一种油气田钻井岩屑微生物发酵方法与流程

技术领域：

本发明涉及微生物发酵技术领域，特别是涉及一种油气田钻井岩屑微生物发酵方法。

背景技术：
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油气勘探、开发过程中产生的钻井岩屑是钻井过程中钻井液携带钻屑从固控系统排放的废弃物，是一种多相稳态胶体悬浮体系，含有粘土、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等，是油气勘探、开发过程中产生的主要污染物，具有高ph、高cod、高稳定性、高含盐量、可生化性差等特点，直接排放对生态环境危害较大。钻井岩屑的处置不当和超标排放可引起土壤、地表水和地下水多种环境介质的严重污染。为保障生态环境健康，钻井岩屑的无害化与资源化受到广泛关注。

目前，对于钻井岩屑的处理主要用于制作免烧砖，制作免烧砖处理岩屑的缺点是用量少，成本高，而且免烧砖市场需求小。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种能够达到对钻井岩屑进行集中化、资源化和无害化处理目的，实现资源重复利用、保护生态环境，适应性范围广、生产成本低、施工工艺简便、修复效果好的油气田钻井岩屑微生物发酵方法。

本发明的目的由如下技术方案实施：一种油气田钻井岩屑微生物发酵方法，其包括如下步骤：(1)钻井岩屑筛分搅拌；(2)铺设供气管路；(3)分层码垛；(4)生物通风发酵，其中，

(1)钻井岩屑筛分搅拌：将钻井岩屑进行筛分，去除5cm以上的大块，然后按照2-5％重量比例加入有机质作为疏松剂混合均匀制得待发酵物料；

(2)铺设供气管路：由下至上每1-2米铺设一层供气管路；

(3)分层码垛：铺完供气管道后，进行发酵物料码垛，每码垛0.5米厚度，按干物质1-2％重量比例分别喷洒复合菌剂和营养液；

(4)生物通风发酵：码垛完成后开始生物发酵，当发酵物料中石油溶剂含量不高于1000mg/kg，ph为6.0-8.0时发酵完成。

优选的，所述步骤(4)中，发酵温度为：25℃，每12小时通风一次，每次通风30分钟；供气量为5000m³/min；发酵处理过程中，保持发酵物料含水率在20-25％。

优选的，所述有机质为锯末或秸秆或锯末与秸秆按任意比例的混合。

优选的，所述步骤(3)中，码垛高度为3-4米。

优选的，所述营养液为质量浓度为2.5％的磷酸二氢钾水溶液。

优选的，所述复合菌剂包括如下原料：乙酸钙不动杆菌；枯草芽孢杆菌；地衣芽孢杆菌；铜绿假单胞菌；食石蜡戈登氏菌；解糖假苍白杆菌；氧化微杆菌；反硝化无色杆菌。

优选的，所述复合菌剂包括如下重量份的原料：乙酸钙不动杆菌1-10份；枯草芽孢杆菌10-20份；地衣芽孢杆菌1-5份；铜绿假单胞菌5-15份；食石蜡戈登氏菌1-25份；解糖假苍白杆菌10-15份；氧化微杆菌1-5份；反硝化无色杆菌1-20份。

优选的，所述复合菌剂为液体制剂。

优选的，所述复合菌剂中总活菌浓度为2.0-10.0亿/ml。

优选的，所述复合菌剂中还包括有葡萄糖0.5-5g/l；淀粉0.2-10g/l；磷酸二氢钾0.1-0.6g/l；磷酸氢二钾0.2-0.8g/l，维生素b120.01-0.2g/l。

