CN108918695A - 烷烃13c1-13c5碳同位素探测装置 - Google Patents

烷烃13c1-13c5碳同位素探测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108918695A
CN108918695A CN201810414851.9A CN201810414851A CN108918695A CN 108918695 A CN108918695 A CN 108918695A CN 201810414851 A CN201810414851 A CN 201810414851A CN 108918695 A CN108918695 A CN 108918695A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
carbon isotope
detection device
alkane
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810414851.9A
Other languages
English (en)
Inventor
高晓明
陈家金
董洋
谈图
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongling Spectrum Photoelectric Technology Co Ltd
Original Assignee
Tongling Spectrum Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongling Spectrum Photoelectric Technology Co Ltd filed Critical Tongling Spectrum Photoelectric Technology Co Ltd
Priority to CN201810414851.9A priority Critical patent/CN108918695A/zh
Publication of CN108918695A publication Critical patent/CN108918695A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种烷烃13C1‑13C5碳同位素探测装置。它包括串联连通的阀门、气相色谱部件和样品分析部件，其中，阀门为用于定量取样的六通阀(2)，气相色谱部件用于分离待测样品烷烃中的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，并与氧气燃烧产生CO2，样品分析部件由串联连接的样品光谱分析组件和样品探测组件组成，其中的样品光谱分析组件用于测量12CO2和13CO2的比值，样品探测组件用于根据测量得到的12CO2、13CO2的吸收信号强度给出碳同位素的丰度。它的体积小、造价低，便于在勘探过程中对痕量烃类进行碳同位素的实时在线分析，极易于广泛地商业化应用于煤炭、石油、天然气的勘探和开采领域。

