原油中稀有氣體同位素的測定方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及油氣領域，尤其涉及原油中稀有氣體同位素的測定方法及裝置。采用原油樣品預純化的思路，預純化后樣品中主要是稀有氣體組分，對儀器不會產生污染，避免了每次測樣后系統烘烤抽真空的時間，大大增加了儀器利用率。預純化后的樣品中幾乎沒有了有機組分，因此，降低了本底，也消除了有機碎片離子的對測量結果的影響，提高了測試數據的準確度。可以有效避免原油脫出氣中的有機組分對超高真空稀有氣體同位素質譜儀的污染，減少有機碎片離子峰在目標離子峰上的疊加作用，從而有效提高同位素檢測精度。解決了原油樣品中稀有氣體同位素難以檢測的技術難點。從而實現了氣、油、源三元稀有氣體同位素數據對比。為油氣示蹤、油源對比、氣源對比提供準確可靠的稀有氣體同位素數據。
【專利說明】原油中稀有氣體同位素的測定方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣領域，尤其涉及原油中稀有氣體同位素的測定方法及裝置。
【背景技術】
[0002]由于原油脫出氣中95%以上的組分為有機氣體，它們極易吸附在質譜儀及純化管道內壁，難以用抽真空的方法去除，造成系統真空度低，測試中本底效應明顯，有機碎片離子對實驗結果影響嚴重，甚至使同位素比值產生幾個數量級的誤差。并且，有機氣體對要求超高真空的稀有氣體質譜儀造成的污染十分嚴重，做一次樣品系統需要烘烤抽真空半個月時間，更有甚者會造成質譜燈絲燒斷，或電子倍增接收器靈敏度降低，甚至失靈。因此，目前國內為油氣研究中，很少進行原油樣品中稀有氣體的測試分析工作。
[0003]原油中的有機組分對同位素測試儀器帶來極大損害。每測試一次原油樣品，質譜儀需要烘烤抽真空一星期，達到測試下個樣品的要求需要半個月以上的時間。這大大降低了價格高昂的稀有氣體質譜儀的利用率。更重要的是由于純化不完全，有機組分進入質譜系統，在離子源的電子轟擊下產生碎片離子。這些離子疊加在目標離子峰上使測試結果產生很大的偏差；并且如果上一個樣品測試完，系統抽真空不徹底，本底效應也會對下一個樣品的測試結果產生影響。
【發明內容】
[0004]發明的目的:為了實現原油樣品稀有氣體同位素的分析測試，為油氣地球化學研究提供更多可靠的實驗數據，使油-源稀有氣體同位素對比研究成為可能，更好的指導原油、天然氣來源及成因問題。
[0005]為了達到如上目的，本發明采取如下技術方案:
[0006]方案一:
[0007]原油中稀有氣體同位素的測定方法，包含原油脫氣的步驟和稀有氣體同位素測定的步驟，其特征在于，所述稀有氣體同位素測定的步驟之前，還包含原油脫氣的步驟之后還包含油氣純化的步驟，所述油氣純化的步驟是將可以將原油脫出的有機氣體氧化為二氧化碳和水，并將其收集。
[0008]本發明進一步技術方案在于，所述原油脫氣的步驟是采用超聲波震蕩石油液體進行脫氣。
[0009]本發明進一步技術方案在于，所述石油液體位于原油脫氣罐中。
[0010]本發明進一步技術方案在于，所述將原油脫出的有機氣體氧化為二氧化碳和水是通過使得氣體進入氧化銅爐進行氧化，同時通過外加液氮使冷指降低到_196°C左右，并將氧化產生的大量二氧化碳和水收集起來。
[0011]本發明進一步技術方案在于，所述油氣純化的步驟還包含如下操作，將收集過二氧化碳和水后的氣體經過海綿鈦爐和鋯鋁泵，去除其中的雜氣。
[0012]本發明進一步技術方案在于，所述同位素測定的步驟為再次經過一次海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱的除雜過程，最后由液氮溫度下的活性炭冷阱將稀有氣體分離為He、Ne ;Ar、Kr ；Xe三部分,分別進行同位素測試。
[0013]本發明進一步技術方案在于，包含如下步驟:將采集的原油經“接原油樣品口”導入到預先抽真空(10_5mbar)的IOOOml的原油脫氣罐中，通過超聲波震蕩脫氣，5分鐘后打開閥門，將脫出的氣體導入到3000ml的擴展罐，關閉擴展罐閥門，將管道抽真空。然后將氣體分流到原油脫氣罐，關閉原油脫氣罐閥門，抽管道真空，然后將氣體導入到氧化銅爐，在800 V下使有機氣體氧化為二氧化碳和水,然后用液氮冷阱除去樣品中的二氧化碳和水，接下來將氣體導入到海綿鈦爐和鋯鋁泵，將氣體中的其他活性組分(h2、n2、o2、hci)除去，最后氣體進入到稀有氣體同位素測試系統，再經過一次海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱的除雜過程，最后由液氮溫度下的活性炭冷阱將稀有氣體分離為He、Ne ;Ar、Kr ；Xe三部分，分別進行同位素測試。
[0014]方案二:
[0015]原油中稀有氣體同位素的測定裝置，其特征在于，包含超聲震蕩部分，超聲震蕩部分上有石油進口和油氣出口，所述油氣出口連接原油脫氣罐，所述原油脫氣罐隨后接入氧化銅爐，經過氧化銅爐的另一接口連接液氮冷阱裝置，所述液氮冷阱裝置的另一接口依次連接海綿鈦爐和鋯鋁泵，隨后連接測定部分，所述測定部分包含依次連接的海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱，隨后連接活性炭冷阱和稀有氣體同位素質譜儀。
[0016]本發明進一步技術方案在于，還包含連接于稀有氣體同位素質譜儀之前的真空機組。
[0017]采用如上技術方案的本發明，相對于現有技術有如下有益效果:采用原油樣品預純化的思路，預純化后樣品中主要是稀有氣體組分，對儀器不會產生污染，避免了每次測樣后系統烘烤抽真空的時間，大大增加了儀器利用率。預純化后的樣品中幾乎沒有了有機組分，因此，降低了本底，也消除了有機碎片離子的對測量結果的影響，提高了測試數據的準確度。可以有效避免原油脫出氣中的有機組分對超高真空稀有氣體同位素質譜儀的污染，減少有機碎片離子峰在目標離子峰上的疊加作用，從而有效提高同位素檢測精度。解決了原油樣品中稀有氣體同位素難以檢測的技術難點。從而實現了氣、油、源三元稀有氣體同位素數據對比。為油氣示蹤、油源對比、氣源對比提供準確可靠的稀有氣體同位素數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了進一步說明本發明，下面結合附圖進一步進行說明:
[0019]圖1為發明的油氣分離部分和純化部分和結構示意圖；
[0020]圖2為發明的同位測定部分工藝圖；
[0021]其中:1.擴展罐；2.原油脫氣罐；3.超聲震蕩部分；4.氧化銅爐；5.液氮冷阱裝置；6.液體進樣口 ；7.分子泵接口 ；8.海綿鈦爐；9.鋯鋁泵。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明的實施例進行說明，實施例不構成對本發明的限制:
[0023]本發明提供了一種原油在線脫氣及預純化系統。從而，實現了原油稀有氣體的無污染分析，該實驗方法保護了超高真空質譜儀，同時也提高了分析測試的精度。[0024]本實驗方法是由原油脫氣系統，純化系統以及稀有氣體同位素質譜儀組成。各系統管道和閥門都能夠達到超高真空要求，并能夠承受280°C高溫烘烤，原油脫氣系統真空度可達10_5Pa，純化及質譜儀系統真空度可達10_9Pa以上。由于原油脫氣很容易造成系統污染，因此，原油脫氣系統相對其他系統是獨立的，并且各部件之間可實現快速拆卸，易清洗。該系統最后加有氧化銅和冷指，可以將原油脫出的有機氣體氧化為二氧化碳和水，并將其在液氮溫度下收集在冷指中，不會進入預純化系統和質譜儀分析系統，預純化系統由海綿鈦爐、鋯-鋁吸氣泵和分子泵組成，能夠充分吸收活性氣體。使預純化后的樣品中只有He、Ne、Ar、Kr、Xe氣體保留，占總含量的95%以上。然后將這些預純化后的樣品送入稀有氣體同位素質譜儀，再經過鋯-鋁泵的進一步純化，最后由低溫冷阱(溫度范圍10K-475K)進行稀有氣體組分分離。最后，可以將He、Ne、Ar、Kr、Xe各組分先后分別送入質譜儀進行同位素測定。
[0025]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:通過超聲波震蕩使原油中99.5%以上的吸附氣釋放出來。然后通過定量設備取一定量的氣體進入氧化銅爐進行氧化，同時通過外加液氮使冷指降低到_196°C左右，并將氧化產生的大量二氧化碳和水收集起來。這樣脫出氣體中的有機組分就被除去。然后將剩余氣體送入預純化系統，通過一系列干泵和分子泵的作用，使其中的N2、HC1、H2等活性氣體去除。最后通過低溫冷阱分離稀有氣體組分，最終使純化后的原油中稀有氣體各組分分別進入現在最先進，精度最高，自動化程度最強的稀有氣體同位素質譜儀Noblesse中分別檢測。
[0026]如圖1，原油中稀有氣體同位素分析所應用的原油脫氣部分、樣品預純化部分及稀有氣體同位素測試系統都是由超高真空部件連接而成。能夠保持系統的超高真空狀態。原油脫氣部分由玻璃部件組成，每次測樣之后可以拆卸、清洗，去除樣品的交叉污染。樣品預純化部分由內壁拋光的不銹鋼管、超高真空閥門和純化部件組成。隨后進入稀有氣體同位素測試系統。經再次純化后進入質譜儀進行分析。
[0027]具體操作方法如下:1.將采集的原油經“接原油樣品口”導入到預先抽真空的IOOOml的原油脫氣罐中，通過超聲波震蕩脫氣。5分鐘后打開閥門，將脫出的氣體導入到3000ml的擴展罐。關閉擴展罐閥門，將管道抽真空。然后將氣體分流到原油脫氣罐，關閉原油脫氣罐閥門。抽管道真空。然后將氣體導入到氧化銅爐，在800°C下使有機氣體氧化為二氧化碳和水，然后用液氮冷阱除去樣品中的二氧化碳和水。接下來將氣體導入到海綿鈦爐和鋯鋁泵。將氣體中的其他活性組分(H2、N2、02、HC1等)除去。隨后進入到稀有氣體同位素測試系統。再經過一次海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱的除雜過程，最后由液氮溫度下的活性炭冷阱將稀有氣體分離為He、Ne ；Ar,Kr ；Xe三部分，分別進行同位素測試。氮溫度下的活性炭冷阱將稀有氣體分離為He、Ne ；Ar,Kr ；Xe三部分，分別進行同位素測試。
[0028]本發明進一步技術方案在于，包含如下步驟:將采集的原油經“接原油樣品口”導入到預先抽真空(10_2mbar)的IOOOml的原油脫氣罐中，通過超聲波震蕩脫氣，5分鐘后打開閥門，將脫出的氣體導入到3000ml的擴展罐，關閉擴展罐閥門，將管道抽真空。然后將氣體分流到原油脫氣罐，關閉原油脫氣罐閥門，抽管道真空，然后將氣體導入到氧化銅爐，在800 0C下使有機氣體氧化為二氧化碳和水,然后用液氮冷阱除去樣品中的二氧化碳和水，接下來將氣體導入到海綿鈦爐和鋯鋁泵，將氣體中的其他活性組分(h2、n2、o2、hci)除去，最后氣體進入到稀有氣體同位素測試系統，再經過一次海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱的除雜過程，最后由液氮溫度下的活性炭冷阱將稀有氣體分離為He、Ne ;Ar、Kr ；Xe三部分，分別進行同位素測試。
[0029]方案二:
[0030]原油中稀有氣體同位素的測定裝置，其特征在于，包含超聲震蕩部分，超聲震蕩部分上有石油進口和油氣出口，所述油氣出口連接原油脫氣罐，所述原油脫氣罐隨后接入氧化銅爐，經過氧化銅爐的另一接口連接液氮冷阱裝置，所述液氮冷阱裝置的另一接口依次連接海綿鈦爐和鋯鋁泵，隨后連接測定部分，所述測定部分包含依次連接的海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱，隨后連接活性炭冷阱和稀有氣體同位素質譜儀。
【權利要求】
1.原油中稀有氣體同位素的測定方法，包含原油脫氣的步驟和稀有氣體同位素測定的步驟，其特征在于，所述稀有氣體同位素測定的步驟之前，還包含原油脫氣的步驟之后還包含油氣純化的步驟，所述油氣純化的步驟是將可以將原油脫出的有機氣體氧化為二氧化碳和水，并將其收集。
2.如權利要求1所述的原油中稀有氣體同位素的測定方法，其特征在于，所述原油脫氣的步驟是采用超聲波震蕩石油液體進行脫氣。
3.如權利要求2所述的原油中稀有氣體同位素的測定方法，其特征在于，所述石油液體位于原油脫氣罐中。
4.如權利要求1所述的原油中稀有氣體同位素的測定方法，其特征在于，所述將原油脫出的有機氣體氧化為二氧化碳和水是通過使得氣體進入氧化銅爐進行氧化，同時通過外加液氮使冷指降低到_196°C左右，并將氧化產生的大量二氧化碳和水收集起來。
5.如權利要求1所述的原油中稀有氣體同位素的測定方法，其特征在于，所述油氣純化的步驟還包含如下操作，將收集過二氧化碳和水后的氣體經過海綿鈦爐和鋯鋁泵，去除其中的雜氣。
6.如權利要求5所述的原油中稀有氣體同位素的測定方法，其特征在于，所述同位素測定的步驟為再次經過一次海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱的除雜過程，最后由液氮溫度下的活性炭冷阱將稀有氣體分離為He、Ne ;Ar、Kr ；Xe三部分，分別進行同位素測試。
7.如權利要求1所述的原油中稀有氣體同位素的測定方法，其特征在于，包含如下步驟:將采集的原油經“接原油樣品口”導入到預先抽真空(10-5mbar)的1000ml的原油脫氣罐中，通過超聲波震蕩脫氣，5分鐘后打開閥門，將脫出的氣體導入到3000ml的擴展罐，關閉擴展罐閥門，將管道抽真空。然后將氣體分流到原油脫氣罐，關閉原油脫氣罐閥門，抽管道真空，然后將氣體導入到氧化銅爐，在800°C下使有機氣體氧化為二氧化碳和水,然后用液氮冷阱除去樣品中的二氧化碳和水，接下來將氣體導入到海綿鈦爐和鋯鋁泵，將氣體中的其他活性組分(H2、N2、02、HC1)除去，最后氣體進入到稀有氣體同位素測試系統，再經過一次海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱的除雜過程，最后由液氮溫度下的活性炭冷阱將稀有氣體分離為He、Ne ;Ar、Kr ；Xe三部分，分別進行同位素測試。
8.原油中稀有氣體同位素的測定裝置，其特征在于，包含超聲震蕩部分(3)，超聲震蕩部分(3)上有石油進口和油氣出口，所述油氣出口連接原油脫氣罐(2)，所述原油脫氣罐(2)隨后接入氧化銅爐(4)，經過氧化銅爐(4)的另一接口連接液氮冷阱裝置(5)，所述液氮冷阱裝置(5)的另一接口依次連接海綿鈦爐(8)和鋯鋁泵(9)，隨后連接測定部分，所述測定部分包含依次連接的海綿鈦爐、鋯鋁吸氣泵和不銹鋼濾芯冷阱，隨后連接活性炭冷阱和稀有氣體同位素質譜儀。
9.如權利要求8所述的原油中稀有氣體同位素的測定裝置， 其特征在于，還包含連接于稀有氣體同位素質譜儀之前的真空機組。
【文檔編號】G01N27/62GK103604860SQ201310634951
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】曹春輝, 張生銀, 李雙林, 李立武, 李中平, 杜麗, 賀堅, 何大祥 申請人:中國科學院地質與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心