生物降解过程中原油化学组成及分子结构变化的模拟实验研究

生物降解是世界上大多数稠油形成的主要过程。随着原油中的烃类被微生物大量消耗掉，生成大量极性化合物，原油中的极性组分- - 胶质和沥青质的含量变高，同时极性化合物本身也可能在生物降解过程中不断发生变化。极性组分具有成分复杂、极性强、难汽化等特点，难以通过常规的仪器分析手段分析其化学成分和分子结构，因此极性组分的生物降解过程和机理的研究程度非常低。本研究拟分别选取富硫和富氮的原油进行生物降解模拟实验，结合沥青质的化学降解方法，综合运用以GC-MS、FT-ICR MS和定量化瞬时热解（Py-GC-MS）在内的各种地化分析手段和方法对原油的烃类组分和极性组分在生物降解过程中发生变化的过程和机理进行研究，并与典型油藏中原油的自然生物降解序列进行对比，深入研究原油的生物降解机理和油藏的稠化过程。本研究对于揭示原油的生物降解过程和油藏的稠化机理具有重要的理论和实际意义。

本项目运用GC-MS、FT-ICR MS和Py-GC-MS在内的多种地球化学分析手段，研究了高含氮的辽河原油和高含硫的加拿大Athabasca原油尤其是极性组分的自然生物降解过程；通过生物降解模拟实验研究了辽河高氮原油和江汉高硫原油的生物降解过程，并与原油的自然生物降解过程做了对比，研究结果表明：1）生物降解作用能够通过选择性地移除和富集过程来改变原油的化学组分，杂原子组合、链长、支链数目以及碳链的空间位置对生物降解的抗性均有影响，直链饱和烃最容易降解，脂肪环和芳香环比较多的极性化合物更难降解；2）沥青质结构中绝大部分的直链烷基基团是通过C-C键和/或醚键连结的，仅有很少的是通过氢键缔合和可水解的酯键连结的；氢键缔合和酯键结合的饱和脂肪酸和脂肪醇大部分在轻度至中度降解阶段被消耗，在重度至严重降解阶段，C-C键和醚键结合的直链烷基基团也能被改造；3）沥青质结构中的直链烷基基团的降解及其被具有环状结构的生物降解产物取代，都会导致原油沥青质的化学组成和分子结构的变化；4）原油在轻度至中度的好氧生物降解模拟实验中的变化与辽河稠油油砂同一阶段所反映的降解过程类似，显示好氧生物降解所揭示的机理对于揭示原油的生物降解过程和油藏的稠化机理具有重要意义。