。增加的气压可能再次改变地层水流,在一些实例中可能再次逆流回生物气移出前的方向。在一些实施方案中,在大多数时间生物气都处在移出和再积累的状态。这将导致地层中气压的多次转变,从而相应改变穿过含碳材料的地层水的流向和/或速率。在一些例子中,生物气的移出和再积累可能会形成一种循环,并且持续下去,改变地层水流,制造一个能够提高生物气生产的含碳材料中地层水的循环。
本领域技术人员在已经描述的几个实施方案的基础上能够认识到在本发明的精神范围内可以使用各种改进,选择结构和设备。另外,为了避免本发明难以理解,对于一些公知的方法和要素并没有进行描述。相应地,上述内容不应理解为是对本发明范围的限制。
可以理解的是,除非文中有明确的规定,作为数值范围上限和下限的中间值也同样明确地被公开。在任何一个设定值之间的更小范围或者设定范围内的中间值以及在设定范围内的其他设定值或中间值都包括在本发明内。这些更小范围的上限和下限可以各自地包括或排除在范围之外,每个包括两限值之一,不包括两限值或包括两限值的更小范围都在本发明范围之内,同时也包括任何一个在设定范围内特别排除的界限。设定范围包括一个或两个界限,排除这些包括的有一个或两个界限的范围同样也在本发明范围之内。
说明书中和权利要求中所用的单数词形式“a”“an”和“the”除非文中有明确的规定,否则都包含复数形式。例如,“a process”表示包含多种方法,以及“the well”表示包含一个或多个井和本领域技术人员所公知的它的等效物。
同样地,说明书中和权利要求中所用到的单词“包含”,“包括”以及“含有”意指特定的要素,整数,成分或步骤,但同时也不排除额外的一个或多个其他要素,整数,成分,步骤,方法或集合。

地质油气藏中的生物燃料气体的产生.pdf_第1页
第1页 / 共15页
地质油气藏中的生物燃料气体的产生.pdf_第2页
第2页 / 共15页
地质油气藏中的生物燃料气体的产生.pdf_第3页
第3页 / 共15页
点击查看更多>>
资源描述

《地质油气藏中的生物燃料气体的产生.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地质油气藏中的生物燃料气体的产生.pdf(15页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、10申请公布号CN102216560A43申请公布日20111012CN102216560ACN102216560A21申请号201080001405722申请日2010092212/639,48320091216USE21B43/2220060171申请人卢卡技术有限公司地址美国科罗拉多72发明人V丹纳尔RS普法伊费尔RP德布鲁因S鲍尔GA乌尔里克JL韦伯D布罗克J福特T迈耶斯M芬克尔斯坦74专利代理机构永新专利商标代理有限公司72002代理人过晓东54发明名称地质油气藏中的生物燃料气体的产生57摘要描述了提高含碳材料的缺氧地质地层中生物气生产的方法。该方法包括到达缺氧地层,提高缺氧地层中的。

2、生物气的生产率,和提高生物气生产后在缺氧地层内部流动地层水。还描述了在含碳材料的缺氧地质地层中重新分配地层水的方法。该方法包括在缺氧地层内部设置一个地层水的贮水池,在贮水池和至少一部分含碳材料之间形成至少一条通道,和通过该通道将地层水从贮水池输送到含碳材料。另外,还描述了在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010102086PCT申请的申请数据PCT/US2010/0498452010092287PCT申请的公布数据WO2011/075196EN2011062351INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页。

3、说明书7页附图5页CN102216571A1/2页21用于提高在含有含碳材料的缺氧地质地层中生物气生产的方法,该方法包括到达缺氧地层;提高缺氧地层中的生物气的生产率;及在提高生物气的生产之后使地层水在缺氧地层内部流动。2权利要求1的方法,其中保持在缺氧地层中积累生物气以提高生物气的生产率。3权利要求1的方法,其中含碳材料与水接触以提高生物气的生产率。4权利要求3的方法,其中水改善了在缺氧地层中微生物与含碳材料之间的接触。5权利要求3的方法,其中水为在含碳材料中的微生物输送养分。6权利要求3的方法,其中水从在含碳材料中的微生物的生存环境去除抑制材料,所述抑制材料选自以下组中微生物排泄物、微生物生。

