微生物无害化处理技术

油气田废弃钻井液的微生物

无害化原位处理技术2010中国石油学会环保钻井液及废弃钻井液技术研讨会报告人：陈五岭1微生物无害化处理技术5/8/2024微生物无害化处理技术汇报内容技术研究意义技术工艺路线与指标技术总体发展情况技术应用效果技术相关附件25/8/2024微生物无害化处理技术一、技术研究意义在油气资源的勘探和生产过程中，会产生大量废弃钻井液。废弃钻井液由多种化学处理剂组成，其中含有大量的烃类、盐类、碱类、大分子聚合物类及重金属离子等有害物质。pH值高达10-13之间。含水量大，在80-90%之间。外观呈粘稠流体状态，具有颗粒细小、级配差、粘度大、含水率高且极难脱水的特点，是一种典型的粘稠状胶体。35/8/2024微生物无害化处理技术在自然条件下，废弃钻井液中各类有害物质无法自然降解，对地下水源和土壤生态环境具有长期严重的危害和污染。被污染的土壤植被无法生长，生态环境长期难以恢复。泥浆池面积较大又很深，泥浆池长期露置，易形成人为沼泽，危害行人生命安全。随着雨水向周边环境扩散，会造成的严重环境污染。如将其堆放或掩埋均对周边环境及地下水源带来持续性严重污染。2008年国家科技部已将油气田废弃钻井液的无害化处理列为“十一五”国家科技支撑计划重点项目，国家环保部门将废弃钻井液已列为高危污染物。45/8/2024微生物无害化处理技术55/8/2024微生物无害化处理技术

（1）填埋

（2）固化

（3）注入地下安全层国内外废弃钻井液的主要处理方法

（4）土地耕作法65/8/2024微生物无害化处理技术

以上各种废弃钻井液的处理方法，均未能有效解决废弃钻井液中有害成分对环境的长期严重污染，被污染的土壤不能得到有效的修复，生态环境严重受损。75/8/2024微生物无害化处理技术二、技术工艺路线与指标

微生物无害化处理是利用现代微生物工程技术的方法，针对废弃钻井液中有害成分，选育具有高效降解能力的微生物复合菌群，通过微生物在废弃钻井液池中原位生长繁殖，经过复杂的生物、化学过程对废弃钻井液中危害生态环境的有害成分进行高效的降解转化，使其脱毒、脱胶、脱盐碱、脱水，达到生物无害化处理的目的，使油气田钻井后被污染的土壤环境得到生物修复，生态环境得到恢复。85/8/2024微生物无害化处理技术生物修复的概念：生物修复（Bioremediation）技术就是人们通过现代生物技术手段在天然的环境下强化污染物降解的一项污染治理工程技术。该技术与其它污染治理技术相比，最显著的优势在于能够使污染物在被污染的河道、海洋、地下水、土壤中原位（on

