本發明屬于礦化修復巖層裂隙，具體是一種基于微生物和復合材料礦化封堵儲氫蓋層裂隙的方法。

背景技術：

1、隨著我國海上無淡化海水制氫技術取得重大突破性成就，氫氣憑借其清潔無污染、高效可再生的優勢，不僅推動了化石能源向清潔能源轉型的重要戰略發展，而且氫能的綜合利用也將進一步成為人類從資源型“能源開發”向技術型“能源創造”轉變的重要節點。與此同時，氫氣由于其爆炸極限范圍廣、難以儲存和運輸等問題，使得地下大規模儲氫逐漸得到重視。地下儲氫庫通常位于數百米至數千米的地層中，地下儲氫庫通常包括鹽穴、含水層和枯竭油氣藏三種類型。枯竭油氣藏由于其存儲空間大，開采破壞程度小，被認為是最有潛力的地下儲氫地質構造。我國枯竭油氣藏分布范圍廣，主要集中在西北、華北、東北地區，地理上與油氣田、綠電產業相匹配，地質上經過油氣的全面勘探開發，信息保存完整，地表和地下設施可直接投入使用，減少了初期地質勘探和基礎建設投資。

2、但是，要實現枯竭油氣藏中氫氣的高效存儲和采出，就要求儲氫蓋層有較好的完整性和密封性，防止氫氣向外擴散造成經濟損失。同時由于氫氣的長期儲存以及循環注采會造成儲氫蓋層壓力的波動，從而可能激活封堵儲層流體運移的原生孔裂隙，或造成原生孔隙結構的疏通和擴張，使儲氫蓋層結構變得松散，成為氫氣擴散、泄漏的潛在通道，并對儲層的穩定性造成影響。因此，通過封堵來增強儲氫蓋層的密封性和完整性十分必要，但傳統的泥漿封由于受到含水率、黏性等影響可能無法充分滲透并完全密封微小孔隙，使得封堵的成功率較低。

技術實現思路

1、本發明為了解決儲氫蓋層中原生孔裂隙造成儲存氫氣擴散和泄露，以及氫氣循環注采引起的壓力循環擾動對儲氫蓋層密封性和完整性的問題，提供一種基于微生物和復合材料礦化封堵儲氫蓋層裂隙的方法。

2、本發明采取以下技術方案：一種基于微生物和復合材料礦化封堵儲氫蓋層裂隙的方法，包括：

3、s100：將配置好的粉煤灰流體灌注至儲氫蓋層部分；

4、s200：待粉煤灰流體灌注完畢，使儲氫蓋層中的裂隙結構得以充分潤濕后，將配置好的標準砂和粒狀活性炭組成的復合流體灌注至儲氫蓋層部分；

5、s300：選取礦化微生物菌種，礦化微生物菌種經液體培養基活化和擴大化培養后得到礦化微生物菌液；

6、s400：將尿素和乳酸鈣加入水中配制成膠結液，將礦化微生物菌液與膠結液充分混合后形成混合菌液，將配置好的混合菌液灌注至儲氫蓋層部分；

7、s500：在實驗室模擬實際地層環境，并對該實驗室模擬的實際地層環境實施步驟s100~s300，并根據實驗結果向儲氫蓋層中補充膠結液。

8、在一些實施例中，步驟s100中，粉煤灰流體中粉煤灰粒徑范圍為0.5~300μm，密度范圍為1.4g/cm3~1.8g/cm3。

9、在一些實施例中，步驟s200中，標準砂的粒徑范圍為0.075mm~2mm，粒狀活性炭的粒徑范圍為0.175mm以上，復合流體密度范圍為1.8g/cm3~2.2g/cm3。

10、在一些實施例中，步驟s300中，礦化微生物菌種選取巴氏芽孢八疊球菌。

11、在一些實施例中，步驟s400中，膠結液的比例為1:1的尿素和乳酸鈣，其中，尿素作為生物代謝反應的底物，乳酸鈣作為營養物質和ca源。

12、在一些實施例中，步驟s500包括：

13、s501：選取較大體積的儲氫蓋層中的巖樣作為實驗室參考對象，在實驗室模擬實際地層環境，根據儲氫蓋層勘探體積與所選取巖樣的體積等比例換算所需灌注的混合菌液體積與復合流體體積，并對該巖樣實施所述步驟s100~s300；