4、长抑制物和微生物产甲烷抑制物。7权利要求3的方法,其中水由缺氧地层外部的来源或者缺氧地层内部的地层水的贮水池供应。8权利要求1的方法,其中将调理剂加入缺氧地层以提高生物气的生产率。9权利要求1的方法,其中调理剂包括含有乙酸盐的化合物、含磷化合物、酵母萃取物或氢。10权利要求1的方法,其中地层水的流动包括使地层水在缺氧地层中的贮水池与含碳材料之间循环。11权利要求1的方法,其中地层水的流动包括由积累的生物气给缺氧地层增压以驱使地层水穿过含碳材料。12权利要求1的方法,其中地层水的循环进一步提高了生物气的生产率。13在含有含碳材料的缺氧地质地层中重新分配地层水的方法,该方法包括在缺氧地层内部设置地。

5、层水的贮水池;在所述贮水池与至少一部分含碳材料之间形成至少一条通道;及将地层水从所述贮水池通过所述通道输送至含碳材料。14权利要求13的方法,其中贮水池位于在缺氧地层中的含碳材料的上方或下方。15权利要求13的方法,其中在贮水池与含碳材料之间形成通道包括钻取通道穿透地层岩石以流畅地连接贮水池和含碳材料。16权利要求13的方法,其中在贮水池与含碳材料之间形成多条通道。17权利要求13的方法,其中地层水的输送包括地层水通过重力由贮水池流向位于下方的含碳材料。18权利要求13的方法,其中地层水的输送包括由位于含碳材料下方的贮水池向含碳材料上浇淋地层水。19权利要求13的方法,其中该方法进一步包括在将。

6、地层水由贮水池通过通道输送至含碳材料之后用水重新填充贮水池。20权利要求19的方法,其中所述水包括额外的地层水。21在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法,该方法包括保持在缺氧地层中积累生物气以增加在至少一部分缺氧地层中的气压;及作为对增加的气压的回应驱使地层水穿过在缺氧地层中的含碳材料,其中地层水穿过含碳材料流动进一步提高了缺氧地层中生物气的生产率。权利要求书CN102216560ACN102216571A2/2页322权利要求21的方法,其中在驱使地层水穿过含碳材料之后从缺氧地层去除积累的生物气。23权利要求22的方法,其中从缺氧地层去除积累的生物气至少部分地逆转穿过含碳材料的地。

7、层水的流。24权利要求21的方法,其中该方法包括多次去除至少一部分积累的生物气以使缺氧地层中的气压随时间变化。25权利要求24的方法,其中气压随时间的变化改变了穿过含碳材料的地层水的流动方向。26权利要求25的方法,其中流动方向的改变进一步提高了生物气的生产率。27权利要求21的方法,其中该方法包括测量缺氧地层中的气压;及从缺氧地层去除至少一部分积累的生物气以调节缺氧地层中的气压至目标气压。权利要求书CN102216560ACN102216571A1/7页4地质油气藏中的生物燃料气体的产生0001相关申请的交叉引用0002本申请请求享受于2009年12月16日提交的第12/639,483号共同。

8、未决美国非临时专利申请的优先权。在此将上述申请的全部内容并入本申请作为参考。0003本申请涉及于2008年5月29日提交的第12/129,441号美国专利申请,其是于2006年1月30日提交的第11/343,429号美国专利申请的继续申请,是国际申请日为2005年5月3日的第PCT/US2005/015259号国际申请的部分继续申请。在此出于各种目的将所有上述申请的全部内容并入本申请作为参考。背景技术0004存在于含有石油,煤炭以及其他含碳材料的地下缺氧地层中的地层水通常被看作是从这些地层中开采资源的障碍。例如在煤炭开采中,地层水通常被抽出地层到远离的池塘中以使煤炭能够进入开采设备。类似地,地。

9、层水要从地下油田抽出的原油中被分离并且在地下进行常规处理。对地下水的抽取,分离和处理增加了开采的成本,而且会产生没有价值的副产物。0005然而,进一步的研究表明,即使开采的地层水也可以支持来自地层的活性微生物群落。由以前的开采应用已知在形成环境中存在这些微生物,例如微生物提高的采油率MEOR,在此微生物自然地产生表面活性剂,例如糖脂,其有助于释放出储存在多孔基材中的油。然而在MEOR应用中,通常相信微生物在油相与水相之间的界面层中积累。大多数地层水被认为是相对无微生物的,因为其缺乏微生物的适当养分。近期的研究表明,在大多数地层水中确实存在活跃的微生物群落,而且在适当的条件下即使从地层中抽取出来。