Description

烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置
技术领域
本发明涉及一种同位素探测装置，尤其是一种烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置。
背景技术
由于近地表土壤中的烃类属痕量，乙烷以上重烃尚无法准确定量分析其碳同位素，而甲烷稳定同位素组成作为气态烃的示踪剂，是近地表油气化探中常用的判别烃类来源的方法。烃类异常的成因，往往直接关系到地表化探异常是否可靠。甲烷的碳同位素组成与其成因之间存在着联系，可以用甲烷碳同位素组成的研究来查明所发现的油气藏、气苗或沉积层和岩石中分散气体的轻烃类来源。同位素分析是石油和天然气勘探开发比较常用的一种研究手段，在石油和天然气勘探过程中，钻头进入砂泥岩剖面为主的地层遇到油气层后，地层中的油气就会随着钻井液的上返而到达地面。根据石油、天然气勘探技术发展的需要，急需一种能够实时在线检测钻井液中碳同位素的录井技术。而目前碳同位素测量常用质谱和色谱方法，同位素测量设备复杂，因此大多数采用现场取样，再由实验室分析和研究部门应用的模式。这种模式耗时长、单点分析不连续、存在漏气凝析等问题，会延误同位素资料在油气勘探开发中的应用。
20世纪80年代，伯纳德和惠特卡尔提出了利用甲烷碳同位素研究天然气成因的伯纳德图板，利用δ13C1和C1/(C2+C3)比值特征将天然气成因划分为三类：生物成因、混合成因、热演化成因。C1是单碳烷烃，C2是双碳烃，C3是三碳烃。对于甲烷碳同位素的测量，目前已经发展了基于近红外二极管激光腔增强或衰荡腔吸收光谱同位素在线测量技术和装置，而这种测量装置不能对乙烷、丙烷等多碳轻烃类成分进行同位素分析。为解决这一问题，人们作了一些有益的尝试和努力，如中国实用新型专利CN 204630990 U于2015年9月9日公告的“一种用于稳定同位素检测的天然气中痕量烃类富集装置”。该实用新型专利披露了先使用富集装置实现对天然气中痕量烃类的在线富集，再采用气相色谱仪将天然气中的CH4、C2H6、C3H8等单组分分离开后，将甲烷及其同系物逐个在高温下由过量氧气燃烧为CO2和H2O，最后用玻璃管逐个收集各组分产生的CO2或H2后，由同位素质谱仪(IRMS)进行碳同位素分析。这种装置与气相色谱仪、同位素质谱仪一起虽能对天然气中的痕量烃类进行碳同位素分析，却也存在着因同位素质谱仪的体积大、造价高，而难以做到实时在线分析之不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种体积小、价廉，便于在线分析的烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为，烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置包括串联连通的阀门和气相色谱部件，特别是：
所述探测装置还含有与气相色谱部件连接的样品分析部件；
所述阀门为六通阀，所述六通阀取样状态时的取样环进口为载气进口、出口与气相色谱部件连通；
所述气相色谱部件由串联连通的色谱柱、二位三通阀和燃烧室组成，其中的二位三通阀的另一只进气口为氧气进口，用于将待测样品中分离的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷与氧气在燃烧室中燃烧产生CO2；
所述样品分析部件由串联连接的样品光谱分析组件和样品探测组件组成，其中，
样品光谱分析组件为光谱分析室，其气体输入端与燃烧室的出气口连通、输出端为排气口，用于测量12CO2和13CO2的比值，
样品探测组件为锯齿波发生器和正弦波发生器的输出端经加法器、激光控制器和激光器与光谱分析室的光学输入端连接，位于光谱分析室光学输出端处的探测器经锁相放大器与数据处理器电连接，其中的锁相放大器的另一只输入端经倍频器与正弦波发生器的另一只输出端电连接，用于根据测量得到的12CO2、13CO2的吸收信号强度，由公式
式中的Rsample＝(13CO2/12CO2)Sample，Rstd＝(13CO2/12CO2)std，给出碳同位素的丰度δ。
作为烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置的进一步改进：
优选地，光谱分析室为封装的恒温离轴光学积分腔。
优选地，燃烧室与光谱分析室间置有水汽过滤器。
优选地，光谱分析室和探测器间置有聚焦透镜。
优选地，激光器为DFB(分布式反馈)激光器，或QCL(量子级联)激光器，其工作波长均位于CO2分子吸收峰处。
优选地，数据处理器为微型计算机，或微处理器。
相对于现有技术的有益效果是：
采用这样的结构后，既极大的减小了装置的体积和大大的降低了造价，又易于在现场对痕量烃类进行碳同位素的实时在线分析，大大地推进和提升了煤炭、石油、天然气勘探的进程和效能，从而使其极易于广泛地商业化应用于煤炭、石油、天然气的勘探和开采领域。
附图说明
图1是本发明的一种基本结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
参见图1，烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置的构成如下：
阀门、气相色谱部件和样品分析部件依次连接，其中：
阀门为六通阀2，该六通阀2的进样口1、出样口7分别与待测样品——烷烃13C1-13C5样品气体的气体进样管道和出样管道连通，六通阀2取样状态时的取样环进口为载气进口8、出口与气相色谱部件连通。
气相色谱部件由串联连通的色谱柱3、二位三通阀4和燃烧室5组成；其中的二位三通阀4的另一只进气口为氧气进口9。
样品分析部件由串联连接的样品光谱分析组件和样品探测组件组成；其中的，
样品光谱分析组件为光谱分析室10，其气体输入端经水汽过滤器6与燃烧室5的出气口连通、输出端为排气口14；该光谱分析室10为封装的恒温离轴光学积分腔。
