[发明专利]一种煤炭制氢的生物-高温气化联采方法

权利要求书

1.一种煤炭制氢的生物-高温气化联采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：沿最小水平地应力方向向地面平行钻取两口水平井至煤层，两口水平井下套管并固井；

步骤二：通过探测设备在已钻的水平井中探明煤层中的温度和压力条件，于实验室开展煤基产氢菌的培养，以矿井水作为菌种来源，以煤样作为发酵底物，按照产氢菌培养基配制方法富集培养产氢菌，培养过程中保证厌氧的环境，培育温度为35±0.5 ℃，pH维持在6，以此筛选出适应地层温压条件且产氢率大于100 mL/g的优质菌种作为煤炭原位发酵制氢的微生物，将富集菌液放置于35 ℃的恒温培养箱中培养4 d，待结束后将培养好的菌液保存备用；

步骤三：根据地层环境设置实验温压条件，甄选菌株高活性扩散的临界裂隙密度；在实验室内开展模拟真实地层条件下3~6立方米/分钟低排量与8~15次/分钟频率的循环泵注压裂试验，确定有利于在煤层内形成临界裂隙密度的压裂泵注参数；选用上述泵注参数再次开展临界裂隙压裂试验，压裂过程中开展压裂示踪剂注入—返排监测，同时开展室内微震监测，确定产生临界裂隙密度的示踪剂返排特性与微震信号特征；

步骤四：采用螺旋射孔、桥塞封隔与泵注高压压裂液相结合的工艺在水平井段由井底向井口依次压裂，对煤层中两口水平井开展后退式分段压裂，通过采用实验室试验确定的泵注参数开展压裂，在两口水平井煤层段之间形成压裂缝网，初步形成裂隙缝网后以实验室试验确定的泵注频率开展循环泵注水力压裂，用压裂示踪剂注入—返排技术和微震监测技术分析压裂后的裂缝形态和裂缝参数，当示踪剂返排特性与微震信号特征分别与临界裂隙对应特征相符时停止循环泵注，以形成待作业煤层的临界裂隙；

步骤五：封堵竖直井内位于开采煤层以上的部分，通过负压管路的抽吸作用，于地面直井口抽采出水平井段内的煤层气；

步骤六：对煤层进行碱化预处理，使待作业煤层pH在6，将于实验室培养的煤基产氢微生物菌液通过两水平井注入煤层，使产氢微生物沿临界裂隙扩散，在注入产氢菌液过程中实时监测菌株的温度和压力，将其控制在微生物活性范围内，待菌液注入完毕后利用煤层温压条件促进微生物剥离煤碳含氢官能团并捕捉代谢，将煤中有机组分进行多级降解后产生氢气、二氧化碳及部分小分子酸，实现煤炭原位碳氢分离并制成氢气；

步骤七：在微生物发酵产氢过程中，于水平井段产氢区域安装压力监测仪，实现对发酵作业环境压力的实时监测，确保压力在正常压力区间：0.15~0.25 MPa，若测得压力超出0.25 MPa，则两井抽采部分氢气使作业环境的压力回归正常压力区间，当产氢水平井段内的压力开始下降且焖井条件下井筒内压力保持不变时，微生物发酵产氢过程完毕，彻底抽采作业环境内的所有氢气，准备开展后续高温气化作业；

步骤八：对生物采氢后孔裂隙增加的遗留煤层，两口水平井一口设为燃烧井，另一口设为抽采井，于燃烧井利用射孔簇注氧并点火，依次进行后退式煤炭地下气化作业，热量通过压裂裂缝加热燃烧井与抽采井之间的煤层，在抽采井中泵注清水至井底压力达22.1 MPa以上时保持泵注压力，利用煤层燃烧达374 ℃以上的高温条件、地应力与泵注压力联合形成的22.1 MPa的高压条件，使孔缝内的清水进入超临界状态，进而实现超临界水与高温碳反应气化制氢，待泵注清水井底压力难以维持压力时停泵，至该井段高温制氢反应完毕时于抽采井抽采氢气；

步骤九：两口水平井当前射孔簇处的煤依次完成生物—高温燃烧气化改造后，注浆填充燃空区，重复上述高温气化制氢步骤，直至所有煤层改造完毕。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭制氢的生物-高温气化联采方法，其特征在于：步骤一中，以埋深超过1000米的煤层作为优势改造储层，两口水平井先垂直钻进形成竖直井段，到达煤层后水平钻进形成水平井段，两口水平井相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭制氢的生物-高温气化联采方法，其特征在于：步骤一中，两口水平井的井间距为400~500米，水平井段长为1000~3000米，均沿最小水平地应力方向钻取。

4.根据权利要求1所述的一种煤炭制氢的生物-高温气化联采方法，其特征在于：步骤三中，压裂示踪剂注入—返排技术是在各段压裂液中加入一定浓度的微量物质示踪剂La、Ce、Pr、Nd，待压裂施工结束后，定时监测返排液中示踪剂的浓度，通过对比分析即可得到压裂后的裂缝形态和裂缝参数。