10、依然可以存活。0006在大多数地层水中发现活性微生物群落,从而预见到这些微生物的新的应用。多年以来,能源生产者已经发现沼气等材料是在地层中生物产生的,可能是通过微生物新陈代谢含碳物质而产生的。直到最近,这方面的知识也只是停留在学术上的兴趣而已,因为经济生产的关注重点主要集中在煤炭、石油和其他化石燃料的开采。然而,随着易于开采的天然气的供应和石油储量的减小,人们越来越有兴趣使用更为环保的燃料,如氢气和沼气,这些燃料的生物生产方法开始引起了更多的关注。0007不幸的是,上个世纪用于发电所开发的技术和基础设施例如,油气钻井、煤炭开采等不容易满足工业规模的生物燃料生产。从地下地层抽取地层水的传统的方法。

11、和系统关注于以最低的成本迅速取水。这在煤层气CBM的开采中尤为明显。对于保护生存在水中的微生物或者保护水资源的抽水方式则很少给予关注。同样地,利用微生物活性地层水来提高氢、沼气和其他含碳物质的微生物消化的新陈代谢产物的生物生产的方法和系统几乎没有发展。因此,需要用于抽取、处理以及传输在地质层内、之间和/或回流的地层水的新的方法和系统,从而可以保护甚至提高水中的微生物活性。0008还需要刺激微生物以产生更多生物气的新技术。消耗烃类化合物的微生物的天然聚生体通常包括很多种可以采用许多不同的新陈代谢途径的不同物种。正确地改变聚生体说明书CN102216560ACN102216571A2/7页5的环境。

12、,可以改变聚生体成员的相对数量从而促进更多可燃气体的产生。也可能影响聚生体成员的优选的新陈代谢途径,从而有利于将可燃气体作为代谢终产物。因此,还需要可以改变地层环境以刺激微生物的聚生体而产生更多可燃性生物气的方法。发明内容0009本申请描述了流动水体,例如地层水,通过缺氧地质地层中的含碳材料的方法。流动液体通过其与微生物的接触传递养分和带走废物从而具有类似活体循环系统的功能。流动液体还可以起到传送介质的作用将微生物分散到含碳材料的新区域,从而提高微生物的种群增长率和生物气的生产率。这些方法包括在缺氧地层中定期或半定期地引导流体以维持或增加生物气的生产率。用于这些流体流动事件的流体可以由外部流体。

13、源头引入到地层中,或者利用地层中已经存在的流体如地层水。0010本发明的实施方案包括提高含有含碳材料的缺氧地质地层中生物气生产的方法。该方法可包括到达缺氧地层步骤。它们还可包括提高缺氧地层中的生物气的生产率,以及在提高生物气生产后在缺氧地层内部流动地层水。0011本发明的实施方案还包括在含有含碳材料的缺氧地质地层中重新分配地层水的方法。该方法可包括在缺氧地层内部设置地层水的贮水池的步骤。该方法还可进一步包括在地层水的贮水池和至少一部分含碳材料之间形成至少一条通道,以及通过该通道将地层水从贮水池传输到含碳材料。0012本发明的实施方案还进一步包括在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法。。

14、该方法可以包括在缺氧地层中持续积累生物气以增加至少一部分缺氧地层的气压的步骤。该方法还可以包括在缺氧地层中驱使地层水穿过含碳材料作为对增加的气压的回应。所述穿过含碳材料的地层水流可以进一步提高缺氧地层中生物气的生产率。0013额外的实施方案和特征将在下面的说明书中陈述,通过说明书的实验或对本发明的实践,本领域技术人员将会理解和认识说明书中的内容。本发明的特点和优点可以通过说明书中描述的措施,结合以及方法来认识和获得。0014参考说明书的其余部分和附图可以进一步认识本发明的实质和优点,其中附图说明中采用参照标记数字来对应相应的成分。在一些实例中,副标记与参照标记数字相连并跟以连字号来指示多种相似。

