生物成因稠油油藏本源微生物多样性及其生物降解作用

在大多数情况下，生物降解作用是造成原油稠变的主要原因，世界上目前发现的绝大多数重质油资源均与生物降解作用有关。目前研究其形成机理仅从地质条件和原油的球化学特征方面，未结合微生物学来研究。本研究选取辽河油田生物成因稠油油藏为研究对象，采集未注水开发油藏的储层砂及油水样，用分子生物学技术研究生物降解油藏在纵向和横向上本源微生物的多样性及其影响因素。将油砂抽提物或原油分离为饱和烃、芳烃及非烃，非烃进一步分离出各类含氧化合物，如酸、酚、酮等用色谱-质谱对生物标志物及含氧化合物进行定性定量分析，研究不同地层环境原油遭受不同降解程度后分子结构的变化规律。通过模拟实验研究代谢过程中中间产物的变化及气体代谢产物，如二氧化碳，甲烷等，提出其生物化学代谢途径。力求在稠油的生物成因机理等基础理论问题上有所突破，对稠油油藏的勘探和开发提供理论依据。因此，该研究具有深远的理论和应用价值。

利用高效本源降解菌在不同时间范围内对辽河油样进行了微生物降解模拟实验，以研究不同降解程度原油分子结构的变化规律。微生物作用前后原油样品做族组分分离及进一步的中性氮化合物和酸性化合物分离，然后对其不同组分进行色谱质谱分析和红外光谱分析。结果表明，辽河油样中的非烃化合物经微生物作用以后，正构一元酸(甲酯)含量随降解时间的增加而增加，且变化幅度逐渐增大；五环三萜类羧酸中C28组分和莫烷酸系列随着降解时间的增加含量上升；轻度的微生物降解作用对咔唑、甲基咔唑、二甲基咔唑等化合物没有明显影响，中等强度降解具有一定的影响；从胶质、沥青质红外光谱图看出，产生酸类、醚类等新物质。且沥青质、胶质结构中碳链支化程度较高，但芳构化程度，氧化程度和芳环缩合程度不高；酸性化合物随降解程度的增加而增加，胶质比沥青质变化明显。研究了西部凹陷的沉积特征、地层特征、烃源岩特征及地球化学特征。稠油普遍经历过严重降解, 导致原油饱和烃含量降低, 胶质+ 沥青质含量、密度和黏度增大。链烷烃损耗缺失, 低碳数正构烷烃的相对丰度明显降低, 局部地区几乎不发育正构烷烃。原油甾、萜烷系列受到较大影响, 重排甾烷含量显著升高, 妊甾烷和升妊甾烷含量增加, 萜烷遭受降解, C 27～ C 29 藿烷含量大大减少, 并出现 25-降藿烷。以上特征表明该区稠油成因主要为生物降解作用。主要研究了西部凹陷冷冻地区生物降解稠油分子结构特征。经生物改造后的原油，各组分含量、分布及相关的地球化学参数都呈现出一定的变化规律。选择冷东油田不同生物降解程度的原油样品，把油样分离为饱和烃、芳烃、酸、胶质和沥青质，GC-MS定量分析了饱和烃、芳烃和酸性组分。研究了生物降解作用对饱和烃、芳烃和酸的浓度和分布的影响，以及在生物降解作用下相关地球化学参数的适用性；利用红外光谱研究了生物降解作用对胶质和沥青质的影响。采集不同深度的冷冻L125井和L128井油砂样21个，研究了油砂中稠油饱和烃、芳烃化合物含量及分布随深度的变化。利用分子生物学技术研究了稠油油藏中微生物群落。采集L128井油砂及L35、L61井岩芯样，提取DNA，PCR扩增后进行454焦磷酸测序。从测序结果看，样品的微生物多样性不高，可能是油砂样品放置时间较长，DNA受到较严重的损害，此外，油砂中含大量稠油，水份含量极少，微生物活性会受到较大影响，在油水界面或水层中微生物会比较活跃。