本发明的优点：

本发明通过复合功能菌种的投放与土著微生物如土著放线菌诱导激活的协同作用，实现了岩屑中污染物的有效降解转化。对钻井岩屑堆体采取人工强化措施，促进钻井岩屑中具备污染物降解能力的土著微生物和外源微生物的生长，降解钻井岩屑中的污染物，包括一些石油烃、cod等有害物质；将钻井岩屑由第ⅱ类一般工业固体废物，转变为一般固废i类，达到《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(gb18599—2001)及其修改单标准；可以用于废旧坑矿治理，生态修复、植被用土、路基土制作等，从而达到对钻井岩屑进行集中化、资源化和无害化处理目的，实现资源重复利用、保护生态环境的目标。本发明具有适应性范围广、生产成本低、施工工艺简便、修复效果好等优点。

具体实施方式：

实施例1-4中，乙酸钙不动杆菌(acinetobactercalcoaceticus)保藏编号为：cgmcc1.6186；枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)保藏编号为：cgmcc1.9083；地衣芽孢杆菌(bacilluslicheniformis)保藏编号为：cgmcc1.10314；铜绿假单胞菌(pseudomonasaeruginosa)保藏编号为：cgmcc1.10452；食石蜡戈登氏菌(gordoniaparaffinivorans)保藏编号为：cgmcc4.1730；解糖假苍白杆菌(pseudochrobactrumsaccharolyticum)保藏编号为：cgmcc1.12044；氧化微杆菌(microbacteriumoxydans)保藏编号为：cgmcc1.15892；反硝化无色杆菌(achromobacterdenitrificans)保藏编号为：cgmcc1.2679。以上菌种均从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心获得。

实施例1：一种油气田钻井岩屑微生物发酵方法，其包括如下步骤：(1)钻井岩屑筛分搅拌；(2)铺设供气管路；(3)分层码垛；(4)生物通风发酵，其中，

(1)钻井岩屑筛分搅拌：将钻井岩屑进行筛分，去除5cm以上的大块，然后按照5％重量比例加入有机质作为疏松剂混合均匀制得待发酵物料；本实施例中，有机质为秸秆。

(2)铺设供气管路：由下至上每1米铺设一层供气管路；

(3)分层码垛：铺完供气管道后，进行发酵物料码垛，每码垛0.5米厚度，按干物质1％重量比例分别喷洒复合菌剂和营养液，码垛高度为3米；本实施例中，复合菌剂包括如下重量份的原料：乙酸钙不动杆菌1份；枯草芽孢杆菌10份；地衣芽孢杆菌1份；铜绿假单胞菌5份；食烷烃戈登氏菌1份；解糖假苍白杆菌10份；氧化微杆菌1份；反硝化无色杆菌1份；本实施例，复合菌剂为液体制剂；本实施例复合菌剂中总活菌浓度为2.0亿/ml。本实施例，复合菌剂中还包括有葡萄糖0.5g/l；淀粉0.2g/l；磷酸二氢钾0.1g/l；磷酸氢二钾0.2g/l，维生素b120.01g/l。本实施例中，营养液为质量浓度为2.5％的磷酸二氢钾水溶液。

(4)生物通风发酵：码垛完成后开始生物发酵，发酵温度为：25℃，每12小时通风一次，每次通风30分钟；供气量为5000m³/min；发酵处理过程中，保持发酵物料含水率在20-25％。当发酵物料中石油溶剂含量不高于1000mg/kg，ph为6.0-8.0时发酵完成。

