CN113804535B - 一种井口干气c15-c32分子标志物富集方法及装置 - Google Patents
一种井口干气c15-c32分子标志物富集方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种井口干气C15‑C32分子标志物富集方法及装置。该装置设有一本体,该本体设有盛放吸附剂的空腔、气体入口及气体出口;空腔内装有10X分子筛;气体入口用于与井口连接实现井口干气经由气体入口进入空腔;10X分子筛用于吸附进入空腔的干气中的C15‑C32分子标志物;气体出口用于将干气经10X分子筛吸附后的气体排出空腔外。井口干气C15‑C32分子标志物富集方法包括将井口干气通入10X分子筛中进行吸附使得干气中的C15‑C32分子标志物在所述10X分子筛中富集。该装置能够实现快速便捷的进行井口干气C15‑C32分子标志物富集,且富集得到的分子标志物便于在实验室中进行分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种井口干气C15-C32分子标志物富集方法及装置。
背景技术
四川盆地是我国主要的海相含油气盆地之一,具有丰富的深层油气资源。自2009年以来,在盆地中部的乐山-龙女寺古***震旦系灯影组天然气勘探方面取得了重大突破,天然气区面积近7500km2(邹才能,杜金虎,徐春春等.四川盆地震旦系—寒武系特大型气田形成分布、资源潜力及勘探发现.石油勘探与开发,2014,41(3):278-293;郑平,施雨华,邹春艳等.高石梯一磨溪地区灯影组、龙王庙组天然气气源分析.天然气工业,2014,34(3):50-54)。震旦系灯影组气藏是四川盆地最古老的海相碳酸盐岩气藏,储层经历了多期次复杂的成岩演化,气藏烃源岩处于过成熟演化阶段,故天然气干燥系数大(>0.99),组分较单一,主要为甲烷和一些非烃气体为主,仅含微量的C2+组分,故所包含的可用于气源对比的信息较少。李振西等通过从不同含油气盆地井场吸附天然气中重烃组分分析并在室内脱附得到饱和烃和部分的芳烃馏分,证实了天然气中确实存在微量液态烃(李振西,张水昌,杜丽等.天然气中液态烃存在的证据及其地球化学意义初探.矿物岩石地球化学通报,2009,28:457)。但现有技术主要采集低熟阶段生物甲烷气、成熟阶段湿气中重烃组分,而对于干气的研究较少。
二苯并噻吩类化合物是石油和沉积有机质中一类重要的含硫多环芳烃化合物。对二苯并噻吩类化合物的研究,可以提供油气成藏、沉积环境、成熟度等方面的信息。由于硫具有高电负性,硫原子的***轨道上存在一对未成键的孤对电子,硫原子可以和储层介质中的氢原子形成氢键,故而二苯并噻吩类化合物可以作为有效的指示油气充注方向的指标。
现有技术中,对天然气的采集一般是使用钢瓶集气,但是对于干燥系数较大的干气来说,钢瓶(0.7-1L)采集到的气体总量远远达不到检测C11+分子标志物所需的检测要求。且尚未有于井口富集干气中C10+生物标志物及二苯并噻吩类含硫多环芳烃化合物的报道。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种井口干气C15-C32分子标志物富集装置,该装置能够实现快速便捷的进行井口干气C15-C32分子标志物富集,且富集得到的分子标志物便于在实验室中进行分析。
本发明的另一个目的在于提供一种井口干气C15-C32分子标志物富集方法。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种井口干气C15-C32分子标志物富集装置,其中,该装置设有一本体,所述本体设有盛放吸附剂的空腔、气体入口以及气体出口;所述空腔内装有10X分子筛;所述气体入口用于与井口连接实现向所述空腔输入井口干气;所述10X分子筛用于吸附干气中的C15-C32分子标志物实现干气中的C15-C32分子标志物的富集;所述气体出口用于将经10X分子筛吸附后的气体排出。