14、s502：使用實驗手段定期檢測所述巖樣內散體顆粒與原生裂隙的膠結與修復程度；

15、s503：根據巖樣實施結果，重復多次向儲氫蓋層中補充膠結液。

16、在一些實施例中，步驟s501中，根據儲氫蓋層勘探體積與所選取巖樣的體積等比例換算所需灌注的混合菌液體積與復合流體體積的換算公式如下：

17、

18、式中：v1表示儲氫蓋層體積，m3；

19、v2表示實驗室巖樣體積，m3；

20、v1’表示向儲氫蓋層中灌注的混合菌液體積，m3；

21、v2’表示向實驗室巖樣中灌注的混合菌液體積，m3；

22、v1’’表示向儲氫蓋層中灌注的復合流體體積，m3；

23、v2’’表示向實驗室巖樣中灌注的復合流體體積，m3。

24、在一些實施例中，步驟s502包括，使用ct掃描、bet比表面積測試儀、巖心滲透率測定儀等實驗手段定期檢測所述巖樣的孔隙度、孔徑分布、滲透率的參數來描述巖樣內散體顆粒與原生裂隙的膠結與修復程度。

25、在一些實施例中，儲氫蓋層為枯竭油氣藏的上部巖層。

26、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

27、本發明提出的基于巴氏芽孢八疊球菌和復合流體材料礦化封堵儲氫蓋層裂隙的方法，利用微生物所分泌有機物具有的強膠結作用，可與生成的caco3結合并粘附于復合材料與裂縫內壁，通過不斷產生caco3及其膨脹性逐步填補裂隙，使整個蓋層結構變得致密，從而減低蓋層的滲透率，最終達成封堵和修復裂縫的目標。進而，阻礙了氫氣通過蓋層裂隙向外擴散和泄露造成的損失，同時，由于儲氫蓋層結構變得致密，增強了其抗壓、抗剪切和抗擾動能力，保證了氫氣地址儲存的結構安全性。

28、與水泥、泥漿等傳統流體材料的封堵孔隙相比，增加了微生物的自修復能力，避免了傳統封堵后由于儲氫蓋層受到壓力擾動產生次生裂隙的反復封堵工作，以及傳統封堵流體難以到達微小孔隙的問題；與巴氏芽孢桿菌復合巖土材料流體封堵裂隙相比，巴氏芽孢八疊球菌產生的脲酶具有更高的尿素降解活性，且幾乎達到了已知物種的最大值，且巴氏芽孢八疊球菌是一種嗜堿菌，同時能夠產生休眠幾十年的孢子，在惡劣環境中存活數年，直到裂縫出現，可再次注入膠結液激活行使其功能。

29、本發明提出的選取粉煤灰材料作為首注流體封堵微小孔隙，能有效利用粉煤灰的特征，實現微小孔隙封堵的同時對固體廢物進行充分有效的利用。

30、本發明提出的不同粒徑復合流體封堵裂隙，通過先注入粉煤灰流體封堵微小孔隙，后注入不同粒徑的標準砂和粒狀活性炭復合流體封堵較大裂隙，能夠形成從大孔隙到小孔隙中大粒徑填充物到小粒徑填充物的致密“過濾式”結構，能夠在一定程度上減少由于混合菌液黏度相對較低引起的流體濾失。

31、本發明提出的不同粒徑復合流體封堵裂隙，能夠實現流體的分級使用，提高材料利用率，既可以避免完全小顆粒填充引起的過多材料注入儲氫蓋層，也可以避免完全大顆粒填充造成的顆粒間間隙，延長礦化封堵的時間。

32、本發明中提出的復合流體中活性炭的加入，可利用其良好的吸附性能為巴氏芽孢八疊球菌提供吸附位點，減少巴氏芽孢八疊球菌由于流動造成的數量損失。

33、本發明中提出的尿素和乳酸鈣膠結液，與現有的尿素和cacl2配方相比，替換為乳酸鈣作為菌體營養和ca2+原料，能夠避免由于蓋層巖體中營養物質缺乏引起的細菌活性降低和衰亡。