实施例2：一种油气田钻井岩屑微生物发酵方法，其包括如下步骤：(1)钻井岩屑筛分搅拌；(2)铺设供气管路；(3)分层码垛；(4)生物通风发酵，其中，

(1)钻井岩屑筛分搅拌：将钻井岩屑进行筛分，去除5cm以上的大块，然后按照2％重量比例加入有机质作为疏松剂混合均匀制得待发酵物料；本实施例中，有机质为锯末。

(2)铺设供气管路：由下至上每2米铺设一层供气管路；

(3)分层码垛：铺完供气管道后，进行发酵物料码垛，每码垛0.5米厚度，按干物质2％重量比例分别喷洒复合菌剂和营养液，码垛高度为4米；本实施例中，复合菌剂包括如下重量份的原料：乙酸钙不动杆菌10份；枯草芽孢杆菌20份；地衣芽孢杆菌5份；铜绿假单胞菌15份；食烷烃戈登氏菌25份；解糖假苍白杆菌15份；氧化微杆菌5份；反硝化无色杆菌20份；本实施例，复合菌剂为液体制剂；本实施例复合菌剂中总活菌浓度为10.0亿/ml。本实施例，复合菌剂中还包括有葡萄糖5g/l；淀粉10g/l；磷酸二氢钾0.6g/l；磷酸氢二钾0.8g/l，维生素b120.2g/l。本实施例中，营养液为质量浓度为2.5％的磷酸二氢钾水溶液。

(4)生物通风发酵：码垛完成后开始生物发酵，发酵温度为：25℃，每12小时通风一次，每次通风30分钟；供气量为5000m³/min；发酵处理过程中，保持发酵物料含水率在20-25％。当发酵物料中石油溶剂含量不高于1000mg/kg，ph为6.0-8.0时发酵完成。

实施例3：一种油气田钻井岩屑微生物发酵方法，其包括如下步骤：(1)钻井岩屑筛分搅拌；(2)铺设供气管路；(3)分层码垛；(4)生物通风发酵，其中，

(1)钻井岩屑筛分搅拌：将钻井岩屑进行筛分，去除5cm以上的大块，然后按照3％重量比例加入有机质作为疏松剂混合均匀制得待发酵物料；本实施例中，有机质为锯末与秸秆按1:1重量比例的混合。

(2)铺设供气管路：由下至上每1.5米铺设一层供气管路；

(3)分层码垛：铺完供气管道后，进行发酵物料码垛，每码垛0.5米厚度，按干物质1.5％重量比例分别喷洒复合菌剂和营养液，码垛高度为4米；本实施例中，复合菌剂包括如下重量份的原料：乙酸钙不动杆菌5份；枯草芽孢杆菌15份；地衣芽孢杆菌3份；铜绿假单胞菌11份；食烷烃戈登氏菌12份；解糖假苍白杆菌12份；氧化微杆菌3份；反硝化无色杆菌10份；本实施例，复合菌剂为液体制剂；本实施例复合菌剂中总活菌浓度为5亿/ml。本实施例，复合菌剂中还包括有葡萄糖2g/l；淀粉5g/l；磷酸二氢钾0.3g/l；磷酸氢二钾0.5g/l，维生素b120.1g/l。本实施例中，营养液为质量浓度为2.5％的磷酸二氢钾水溶液。

(4)生物通风发酵：码垛完成后开始生物发酵，发酵温度为：25℃，每12小时通风一次，每次通风30分钟；供气量为5000m³/min；发酵处理过程中，保持发酵物料含水率在20-25％。当发酵物料中石油溶剂含量不高于1000mg/kg，ph为6.0-8.0时发酵完成。

实施例1-3中复合菌剂按如下方法制备得到：其包括如下步骤：(1)按如下重量比例称取菌种；(2)菌种活化；(3)一级种子发酵；(4)二级种子发酵；(5)工业发酵；(6)组分调配制得成品微生物修复液体菌剂；其中，

(1)按实施例1-3中重量比例称取原料：乙酸钙不动杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种、铜绿假单胞菌菌种、食烷烃戈登氏菌菌种、解糖假苍白杆菌菌种、氧化微杆菌菌种和反硝化无色杆菌菌种；

(2)菌种活化：将称取的菌种乙酸钙不动杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种、铜绿假单胞菌菌种、食烷烃戈登氏菌菌种、解糖假苍白杆菌菌种、氧化微杆菌菌种和反硝化无色杆菌菌种分别接种于500ml三角瓶活化，活化温度为30℃，转速为165r/min,培养30h得到活化菌液；