site）或现场得到生物净化处理，并且安全长效。微生物修复的特点：微生物修复技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和、安全长效以及无二次污染等显著特点。95/8/2024微生物无害化处理技术技术工艺路线Phase1Phase2Phase3采集样品及微生物的分离诱变选育不同菌株各项污染降解转化能力测试微生物分类鉴定105/8/2024微生物无害化处理技术技术工艺路线Phase4Phase5Phase6复合微生物菌剂的培养工艺优化与控制根据相应施工方案进行泥浆池原位无害化处理全方位无害化处理效果评估115/8/2024微生物无害化处理技术项目主要技术指标废弃钻井泥浆经处理30-60天后，泥浆pH值可由强碱性恢复至中性，表面出现固化，深度龟裂，废弃钻井液中石油烃类物质降解率可以达到95%以上，六价铬的转化率可以达到99%，pH值降至6.5-7.5，活菌数达1010个/g以上，水分含量降至40-60%。使废弃钻井泥浆达到脱毒、脱胶、脱盐碱、脱水的目的。125/8/2024微生物无害化处理技术技术竞争力分析与现行的废弃钻井液处理方法相比，本技术具有如下优势。首先本项目采用现代微生物工程技术，利用微生物原位修复处理废弃钻井液有害成分，恢复了生态环境。绿色处理工艺，无须化学试剂，具有技术先进，绿色环保的优势；其次，本技术操作方便简洁，不需要油田另外添加任何设备，易于油气开采行业大规模推广应用；再次，本处理技术处理效果显著，污染物能够得到彻底降解转化，土地资源得以保护，具有显著的经济效益和社会效益。135/8/2024微生物无害化处理技术三、技术总体发展情况3.1技术研发进展3.2技术认证评价3.3技术支撑条件145/8/2024微生物无害化处理技术3.1技术研发进展从陕西长庆油田、上海炼油厂等单位的污染物样品中采集、分离、纯化获得30余种微生物菌株，通过培养驯化、激光诱变，选育得到5株能够利用废弃钻井泥浆作为唯一营养源迅速生长繁殖并降解转化各类有害成分的优良菌株。采用了分子生物学等现代分类技术对所得的菌株进行了分类鉴定。155/8/2024微生物无害化处理技术截至2009年底共完成长庆油田、大庆油田等地185个不同地域、不同环境、不同类型油气田井场钻井废弃物微生物原位无害化处理工程示范，进一步优化完善了现场施工操作方案及专用固体复合菌剂在废弃泥浆池中的接种量、处理温度、处理时间等工艺条件。所处理全部油、气井场泥浆池30-60天后完全达到生物无害化处理效果，均达到国家环保处理标准和通过现场达标验收。165/8/2024微生物无害化处理技术废弃钻井液原位处理效果175/8/2024微生物无害化处理技术根据中石油长庆油田分公司勘探开发研究院试验分析中心、鄂尔多斯市环境保护中心监测站、核工业部203研究所、西北大学分析测试中心、陕西省微生物研究所微生物分析测试中心、陕西省科学院酶工程研究所分析检测结果，表明经本技术处理的废弃钻井液中石油烃类物质降解率可以达到95%以上，六价铬的转化率可以达到99%，pH值降至6.5-7.5，活菌数达1010个/g以上，水分含量降至40-60%，可溶性总盐降低80%，有机质含量与周边土壤相比增加300%以上。使废弃钻井液达到脱毒、脱胶、脱盐碱、脱水的目的。185/8/2024微生物无害化处理技术分析测试报告

195/8/2024微生物无害化处理技术3.2技术认证评价根据陕西省情报研究所对该项目进行的国内外相关文献、专利的查新报告结论，表明该技术在国内外属于首创。已经获得国家发明专利授权，专利号为2007101955522，具有自主知识产权。205/8/2024微生物无害化处理技术技术查新报告与专利授权通知215/8/2024微生物无害化处理技术

技术于2008年1月19号通过陕西省科技厅组织、主持的技术鉴定，专家组一致通过鉴定意见为：“该项目总体技术水平处于国内领先、国际先进水平。”2008年12月20日项目通过陕西省科技厅组织、主持的应用示范鉴定，由中国工程院院士和中石油、中石化、中海油及陕西省环保局等单位相关专家组成的专家组一致认为：“该项目创新地提出了解决废弃钻井液无害化处理问题的一种新方法。该技术先进、合理，操作方便易行，处理成本低，无害化处理效果好，适合油气田废弃钻井液的无害化处理，具有大规模推广应用的前景和显著的社会、经济效益。项目总体技术水平处于国际先进水平。”

225/8/2024微生物无害化处理技术技术鉴定成果鉴定证书235/8/2024微生物无害化处理技术应用示范鉴定成果鉴定证书245/8/2024微生物无害化处理技术3.3技术支撑条件建立了日产10吨规模的固体菌剂生产厂房和相应的中试生产线。该生产线2008年共计生产专用固体菌剂200余吨，2009年生产500余吨，为下一步大规模生产打下良好的基础。255/8/2024微生物无害化处理技术微生物液体种子发酵罐265/8/2024微生物无害化处理技术微生物液体生产线及固体发酵车间275/8/2024微生物无害化处理技术微生物固体发酵池、温控系统及菌剂285/8/2024微生物无害化处理技术四、技术应用效果4.1废弃钻井泥浆的实验室小试处理实例295/8/2024微生物无害化处理技术接种三天后新鲜泥浆的膨胀状态对比305/8/2024微生物无害化处理技术接种五天后新鲜泥浆的龟裂状态对比315/8/2024微生物无害化处理技术接种二十天后新鲜泥浆的表面龟裂状态对比325/8/2024微生物无害化处理技术接种七天/十五天后陈旧泥浆的表面状态对照335/8/2024微生物无害化处理技术处理十天后新鲜泥浆的表面状况对照345/8/2024微生物无害化处理技术处理二十天后新鲜泥浆的脱水状况对照355/8/2024微生物无害化处理技术处理十天后陈旧泥浆的表面状况对照365/8/2024微生物无害化处理技术处理二十天后陈旧泥浆的脱水状况对照375/8/2024微生物无害化处理技术处理后陈旧泥浆/土壤植物复植实验一个月385/8/2024微生物无害化处理技术20kg处理量处理后植物栽培实验一个月395/8/2024微生物无害化处理技术20kg处理量处理后植物栽培实验一个月405/8/2024微生物无害化处理技术20kg处理量处理后植物栽培实验一个月415/8/2024微生物无害化处理技术4.2气田废弃钻井液池的微生物无害化原位处理实例2008年6月与中石油长庆油田第一采气厂签订废弃钻井液生物无害化处理施工合同，6月～9月期间共完成陕西榆林、靖边，内蒙乌审旗等地共27个不同类型的气田井场废弃钻井液池生物无害化示范处理。本报告选用中石油长庆油田分公司第一采气厂位于陕西省榆林市榆阳区2个气田井场G010-18和G012-21具有典型特征的废弃钻井液池作为微生物无害化原位处理实例。425/8/2024微生物无害化处理技术原位处理施工流程435/8/2024微生物无害化处理技术气田开采钻井液主要成分为：氯化钾、石灰、白土≤4%；PAM（聚丙烯酰胺）、KPAM（聚丙烯酸钾）≤0.5%；金属离子稳定剂CMP0.3-0.4%；SMP（磺化酚醛树脂）0.5-0.8%；磺化沥青FT-3420.5-0.8%；OSAM-K（有机硅腐植酸钾）0.5-0.8%；硅氟降粘剂SF-1500.3-0.4%；多功能井壁稳定剂XK010.4-0.6%；CMC（钠羧甲基纤维素）0.4-0.5%；NaOH、Na2CO30.4-0.5%等组成。445/8/2024微生物无害化处理技术井场编号：G010-18

