便携式气相色谱仪测定海上平台天然气中氮气含量

赵 军，郑继龙，翁大丽，张 强，胡 雪

(中海油能源发展工程技术公司，天津 300452)

便携式气相色谱仪测定海上平台天然气中氮气含量

赵 军，郑继龙，翁大丽，张 强，胡 雪

(中海油能源发展工程技术公司，天津 300452)

为保障海上平台安全生产，采用便携式色谱仪对海上平台天然气中氮气进行分析. 便携式色谱仪利用气相色谱原理能够准确分析产出气体组成. 仪器检测数据精度高，检测速度快，单个样品检测时间为4 min，可连续工作时间为8 h. 现场检测表明便携式色谱仪具有操作简单、快速等特点，对快速判定气体成分显示出一定的优越性，为海上油气田天然气中氮气快速检测提供技术支持.

便携式气相色谱;天然气;氮气;海上平台

海上平台采油过程中产生大量的伴生气. 由于伴生气的气压较低，这些伴生气每天通过火炬燃烧掉，造成了很大的资源浪费. 为了能够回收利用这些气体，需要将伴生气加压供平台发电使用. 发电设备要求天然气中甲烷含量不低于70%. 某些平台在进行注氮气作业时，油井采油过程中伴生气往往含有氮气，氮气浓度过高会影响平台发电，进而影响平台生产. 为保证平台安全生产运行，需要对相关油井产出天然气组分进行分析检测. 测定天然气组成最常用的方法是气相色谱法. 此外，为了测定天然气在一定压力和温度条件下生成的凝析物的量, 可采用称量法或体积法测定天然气中潜在液烃的含量[1]. 而现在国家标准和国际标准中天然气全分析一般采取的是多次进样、多柱分离，外标法定量，步骤比较复杂，需要多次进样，多次定量才能得到结果.

便携式气相色谱仪采用气相色谱法，仪器体积较小，可实现现场监测，同时操作简单、快速，对快速判定气体成分显示出一定的优越性[2-4]. 通过该设备检测油井天然气中氮气含量，研究产出氮气情况，对氮气产出含量较高的井进行相应处理措施，以确保油井中天然气能供平台发电.

1 试验部分

1.1 仪器

Agilent 490 Micro GC气相色谱仪，仪器内部配备有电源及载气装置，备用电源使用时间约8 h，载气装置充装气体可使用两天，如果内部充装载气设备气量不够，可另配备2 L装载气瓶对内部在载气进行补给. 仪器如图1所示.

图1 Agilent 490 Micro GC便携式气相色谱仪Fig.1 Agilent 490 Micro GC portable gas chromatograph

1.2 色谱条件

Agilent 490 Micrl GC色谱仪采用模块化设计，色谱柱1设定温度40 ℃，进样器温度50 ℃；色谱柱2设定温度50 ℃，进样器温度110 ℃；色谱柱3设定温度150 ℃，进样器温度110 ℃.

1.3 化学试剂

气体采样袋(大连海得科技有限公司)；载气为氦气(纯度≥99.999%).

1.4 标准气体

参考GB17820-2012《天然气》及GB/T 13610《天然气组成分析-气相色谱法》，标准气体选用天津盛唐气体有限公司混合标准气体：含甲烷(C1)、乙烷(C2)、丙烷(C3)、异丁烷(i-C4)、正丁烷(n-C4)、异戊烷(i-C5)、正戊烷(n-C5)、正己烷(n-C6)、氮气、氧气和二氧化碳. 标准天然气组分如表1所列.

表1 标准天然气组分Table 1 Result of precision test

标准气体标定：检测样本气体前需要对仪器进行气体标准物质标定，气体标准物质是进行气体分析量值传递的计量器具，用于校准气体分析仪器，评价和检验分析方法及出分析结果，保证测量结果可靠性[5-7]. 其方法为充入一定量已知纯度的不同气体组分的混合气体，通过仪器计算出各组分组成及含量，作为检测气体组分的标准物质，本实验室配备的天然气标准物质为标准天然气[8].

标准天然气在气相色谱中的全扫描色谱图如图2所示，氮气保留时间在1.55 min.

图2 气体标准物质色谱图Fig.2 Chromatograms of standard gas material

通过软件分析结果得出检测气体的组分数据，如图3所示. 从图3可以看出,检测出的数据结果与标准天然气出厂数据一致.

图3 软件分析结果数据Fig.3 Data of software analytical result

1.5 样品测定

仪器采用微流控制器自动进样程序，程序设定：第4 min打开，第8 min关闭；进样量：0.25 mL；管线温度80 ℃.

2 结果与讨论

2.1 仪器试验条件优化

Agilent 490 Micrl GC对样品处理及进样方法不需要另外的采样装置和顶空装置，不需要对样品进行预处理, 仪器直接对现场进行采样. 采样时由内载气带入内部毛细管柱，采样时间可自定, 一般设为15 s. 该设备可减少多次进样、多次定量等复杂的过程，大大缩减了检测时间. 仪器同时配备EZ Result Monitor和Diablo EZreporter两款软件对分析数据进行处理分析，检测数据精度高，速度快.

2.2 精密度试验

为了验证仪器的精密度，对标准天然气进行连续测定试验，结果如表2所列. 由表2可知方法测定结果的相对标准偏差0.01%～0.38%，说明仪器的精密度良好.

表2 精密度试验结果

2.3 实际样品测定

本次采集某平台生产井气样进行监测，按照检测方法对样品进行氮气含量分析. 检测结果如表3所列.

表3 海上平台生产井产出气氮气检测情况表Table 3 Detection of nitrogen in gas components of offshore wells %

通过表3可以看出，四口监测井均有不同程度氮气产出. P1、P2井产出氮气含量较低，P3、P4井产出含量较高，其中P3氮气含量最高，氮气含量高达50%以上，远高于其他生产井氮气含量. 通过现场实时监测及数据分析结果，关闭P3、P4生产井，保证了平台正常生产，同时对注入井进行调整措施.

3 结论

采用便携式气相色谱仪对生产井产出气体进行在线监测, 可以有效地对平台生产系统进行监控;对生产井产出的产出氮气浓度进行监测，对生产井及平台流程提出合理性建议，确保平台正常生产.

便携式气相色谱仪能快速采样，准确分析，便于携带，需要配备的工作条件简单，适用于环境应急监测现场快速测定的新型仪器. 在测定气体，一般只需要15 min左右，分析速度快，稳定性好，可以应对突发事件,保证样品分析的瞬时可靠性等优点，能满足对工作场所物质检测的要求. 因此，便携式色谱在线检测作为一种有效的、高灵敏度的检测技术, 在天然气行业的安全生产中有非常大的应用潜力.

[1] 唐蒙,迟永杰.天然气组成常规分析方法及其标准化[J].石油与天然气化工，2002(30)：64-70.

[2] 刘虎威. 气相色谱方法及应用[M].北京：化学工业出版社．

[3] 孙传经. 气相色谱分析原理与技术[M].第二版. 北京：化学工业出版社．

[4] 王永华. 气相色谱分析[M].北京：海洋出版社．

[5] 周良模. 气相色谱新技术[M]．北京：科学出版社，1994．

[6] 傅若农，顾峻岭. 近代色谱分析[M]．北京：国防工业出版社，1998．

[7] 雷红琴，张旭龙，胡建民，等．天然气中硫化物检测方法标准的分析探讨[J]．石油与天然气化工，2012,41(4):422-425,451.

[8] 陈赓良．在线气相色谱分析偏差的不确定度评定[J].石油与天然气化工,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

分析测试经验介绍(058～061)

2016-11-23;

2017-02-20.

赵军(1984-)，男，学士，工程师，主要从事提高采收率相关工作,E-mail：druidzhao@sina.com.

O657.7

B

1006-3757(2017)01-0058-04

10.16495/j.1006-3757.2017.01.012