(3)一级种子发酵：将乙酸钙不动杆菌的活化菌液与铜绿假单胞菌的活化菌液组合，枯草芽孢杆菌的活化菌液与地衣芽孢杆菌的活化菌液组合，食烷烃戈登氏菌的活化菌液与解糖假苍白杆菌的活化菌液组合，氧化微杆菌的活化菌液与反硝化无色杆菌的活化菌液组合，分别进行组合发酵培养，通气量为2m³/h，转速为210r/min，温度为30℃，ph值为6.5-7.5，发酵培养20h得到一级发酵菌液；其中，一级种子发酵的培养基为：葡萄糖2g/l，蛋白胨6g/l，硫酸铵5g/l，磷酸二氢钾0.4g/l，磷酸氢二钾0.5g/l，甘露醇0.5g/l，维生素b60.1g/l；

(4)二级种子发酵：将一级发酵菌液分别进行二级种子发酵，通气量为20m³/h，转速为210r/min，温度为30℃，ph值为6.5-7.5，发酵培养20h得到二级发酵菌液；其中，二级种子发酵的培养基为：葡萄糖20g/l，蛋白胨15g/l，硫酸铵10g/l，磷酸二氢钾4g/l，磷酸氢二钾5g/l，甘露醇5g/l，维生素b61g/l。

(5)工业发酵：将二级发酵菌液分别进行工业发酵，通气量为200m³/h，转速为210r/min，温度为30℃，ph值为6.5-7.5，发酵培养20h得到成品发酵菌液；其中，工业发酵的培养基为：葡萄糖50g/l，蛋白胨15g/l，硫酸铵10g/l，磷酸二氢钾5g/l，磷酸氢二铵5g/l，甘露醇5g/l，维生素b50.5g/l。

(6)组分调配制得成品微生物修复液体菌剂：将得到的四组成品发酵菌液混合后，得到混合发酵菌液；在所述混合发酵菌液中加入纯水调整总活菌浓度，然后按比例加入葡萄糖、淀粉、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、维生素b12，各组分搅拌混合均匀后分装制得微生物修复液体菌剂成品。

实施例4：

一、试验方案

拟对水基钻井岩屑固废利用本发明微生物发酵处理方法的中试。在玻璃温室大棚内砌了3个大小均一的试验池，每个池子可容纳5吨左右的水基钻井岩屑固废，1号池里面的样品为历史遗留的氧化钙处理的水基钻井岩屑固废，利用本发明方法做发酵处理，2号池和3号池的样品为新鲜水基钻井岩屑固废，利用本发明方法做发酵处理。

此次试验采样分两次进行，第一次采样于试验前2019年3月26日进行，第二次采样于试验结束后2019年5月26日进行，采样点位、编号及检测指标见下表1和表2。

表1采样点位和检测指标

表2采样编号

二、水基钻井岩屑固体废物经本发明方法处理前后有机物及无机含量检测

表3a1-a5浸出液无机元素及化合物检测数据

表4b1-b5浸出液无机元素及化合物检测数据

从表3可知，样品a1-a5经水平震荡法(gb5086)前处理后，浸出液中氟化物、铜、铬、锰、镍、锌、银、铅、镉、铍、砷、硒、汞、六价铬含量均小于《污水综合排放标准》(gb8978-1996)里面的一级标准，且ph值在6～9之间。

由第ⅰ类一般工业固体废物的判断依据“按照gb5086规定方法进行浸出试验而获得的浸出液中，任何一种污染物的浓度均未超过gb8978最高允许排放浓度，且ph值在6至9范围之内的一般工业固体废物是第ⅰ类一般工业固体废物。”可知，a1-a5均为一类固废，此次中试试验结果表明新鲜的水基钻井泥浆固体废物为第ⅰ类一般工业固体废物。

从表4可知，样品b1-b5经水平震荡法(gb5086)前处理后，浸出液中氟化物、铜、铬、锰、镍、锌、银、铅、镉、铍、砷、硒、汞、六价铬含量均小于《污水综合排放标准》(gb8978-1996)里面的一级标准，但ph值不在6～9之间。

由第ⅱ类一般工业固体废物的判断依据“按照gb5086规定方法进行浸出试验而获得的浸出液中，有一种或一种以上的污染物浓度超过gb8978最高允许排放浓度，或者是ph值在6至9范围之外的一般工业固体废物是第ⅱ类一般工业固体废物。”可知，b1-b5均为二类固废，此次中试试验结果表明历史遗留的氧化钙处理后的水基钻井泥浆固体废物为第ⅱ类一般工业固体废物。

表5a6-a10浸出液无机元素及化合物检测数据

表6b6-b10浸出液无机元素及化合物检测数据

由表5可知，经本发明微生物发酵处理后a6-a10浸出液中氟化物、铜、铬、锰、镍、锌、银、铅、镉、铍、砷、硒、汞、六价铬含量均小于《污水综合排放标准》(gb8978-1996)里面的一级标准，且ph值在6～9之间，属于第ⅰ类一般工业固体废物。

由表6可知，经本发明微生物发酵处理后b6-b10浸出液中氟化物、铜、铬、锰、镍、锌、银、铅、镉、铍、砷、硒、汞、六价铬含量均小于《污水综合排放标准》(gb8978-1996)里面的一级标准，ph值降低，在6～9之间，属于第ⅰ类一般工业固体废物。此次中试试验结果表明历史遗留的氧化钙处理的水基钻井岩屑固废经过本发明微生物发酵处理后由第ⅱ类一般工业固体废物变成第ⅰ类一般工业固体废物。

通过此次中试试验，我们得到一个初步结果即历史遗留的氧化钙处理的水基钻井岩屑固废和新鲜的水基钻井岩屑固废经过本发明微生物发酵处理后均属于第ⅰ类一般工业固体废物。

本试验利用硫酸硝酸法(hj/t299-2007)，检测水基钻井岩屑固体废物利用本发明微生物处理方法处理前后有机污染物含量，具体检测数据见表7-12。

表7a1-a5浸出液有机物检测数据

表8b1-b5浸出液有机物检测数据

表9a1-a5和b1-b5石油溶剂含量

由表7和表8可知，样品a1-a5经硫酸硝酸法前处理后，浸出液中各项有机物指标均未检出；样品b1-b5经硫酸硝酸法前处理后，浸出液中除苯酚外各项有机物指标均未检出，苯酚含量最大值为20.8μg/l，含量很低。

由表9可知，样品a1-a5石油溶剂含量在686～1550mg/kg，b1-b5石油溶剂含量在960～1080mg/kg，石油溶剂含量较高。

表10a6-a10浸出液有机物检测数据

表11b6-b10浸出液有机物检测数据

表12a1-a10和b1-b10石油溶剂含量

由表10和表11可知，经本发明微生物处理方法处理后a6-a10浸出液中各项有机物指标均未检出；经本发明微生物处理方法处理后b6-b10浸出液中苯酚含量降低，未能检出，其余各项有机物指标均未检出。

由表12可知，经本发明微生物处理方法处理后a6-a10石油溶剂含量均值从911mg/kg降低到85mg/kg，降低幅度达到90.6％，效果显著；经本发明微生物处理方法处理后b6-b10石油溶剂含量均值从1028mg/kg降低到91.6mg/kg，降低幅度达到91.1％，效果显著。

经可培养微生物群落分析与基因组高通量测序微生物生态分析，经本发明方法处理后钻井岩屑的微生物群落丰度与多样性呈现显著变化，表明处理后岩屑能有效向可利用土壤转化。按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(gb18599-2001)指导，根据相关检测标准，依据《污水综合排放标准》(gb8978-1996)对污染物指标控制要求，对处理后钻井岩屑进行监测评价，均符合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(gb18599—2001)及其修改单第i类标准要求。生物处理后岩屑满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(gb/t23486-2009)绿化种植用土要求，用于后续园林草木种植栽培生态修复工程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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