应用气相色谱仪测定天然气组成的分析

孙洋洋

摘要：天然气作为十分重要的能源，在油田得到了广泛生产与应用，必须在其集气加工质量上进行不断的处理和优化，天然气处理厂外输气中含有微量的重烃组分（如碳六以上饱和烃，以及凝固点较高的苯、环烷烃等），这些微量重烃不影响管道输送，但在天然气液化处理中极易沉积在换热冷箱中，影响液化厂的正常运行。

关键词：色谱仪;天然气;组成;分析

前言

现场录井的石油天然气成分分析在石油天然气资源的勘探与开发过程中起着十分重要的作用。传统的技术手段是利用气相色谱仪与氢火焰鉴定器（FID）相结合，通过烷烃成分的燃烧产生电离子信号，检测出其中甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷的含量变化情况，进而确定钻遇地层的油气信息。该技术存在以下几个缺点：一是辅助设备多。传统的气测油气检测技术除了主要设备外，还必须配备氢气发生器、空气压缩机等辅助设备，故障诱因较多。二是工艺复杂。为了准确检测出钻遇地层含油气信息，在钻井过程中，需要对钻井液中携带的钻遇地层流体中的样品气进行分离，通过管线输送到仪器房内的气象色谱系统进行检测分析。气测录井数据在存在有分析周期的同时，还存在有一定的管路延时。三是影响因素多。色谱分析结果容易受现场环境、工艺技术、设备性能等因素影响。本研究所提出的差分吸收光谱技术设计理念能很好地解决上述问题，可以提升录井技术水平，简化录井工艺，烷烃组分数据实现在线实时记录，提高油气信息数据质量，有利于油气资源的及时准确发现。

1 天然气成分分析概况

所谓天然气，就是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。从资源开发的角度看，天然气主要分布于油田、气田、煤层和页岩层，通常可以将其划分成为伴生气以及非伴生气两种，其中前者主要是与石油一同被开采出来而作为油田能源产品之一的形式存在，而非伴生气则是在地层中以气态形式存在，从而形成纯天然气田的形式。

从成分角度看，天然气产生于自然环境中，其本身携带的成分和杂质成分都必然相对庞杂，除了通常含量超过了98%的有机化合物，即低碳数烃类气体组分以外，诸多无机化合物也都会混杂其中，其中主要包括H2、N2、He、Ar、O2、CO、CO2以及H2S等成分通常也会作为杂质出现在开采出来的天然气中。不同的成分以及不同成分的不同含量比重，都会对天然气的多方面属性有所影响，因此必须针对天然气的组分进行检定，并且借此进一步对其热量以及腐蚀等方面特征进行正确估量，最终确定燃烧器工作参数以及相关设备的防腐工作展开具体环节。

天然气组分检定工作，是对于天然气热量、密度、相对密度以及压缩因子和腐蚀特征进行充分了解的有力武器，是直接关系到天然气生产、输送、安全以及贸易中的经济利益的重要工作。当前对于天然气展开检定工作的首要方法是使用气相色谱仪来展开工作，这是一种能够对复杂样品实现分离、监测和定量分析的精密仪器，并且能够实现对于样品在固定相上的分配系数、活度系数、分子量和比表面积等物理化学常数等方面的综合测定。气相色谱仪以气相色谱柱作为分离基础，并且通过检测装置获取相应的电讯号并加以记录，最终生成能够供工作人员读取和分析的检测报告。

2 操作气相色谱仪进行天然气成分分析时需要重点注意以下几點

由于规范没有对特定色谱和检测的温度做明文规定，反应温度的控制更多受检测环境和条件的影响。在控制温度恒定时，温度变化范围应控制在0.3℃范围内。大多数情况下选择保温措施，电加热设备可以正常运行，即可满足这个要求。

流动相载体气体流量和稳定性对色谱检测的影响非常大，所以在检测过程中流动相载体气体流量需要维持稳定，控制变化幅度在1%以内。

若气体样品的实际检测结果证实气体温度比实验室温度高，那么气体样品需要经过预加热过程后才能输入色谱仪进行分析。因为天然气属于易燃易爆气体，气体加热过程中需要注意安全。大多数情况下气体中的硫化氢不在色谱分析范围之内。因此，在分析前可以预先进行筛选，把气体样品中的硫化氢成分去掉。

为了保证检测设备测量结果的精确度，各种气体的进样量不宜超过0.5毫升，连接样本和仪器的管子应该选用不锈钢或者抗腐蚀塑料管，不可用铜，橡胶等容易腐蚀的材质。在使用定量管把样品气体导入色谱仪中常规的手法是吹扫法，这种方法的前提是气体样品的气压要高于一个标准大气压。所以色谱仪在检测前需要验证需要的吹气用量，再定量管压力接近大气压时，关掉阀门，在定量管的气体压强稳定后，把气体样品引入色谱仪进行分析。常用的封水置换的方法一般采用饱和氯化钠溶液作为封闭液体，但是这种溶液会对天热气成分分析产生影响且会给气体中带来水分，所以在精确度和需求较高的时候，一般不采用封水置换的方法来取样。

3 分析结果精密度考察

对检测结果精确性的影响因素非常多，经过长期总结经验，我国科学家总结出在实际操作过程中重点控制的影响指标有以下几点。

控制分析设备的温度，流动相载体气体的流量速度等指标。在进行温度恒定的检测过程中柱温需要维持在0.3℃变化范围以内。按流程升温检测的过程中检测设备的温度要始终大于等于柱温最高值，且保持稳定维持在0.3℃变化范围以内。载体气体的流量速度需要保证稳定，速度变动范围应控制在百分之一以内。

气体样本的温度控制，一般样品温度在导入设备时需要高于取样时候的温度，否则会导致气体中部分成分受冷凝析，最后测定结果比实际值要低。由于在使用定量管把样本气体导入色谱仪中常规的手法是吹扫法，这种方法的前提是气体样本的气压要高于一个标准大气压。所以色谱仪在检测前需要验证需要的吹气用量，再定量管压力接近大气压时，关掉阀门，在定量管的气体压强稳定后，把气体样本引入色谱仪进行分析。这样可以防止样本杂质污染空气。

重复性分析。为了保证检测结果的精确性，需要对同一样本进行多次检测，对其检测结果进行重复性分析，以校正误差。

4 结论

天然气成分分析工作，对于天然气相关单位都十分重要，不仅仅对于油田生产部门，对于运输和消费部门而言也具有重大意义。针对于此种情况，在实际工作中必须加强相应工作团队水平的提升，切实优化工作效果，为油田和天然气流通部门的安全和有效给出有力数据基础。

（作者单位：大庆采气分公司输气大队中心化验室）