15、的成分中的一种。当参照附图标记数字而没有对副标记说明的时候,应当是指所有的多个类似物。附图说明0015图1AB所示为按本发明实施方案所述的提高生物气生产的方法中所选择的步骤的流程图;0016图2所示为按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中重新分配地层水的方法中所选择的步骤的流程图;0017图3A和B所示为按本发明实施方案所述的包括地层水贮水池的地质地层的简化的截面图;0018图4所示为按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产的方法中所选择的步骤的流程图。说明书CN102216560ACN102216571A3/7页6具体实施方式0019有越来越多的证据表明在缺氧地质地层。

16、中水的循环提高了地层中生物气的生产率。然而,水本身并不是养分或促进微生物产生生物气的活性物质,流动水作为养分、活性物质和其他化合物的传输媒介以及作为微生物分散的传输媒介的特性发挥了提高生物气的生产率的作用。流动水还可以帮助带走和稀释废产物以及其他可能对微生物的生长和新陈代谢率产生抑制作用的成分。0020流动水的来源可以来自缺氧地层之外也可以在之内。地层之外的来源可以包括经处理的水传输到地层,以及由一个或多个分离的地质地层提供的地层水。地层之内的来源包括在缺氧地层中的地层水贮水池,其有限地或不与能够为产甲烷微生物提供养分物质的含碳材料接触。0021图1A显示了按本发明实施方案所述的提高生物气生产。

17、的方法100中的所选择的步骤。方法100可以包括到达在缺氧地质地层中的含碳材料的步骤102。所述含碳材料可以包括生煤、亚烟煤、无烟煤、石油、碳页岩、油页岩、沥青砂、焦油、褐煤、油母岩质、沥青和泥煤,以及其他含碳材料。具有含碳材料的缺氧地质地层可以是之前探测到的地层,如煤田、油田、天然气田或者碳页岩沉积物,以及其他地层。在一些实例中,地层可以通过之前开采或钻孔的通道到达以再次获得含碳材料。对于之前未探测的地层,可以使用挖掘或钻孔的方式穿过表面层到达含有含碳材料的下层区域。0022所述地质地层可以是地下缺氧地层。因为地下地层环境通常含有比对流空气更少的自由氧气例如O2,地层环境可以被描述为是缺氧的。

18、。这些缺氧地层环境可以支持微生物在比对流空气含有更少自由氧的气氛中例如少于约18摩尔的自由氧生存和繁殖。在一些实例中,微生物可以在O2浓度少于约10摩尔或者小于约5摩尔或者小于约2摩尔或者小于约05摩尔的低氧气氛中活动。0023一旦到达缺氧地层,即可以采取措施提高地层中生物气的生产率104。这些措施可包括引入化学改性剂或养分到地层中,例如含乙酸盐的化合物、含磷化合物、酵母抽提物、含氢化合物如H2以及其他化合物及化合物的组合。这些措施还包括引入微生物聚生体到地层中,例如能够实现在缺氧条件下产生生物气如产甲烷的聚生体。这些措施还可以进一步包括引入水到缺氧地层之中。0024在实施了提高生物活性生产率。

19、的措施之后,测量生物气的生产率以判断这些措施是否成功地提高了生产率。例如,在具有通往地层的通道的水源处,定期如每天,每周,每月等测量天然气如甲烷和/或其他轻质烃的再生率。在所述措施之后再生率的显著提高意味着成功地提高了生物气的生产率。0025在提高了生物气的生产率之后,使地层水在地层106中流动。流动的地层水可以保持或者进一步提高地层中生物气的生产率。地层水的来源可以来自地层之外,或者可以来自地层内部的贮水池。地层之外的地层水来源可以包括由一个或多个分离的地层提供的地层水如地层之间传输和/或抽取地层水并再次供应至同一个地层如地层之内循环。0026所述地层水可以是缺氧地层水。“缺氧”地层水的特征。

20、是具有很少或者不含溶解氧,在20和760MMHG大气压力下测量通常不高于4MG/L,优选低于2MG/L,最优选低于说明书CN102216560ACN102216571A4/7页701MG/L。在实施本发明期间,对于有限的时间或特定的地点,如储存器或沉降箱的表面层,更高的溶解氧水平,即高于4MG/L,在不使微生物性能下降的情况下,也是可以接受的。溶解氧可以通过已知方法来测量,例如通过可商购的氧电极或者已知的WINKLER反应。0027所述地层水也可以进行检测和/或处理以进一步提高生物气的生产。例如,可以检测地层水以测量性能,例如微生物养分水平、PH值、盐度、氧化电势EH和金属离子浓度,以及其他性。

