趙 軍，鄭繼龍，翁大麗，張 強，胡 雪

(中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300452)

便攜式氣相色譜儀測定海上平臺天然氣中氮氣含量

趙 軍，鄭繼龍，翁大麗，張 強，胡 雪

(中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300452)

為保障海上平臺安全生產(chǎn)，采用便攜式色譜儀對海上平臺天然氣中氮氣進行分析. 便攜式色譜儀利用氣相色譜原理能夠準(zhǔn)確分析產(chǎn)出氣體組成. 儀器檢測數(shù)據(jù)精度高，檢測速度快，單個樣品檢測時間為4 min，可連續(xù)工作時間為8 h. 現(xiàn)場檢測表明便攜式色譜儀具有操作簡單、快速等特點，對快速判定氣體成分顯示出一定的優(yōu)越性，為海上油氣田天然氣中氮氣快速檢測提供技術(shù)支持.

便攜式氣相色譜;天然氣;氮氣;海上平臺

海上平臺采油過程中產(chǎn)生大量的伴生氣. 由于伴生氣的氣壓較低，這些伴生氣每天通過火炬燃燒掉，造成了很大的資源浪費. 為了能夠回收利用這些氣體，需要將伴生氣加壓供平臺發(fā)電使用. 發(fā)電設(shè)備要求天然氣中甲烷含量不低于70%. 某些平臺在進行注氮氣作業(yè)時，油井采油過程中伴生氣往往含有氮氣，氮氣濃度過高會影響平臺發(fā)電，進而影響平臺生產(chǎn). 為保證平臺安全生產(chǎn)運行，需要對相關(guān)油井產(chǎn)出天然氣組分進行分析檢測. 測定天然氣組成最常用的方法是氣相色譜法. 此外，為了測定天然氣在一定壓力和溫度條件下生成的凝析物的量, 可采用稱量法或體積法測定天然氣中潛在液烴的含量[1]. 而現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)中天然氣全分析一般采取的是多次進樣、多柱分離，外標(biāo)法定量，步驟比較復(fù)雜，需要多次進樣，多次定量才能得到結(jié)果.

便攜式氣相色譜儀采用氣相色譜法，儀器體積較小，可實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測，同時操作簡單、快速，對快速判定氣體成分顯示出一定的優(yōu)越性[2-4]. 通過該設(shè)備檢測油井天然氣中氮氣含量，研究產(chǎn)出氮氣情況，對氮氣產(chǎn)出含量較高的井進行相應(yīng)處理措施，以確保油井中天然氣能供平臺發(fā)電.

1 試驗部分

1.1 儀器

Agilent 490 Micro GC氣相色譜儀，儀器內(nèi)部配備有電源及載氣裝置，備用電源使用時間約8 h，載氣裝置充裝氣體可使用兩天，如果內(nèi)部充裝載氣設(shè)備氣量不夠，可另配備2 L裝載氣瓶對內(nèi)部在載氣進行補給. 儀器如圖1所示.

圖1 Agilent 490 Micro GC便攜式氣相色譜儀Fig.1 Agilent 490 Micro GC portable gas chromatograph

1.2 色譜條件

Agilent 490 Micrl GC色譜儀采用模塊化設(shè)計，色譜柱1設(shè)定溫度40 ℃，進樣器溫度50 ℃；色譜柱2設(shè)定溫度50 ℃，進樣器溫度110 ℃；色譜柱3設(shè)定溫度150 ℃，進樣器溫度110 ℃.

1.3 化學(xué)試劑

氣體采樣袋(大連海得科技有限公司)；載氣為氦氣(純度≥99.999%).

1.4 標(biāo)準(zhǔn)氣體

參考GB17820-2012《天然氣》及GB/T 13610《天然氣組成分析-氣相色譜法》，標(biāo)準(zhǔn)氣體選用天津盛唐氣體有限公司混合標(biāo)準(zhǔn)氣體：含甲烷(C1)、乙烷(C2)、丙烷(C3)、異丁烷(i-C4)、正丁烷(n-C4)、異戊烷(i-C5)、正戊烷(n-C5)、正己烷(n-C6)、氮氣、氧氣和二氧化碳. 標(biāo)準(zhǔn)天然氣組分如表1所列.

表1 標(biāo)準(zhǔn)天然氣組分Table 1 Result of precision test

標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定：檢測樣本氣體前需要對儀器進行氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定，氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是進行氣體分析量值傳遞的計量器具，用于校準(zhǔn)氣體分析儀器，評價和檢驗分析方法及出分析結(jié)果，保證測量結(jié)果可靠性[5-7]. 其方法為充入一定量已知純度的不同氣體組分的混合氣體，通過儀器計算出各組分組成及含量，作為檢測氣體組分的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，本實驗室配備的天然氣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)天然氣[8].

標(biāo)準(zhǔn)天然氣在氣相色譜中的全掃描色譜圖如圖2所示，氮氣保留時間在1.55 min.

圖2 氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)色譜圖Fig.2 Chromatograms of standard gas material

通過軟件分析結(jié)果得出檢測氣體的組分?jǐn)?shù)據(jù)，如圖3所示. 從圖3可以看出,檢測出的數(shù)據(jù)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)天然氣出廠數(shù)據(jù)一致.

圖3 軟件分析結(jié)果數(shù)據(jù)Fig.3 Data of software analytical result

1.5 樣品測定

儀器采用微流控制器自動進樣程序，程序設(shè)定：第4 min打開，第8 min關(guān)閉；進樣量：0.25 mL；管線溫度80 ℃.

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器試驗條件優(yōu)化

Agilent 490 Micrl GC對樣品處理及進樣方法不需要另外的采樣裝置和頂空裝置，不需要對樣品進行預(yù)處理, 儀器直接對現(xiàn)場進行采樣. 采樣時由內(nèi)載氣帶入內(nèi)部毛細管柱，采樣時間可自定, 一般設(shè)為15 s. 該設(shè)備可減少多次進樣、多次定量等復(fù)雜的過程，大大縮減了檢測時間. 儀器同時配備EZ Result Monitor和Diablo EZreporter兩款軟件對分析數(shù)據(jù)進行處理分析，檢測數(shù)據(jù)精度高，速度快.

2.2 精密度試驗

為了驗證儀器的精密度，對標(biāo)準(zhǔn)天然氣進行連續(xù)測定試驗，結(jié)果如表2所列. 由表2可知方法測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差0.01%～0.38%，說明儀器的精密度良好.

表2 精密度試驗結(jié)果

2.3 實際樣品測定

本次采集某平臺生產(chǎn)井氣樣進行監(jiān)測，按照檢測方法對樣品進行氮氣含量分析. 檢測結(jié)果如表3所列.

表3 海上平臺生產(chǎn)井產(chǎn)出氣氮氣檢測情況表Table 3 Detection of nitrogen in gas components of offshore wells %

通過表3可以看出，四口監(jiān)測井均有不同程度氮氣產(chǎn)出. P1、P2井產(chǎn)出氮氣含量較低，P3、P4井產(chǎn)出含量較高，其中P3氮氣含量最高，氮氣含量高達50%以上，遠高于其他生產(chǎn)井氮氣含量. 通過現(xiàn)場實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析結(jié)果，關(guān)閉P3、P4生產(chǎn)井，保證了平臺正常生產(chǎn)，同時對注入井進行調(diào)整措施.

3 結(jié)論

采用便攜式氣相色譜儀對生產(chǎn)井產(chǎn)出氣體進行在線監(jiān)測, 可以有效地對平臺生產(chǎn)系統(tǒng)進行監(jiān)控;對生產(chǎn)井產(chǎn)出的產(chǎn)出氮氣濃度進行監(jiān)測，對生產(chǎn)井及平臺流程提出合理性建議，確保平臺正常生產(chǎn).

便攜式氣相色譜儀能快速采樣，準(zhǔn)確分析，便于攜帶，需要配備的工作條件簡單，適用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測現(xiàn)場快速測定的新型儀器. 在測定氣體，一般只需要15 min左右，分析速度快，穩(wěn)定性好，可以應(yīng)對突發(fā)事件,保證樣品分析的瞬時可靠性等優(yōu)點，能滿足對工作場所物質(zhì)檢測的要求. 因此，便攜式色譜在線檢測作為一種有效的、高靈敏度的檢測技術(shù), 在天然氣行業(yè)的安全生產(chǎn)中有非常大的應(yīng)用潛力.

[1] 唐蒙,遲永杰.天然氣組成常規(guī)分析方法及其標(biāo)準(zhǔn)化[J].石油與天然氣化工，2002(30)：64-70.

[2] 劉虎威. 氣相色譜方法及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社．

[3] 孫傳經(jīng). 氣相色譜分析原理與技術(shù)[M].第二版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社．

[4] 王永華. 氣相色譜分析[M].北京：海洋出版社．

[5] 周良模. 氣相色譜新技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，1994．

[6] 傅若農(nóng)，顧峻嶺. 近代色譜分析[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1998．

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[8] 陳賡良．在線氣相色譜分析偏差的不確定度評定[J].石油與天然氣化工,2012,41(2)：140-147,246.

Application of Portable Gas Chromatograph in Measurement of Nitrogen in Natural Gas on Offshore Platform

ZHAO Jun, ZHENG Ji-long, WENG Da-li, ZHANG Qiang, HU Xue

(CNOOCEnergyTechnology-Dilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

In order to ensure the safety production of offshore platform, a portable chromatograph was employed to determine the contents of nitrogen in offshore natural gas using a portable gas chromatograph. The instrument can detect data with high accuracy and fast speed. A single sample detection time is 4 min, it can work continuously for 8 hours. The field test practice showed that the portable chromatograph has the advantages of simple operation and fast detection for the composition of gas, and it provides technical support for the fast detection of nitrogen in natural gas from offshore oil and gas fields.

portable gas chromatograph;natural gas;nitrogen;offshore platform

分析測試經(jīng)驗介紹(058～061)

2016-11-23;

2017-02-20.

趙軍(1984-)，男，學(xué)士，工程師，主要從事提高采收率相關(guān)工作,E-mail：druidzhao@sina.com.

O657.7

B

1006-3757(2017)01-0058-04

10.16495/j.1006-3757.2017.01.012