應用氣相色譜儀測定天然氣組成的分析

孫洋洋

摘要：天然氣作為十分重要的能源，在油田得到了廣泛生產(chǎn)與應用，必須在其集氣加工質(zhì)量上進行不斷的處理和優(yōu)化，天然氣處理廠外輸氣中含有微量的重烴組分（如碳六以上飽和烴，以及凝固點較高的苯、環(huán)烷烴等），這些微量重烴不影響管道輸送，但在天然氣液化處理中極易沉積在換熱冷箱中，影響液化廠的正常運行。

關鍵詞：色譜儀;天然氣;組成;分析

前言

現(xiàn)場錄井的石油天然氣成分分析在石油天然氣資源的勘探與開發(fā)過程中起著十分重要的作用。傳統(tǒng)的技術手段是利用氣相色譜儀與氫火焰鑒定器（FID）相結(jié)合，通過烷烴成分的燃燒產(chǎn)生電離子信號，檢測出其中甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷的含量變化情況，進而確定鉆遇地層的油氣信息。該技術存在以下幾個缺點：一是輔助設備多。傳統(tǒng)的氣測油氣檢測技術除了主要設備外，還必須配備氫氣發(fā)生器、空氣壓縮機等輔助設備，故障誘因較多。二是工藝復雜。為了準確檢測出鉆遇地層含油氣信息，在鉆井過程中，需要對鉆井液中攜帶的鉆遇地層流體中的樣品氣進行分離，通過管線輸送到儀器房內(nèi)的氣象色譜系統(tǒng)進行檢測分析。氣測錄井數(shù)據(jù)在存在有分析周期的同時，還存在有一定的管路延時。三是影響因素多。色譜分析結(jié)果容易受現(xiàn)場環(huán)境、工藝技術、設備性能等因素影響。本研究所提出的差分吸收光譜技術設計理念能很好地解決上述問題，可以提升錄井技術水平，簡化錄井工藝，烷烴組分數(shù)據(jù)實現(xiàn)在線實時記錄，提高油氣信息數(shù)據(jù)質(zhì)量，有利于油氣資源的及時準確發(fā)現(xiàn)。

1 天然氣成分分析概況

所謂天然氣，就是一種多組分的混合氣態(tài)化石燃料，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。從資源開發(fā)的角度看，天然氣主要分布于油田、氣田、煤層和頁巖層，通常可以將其劃分成為伴生氣以及非伴生氣兩種，其中前者主要是與石油一同被開采出來而作為油田能源產(chǎn)品之一的形式存在，而非伴生氣則是在地層中以氣態(tài)形式存在，從而形成純天然氣田的形式。

從成分角度看，天然氣產(chǎn)生于自然環(huán)境中，其本身攜帶的成分和雜質(zhì)成分都必然相對龐雜，除了通常含量超過了98%的有機化合物，即低碳數(shù)烴類氣體組分以外，諸多無機化合物也都會混雜其中，其中主要包括H2、N2、He、Ar、O2、CO、CO2以及H2S等成分通常也會作為雜質(zhì)出現(xiàn)在開采出來的天然氣中。不同的成分以及不同成分的不同含量比重，都會對天然氣的多方面屬性有所影響，因此必須針對天然氣的組分進行檢定，并且借此進一步對其熱量以及腐蝕等方面特征進行正確估量，最終確定燃燒器工作參數(shù)以及相關設備的防腐工作展開具體環(huán)節(jié)。

天然氣組分檢定工作，是對于天然氣熱量、密度、相對密度以及壓縮因子和腐蝕特征進行充分了解的有力武器，是直接關系到天然氣生產(chǎn)、輸送、安全以及貿(mào)易中的經(jīng)濟利益的重要工作。當前對于天然氣展開檢定工作的首要方法是使用氣相色譜儀來展開工作，這是一種能夠?qū)碗s樣品實現(xiàn)分離、監(jiān)測和定量分析的精密儀器，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對于樣品在固定相上的分配系數(shù)、活度系數(shù)、分子量和比表面積等物理化學常數(shù)等方面的綜合測定。氣相色譜儀以氣相色譜柱作為分離基礎，并且通過檢測裝置獲取相應的電訊號并加以記錄，最終生成能夠供工作人員讀取和分析的檢測報告。