21、能。可以通过加入改性剂对这些性能中的一个或多个的不平衡、不足或过量进行修正。改性剂可以通过检测主动地加入。对地层水的处理可以包括过滤和/或加工以减小地层水中一种或多种化学和/或生物种类的浓度。0028图1B显示了按照本发明实施方案提高生物气生产的方法150中的所选择的步骤。所述方法150可以包括使含碳材料到达缺氧地质地层中的步骤152以及使地层水流动穿过地层的步骤154。使地层水流动可以包括在缺氧地层中的贮水池与地层中发现的含碳材料之间循环地层水。地层水的循环可以包括持续地或者接近持续地在贮水池和含碳材料之间输送水。或者,地层水可以以非持续间隔如周期间隔的方式在贮水池和含碳材料之间循环。例如,。

22、一部分贮存水可以在短时间内传输至含碳材料,接着地层水以更长的周期与含碳材料接触,然后回到贮水池。在更长的周期结束时,地层水可以再回流到含碳材料。0029当地层水流过含碳材料之上或之内时,其给较大体积的含碳材料传输了微生物,化学改性剂,养分以及其他材料。这会增加含碳材料和移动微生物之间的接触区域156如表面区域。随着更多养分和活化剂提供给所述微生物,以及其他种类微生物的竞争降低,生物气的生产率开始提高158。通过从微生物生存环境中移除废物和其他抑制物质也可以提高生物气的产量。当地层水定期地或持续地穿过含碳材料循环时,循环的水提供养分,分散微生物,以及移除废物的能力可以进一步提高地层中生物气的生产。

23、率。0030图2显示了按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中重新分配地层水的方法200中的所选择的步骤。如上所述地层水的来源之一是缺氧地层内部的贮水池。方法200包括在地质地层中设置地层水的贮水池步骤202。图3A和3B还进一步描述了贮水池可以设在地层含碳材料之上或之下。或者,贮水池可以纵向地穿过含碳材料以使得其高部分在含碳材料之上和/或低部分在含碳材料之下。0031所述地层水贮水池与地层中目标含碳材料可以少量或没有液体接触,其对于地层水的流动来提高生物沼气的产量是有利的。所述方法200包括在贮水池和含碳材料之间形成一条或多条通道的步骤204。所述通道可以通过使用钻孔设备钻通地层中在贮水池和含。

24、碳材料之间的制约地层水接触和流动的障碍物如岩床来形成。或者,障碍物可以通过机械冲击或爆破来破碎形成空穴或裂缝作为通道。所述通道可以作为由贮水池向含碳材料传输地质水的管道206。0032在可选步骤中,部分排水或全排水的贮水池可以通过向其提供额外的水来进行回填的步骤208。贮水池中增加的水可以维持含碳材料之上或之内地层水的传输。增加的水也可以进一步给较大体积的含碳材料分散微生物,养分以及其他材料,同时也使得这些材料进一步渗透到含碳材料的裂缝,夹层和微通道之中。这些水可以是同一地质地层的其他部分传输的地层水例如地层之内传输或者来自另外的地层例如地层之间传输。这些水还可以来自地质地层之外,如地面水源。。

25、0033也可以在地层中采用水回填通道的方法。在一些情形中,通道与地层水贮水池有说明书CN102216560ACN102216571A5/7页8液体交换。在其他的情形中,通道不与贮水池连接,可能直接在地层的含碳材料中形成如钻孔。这些通道的例子可以进一步包括之前用来从地层中回收天然气或其他含碳材料的井孔。填充这些通道的水可以是地层水,或者是另一个来源的水。0034如图3A所示,当贮水池设置在含碳材料之上时,可以形成一条或多条通道利用重力传输贮水池的地层水至其下面的的含碳材料。在此例中,贮水池可以被打孔以使地层水如瀑布似流下或落下到含碳材料上。该例还包括使用机械泵或其他泵的方式将地层水传输回至贮水池。

