更全的杂志信息网

原油厌氧微生物降解特征分析

更新时间:2009-03-28

稠油的形成是原油在地层中运移和储集过程中受到物理、化学和生物等多种因素作用的结果,其中原油生物降解是稠油形成的重要原因之一[1-6]。稠油的成因研究对指导稠油及其伴生气藏的勘探、开发具有重要意义。判断一个稠油油藏是否为生物降解成因油藏,需要从稠油组成特征、伴生气藏特征以及油藏构造环境等多个因素去分析,其中原油组分和伴生气生物降解特征的指示作用最为关键。原油生物降解分为喜氧生物降解和厌氧生物降解两种方式,但是目前对原油厌氧生物降解后形成的稠油组分和产生的气体等特征研究较少[7-10]。因此,本文针对胜利油田原油开展模拟厌氧生物降解,对降解后原油组分和产生气体等特征进行分析,为稠油厌氧生物降解成因理论的完善提供支撑。

第Ⅱ类的6家研究机构名称及其门户网站名称见表2。显然,从直观的角度来看,门户网站名称和研究机构名称的不一致容易引起受众的混淆,不易使其留下印象。

1 材料与方法

1.1 模拟用原油

模拟实验用油来自胜利油田义141区块和滨76区块原油,这两区块原油均是未发生生物降解或者发生过轻微降解的稀油(表1)。

 

表1 原油样品四组分情况Table 1 Four components of crude oils %

  

油样来源w(沥青质)w(非烃)w(芳香分)w(饱和分)滨760 029 0018 2172 77义1410 389 5520 0469 57

1.2 原油模拟厌氧降解

原油模拟厌氧降解实验在亨盖特厌氧微生物操作平台上进行,实验分3组,一组为厌氧瓶内1 g原油加上100 mL富集培养基后再接入10%降解菌群;另一组为厌氧瓶内1 g原油加上富集培养基不接降解菌群,作为对照组1;第三组为厌氧瓶内富集培养基接入降解菌群不加入原油,作为对照组2。样品培养后厌氧条件下打开厌氧瓶吸出50 mL液体后加入50 mL新的培养液继续培养。

尽管我国互联网经济取得了快速的发展,然而部分地区的农产品未构建一套健全的生产与销售体系,在很多地方生产的大量农产品没有办法顺利的销售出去,未全面运用网络的功能,另外部分设施不健全,缺少专门的销售系统,致使农业生产和网络的融合面临诸多难题。此外,顾客和产品运营者之间存在严重的信息不对等问题,消费者没有办法分辨出农产品的品质,这对农产品的销售和促进农业经济的发展也是尤为不利的。

饱和烃组分用安捷伦7890A型气相色谱仪分析。色谱柱型号HP-5,检测条件为进样温度300 ℃,氢火焰离子化检测器(FID) 温度310 ℃。饱和烃分析的升温程序80 ℃(3 min),然后以3 ℃/min升温速率升至310 ℃ (20 min),载气为恒流1 mL/min 的He。

培养基:Na2S·9H2O 0.3 g/L、NaHCO3 2.5 g/L、维生素溶液(生物素2.0 mg/L、硫胺素5.0 mg/L、硫辛酸5.0 mg/L、烟酸5.0 mg/L、盐酸吡哆醇10 mg/L、叶酸2.0 mg/L 和 D-泛酸钙5.0 mg/L),调节pH至7.0。

1.3 原油四组分分析

微生物降解后将厌氧瓶放置于4 ℃冰箱使瓶内原油变稠,然后打开厌氧瓶,利用取样针挑取剩余原油到1 mL离心管中,30 ℃条件下离心破乳去除乳化水,将得到的原油样品用0.2 mL 氯仿溶解,用30 mL正己烷沉淀过滤除去沥青质,用柱层析、薄层或液相色谱进行族组分分离,分别得到饱和烃、芳烃和非烃组分,所得饱和烃组分再进行气相色谱分析。

1.4 原油降解产气量分析

为持续推进区域钻井模式,实施精准化施工,增强单井技术方案的精确性和可执行性,可开发一套精准化钻井施工软件。通过应用该软件平台,实现自动链接和筛选信息库内的数据,自动生成精准化技术方案,实现技术交底方案的数字化、信息化。通过软件平台的开发和应用提高钻机月速,缩短建井周期,降低井下故障复杂率。

原油降解产气量采用测量厌氧培养瓶顶部气体压力方式计算,厌氧瓶顶空气体体积(V)为100 mL,压力表测顶空压力为p,产生气体的物质的量为n,按照理想气体状态方程n=PV/RT(R为摩尔气体常数)可以计算出产生气体的物质的量。

1.5 饱和烃气相色谱分析

降解原油用菌群从胜利油田油井中富集获得,培养温度60 ℃。

1.6 气体组分分析

成名对一些人来说是惊喜,对一些人来说是预谋,对于朦胧来说却是突发情况。成名后他有点儿诚惶诚恐:“那种感觉是一下子多了很多人在看我,很害怕自己做得不够好。”《太子妃升职记》一夜爆红的时候,于朦胧也被推到了大众视野的正中央。他不是没有慌张过,只是学会了一点一点去适应,这个过程就是把他自己个性里那些容易被干扰到的部分想办法安抚好,给自己的心找一处舒服的位置,安顿下来。

1.7 气体碳同位素分析

两种原油微生物降解后,原油饱和烃、芳烃、非烃和沥青质四组分均发生了显著变化,原油中非烃、沥青质和芳香烃比例增加,饱和烃组分比例显著降低(图2),其中:滨76和义141的饱和烃组分分别由初始的72.77%和69.6%下降到44.0%和49.5%;非烃和芳香烃比例上升明显,非烃由9%和9.55%上升到28.8%和17.2%,芳香烃由18.2%和20.1%上升到25.9%和23.6%;沥青质变化不明显,由0.02%和0.38%上升到1.01%和1.05%。由此得出饱和烃降解幅度最大,所产气体主要来自于饱和烃的降解。

2 结果与讨论

2.1 原油厌氧降解产气组分特征分析

原油降解产CH4趋势见图1,原油降解300 d产生的气体组分见表2。由图1和表2可见:两种原油在模拟厌氧条件下均可以被微生物降解产生气体,所产气体组分为CH4和CO2,但以CH4为主,滨76原油和义141原油降解300 d时产生的CH4比例分别达到85.0%和89.1%,CO2比例分别仅为14.5%和10.3% (表2);通过与对照组比较可以得出所产CH4和CO2来自原油的降解,而非来自于原油中溶解气。

表3 原油降解产生的CH4和CO2的δ(13C)Table 3 δ(13C) of CH4 and CO2 of oil biodegradation

  

时间/d义141原油降解气滨76原油降解气δ(13C)(CH4)/%δ(13C)(CO2)/%δ(13C)(CH4)/%δ(13C)(CO2)/%91-4 6360 424-4 9830 254126-4 6050 646-4 9520 288154-4 5850 693-4 9200 371178-4 5500 811-4 8790 424248-4 5270 850-4 8530 465

  

图1 原油降解产CH4趋势Fig.1 Productive rate of CH4 of oil biodegradation

 

表2 原油降解300 d产生的气体组分Table 2 Gas content of oil biodegradation after 300 d

  

油样来源油样w(CH4)/%w(CO2)/%原油+菌群85 014 5滨76对照1(菌群)5 53 8对照2(原油)01 3原油+菌群89 110 3义141对照1(菌群)5 73 6对照2(原油)0 0161 6