泥浆池面积：1000m2

，深3m，泥浆量约1500t钻井完钻日期：2007-10-19处理日期：2008-6-24菌剂使用量：4.5吨井场位置：榆林市榆阳区马合乡赫家伙场村井场隶属：中石油长庆油田分公司第一采气厂该井场位于毛乌素沙漠边缘，周边地貌环境为沙丘及少数农田，已完钻交工近一年，泥浆池上层洗井废液已基本自然蒸发，池内无明显渗出液析出，表面约有2-3cm的风干层，风干层下废弃钻井液含水量为80-90%，pH值为13，物理状态为粘胶体状。455/8/2024微生物无害化处理技术气田G010-18井场废弃钻井液池处理前处理中处理后处理7天处理18天处理30天465/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18泥浆池处理前475/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18泥浆池处理中485/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18泥浆池处理后495/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18泥浆池处理2天505/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18泥浆池处理7天515/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18泥浆池处理18天525/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18处理30天535/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G010-18处理30天545/8/2024微生物无害化处理技术处理前环境温度为30℃，泥浆池内温度为17℃。将气田专用固体混合菌剂加入废弃钻井液池中均匀搅拌，处理期间环境温度为12-30℃，处理监测时间为30天，期间有两次降雨过程。加入菌剂后1-7天泥浆池表面出现大量气泡，泥浆池内温度升高10-15℃，pH值降至9-10，泥浆出现明显的固液分离，表明菌剂中各微生物能够利用废弃钻井液作为唯一营养源，生长繁殖迅速，新陈代谢旺盛，泥浆的胶体状态已被完全破坏降解。555/8/2024微生物无害化处理技术7-20天泥浆池内温度升至30℃以上，pH值降至8以下，渗出液迅速蒸发，池内泥浆由粘稠状转变为松散状态，表面出现固化，深度龟裂，池内多数位置已可行走。处理30天后废弃钻井液pH值降至6.5，水分含量降至40-60%以下。经检测处理60天后废弃钻井液中活菌数达1010个/g以上。可溶性总盐降低80%以上，有机质含量与周边土壤相比增加300%，其余相关指标完全符合GB15618-1995《土壤环境质量标准》。565/8/2024微生物无害化处理技术井场编号：G012-21

泥浆池面积：1000m2

，泥浆1500t上层液体1000-1500t钻井完钻日期：2008-4-19处理施工日期：2008-6-25菌剂使用量：11吨井场位置：榆林市榆阳区马合乡补兔村井场隶属：中石油长庆油田分公司第一采气厂该井场位于村庄边，周围地貌环境均为在耕农田，刚完钻交工，泥浆池底部新鲜废弃钻井液约1500t，泥浆pH值为13-14，物理状态为粘胶体，上层约1000-1500t洗井废酸液，pH为1，处理前环境温度为30℃，泥浆池上层水温为18℃，底层泥浆为8-10℃，搅拌后废弃钻井液含水量为90%以上，pH值为11-12，温度为15-16℃，物理状态为稀胶体状。575/8/2024微生物无害化处理技术气田G012-21井场废弃钻井液池处理前处理中处理中处理后处理5天处理10天处理18天处理35天585/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理前595/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理中605/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理中615/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理后625/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理5天635/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理10天645/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理18天655/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理35天665/8/2024微生物无害化处理技术气田井场G012-21泥浆池处理35天675/8/2024微生物无害化处理技术