根据本发明的具体实施方案,优选地,所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有进气管,所述进气管与所述本体的气体出口连接且所述进气管设有第一膨出部,所述第一膨出部装有纤维用于防止10X分子筛由气体入口喷出。所述进气管与所述本体可以一体成型,也可以可拆卸的连接在一起。在一具体实施方式中,所述进气管总长度为1cm,所述第一膨出部距离所述气体入口0.5cm,所述进气管的内口径为1.5cm,所述第一膨出部为圆柱状,第一膨出部的内径为2cm。在另一实施方式中,所述第一膨出部装有玻璃纤维。在该优选方案中,所述第一膨出部便于塞堵纤维,从而防止10X分子筛由气体入口喷出。
在上述井口干气C15-C32分子标志物富集装置中,优选地,所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有出气管,所述出气管与所述本体的气体出口连接且所述出气管设有第二膨出部,所述第二膨出部装有纤维用于防止10X分子筛由气体出口喷出。所述出气管与所述本体可以一体成型也可以可拆卸的连接在一起。在一具体实施方式中,所述出气管总长度为1.5cm,所述第二膨出部距离所述气体出口0.7cm,所述出气管的内口径为1cm,所述第二膨出部为圆柱状,第二膨出部的内径为1.5cm。在另一实施方式中,所述第二膨出部装有玻璃玻璃纤维。在该优选方案中,所述第二膨出部的设计便于塞堵纤维,从而防止10X分子筛由气体出口喷出。
在上述井口干气C15-C32分子标志物富集装置中,优选地,所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有进气胶管以及控制进气胶管开启关闭的开关(例如圆铁夹),所述进气胶管与所述进气管连接。
在上述井口干气C15-C32分子标志物富集装置中,优选地,所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有出气胶管以及控制出气胶管开启关闭的开关(例如圆铁夹),所述出气胶管与所述出气管连接。
在上述井口干气C15-C32分子标志物富集装置中,优选地,所述10X分子筛为经过前处理的10X分子筛;所述前处理包括抽提处理和焙烧处理。在一具体实施方式中,所述抽提处理使用体积比为98:2的二氯甲烷和甲醇在索氏抽提器中抽提48小时。在一具体实施方式中,所述焙烧处理为在550℃下焙烧6小时。在一具体实施方式中,将10X分子筛使用二氯甲烷:甲醇(体积比98:2)在索氏抽提器中抽提48小时去除杂质,并在实验室条件下自然晾干,然后将10X分子筛在550℃马弗炉中烘烤6小时得到所述经过前处理的10X分子筛。
在上述井口干气C15-C32分子标志物富集装置中,优选地,该装置进一步设有H2S吸收装置用以吸收井口干气中的H2S,所述H2S吸收装置中装有醋酸锌溶液。更优选地,以醋酸锌溶液中水的质量为100%计,所述醋酸锌溶液中醋酸锌的质量浓度为10%-15%。
在上述井口干气C15-C32分子标志物富集装置中,所述本体、进气管、出气管均可以为玻璃材质。
本发明还提供了一种井口干气C15-C32分子标志物富集方法,其中,该方法包括利用10X分子筛对干气中的C15-C32分子标志物进行富集的步骤。
在上述富集方法中,优选地,所述10X分子筛为经过前处理的10X分子筛;所述前处理包括抽提处理和焙烧处理。在一具体实施方式中,所述抽提处理使用体积比为98:2的二氯甲烷和甲醇在索氏抽提器中抽提48小时。在一具体实施方式中,所述焙烧处理为在550℃下焙烧6小时。在一具体实施方式中,将10X分子筛使用二氯甲烷:甲醇(体积比98:2)在索氏抽提器中抽提48小时去除杂质,并在实验室条件下自然晾干,然后将10X分子筛在550℃马弗炉中烘烤6小时得到所述经过前处理的10X分子筛。
在上述富集方法中,优选地,经10X分子筛吸附后的井口干气通入醋酸锌溶液中吸收干气中的H2S。
在上述富集方法中,优选地,使用上述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进行。井口气体经由井口干气C15-C32分子标志物富集装置的气体入口进入该装置的空腔内,进入空腔内的井口干气通入井口干气C15-C32分子标志物富集装置的空腔中的10X分子筛中进行吸附使得干气中的C15-C32分子标志物在所述10X分子筛中富集,经10X分子筛吸附后的井口干气经由所述气体出口排出至井口干气C15-C32分子标志物富集装置外。