样品探测组件为锯齿波发生器18和正弦波发生器22的输出端经加法器21、激光控制器20和激光器17与光谱分析室10的光学输入端连接，位于光谱分析室10光学输出端处的探测器12经锁相放大器15与数据处理器16电连接，其中的锁相放大器15的另一只输入端经倍频器19与正弦波发生器22的另一只输出端电连接；前述的光谱分析室10和探测器12间置有聚焦透镜11，激光器17为工作波长位于CO2分子吸收峰处的DFB激光器(或QCL激光器)，数据处理器16为微型计算机(或微处理器)。
探测时，先将六通阀2的转子处于虚线位置，此时的六通阀2为进样状态，烷烃13C1-13C5样品气体由进样口1进入取样环后，由出样口7排出；进样结束需对烷烃13C1-13C5样品气体进行取样时，再将六通阀2的转子转至实线位置，六通阀2为取样状态，进样口1和出样口7直接连通，由载气入口8进入的载气推动取样环中的烷烃13C1-13C5样品气体进入后续的气相色谱部件。
烷烃13C1-13C5样品气体和载气经过色谱柱3的色谱分离后，与二位三通阀4的氧气进口9注入的氧气一起进入燃烧室5中进行燃烧，以将分离后的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷与氧气在燃烧室5中燃烧产生CO2。
燃烧产生的CO2经水汽过滤器6滤去其中的水汽后，由作为样品光谱分析组件的光谱分析室10进行分析，得到12CO2和13CO2的比值。
之后，由样品探测组件协同样品光谱分析组件根据测量得到的12CO2、13CO2的吸收信号强度给出碳同位素的丰度；具体为：锯齿波发生器18和正弦波发生器22的输出经加法器21叠加后注入激光控制器20，以使激光控制器20在12CO2、13CO2吸收峰位置对工作波长在CO2分子吸收峰处的激光器17进行调制。激光器17输出的带有调制信号的光束耦合到光谱分析室10中，在由恒温离轴光学积分腔构成的光谱分析室10内多次反射后经聚焦透镜11汇聚到探测器12。探测器12将探测到的信号送到锁相放大器15进行解调，正弦波信号发生器22产生的正弦波信号的另一路输出经倍频器19倍频后送到锁相放大器15对探测器12探测到的信号进行二次谐波解调。解调后的信号送到数据处理器16进行采集、分析，并根据测量得到的12CO2、13CO2吸收信号强度，由公式
式中的Rsample＝(13CO2/12CO2)Sample，Rstd＝(13CO2/12CO2)std，给出碳同位素的丰度δ，送往显示器13。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置，包括串联连通的阀门和气相色谱部件，其特征在于：
所述探测装置还含有与气相色谱部件连接的样品分析部件；
所述阀门为六通阀(2)，所述六通阀(2)取样状态时的取样环进口为载气进口(8)、出口与气相色谱部件连通；
所述气相色谱部件由串联连通的色谱柱(3)、二位三通阀(4)和燃烧室(5)组成，其中的二位三通阀(4)的另一只进气口为氧气进口(9)，用于将待测样品中分离的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷与氧气在燃烧室(5)中燃烧产生CO2；
所述样品分析部件由串联连接的样品光谱分析组件和样品探测组件组成，其中，
样品光谱分析组件为光谱分析室(10)，其气体输入端与燃烧室(5)的出气口连通、输出端为排气口(14)，用于测量12CO2和13CO2的比值，
样品探测组件为锯齿波发生器(18)和正弦波发生器(22)的输出端经加法器(21)、激光控制器(20)和激光器(17)与光谱分析室(10)的光学输入端连接，位于光谱分析室(10)光学输出端处的探测器(12)经锁相放大器(15)与数据处理器(16)电连接，其中的锁相放大器(15)的另一只输入端经倍频器(19)与正弦波发生器(22)的另一只输出端电连接，用于根据测量得到的12CO2、13CO2的吸收信号强度，由公式
式中的Rsample＝(13CO2/12CO2)Sample，Rstd＝(13CO2/12CO2)std，给出碳同位素的丰度δ。
2.根据权利要求1所述的烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置，其特征是光谱分析室(10)为封装的恒温离轴光学积分腔。
3.根据权利要求1所述的烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置，其特征是燃烧室(5)与光谱分析室(10)间置有水汽过滤器(6)。
4.根据权利要求1所述的烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置，其特征是光谱分析室(10)和探测器(12)间置有聚焦透镜(11)。
5.根据权利要求1所述的烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置，其特征是激光器(17)为DFB激光器，或QCL激光器，其工作波长均位于CO2分子吸收峰处。
6.根据权利要求1所述的烷烃13C1-13C5碳同位素探测装置，其特征是数据处理器(16)为微型计算机，或微处理器。
CN201810414851.9A 2018-05-03 2018-05-03 烷烃13c1-13c5碳同位素探测装置 Pending CN108918695A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810414851.9A CN108918695A (zh) 2018-05-03 2018-05-03 烷烃13c1-13c5碳同位素探测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810414851.9A CN108918695A (zh) 2018-05-03 2018-05-03 烷烃13c1-13c5碳同位素探测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108918695A true CN108918695A (zh) 2018-11-30