天然气δ(13C)的分布特征是油气来源判断的重要特征。该模拟过程产生的CH413C同位素分析表明,不同原油δ(13C)分布区间存在明显的差异性:义141原油降解气CH4δ(13C)分布为-4.636%~-4.527%,CO2δ(13C)分布为0.424%~0.850%;而滨76原油降解气CH4δ(13C)为-4.983%~-4.853%,CO2δ(13C)分布为0.254%~0.465%(表3)。二者同位素分布特征完全符合微生物通过CO2还原途径形成的CH4和CO2同位素特征[3]。CH4是在厌氧微生物代谢过程中产生的,在该过程中微生物优先消耗石油烃中的12C,因此,微生物产生CH4含有较少的13C同位素,所产CH4δ(13C)通常小于-4.5%;热成因CH4δ(13C)分布为-4.500%~-3.000%。而CO2却显示出异常重的δ(13C)同位素值,CO2δ(13C)小于-2.5%,最重可以达到1.5%左右[12-13]。两种原油降解所产气体碳同位素差异性主要是由原油组分碳同位素比率决定的,经分析义141原油δ(13C)为-2.821%,而滨67原油δ(13C)为-2.637%。义141原油来自胜利油田三合村稠油带,而滨76原油来自林樊家稠油带,两个条带上的伴生气藏碳同位素也存在明显差异性,三合村条带伴生气δ(13C)(CH4)为-4.46%~-4.23%,而林樊家条带δ(13C)(CH4)为-5.05%~-4.96%。林樊家条带伴生气藏碳同位素比例比三合村条带更低,与室内模拟结果一致。

2.2 原油降解所产气体同位素特征分析

由图1还可见:两种原油随着降解的进行,CH4产量不断增加,但原油降解产气速率较慢,降解到248 d时每克原油大约产生3.0 mmol CH4,即每吨原油降解可以产生67 m3(标况)CH4,然后进入降解产气停滞期,对义141原油补充培养基矿物质营养后会继续产气,每克原油产CH4达到5.6 mmol;对滨76原油补充矿物质营养后同样会促进微生物继续降解产气,每克原油产CH4达到6.4 mmol。该结果表明:原油降解受培养基营养含量影响较大,原油微生物降解除了有合适的菌群和原油外,还应该具有丰富的矿物质营养才能维持原油的不断降解产气。在实际油藏内部由于地下水的循环,为微生物降解原油不断补充矿物质营养,保证了原油生物降解可以持续进行。

2.3 降解后原油组分分析

气体碳同位素采用天然气及烃源岩吸附气组分碳同位素检测方法,即采用天然气中氢、碳、氧同位素制样方法[11]及石油和沉积有机质的氢碳同位素分析方法[11]进行分析,检测仪器为PRISM Ⅱ型同位素质谱仪。δ(13C)=(R1-R2)/R2×100%,式中:δ(13C)为样品中13C同位素比值 (R1)相对于标准品中13C同位素比值(R2)的偏差;同位素比值Ri(i=1,2)为13C与12C丰度的比值。

气体组分分析用安捷伦7890A型气相色谱仪分析。色谱柱:第一根为3 m长的角鲨烷柱,第二根为2 m长的Porapak N填充柱,第三根为2 m长的5A分子筛柱。检测条件:进样温度200 ℃,氢火焰离子化检测器(FID) 温度310 ℃,气体分析温度 50 ℃,分析时间20 min,载气为恒流1 mL/min 的He。

全烃色谱分析发现两种油降解后长碳链组分比例明显增加,原油变稠趋势明显,但两种油降解后全烃分布存在一定差异性,滨76原油存在选择性降解,碳十一到碳十七的烃组分降解更为显著(图3)。短链饱和烃的严重降解使原油向稠化趋势发展。

  

图2 义141和滨76原油降解前后四组分分析Fig.2 Principal component analysis of Y141 and B76 oil before and after biodegradation

  

图3 义141与滨76原油降解前后全烃组分色谱Fig.3 Total hydrocarbon chromatogram of Y141 and B76 crude oil before and after biodegradation

2.4 降解后生物标志物分析

原油中生物标志物的含量特征是原油是否遭受严重生物降解以及降解程度判别的重要依据。模拟实验中两种原油发生厌氧生物降解后胆甾烷等生物标志物均无显著变化(图4),由此表明原油未遭受严重的微生物降解,参照原油生物降解程度等级划分标准[14],原油降解应处于轻度生物降解阶段,该阶段为部分饱和烃发生降解,而其他组分降解程度较轻,符合上述研究结论。尽管在模拟实验中短时间内原油微生物厌氧降解程度不深,但在实际油藏中原油经过百万年以上的地质年代时间缓慢降解,最终原油物性会发生巨大变化,由稀油油藏变为稠油油藏,同时会伴生巨大的天然气气藏形成。