将气田专用固体混合菌剂加入废弃钻井液池中均匀搅拌，处理期间环境温度为12-30℃，处理监测时间为35天，期间有两次降雨过程。加入菌剂后1-7天泥浆池表面出现大量气泡，泥浆池内温度升高10-15℃，pH值降至9-10，泥浆出现明显的固液分离，泥浆的胶体状态已被完全破坏降解。表明菌剂中各微生物能够利用废弃钻井液作为唯一营养源，生长繁殖迅速，新陈代谢旺盛。685/8/2024微生物无害化处理技术7-20天泥浆池内温度升至30℃左右，pH值降至8以下，上层液体迅速蒸发，池内泥浆由粘稠状转变为松散状态，大部分表面出现固化，龟裂。处理35天后废弃钻井液经检测pH值降至7.0，水分含量降至40-60%以下。经检测处理60天后废弃钻井液中活菌数达1010个/g以上，可溶性总盐降低80%以上，有机质含量与周边土壤相比增加300%，其余相关指标完全符合GB15618-1995《土壤环境质量标准》。残留渗出液符合国家GB8979-1996《污水综合排放标准》二级标准。695/8/2024微生物无害化处理技术4.3油田废弃钻井液池的微生物无害化原位处理实例2008年7月与中石油长庆油田第三采油厂签订废弃钻井液池生物无害化处理施工合同，7月～10月于陕西省吴起县共完成29个油田井场具有典型特征的废弃钻井液池生物无害化示范处理。本报告选用中石油长庆油田分公司第三采油厂位于陕西省吴起县2个油田井场旗04-23和吴平7&8具有典型特征的废弃钻井液池作为微生物无害化原位处理实例。705/8/2024微生物无害化处理技术油田开采钻井液主要成分为：膨润土≤4%，聚丙烯腈钠或钙、铵≤0.1-0.2%，SMP（磺化酚醛树脂）0.3-0.5%，磺化沥青0.3-0.5%，SMC（磺化褐煤）0.3-0.5%或PSC（褐煤树脂）0.3-0.5%，两性离子聚合物降粘剂XY-270.1-0.2%，SMT（磺化丹宁）0.3-0.5%，FRH（润滑剂）0.3-0.5%，CaCO3（2500目以上）0.2%等组成。

715/8/2024微生物无害化处理技术井场编号：吴平7&8

泥浆池面积：400m2

，泥浆800t钻井完钻日期：2008-3-6处理施工日期：2008-9-07菌剂使用量：5吨井场位置：吴起县长庆油田第三采油厂旗三转井区井场隶属：中石油长庆油田分公司第三采油厂该井场位于黄土丘陵地带，周边地貌环境均为农田，完钻交工约半年，泥浆池内废弃钻井液约800t，泥浆pH值为12，物理状态为粘胶体，上层约100-150t试井废液，表面为较厚原油层，处理前环境温度为25℃，泥浆池内温度为13℃，搅拌后废弃钻井液含水量为90%以上，pH值为11-12，温度为12℃，物理状态为稀胶体状。725/8/2024微生物无害化处理技术油田吴平7&8井场废弃钻井液池处理前处理中处理后处理5天处理15天处理30天735/8/2024微生物无害化处理技术油田井场吴平7&8泥浆池处理前745/8/2024微生物无害化处理技术油田井场吴平7&8泥浆池处理中755/8/2024微生物无害化处理技术油田井场吴平7&8泥浆池处理后765/8/2024微生物无害化处理技术油田井场吴平7&8泥浆池处理5天775/8/2024微生物无害化处理技术油田井场吴平7&8泥浆池处理15天785/8/2024微生物无害化处理技术油田井场吴平7&8泥浆池处理30天795/8/2024微生物无害化处理技术将油田废弃钻井液专用复合固体菌剂接入泥浆均匀搅拌，接种比例为0.6%（重量百分比），菌剂使用量为5t。处理期间环境温度为8-28℃，处理监测时间为30天。期间有四次降雨过程。加入菌剂处理后1-7天泥浆池表面出现大量气泡，泥浆池内温度升高10-15℃，pH值降至9，表层原油降解明显，泥浆出现明显的固液分离，表明菌剂中各微生物能够利用废弃钻井液作为唯一营养源，生长繁殖迅速，新陈代谢旺盛，对表面原油层迅速降解转化，泥浆的胶体状态已被完全破坏降解。805/8/2024微生物无害化处理技术7-15天泥浆池内温度升至28℃以上，pH值降至8以下，上层液体迅速蒸发，表面原油层已消失，池内泥浆由粘稠状转变为松散状态，池内由于降雨仍有部分渗出液。处理30天后废弃钻井液pH值降至6.5，已无渗出液，表层原油基本消除，开始固化，水分含量降至40-60%。经检测处理60天后废弃钻井液中活菌数达1010个/g以上。泥浆原油石油烃含量降低95%以上，可溶性总盐降低80%以上，有机质含量与周边土壤相比增加300%，其余相关指标完全符合GB15618-1995《土壤环境质量标准》。815/8/2024微生物无害化处理技术井场编号：旗04-23

泥浆池面积：100m2

，泥浆200t钻井完钻日期：2007-06-25处理施工日期：2008-9-10菌剂使用量：1吨井场位置：吴起县长庆油田第三采油厂旗三转井区井场隶属：中石油长庆油田分公司第三采油厂该井场为黄土丘陵地带，周边地貌环境均为荒山，已完钻交工一年多，泥浆池上层试井废液已基本自然蒸发，池内仅少量渗出液析出，部分表面约有3-5cm的风干层，风干层下废弃钻井液由于原油的渗入，颜色较黑，含水量为80-90%，pH值为13，物理状态为粘胶体状。825/8/2024微生物无害化处理技术油田旗04-23井场废弃钻井液池处理前处理中处理后处理5天处理15天处理30天835/8/2024微生物无害化处理技术油田井场旗04-23泥浆池处理前845/8/2024微生物无害化处理技术油田井场旗04-23泥浆池处理中855/8/2024微生物无害化处理技术油田井场旗04-23泥浆池处理后865/8/2024微生物无害化处理技术油田井场旗04-23泥浆池处理5天875/8/2024微生物无害化处理技术油田井场旗04-23泥浆池处理15天885/8/2024微生物无害化处理技术油田井场旗04-23泥浆池处理30天895/8/2024微生物无害化处理技术处理前环境温度为28℃，泥浆池内温度为12℃。将油田专用固体混合菌剂加入废弃钻井液池中均匀搅拌，接种比例为0.5%（重量百分比），菌剂使用量为1t。处理期间环境温度为8-28℃，处理监测时间为30天，期间有四次降雨过程。加入菌剂后1-7天泥浆池表面出现大量气泡，泥浆池内温度升高10-15℃，pH值降至9-10，泥浆出现明显的固液分离，大量原油析出进入表面液体，表明菌剂中各微生物能够利用废弃钻井液作为唯一营养源，生长繁殖迅速，新陈代谢旺盛，泥浆的胶体状态已被完全破坏降解。

905/8/2024微生物无害化处理技术7-20天泥浆池内温度升至30℃，pH值降至8以下，上层液体迅速蒸发，池内大部分原油被降解，池内泥浆由粘稠状转变为松散状态，表面出现固化。处理30天后废弃钻井液pH值降至6.5-7.0，已无渗出液，水分含量降至40-60%，表层原油基本消除，开始固化，龟裂。经检测处理60天后废弃钻井液中活菌数达1010个/g以上，石油烃含量降低95%以上，可溶性总盐降低80%以上，有机质含量与周边土壤相比增加300%，其余相关指标完全符合GB15618-1995《土壤环境质量标准》。915/8/2024微生物无害化处理技术4.4油基钻井废弃液的微生物无害化原位处理实例2009年8月18日和10月28日，对大庆勘探金79#、金59#废弃油基泥浆实施了微生物菌无害化处理，效果显著，其结果详见效果图及大庆市环保监测中心站监测报告。925/8/2024微生物无害化处理技术井场编号：金79#

处理时间：2009-09-01井场隶属：大庆油田勘探公司泥浆量：500m3泥浆处理前后对比处理前：pH：9.80；室外温度：18℃，泥浆内部温度：10℃处理7天：pH：7.15；室外温度：10℃，泥浆内部温度：23℃935/8/2024微生物无害化处理技术油基泥浆池大庆金79#泥浆池处理前处理中处理后处理15天处理25天处理45天945/8/2024微生物无害化处理技术大庆金79#处理前955/8/2024微生物无害化处理技术大庆金79#处理7天965/8/2024微生物无害化处理技术大庆金79#处理15天生长绿苔975/8/2024微生物无