Family

ID=64403334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810414851.9A Pending CN108918695A (zh) 2018-05-03 2018-05-03 烷烃13c1-13c5碳同位素探测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108918695A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111366543A (zh) * 2018-12-26 2020-07-03 中石化石油工程技术服务有限公司 一种多烷烃组分气体δ13C同位素录井方法及装置
CN112697914A (zh) * 2020-12-16 2021-04-23 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种录井用稳定碳同位素分析装置及方法
CN118330107A (zh) * 2024-06-13 2024-07-12 中国矿业大学(北京) 基于碳同位素的煤中二氧化碳赋存状态评价方法及***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5929442A (en) * 1996-05-01 1999-07-27 Japan Radio Co., Ltd. Apparatus for and method of analyzing carbon isotopes
CN103105366A (zh) * 2013-01-22 2013-05-15 中国科学院安徽光学精密机械研究所 Co2碳同位素红外光谱检测方法及装置
CN103913534A (zh) * 2014-02-11 2014-07-09 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 一种天然气中系列烃类化合物碳同位素分析方法
CN204359684U (zh) * 2014-12-05 2015-05-27 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种高精度气体浓度检测装置
CN107454937A (zh) * 2015-03-04 2017-12-08 国立大学法人名古屋大学 碳同位素分析装置和碳同位素分析方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5929442A (en) * 1996-05-01 1999-07-27 Japan Radio Co., Ltd. Apparatus for and method of analyzing carbon isotopes
CN103105366A (zh) * 2013-01-22 2013-05-15 中国科学院安徽光学精密机械研究所 Co2碳同位素红外光谱检测方法及装置
CN103913534A (zh) * 2014-02-11 2014-07-09 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 一种天然气中系列烃类化合物碳同位素分析方法
CN204359684U (zh) * 2014-12-05 2015-05-27 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种高精度气体浓度检测装置
CN107454937A (zh) * 2015-03-04 2017-12-08 国立大学法人名古屋大学 碳同位素分析装置和碳同位素分析方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邵波等: "GC/C/MS碳同位素在线分析及济阳坳陷天然气中碳同位素研究 ", 《科学通报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111366543A (zh) * 2018-12-26 2020-07-03 中石化石油工程技术服务有限公司 一种多烷烃组分气体δ13C同位素录井方法及装置
CN112697914A (zh) * 2020-12-16 2021-04-23 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种录井用稳定碳同位素分析装置及方法
CN118330107A (zh) * 2024-06-13 2024-07-12 中国矿业大学(北京) 基于碳同位素的煤中二氧化碳赋存状态评价方法及***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. A numerical method for calculating total oil yield using a single routine Rock-Eval program: A case study of the Eocene Shahejie Formation in Dongying Depression, Bohai Bay Basin, China
US4517461A (en) Carbon isotope analysis of hydrocarbons
Jarvie et al. Assessment of the gas potential and yields from shales: The Barnett Shale model
US6967322B2 (en) Method and apparatus for performing rapid isotopic analysis via laser spectroscopy
US6670605B1 (en) Method and apparatus for the down-hole characterization of formation fluids
CN108918695A (zh) 烷烃13c1-13c5碳同位素探测装置
CN101832923A (zh) 一种适合储集层含油气的气体分析的红外气体检测***
US8492152B2 (en) Method and apparatus for determining formation fluid composition
CN102721590B (zh) 连续无损耗全岩天然气生成模拟方法
Du et al. Stable carbon isotope compositions of gaseous hydrocarbons produced from high pressure and high temperature pyrolysis of lignite
US5394733A (en) Quantitative pyrolysis-gas chromatography using diamondoid compounds
ITMI20081259A1 (it) Dispositivo di campionamento in linea e metodo per l'analisi delle emissioni di composti volatili in aria
EP1508794A1 (en) Method and apparatus for performing rapid isotopic analysis via laser spectroscopy
Bailey et al. Application of pyrolysate carbon isotope and biomarker technology to organofacies definition and oil correlation problems in North Sea basins
Li et al. Gas composition and carbon isotopic variation during shale gas desorption: implication from the Ordovician Wufeng Formation-Silurian Longmaxi Formation in west Hubei, China
Markides et al. Capillary supercritical fluid chromatography with dual-flame photometric detection
Li et al. Improved understanding of the origin and accumulation of hydrocarbons from multiple source rocks in the Lishui Sag: Insights from statistical methods, gold tube pyrolysis and basin modeling
CN105866293A (zh) 一种He和N2联合判识煤成气、油型气的方法及其应用
CN205388590U (zh) 一种钻井现场页岩气解吸及组分分析仪
Bai et al. A new method for evaluating the oil mobility based on the relationship between pore structure and state of oil
CN201673115U (zh) 一种适合储集层含油气的气体分析的红外气体检测装置
Wu et al. Geochemical characteristics of shale gas in Xiasiwan area, Ordos Basin
CN101858902B (zh) 一种结合碳同位素比值的土壤蚀变碳酸盐的测量方法
Sherwood et al. Compound-specific stable isotope analysis of natural and produced hydrocarbon gases surrounding oil and gas operations
Kotarba et al. A study of organic matter and natural gases of the Miocene sediments in the Polish part of the Carpathian foredeep

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181130

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication