生物煤层气的文献计量与发展综述

为把握生物煤层气研究状况,基于Web of Science R数据库,采用文献计量与文献综述相结合的方法对生物煤层气相关论文的分布、趋势、以及研究内容进行了分析。近年来,生物煤层气的勘探、煤层气田微生物多样性的研究逐渐减少,累计发文数趋于平缓。而微生物降解煤的培养实验研究累积发文数逐年上升,是当前研究热点。培养实验研究主要着力解决生物煤层气形成机理及其增产理论与技术。微生物、煤、中间代谢产物是阐明生物煤层气形成机理的关键;高效功能菌群培育、化学处理改性煤结构、外源物质激活微生物等方法有效增加了生物甲烷产量。然而,生物煤层气的研究时间还比较短,其形成机理、增产技术还处于起步阶段,未来需要微生物学、化学、力学等多学科新技术,以阐明生物煤层气形成机理、研发增产新技术,推动微生物增产煤层气技术的发展及工业化应用,助力煤层气产业的可持续发展。     

生物成因煤层气生成的主控因素探讨

根据国内外学者的研究,由于生物成因煤层气持续生成,一些煤层气井的采出总量远远高于勘探阶段发现的资源总量,因此,了解生物成因煤层气的形成机理,对勘探开发这部分煤层气资源具有重要意义。然而,经过多年研究,生物成因煤层气的形成机理依然不明。本文在大量阅读国内外相关文献的基础上,对影响生物成因煤层气生成的主控因素:生成途径、鉴别标志、生成条件、与其生成相关的微生物菌群等进行了总结,指出了目前生物成因煤层气生成机理研究方面存在的问题。这对查明生物成因煤层气的形成机理,探讨煤与微生物的作用过程,指导煤层气勘探开发具有重要的理论和实际意义。     

生物成因煤层气产气原理及影响因素研究进展

生物成因煤层气是煤层气的一个重要类型,气田中的生物成因气多为次生生物成因气。文章对近年来产甲烷菌代谢煤产气研究中的各方面影响因素进行了综述,对次生生物成因煤层气的研究结果进行了分析,阐述了煤层气中产甲烷菌的产气原理,并对生物成因煤层气的发展方向作了展望,为更好地研究煤层气及利用产甲烷菌产气提供参考和依据。     

淮北煤田芦岭矿区次生生物气地球化学证据及其生成途径

从煤储层甲烷碳氢同位素组成、甲烷与水的氢同位素值的定量关系、煤层气田产出水的来源3个方面探讨了淮北煤田芦岭矿区煤层气的成因,结果表明：煤层气组分中甲烷气占绝对优势（达97%以上）,且明显显示出极干气的特征;甲烷碳和氢同位素值范围分别为-67.6‰~-64.2‰,-206‰~-224‰,属于生物成因气的分布范围;甲烷氢同位素值（δD（CH4））和水氢同位素值（δD(H2 O)）定量关系表明,煤层甲烷气主要是二氧化碳还原作用生成的次生生物成因气;煤层水样品点同位素值均落在大气降水线附近,说明煤层水的主要来源为大气降水,符合生物成因气生成需有雨水补给的条件。综合3个方面定性和定量分析结果,并结合研究区构造-热演化史,认为现今淮北煤田芦岭矿区的煤层气主要为次生生物成因气。     

生物成因煤层气研究进展

煤层气作为一种非常规天然气资源,在全球能源结构中扮演着越来越重要的角色,成为从传统化石能源向清洁能源转化过程中不可逾越的桥梁。其中,生物成因煤层气在全球煤层气田开采中占有主要地位,因此,对生物成因煤层气的研究在资源利用和经济开发上都有着重要意义。对生物成因煤层气生成机理、煤级对生物甲烷形成的影响、生物煤层气成气环境要求等方面进行综述,旨在为生物成因气煤层气产业的可持续发展提供参考。     

褐煤本源菌生气特征及其作用机理

阐明了微生物与煤中有机质相互作用而生气的特征和机理,是深入理解煤层气成因及创新煤层气开采方法的重要基础。以昭通盆地褐煤为对象开展次生生物煤层气生成的模拟实验研究,并对生气机制进行了探讨。研究发现,褐煤样品中有本源活性厌氧细菌存在,以厌氧纤维素分解菌为主,硫酸盐还原菌极少;成功富集到本源产甲烷菌,以革兰氏阳性杆菌为主,个体差异较大。在此基础上,以富集到的本源菌为菌源,利用褐煤样品为底物进行了生物气生成模拟实验。结果表明:本源厌氧菌经过适应期后,能够利用褐煤有机质大量生气;次生生物气经历了两个产气周期,第1周期为腐植组产气期,第2周期是惰质组、稳定组产气期。认为产甲烷菌数量和腐植组含量直接影响生成潜力,矿物质对生气量影响明显;第1个周期的生气机理是乙酸发酵,第2个周期有CO2还原作用参与其中。结果显示:所生成甲烷的δ13C1值和δD均处于次生生物气正常范围;δ13C1随着降解时间的延长而变轻,这主要受底物类型和甲烷生成途径控制;13C1有明显从原煤向生物气中迁移的特征,认为母源继承关系和显微组分构成是造成迁移行为差异的重要原因。同时发现:在厌氧细菌降解作用下,褐煤族组分中饱和烃是受微生物降解的主要成分,厌氧细菌对偶数碳烷烃的降解能力更强,对正构烷烃的降解能力强过对异构烷烃的降解,低碳数的正构烷烃受降解程度大于高碳数烷烃,降解后期长链烷烃才受到明显的生物降解作用。基于实验结果认为,褐煤次生生物气产出是多种微生物共同作用的结果。随降解活动的进行,体系中优势微生物、生物酶发生改变和更替,引起pH值和VFA含量变化。降解初期发酵细菌为优势菌种,产甲烷菌和辅酶F420活性受到酸性物质的抑制。随后,产氢产乙酸菌成为优势菌,它们利用发酵细菌代谢产物产生乙酸和氢,两者之间具有食物链关系。辅酶F420活性在静止期后增长迅速,并在产气高峰期达到最大,体现本源产甲烷菌对褐煤底物的良好适应性,是评价产气量高低的有效指标。通过改变生气条件,研究底物类型、褐煤粒度、矿井水和煤矸石对褐煤生物气生成的影响。结果表明:不同配比的酵母浸出液、甲醇和乙酸钠溶液对生物气生成具有抑制或激活作用,较小粒度褐煤有利于提高生气率,不同比例矿井水的添加能够有效增加次生生物气产量。煤矸石本身不能作为基质被厌氧细菌利用。     

鄂尔多斯盆地东南缘临汾区块煤层气成因及其影响

为研究临汾地区煤层气成因类型,在综合前人研究成果的基础上,研究分析了煤芯解吸气成分、井口气成分、碳同位素特征、煤层水地球化学特征及水动力等条件,认为研究区煤层气保存条件整体良好,但甲烷碳同位素偏轻、重烃组分偏少,表明受到了一定因素或次生作用的影响。对比分析导致甲烷碳同位素偏轻、重烃组分偏少的次生改造作用,认为扩散-运移的影响作用最大,还认为临汾区块东缘和薛关一带具备形成次生生物成因气的条件。结合Whiticar图版,认为临汾区块煤层气主要为受到运移-扩散次生作用影响的热成因气,J81井5号和8号煤、J25井8号煤层气为次生生物成因气,J25井5号煤和J60,J62,J11,J80井煤层气为热成因气和次生生物气的混合气。薛关一带和东缘刁口—蒲县东一带虽有次生生物气的补充,但后期保存条件较差,含气量普遍偏低。薛关断裂以西的构造斜坡带,热成因气保存条件良好,含气量高。     

我国次生生物成因煤层气研究进展

为总结我国次生生物成因煤层气理论研究和工程实践发展现状,全面收集了我国煤层次生生物气比较丰富地区的煤层水和产气的地球化学数据,归纳总结前人研究结果,从形成机理、形成环境、产气特征和煤层气生物工程多角度进行探讨。结果表明：次生生物气在我国低煤级、中煤级以及高煤级含煤储层和煤矿区中均有存在,总体富含次生生物气地区中的地下水动力条件不强,普遍处于弱径流的水动力环境中,且水型多为Na-HCO₃型和Na-Cl·HCO₃型;此外,煤层中次生生物气与热成因气往往混合存在,同时部分存在热成因气的生物再改造迹象,且产气途径多以CO₂还原为主,气体组分较干;目前,我国人工煤炭次生生物气数量尚达不到工业规模,煤层气生物工程还处于早期试验阶段,这主要受限于煤炭生物转化效率低和规模性生物气化技术不成熟;发现和培育高效产甲烷菌,将煤层气生物工程与采煤采气一体化技术相结合,实现规模性生物降解产气,是微生物增产煤层气工程可持续发展的必要之路。     

郑庄-胡底煤层气地球化学特征及成因探讨

结合沁水盆地南部地质构造史和热演化过程,从甲烷碳同位素与煤岩镜质组反射率、甲烷碳与氢同位素、甲烷与水的氢同位素值定量关系3方面探讨了郑庄和胡底区块煤层气成因,结果表明:煤层气组分中,甲烷体积分数占绝对优势,为96.83%~98.55%,为极干燥气体;甲烷δ13C1和δD分别为-33.1‰~-30.8‰和-179.32‰~-160.53‰;煤层气主要为经次生改造的热解成因煤层气。煤层气δ13C1实测值与推测值-27.89‰相比明显偏轻,其原因是燕山期异常古地温阶段,横向地下水循环和竖向热液循环过程中流体优先溶解13CH4产生的甲烷碳同位素分馏作用的结果。15号煤抽采煤层气甲烷氢同位素值与伴生水氢同位素值定量关系表明,由于CO2还原次生生物作用造成3号煤和15号煤抽采煤层气甲烷δD的差异。     

多手段表征富油煤微生物厌氧发酵孔隙结构变化特征及机制

煤层气生物工程技术是实现富油煤绿色、低碳开发的有效手段之一。为探究微生物厌氧发酵作用下富油煤孔隙结构演化特征，以鄂尔多斯盆地南部黄陵矿区富油煤为研究对象，在实验室条件下开展微生物厌氧发酵(降解)富油煤生烃模拟实验，采用场发射扫描电镜、3D形貌仪、CT扫描、孔隙度/渗透率测试等手段，对微生物降解前后的富油煤表面形貌、粗糙度和内部孔隙进行表征，并探讨微生物降解作用下富油煤的孔渗结构演化规律及生烃机制。结果表明：不同规格大小的煤样甲烷生成潜力与煤的质量(或接触面积)呈正相关关系；微生物降解作用具有显著的扩孔、增孔、增容、造缝等效果，以及降低煤体表面粗糙度，使其变得平滑，有利于煤层气的解吸和运移；微生物还可沿着节理、裂隙系统进入富油煤内部，改造煤体孔隙结构及其连通性；同时微生物降解作用还可提高富油煤的孔隙度和渗透率，为煤层气的渗流和运移提供了良好的通道。微生物主要作用于富油煤中脂肪族上的支链，打破小分子间连接较弱的氢键，降低脂肪族的分支程度和煤结构的交联度，进而生成甲烷。微生物作用还可改变富油煤芳香度和芳香环的缩合程度，进而改变富油煤大分子结构与孔隙结构。微生物厌氧发酵富油煤与非富油煤的生烃机...     

煤层气液化技术

本文在论述中国煤层气利用中存在的相关问题的基础上，重点阐述了煤层气液化的优点，煤层气液化技术的现状，以及国内相关机构在此方面所作的工作。     

煤层气注入增产法的探讨

煤层气储集层具有构造复杂、含气量低、渗透率低、原始储层压力低等特点，注入增产法（ECBM）是当前提高煤层气采收率的主要方法之一，也是目前国内外煤层气开发单位集中力量重点研究的驱替增产技术。本文在石油系统相关经验的基础上，主要从注入增产机理、注气井网类型、地面设备流程、注采动态分析模式等四方面较综合地阐述了注入增产的方式方法。     

注重煤层气的综合利用

通过对煤层气的形成、化学组分、地球化学组成和变化的地质控制、成因、主要气体组分的性质分析研究,得出结论:煤层气的综合利用为化工原料、合成油、工业与民用燃料。     

煤层气产出量的影响因素

影响煤层气产出量的因素很多，本文在论述煤层的渗透率对煤层气的产出影响不大的同时，指出了影响煤层气产出量的两个重要因素：人为因素-井径，它是一个非常重要的参量；自然因素-煤层气的含气量以及煤层气的压力吸附特性是另一个非常重要的参量。对于前者，我们可以运用井底造穴和压裂等方法来增大井眼的等效半径，改善产层压力曲线，使产气控制区域增大。对于后者，我们应该重视客观，普及对煤层气的解析及压力吸附测试技术，加强对煤层数据的采集、分析、研究，以便更好的指导我们对煤层气的勘探开发工作。     

煤层气钻井技术的应用研究

针对煤层气开发技术特点，综合应用小口径金刚石绳索取心钻进与大口径牙轮钻头扩孔成井方法，合理配置井下钻具，优化钻进技术参数和泥浆工艺技术，有效的冲孔换浆技术措施，使得储层测试、套管人井及固井各项工作进行顺利。     

中国煤层气地质与资源评价

我国地壳运动具有多期叠加性,构造活动具有多样性,成煤和煤化作用地质条件复杂,煤层气富集成藏条件具有诸多特殊性。本文通过系统总结我国煤层气地质背景和成藏富集规律,建立了一套以体积法和区带综合评价方法为主的评价方法体系和相应的参数体系,评价获得全国42个主要含气盆地埋深2000m以浅煤层气地质资源量36．81×10^12m^3,埋深1500m以浅煤层气可采资源量10．87×10^12m^3,集中分布在地质资源量大于10000×10^8m^3的鄂尔多斯、沁水等9个盆地。优选出沁水和鄂尔多斯盆地东缘2个最有利区带,鄂尔多斯盆地南缘、宁武、安阳-鹤壁、松藻4个有利区带,准南、伊犁等11个较有利区带。     

煤层气井排采技术分析

煤层气的产出机理决定了煤层气井必须进行排水降压,才能达到产气的目的。文章分析了当前我国煤层气井排采的主要方法及其适应性,指出合理的排采制度和精细的排采控制是保证煤层气井排采成功的关键排因素。认为非连续性排采、排采强度过大及井底流压降低过快是影响我国煤层气井产量的主要工程因素。     

煤层气资源现状及开发利用技术

介绍了煤层气的具体概念,给出了煤层气在中国和世界的储量状况,分析了煤层气作为新兴能源的优点,阐述了煤层气作为新能源在保护环境方面的巨大贡献。同时,介绍了国际上主要的开采煤层气方法,展望了煤层气的光明前景。     

对煤层气井施工技术的认识

根据施工煤层气井的成功实践,介绍了有关煤层气井的钻进、固井工程及煤层改造等施工技术。     

国内深部煤层气研究现状

本文对近十年来国内深部煤层气研究所取得的进展进行总结。在含气性预测方面,很多含煤区做了初步性的探索,为下一步的勘探开发打下基础。新的理论成果主要有深部煤层气含量计算新方法、各种地质作用的耦合模型、地球物理方法的应用等。深部煤层气存在的问题较多,需要进一步开展研究工作。