26、,以使得水能够通过一个或多个通道循环往复至含碳材料。0035在另一个例子中,贮水池可以设置在如图3B所示的含碳材料之下。通道可以通过钻通含碳材料和其与底层贮水池之间的障碍物来形成。钻孔可以形成一条或多条在障碍物中的通道使得地层水可以在通道中传输以及连接含碳材料。例如,形成多条通道,至少一条通道或穿孔被加以压力使得地层水穿过其他通道至含碳材料。或者,一条或多条通道配以机械泵使水克服重力由贮水池传输至上层的含碳材料。0036如果在含碳材料上有顶部空间,那么下层的贮水池可以施以足够的压力将地层水压至含碳材料之上,之后淋在含碳材料的上表面。地层水可以再次回到贮水池,之后再次抽取超过含碳材料顶端。003。

27、7方法200以地层内部的地层水作为供源并且进行循环,比由地层外提供水具有优势。将地层水由贮水池传输到含碳材料比从地层外引水需要明显更少的能量。外部的水在到达含碳材料前可能要抽取和/或运送很长的距离例如几十到几百英里,对能量产生实质的损耗。另外,地下贮水池为地层水提供了天然的储存设备,在地表复制这个是困难的和昂贵的。例如,越来越严格的环保制度使得很难在地面创造一个贮水池,特别是对于被烃类化合物污染的水。0038图3A显示了包括设置在含碳材料沉积物308之上的地层水贮水池304的地质地层300的部分简化横截面。贮水池304和含碳材料308的相对位置使得当在分离贮水池和含碳材料的中间层306中形成了。

28、一条或多条通道的时候,地层水可以形成重力流。在图3A中,显示了形成于中间层306的通道312B,其为地层水提供了一条由贮水池304至含碳材料308的路径。0039通道312B可以通过在中间层306中钻孔并到达含碳材料308的表面或本体来形成。这种钻孔可以进一步扩大由地质地层的陆地面延伸至贮水池304顶部的通道312A的最初部分的井孔310。0040在如图3A所示的实例中,显示了在贮水池304和含碳材料308之间的单独通道312B。实例中还可以包括在贮水池304和含碳材料308之间的多条通道未显示。贮水池304可以打孔多条通道,从而使地层水在重力的引导下落在含碳材料308之上。0041图3B显示。

29、了另一种包括设置在含碳材料356之下的地层水贮水池360的地质地层350的部分简化横截面。中间层358分离了贮水池360和含碳材料356,阻碍了下层地下水和上层含碳材料的连接。含碳材料356埋藏在地质层352的下面,地质层352的上表层是地质地层350的陆地表层。地质层352的一部分与地下含碳材料356直接连接,另一部分被矿坑354隔开与含碳材料分离。0042图3B所示的实施方案具有2条穿过地质地层350的多个层次的通道362和364,地质地层350包括含碳材料层356和将含碳材料和贮水池360隔开的地质层358。这些通说明书CN102216560ACN102216571A6/7页9道可以用来。

30、将地质水从贮水池360上传至含碳材料356。例如,可以使用气体或液体来加压通道362,对贮水池360中的地质水增加压力。这会使得一部分地质水通过通道366至少被压至接触含碳材料356。在一些实施方案中,地质水可能被压过含碳材料356的顶端,开始填充矿坑354。随着地质水溢出含碳材料356的顶端,其在重力的驱动下可以渗入到材料中。0043通道364的顶端可以包括物件366以帮助将水从贮水池360传输到含碳材料356。所述物件366可以是泵或其他能够使通道364的负压梯度上升帮助地层水在通道中上升的设备。或者,物件366可以是塞子或者其他可以阻止液体流出地质层350的设备。这样的塞子可以使通道36。

31、4的正压梯度上升,使地质水从通道中侧流向周围的地质材料,包括含碳材料356。0044如图4所示,方法400描述了按本发明实施方案所述的在缺氧地质地层中积累生物气以提高生物气生产。方法400可以包括在地质地层402中持续积累生物气的步骤。这些积累的气体可以由天然微生物在不需要协助的情况下在地层中产生,和/或通过刺激行为开始或提高地层中生物气的生产率。积累到的生物气本身对于生物气的生产率就有刺激作用。例如,产烷生物产出的气体,如甲烷或氢气,可以改变地层的气体组成,使其更加缺氧,从而促进如产烷微生物的厌氧微生物更加活跃。0045在地层中持续积累的生物气也可以提高地下构层的整体气压。压力的增加可以反过。

32、来帮助驱使地层水穿过含碳材料404。穿过含碳材料的地层水流对于生物气的产量例如甲烷的产生有刺激效果,从而进一步提高生物气的生产率。如上所述,流动地层水能够传输微生物,养分,化学改性剂以及其他材料给大部分含碳材料。微生物的分散能够增加微生物和含碳材料之间的接触,从而能够提高其繁殖率和/或生物气的生产率。流动的和/或循环的地层水也可以促进微生物废产物,毒素以及产甲烷抑制物从微生物生存环境中移除。0046增加气压驱使地层水穿过含碳材料的能力可能取决于含碳材料的种类以及地层的组成。当含碳材料为相对多孔渗水的固体例如褐煤时,地层水更易于渗入到材料中。当含碳材料更为坚硬例如无烟煤时,地层水渗入材料中可能更。

33、为困难,但是仍然可以穿过裂缝,龟裂,夹缝等到达材料。在一些实例中,含碳材料足够坚硬而且无孔使得地层水只能环绕材料的暴露表面而流动。为了本发明应用的目的,驱使地层水穿过含碳材料可以包括渗入多孔材料,将水压进材料中的裂缝,龟裂,夹缝等,使水在材料暴露的表面流动蔓延。另外,驱使地层水穿过含碳材料并不需要将水完全压入穿过材料。使地层水在材料中前进或者沿其表面蔓延都可以被看作是驱使地层水穿过材料的实例。0047在方法400的一些实施方案中,至少一部分生物气可以持续移出地层406。例如,这些气体可以在流化连接至天然气管道的源头处被移出。移出的生物气可能引起地层中气压的改变如降低。地层中气压的降低可能大到足。

34、以改变穿过含碳材料408的地层水流。在一些实例中,压力的降低可以使地层水流逆向流动。0048随着生物气从地层中的移出,新的地层气可以在地层中积累。地层中持续积累的地层气可以引起地层中气压再次改变如升高。气体可能会持续积累直到气压达到极限值,例如回到释放生物气前地层的压力。增加的气压可能再次改变地层水流,在一些实例中可能再次逆流回生物气移出前的方向。在一些实施方案中,在大多数时间生物气都处在移说明书CN102216560ACN102216571A7/7页10出和再积累的状态。这将导致地层中气压的多次转变,从而相应改变穿过含碳材料的地层水的流向和/或速率。在一些例子中,生物气的移出和再积累可能会形。

35、成一种循环,并且持续下去,改变地层水流,制造一个能够提高生物气生产的含碳材料中地层水的循环。0049本领域技术人员在已经描述的几个实施方案的基础上能够认识到在本发明的精神范围内可以使用各种改进,选择结构和设备。另外,为了避免本发明难以理解,对于一些公知的方法和要素并没有进行描述。相应地,上述内容不应理解为是对本发明范围的限制。0050可以理解的是,除非文中有明确的规定,作为数值范围上限和下限的中间值也同样明确地被公开。在任何一个设定值之间的更小范围或者设定范围内的中间值以及在设定范围内的其他设定值或中间值都包括在本发明内。这些更小范围的上限和下限可以各自地包括或排除在范围之外,每个包括两限值之。

36、一,不包括两限值或包括两限值的更小范围都在本发明范围之内,同时也包括任何一个在设定范围内特别排除的界限。设定范围包括一个或两个界限,排除这些包括的有一个或两个界限的范围同样也在本发明范围之内。0051说明书中和权利要求中所用的单数词形式“A”“AN”和“THE”除非文中有明确的规定,否则都包含复数形式。例如,“APROCESS”表示包含多种方法,以及“THEWELL”表示包含一个或多个井和本领域技术人员所公知的它的等效物。0052同样地,说明书中和权利要求中所用到的单词“包含”,“包括”以及“含有”意指特定的要素,整数,成分或步骤,但同时也不排除额外的一个或多个其他要素,整数,成分,步骤,方法或集合。说明书CN102216560ACN102216571A1/5页11图1A说明书附图CN102216560ACN102216571A2/5页12图1B说明书附图CN102216560ACN102216571A3/5页13图2说明书附图CN102216560ACN102216571A4/5页14图3A图3B说明书附图CN102216560ACN102216571A5/5页15图4说明书附图CN102216560A。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 固定建筑物 > 土层或岩石的钻进;采矿


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1