光学显微镜下评估各组样本组织,根据Spolidorio等[11]的测量方法,采用Adope Acrobat 7.0 professional 软件测量左侧上颌第一磨牙颊侧牙龈上皮的厚度、结缔组织的宽度与高度。具体测量方法:在龈沟底与游离龈顶点的中点处做牙体长轴的垂线,垂线与游离龈或附着龈上皮相交处为牙龈上皮的厚度(E),与结缔组织相交处为结缔组织的宽度1(W1);从龈沟底与牙面的交点做与W1的平行线,与结缔组织重叠处为结缔组织的宽度2(W2),然后根据以下公式计算其上皮厚度(W):W=(W1+W2)/2;以结缔组织的顶点处做W2的垂线,为结缔组织的高度(h)(图1)。

  

图4 义141与滨76原油降解前后生物标志物的变化趋势Fig.4 Trend of biomarker of Y141 and B76 crude oil before and after biodegradation

3 结论

1)胜利油田两种原油厌氧生物降解均使原油产生稠化趋势,稠化的主要原因是原油中短链饱和烃组分被严重降解,降解产生CH4和CO2

2)两种原油降解所产生物气碳同位素比值偏差均小于-4.527%,符合生物降解气特征,但两种原油降解所产气体同位素比值偏差范围存在一定差异性,其主要原因是两种原油自身碳同位素组成不同决定的。

3)虽然原油模拟生物降解出现稠化趋势,但原油厌氧降解速率较慢,短时间内难以形成深度降解,如何加快原油模拟厌氧降解速率是未来该领域研究的重点。

参考文献:

[1] HEAD I,JONES D M,LARTER S R.Biological activity in the deep subsurface and the origin of heavy oil[J].Nature,2003,426:344.

[2] 李赞豪.具有广阔勘探前景的一种新型浅层天然气油层、煤层厌氧菌解再生生物气[J].石油实验地质,1994,16(3):220.

[3] 林军章,冯云,谭晓明,等.生物成因稠油与伴生气形成过程模拟研究[J].油气地质与采收率,2017,24(2):85.

[4] RICE D D.Generation,accumulation,and resource potenial of biogenic gas[J].AAPG bulletin,1981,65(1):5.

[5] 包建平,朱俊章,朱翠山,等.原油生物降解模拟实验[J].石油勘探与开发,2007,34(1):43.

[6] HUNT J M.Petroleum geochemistry and geology[M].San Franciso:W H Freeman,1979:6-17.

[7] WILLIAMS J A,WINTERS J C.Microbial alteration of crude oil in the reservoir[C]∥Proceedings of the 158th National Meeting of the American Chemical Society.Columbus:American Chemical Society,1969:22.

[8] RUBINSTEIN I,STRAUSZ O P,SPYCKERELLE C,et al.The origin of oil sand bitumens of Alberta:a chemical and a microbiological simulation study[J].Geochimicaet cosmochimica acta,1977,41:1341.

[9] GREENWOOD P F.GC-MS correlation of C3 series of naturally occurring highly branched alkanes and polypropylene oligomers[J].Organic geochemistry,2006,37:755.

[10] 李建新,杨斌,何丽箐,等.准噶尔盆地西北缘稠油成因和早期成烃机制的探讨[J].新疆石油地质,1993,14(3):239.

[11] 国家发展和改革委员会.石油和沉积有机质的氢、碳同位素分析方法:SY/T 5239—2008[S].北京:石油工业出版社,2008.

[12] 李赞豪,李季,向龙斌,等.原油的厌氧细菌降解作用及其产物特征[J].石油与天然气地质,1998,19(1):29.

[13] 朱光有,张水昌,赵文智,等.中国稠油区浅层天然气地球化学特征[J].中国科学 D辑(地球科学),2007,37 (2):80.

[14] PETERS K E,MOLDOWAN M J.The biomarker guide:interpretation molecular fossils in petroleum and ancient sentiments[M].New Jersey:Prentice Hall Inc.Publication,1993:658.

 
林军章,冯云,谭晓明,刘来燕,承磊,汪卫东
《南京工业大学学报(自然科学版)》2018年第03期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号