一种复合菌剂及处理返排压裂液为驱油活性水的生物方法 技术领域 本发明涉及一种压裂返排液的生物转化再利用技术。 其特点在于利用复配微生物 发酵的方法对压裂返排液进行处理， 将返排液中残留对环境有害的有机物质转化为具有一 定功能的生物活性水， 其应用范围为注水井回注水 ； 单井吞吐用回注水 ； 油井解堵用回注 水； 其他用回注水 ； 工艺流程中药剂配制用水等。其主要成分为 ： 压裂返排液经微生物代谢 产生的产生生物表面活性剂、 有机酸、 有机酯、 有机酮和生物气其它代谢产物。
背景技术 压裂返排液对环境的危害极大。由于其内在污染物成份复杂且较稳定， 在自然力 ( 如氧气 ) 的作用下很难被降解。这些化学物质进入水处理系统后将严重扰乱生产系统的 正常运行， 如大量消耗水处理药剂或降低水处理剂的处理效果， 影响水体中油及有害离子 的去除， 影响水处理过程中所产生的污泥沉降， 严重污染滤料等， 并且其大多矿化度较高， 含有原油、 多糖类及酚类等有害物质， 对当地的水质有较大影响， 从而造成处理后水质达不 到注入水水质要求， 对油田的生产和长远发展造成较大的损失。
由于油气田生产特点和井下作业性质决定了压裂作业废水量小、 分散、 不可能集 中处理， 只能就地进行处理和再利用 ； 另外， 由于压裂含糖废液中含有一定量的固体悬浮 物、 油和各种表面活性剂等有机物， 使废液的组成性质极其复杂， 处理难度很大， 现在使用 的技术处理成本居高不下， 目前各种常规的污水处理方法都不能经济地对油气田压裂废液 进行处理， 因此必须结合井下压裂作业特点和压裂作业废液的组成性质、 特点， 结合油田开 发过程中的整体需求， 开发研究出井下作业废液高效处理新技术。
发明内容 本发明的目的为提供一种处理压裂返排液的复合菌剂及应用， 通过特定配方复配 的微生物发酵降低发酵液中的 COD、 BOD， 同时通过其新陈代谢作用把返排液中原本有害的 大分子有机物、 残余原油、 芳香类化合物转化为能够再次利用的形式。其应用范围 ： 注水井 调驱用回注水 ； 油井解堵用回注水 ； 其他用回注水 ； 工艺流程中药剂配制用水等。
为了实现上述目的， 本发明对返排液采取了物理前处理 - 生物处理两种方法结合 的工艺， 包括如下步骤 ：
1. 微 生 物 菌 剂 的 制 备 ： 马 红 球 菌 BS001(Rhodococcus equi.)， 铜绿假单胞菌 BS002(Pseudomonas aeruginosa)， 糙刺篮状菌 BP001(Talaromycestrachyspermus)， 枯草 芽孢杆菌 BS003(Bacillus subtilis)、 蜡样芽孢杆菌 BC001(Bacillus cereus)、 拟青霉 素 BP002(Paecilomyces sp.)。以上马红球菌为大庆油田原油污染土壤中筛选到得到可产 表面活性剂微生物， 已于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏， 保藏号为 其余菌株均为一般菌株。配方为 ( 按干重计 ) ： 马红球菌 BS001， 30％～ 40％ ； CGMCC3885， 铜绿假单胞菌 BS002， 30％～ 40％ ； 糙刺篮状菌 BP001， 15％～ 20％ ； 枯草芽孢杆菌 BS003， 5％～ 10％ ； 蜡样芽孢杆菌 BC001， 5％～ 10％ ； 拟青霉素 BP002， 5％～ 10％。
以上菌株红球菌从大庆油田筛选到得到可产表面活性剂微生物， 已于中国微生物 菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏， 保藏号为 CGMCC3885， 其余菌株均为一般的常用 普通菌株。菌剂采用的菌种为可利用破胶液残渣或破胶产生的多糖生长， 同时可产生生物 表面活性剂类菌种。
2.1) 所述复合菌剂中菌株复配后可以用于处理压裂返排液 ( 油田中压裂返排液 主要成分基本相同 )， 处理后的返排液可以作为生物活性水回注到油井或水井， 其具有一定 的驱油能力 ； 使压裂返排液具有可回收利用性能。
2) 微生物菌剂发酵液制备过程如下 ：
配制种子液培养基 ： 蛋白胨， 10g/L ； 酵母粉， 5g/L ； NaCl， 5g/L ； 糖蜜， 1 ％ ( 体积 比) ； KH2PO4， 3g/L ； K2HPO4， 1.5g/L ； 自然 pH ； 115℃下灭菌 15min ； 接入复配好的微生物菌剂， 体积接种量为 1 ～ 5％， 30 ～ 37℃下 150rpm 摇床培养 24h， 得种子液 ；
配置发酵培养基 ： 瓜 尔 胶 破 胶 液 单 糖 ( 百 力 士 160 酶 破 胶 )5g ； NH4NO3， 2.0g ； K2HPO4·3H2O， 3.0g ； NaH2PO4·2H2O， 10g ； MgSO4·7H2O， 0.2g ； MnCl2·4H2O， 2ppm ； 酵母膏 0.2g ； 用 NaOH 溶液调 pH ＝ 7.0 ； 按 1 ～ 5％体积接种量接入种子液， 30 ～ 37℃发酵培养 24-36h， 得发酵液。 3. 利用复配菌剂发酵液处理压裂返排液 ：
压裂返排液首先静置 24h 沉淀过滤， 除去返排液中颗粒状杂质 ； 根据需要加入酸 碱调节剂调整其 pH 值为 5.0-9.0 之间 ； 加入复配好的微生物菌剂发酵液， 加入量为 1 ～ 3 5kg/m ， 曝气处理， 曝气量为 25L/h， 水力停留时间 24-96h ； 发酵液离心除去菌体， 上清液即 为生物活性水 ；
其中酸碱调节剂为 K2HPO4 与 KH2PO4， 以达到调节返排液 pH 值的工艺要求， 同时为 其回收利用提供足够的 K、 P 元素， 具体加入量根据返排液的初始 pH 值不同有所变化， 调节 最终 pH 值为 5.0-9.0 之间， 以满足复配的微生物菌剂中大多数菌株的生长要求。
压裂返排液除去返排液中颗粒状杂质后同时按照以下投加量加入菌株生长必要 的营养源 ： 每 1000mL 水中含有 ： NH4NO31.0-4.0g， K2HPO4·3H2O3-5g， NaH2PO4·2H2O 7-15g， MgSO4·7H2O 0.1-0.3g， MnCl2·4H2O 1-10ppm。
所获得的生物活性水可作为油田回注用水注入油层中， 其低表面张力能够有效的 剥离储层中难动原油 ； 改善原油 - 水 - 岩石之间的界面张力， 提高岩石润湿度， 使原油容易 采出 ； 同时活性水中富含微生物生长需要的氮、 磷等元素， 能够有效的激活油层中本源微生 物， 使其大量繁殖， 产生表面活性物、 生物气等， 综合达到提高原油采收率的目的。
本发明具有如下优点 ：
1. 整个处理过程使用的均为生物制剂及少量的小分子化学营养源， 绿色环保， 无 环境难自我降解的大分子化学添加剂， 复合油田 HSE 标准。
2. 解决了压裂返排液的处理问题， 使之从对环境有害的污水转变为可以重复利用 有驱油作用的生物活性水， 变废为宝， 达到资源的重复利用， 高效、 低碳、 环保， 有巨大的经 济效益。
3. 菌株经过复配后， 处理返排液的效率大大提高， 较单一菌体处理有效的缩短了 水力停留时间， 从而减少曝气量， 节约能源的消耗 ； 同时由于是复配菌剂， 增强了其处理的 能力， 使之对返排液的初始状态要求降低， 扩大了其使用范围。
附图说明 图 1 生物表面活性剂高效液相谱图 ；
图 2 菌株多糖产量和生长曲线、 粘度的关系 ；
马红球菌 BS001， 分类命名 ： 马红球菌 Rhodococcus equi.， 保藏于中国微生物菌 种保藏管理委员会普通微生物中心， 地址 ： 北京市朝阳区北辰西路 1 号院 3 号中国科学院微 生物研究所， 保藏编号 ： CGMCC No3885， 保藏日期 2010 年 06 月 01 日。
具体实施方式
实施例 1 ： 微生物菌剂的复配
将生长于油井地层水中的细菌进行富集培养， 之后经过 LB 琼脂平板划线， 37℃培 养 16 小时， 挑取单一菌落， 经过筛选， 获得 1 种菌株， 经鉴定为马红球菌， 编号为 BS001 ；
同时取公知的市购菌株 ： 将铜绿假单胞菌， 糙刺篮状菌， 枯草芽孢杆菌、 蜡样芽孢 杆菌、 拟青霉素， 分别编号为 BS002、 BP001、 BS003、 BC001、 BP002。
配置种子液培养基， 配方为 ： 蛋白胨， 10g/L ； 酵母粉， 5g/L ； NaCl， 5g/L ； 糖蜜， 1％ ( 体积比 ) ； KH2PO4， 3g/L ； K2HPO4， 1.5g/L ； 自然 pH。115 ℃下灭菌 15min。装液量为装液量 100mL/250mL 瓶体积， 每瓶中分别挑取上述 6 种菌株单菌落恒温摇床转速为 150rpm， 温度为 30-37℃， 培养 24 ～ 48 小时后， 1 ∶ 1 加入 70％甘油， 冷冻干燥成粉末状。
将各菌株按照配方复配， 具体做法为 ： 称取以上菌株冻干粉末 ： 马红球菌 BS001， 30g ； 铜绿假单胞菌 BS002， 30g ； 糙刺篮状菌 BP001， 15g ； 枯草芽孢杆菌 BS003， 5g ； 蜡样芽孢 杆菌 BC001， 10g ； 拟青霉素 BP002， 10g 在烧杯中混匀， 包装。
实施例 2 ： 复配菌剂产生物表面活性剂的验证
发酵液的表面张力测定是以承德鼎盛试验机检测有限公司的 JYW-200 全自动表 / 界面张力仪， 在室温下测定发酵液的表面张力， 每次测量重复三次， 取平均值。表面张力的 具体操作为 ： 取 30mL 发酵液 8000rpm 离心 10min， 取上清液于测量杯中， 用铂金环测定表面 张力。
液体发酵培养基如下 ( 按重量比计 ) ：
瓜尔胶破胶液单糖 [β- 甘露聚糖酶， 百奥泰港 ( 大连 ) 生物科技有限公司 ]5g、 NH4NO32.0g， K2HPO4·3H2O 3.0g， NaH2PO4·2H2O 10g， MgSO4·7H2O0.2g， MnCl2·4H2O 2ppm， 酵 母膏 0.2g， 用 NaOH 溶液调 pH ＝ 7.0。
上述培养按接种量 5％ (V/V) 接入发明内容的步骤 2 中复配菌剂的种子液， 具体组 成为 ： 蛋白胨， 10g/L ； 酵母粉， 5g/L ； NaCl， 5g/L ； 糖蜜， 1％ ( 体积比 ) ； KH2PO4， 3g/L ； K2HPO4， 1.5g/L， 装液量 100mL/250mL 瓶体积， 150rpm， 30 ～ 37℃， 培养 48h ； 经过 8000rpm， 离心 10 分钟后， 除去菌体沉淀， 获得上清液。
同时将不接入菌剂的作为对照， 只分别接入单一菌剂 BS001、 BS003、 BS003 作为参 考， 按上述过程进行操作 ；
上述培养基的上清液各 1000mL， 冷冻干燥后， 用甲醇回溶， 弃去不溶物 ； 用旋转蒸 发仪蒸发， 得黄绿色粘稠状液体 ； 用 0.05mol/mL 的 NaHCO3 溶液溶解， 加 HCl 调节 pH 值到 2.0， 溶液变为棕黄色悬浊液 ； 4℃放置过夜后， 离心弃去上清液， 沉淀用甲醇抽提， 获得初提 物。上述获得各初提物样品， 配成 10μM 溶液， 测量其表面张力， 稀释 10 倍， 25 倍， 50 倍， 100 倍， 200 倍， 400 倍测定不同浓度溶液的表面张力值， 确定表面张力与浓度之间的曲 线关系， 确定该表面活性物质的 CMC 值为 15μg/mL。
同时用高效液相色谱检测所提取的表面活性剂， 结果如图 1
从上表可以看出， 复配菌剂的发酵液表面张力最低达到 28.84mN/m， 作为回注水注 入油井可以有效降低油水之间表界面张力， 使原油更容易采出， 达到增产的目的。
实施例 3 ： 菌株利用破胶液产生物聚合物的验证
本发明对于制备的生物活性水进行了表面活性及其含糖量实验 ； 培养基筛选是以 发酵液的表面张力值作为筛选指标。
液体发酵培养基如下 ( 按重量比计 ) ：
瓜尔胶破胶液单糖 [β- 甘露聚糖酶， 百奥泰港 ( 大连 ) 生物科技有限公司 ]5g、 NH4NO32.0g、 K2HPO4·3H2O 3.0g、 NaH2PO4·2H2O 10g、 MgSO4·7H2O0.2g、 MnCl2·4H2O 2ppm、 酵 母膏 0.2g， 用 NaOH 溶液调 pH ＝ 7.0。
上述培养按接种量 5％ (V/V) 接入发明内容步骤 2 中复配菌剂的种子液， 具体组 成为 ： 蛋白胨， 10g/L ； 酵母粉， 5g/L ； NaCl， 5g/L ； 糖蜜， 1％ ( 体积比 ) ； KH2PO4， 3g/L ； K2HPO4， 1.5g/L， 装液量 100mL/250mL 瓶体积， 150rpm， 37℃， 培养 30 小时， 平板稀释涂布法测定菌落 数。
经过 8000rpm， 离心 10min 后， 除去菌体沉淀， 获得上清液， 品式粘度计测定粘度 ； 苯酚硫酸法测定聚合物产量。
由图 2 可知， 菌体生长过程中产生大量生物聚合物， 其产量到生长稳定期达到 18mg/mL。压裂返排液经复合菌剂处理后富含生物聚合物， 可作为回注水注入， 起到激活本 源微生物的作用， 达到增产的目的。
实施例 4 ： 复合菌剂的应用 1- 返排液经过复配菌剂处理得到的生物活性水回注进 行注水驱
利用返排液处理的生物活性水回注进行注水驱是通过以下方式实现的 ：
于 2009 年 8 月 29 日于辽河油田进行水驱实验， 以生物活性水代替传统的水驱用 水进行水驱。具体工艺如下 ：
1) 将抽油管及油泵取出， 洗井 ： 泵车泵入约 20m3 清水。
2) 泵入生物活性水 ： 泵车泵入 5m3 生物活性水。
3) 泵入 2m3 清水作为顶替液。 闷井 2 ～ 3 天后开井正常作业。60 天油井采油生产情况对比如下 ：由上述单井吞吐实验数据显示 ： 日产油量可达 2 倍之多。由于活性水富含生 物表面活性剂、 有机酸、 有机酮、 生物气等物质， 作为水驱注入到油井中， 有效改变井下岩 石 - 水 - 油表界面张力， 把岩石缝隙中的难动原油剥离出来。产量的翻倍表明此发明增加 采油效果非常明显。
实施例 5 ： 复合菌剂的应用 2- 生物活性水加入外源的表面活性剂吐温 60、 聚合物 聚丙烯酰胺进行调驱
生物活性水加入外源表面活性剂吐温 60、 聚合物聚丙烯酰胺进行调驱是通过以下 方式实现的 ：
整个调驱工艺分为四段 ：
1) 前置液的注入 ： 体积占总注入量约 15 ～ 20％为前置液， 使用生物活性水外加表 面活性剂进行强化驱油， 使难动稠油剥离岩石， 充分乳化。
2) 生物聚合物前段塞注入 ： 体积占总注入量约 40 ～ 50％， 使用生物活性水配制的 生物聚合物， 注入地层遇高矿化度地层水成胶以后， 形成段塞， 封堵高渗透的水串驱， 达到 调剖堵水的目的。
3) 生物聚合物后段塞注入 ： 体积占总注入量约 20 ～ 30％， 使用生物活性水配制的 化学高聚物， 注入地层形成高强度段塞， 封堵高渗透的水串驱， 达到调剖堵水的目的。
4) 顶替液的注入 ： 体积占总注入量约 10％， 使用纯水配制浓度为 5％的生物活性 水稀释液， 注入井筒。
其施工结果如下 ：
由上述注水井调驱实验数据显示， 日产油量可达 2 ～ 3 倍之多。采用本发明生物 活性水与外源表面活性剂和聚合物联用用于注水井调驱， 可有效提高试验井产油效。可见 此发明增加采油效果非常明显。
上述的油田压裂返排液处理复配菌剂及使用方法和所获得的生物活性水， 可以作 为油田用含油污水处理及环境修复工艺使用 ； 所得的生物活性水可以作为回注水注入油 井中， 其低表界面张力及小分子的糖类， 具有生物可利用性， 从新注入地层后， 具有减阻、 降 粘、 岩层润湿、 大面积驱油， 提高采收率的功能。