煤炭学报

作者：苏现波, 丁锐, 赵伟仲, 严德天, 李瑞明, 王一兵, 王海超, 黄胜海, 周艺璇, 王小明, 伏海蛟,

关键词：准噶尔盆地南缘(准南), 低质煤层气, CO₂生物甲烷化, H₂S原位抑制, 提质增量,

煤层气作为一种非常规天然气，其开发利用契合国家能源安全目标，更是对碳中和的一种助力。准南是我国重要的煤层气资源富集区之一，也是目前中国煤层气开发的热点地区，但高产井数量不多，稳产困难，迫切需要一种能够增加单井控制范围内煤层气资源量的技术；同时高CO2和高H2S体积分数已经成为该区煤层气的普遍现象，迫切需要一种原位处置这2种有害气体的技术，煤层气生物工程为此类煤层气的“提质增量”提供一种潜在可行技术。现场的跟踪监测以及实验室物理模拟试验表明，CO2的体积分数与储层温度密切相关，产酸发酵细菌和产氢产乙酸菌能够在较为宽广的储层温度下保持活性而产生CO2；而相对较低的储层温度下氢营养型产甲烷菌代谢较弱、CO2很难被还原，这是该区CO2的主要成因。此外发现地下水中携带的有机质、\mathrmSO_4^2- 和原始菌群在运移过程中进行着代谢活动，随着排采的长期进行，当地下水补给速率、排采速率和产甲烷菌的代谢周期相匹配时，就会生成的H2S，被称为后生生物H2S。这2种酸性气体的存在，不仅影响安全生产，也大幅降低了煤层气的“质”。以准南低质煤层气为研究对象，提出了一种微生物介导的煤层气原位提质增量关键技术，并从必要性和可行性两方面阐述了该技术在煤层气增产、CO2原位微生物转化、H2S原位抑制方面的广阔前景。该技术的基本思路是将煤储层作为一个“车间”，微生物作为“劳动力”，将煤和原始储层中CO2作为“生产资料”，制造的“产品”为甲烷，对于CO2实现了生物甲烷化，对于H2S实现了原位抑制，对于煤层气实现了提质增量。该技术涉及的关键挑战包括高效菌群的培养(培育温度范围宽广的氢营养型产甲烷菌)、H2S原位抑制的生物压裂液研制以及提质增量的评价技术。物理模拟CO2微生物甲烷化实验表明随着储层温度的增加，CO2微生物累计甲烷化量逐渐增加，在55 ℃下达到最大值8.5 m3/t，参与该过程的糖酵解、丙酮酸代谢和TCA循环的关键酶的丰度在55 ℃下明显高于其他原位厌氧发酵系统，提高了CO2的转化效率与转化量；添加生物抑制剂的非CO2气氛厌氧发酵系统生物甲烷产量为4.5 m3/t，略高于对照组的4.38 m3/t；而气态H2S的体积分数比对照组减少了88.8%，且从第9天开始到产气结束一直为0，实现了H2S的原位抑制。

来源：2025年第1期

《煤炭学报》期刊编辑部

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