2 操作氣相色譜儀進行天然氣成分分析時需要重點注意以下幾點

由于規(guī)范沒有對特定色譜和檢測的溫度做明文規(guī)定，反應溫度的控制更多受檢測環(huán)境和條件的影響。在控制溫度恒定時，溫度變化范圍應控制在0.3℃范圍內(nèi)。大多數(shù)情況下選擇保溫措施，電加熱設備可以正常運行，即可滿足這個要求。

流動相載體氣體流量和穩(wěn)定性對色譜檢測的影響非常大，所以在檢測過程中流動相載體氣體流量需要維持穩(wěn)定，控制變化幅度在1%以內(nèi)。

若氣體樣品的實際檢測結(jié)果證實氣體溫度比實驗室溫度高，那么氣體樣品需要經(jīng)過預加熱過程后才能輸入色譜儀進行分析。因為天然氣屬于易燃易爆氣體，氣體加熱過程中需要注意安全。大多數(shù)情況下氣體中的硫化氫不在色譜分析范圍之內(nèi)。因此，在分析前可以預先進行篩選，把氣體樣品中的硫化氫成分去掉。

為了保證檢測設備測量結(jié)果的精確度，各種氣體的進樣量不宜超過0.5毫升，連接樣本和儀器的管子應該選用不銹鋼或者抗腐蝕塑料管，不可用銅，橡膠等容易腐蝕的材質(zhì)。在使用定量管把樣品氣體導入色譜儀中常規(guī)的手法是吹掃法，這種方法的前提是氣體樣品的氣壓要高于一個標準大氣壓。所以色譜儀在檢測前需要驗證需要的吹氣用量，再定量管壓力接近大氣壓時，關掉閥門，在定量管的氣體壓強穩(wěn)定后，把氣體樣品引入色譜儀進行分析。常用的封水置換的方法一般采用飽和氯化鈉溶液作為封閉液體，但是這種溶液會對天熱氣成分分析產(chǎn)生影響且會給氣體中帶來水分，所以在精確度和需求較高的時候，一般不采用封水置換的方法來取樣。

3 分析結(jié)果精密度考察

對檢測結(jié)果精確性的影響因素非常多，經(jīng)過長期總結(jié)經(jīng)驗，我國科學家總結(jié)出在實際操作過程中重點控制的影響指標有以下幾點。

控制分析設備的溫度，流動相載體氣體的流量速度等指標。在進行溫度恒定的檢測過程中柱溫需要維持在0.3℃變化范圍以內(nèi)。按流程升溫檢測的過程中檢測設備的溫度要始終大于等于柱溫最高值，且保持穩(wěn)定維持在0.3℃變化范圍以內(nèi)。載體氣體的流量速度需要保證穩(wěn)定，速度變動范圍應控制在百分之一以內(nèi)。

氣體樣本的溫度控制，一般樣品溫度在導入設備時需要高于取樣時候的溫度，否則會導致氣體中部分成分受冷凝析，最后測定結(jié)果比實際值要低。由于在使用定量管把樣本氣體導入色譜儀中常規(guī)的手法是吹掃法，這種方法的前提是氣體樣本的氣壓要高于一個標準大氣壓。所以色譜儀在檢測前需要驗證需要的吹氣用量，再定量管壓力接近大氣壓時，關掉閥門，在定量管的氣體壓強穩(wěn)定后，把氣體樣本引入色譜儀進行分析。這樣可以防止樣本雜質(zhì)污染空氣。

重復性分析。為了保證檢測結(jié)果的精確性，需要對同一樣本進行多次檢測，對其檢測結(jié)果進行重復性分析，以校正誤差。

4 結(jié)論

天然氣成分分析工作，對于天然氣相關單位都十分重要，不僅僅對于油田生產(chǎn)部門，對于運輸和消費部門而言也具有重大意義。針對于此種情況，在實際工作中必須加強相應工作團隊水平的提升，切實優(yōu)化工作效果，為油田和天然氣流通部門的安全和有效給出有力數(shù)據(jù)基礎。

（作者單位：大慶采氣分公司輸氣大隊中心化驗室）