在上述富集方法中,优选地,该方法进一步包括将吸附在10X分子筛中的C15-C32分子标志物进行脱附的步骤。在一具体实施例中,所述脱附包括:使用体积比为93:7的二氯甲烷和甲醇溶剂在50℃的条件下抽提48h,将抽提出的溶液在25℃的纯水中旋转蒸发(通常至2mL),使用质量比为2:3的氧化铝和硅胶填充柱层析分离柱,分别用体积比为2:1的二氯甲烷和正己烷(例如30ml正己烷、25ml正己烷)淋洗出所述C15-C32分子标志物(通常为饱和烃和芳烃馏分)。
在上述富集方法中,优选地,所述井口干气中,以井口干气中各组分总物质的量为100%计,所述C15-C32分子标志物的摩尔浓度为0.04%以下。
发明人发现10X分子筛在吸附井口干气C15-C32分子标志物中展现出优越的性能,可以同时吸附小分子和相对大分子量的分子,且对气体中含有的有害气体硫化氢不会进行选择性吸附;并且在完成吸附后在实验室条件下脱附性能良好,为提炼干气中痕量生物标志物研究提供了基础。
本发明提供的技术方案利用10X分子筛实现井口干气C15-C32分子标志物的富集,将干气C15-C32分子标志物“固定”在10X分子筛上,便于运输、携带以及短时间内的保存。并且吸附在10X分子筛上的井口干气C15-C32分子标志物能够采用低温抽提法进行脱附,便于进行实验分析。
附图说明
图1为实施例1提供的井口干气C15-C32分子标志物富集装置的示意图。
图2为实施例2中富集的井口干气C15-C32分子标志物中正构烷烃色谱图。
图3为实施例2中富集的井口干气C15-C32分子标志物中三环萜烷和藿烷的色谱图。
图4为实施例2中富集的井口干气C15-C32分子标志物中甾烷的色谱图。
图5为实施例2中富集的井口干气C15-C32分子标志物中二苯并噻吩、烷基二苯并噻吩类、苯并萘并噻吩类含硫多环芳烃的色谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种井口干气C15-C32分子标志物富集装置,如图1所示,该装置包括本体1、进气管2、出气管3、进气胶管4和出气胶管5;
本体1设有盛放吸附剂的空腔11、顶部设有气体入口12、底部设有气体出口13;空腔11内装有10X分子筛;气体入口12用于与井口连接实现井口干气经由气体入口12进入空腔11;10X分子筛为经过前处理的10X分子筛(将购得的10X分子筛使用二氯甲烷:甲醇(98:2)在索氏抽提器中抽提48小时去除杂质,并在实验室条件下自然晾干,然后将10X分子筛在550℃马弗炉中烘烤6小时得到所述经过前处理的10X分子筛);所述10X分子筛用于吸附进入空腔11的干气中的C15-C32分子标志物实现干气中的C15-C32分子标志物的富集;气体出口12用于将干气经10X分子筛吸附后的气体排出空腔11外;其中,空腔11的直径为40cm、长50cm;
进气管2与气体入口12连接且进气管2设有第一膨出部21,第一膨出部21装有玻璃纤维用于防止10X分子筛喷出;其中,所述进气管2总长度为1cm,第一膨出部21距离气体入口12的距离为0.5cm,进气管2的内口径为1.5cm,第一膨出部21为圆柱状其内径为2cm;
出气管3与气体出口13连接且出气管3设有第二膨出部31,第二膨出部31装有玻璃纤维用于防止10X分子筛喷出;其中,所述出气管3总长度为1.5cm,第二膨出部31距离气体出口13的距离为0.7cm,出气管3的内口径为1cm,第二膨出部31为圆柱状其内径为1.5cm;
本体1、进气管2和出气管3为玻璃材质且一体成型;在空腔11内装10X分子筛前,本体1、进气管2和出气管3使用1:1的重铬酸和浓硫酸进行酸液浸泡、冲洗后用蒸馏水冲洗,然后放在马弗炉中550℃下焙烧4h;
进气胶管4与进气管2连接,并使用圆铁夹控制进气胶管4的开启与关闭;所述进气胶管4上连接有气体流量计41;
出气胶管5与出气管3连接,并使用圆铁夹控制出气胶管5的开启与关闭。
进一步的,该装置优选设有H2S吸收装置用以吸收井口干气中的H2S,所述H2S吸收装置中装有浓度为10%-15%的醋酸锌溶液(以水的质量为100%计)。
实施例2
本实施例提供了一种井口干气C15-C32分子标志物富集方法
该方法用来吸附四川盆地安岳气田高石3井(GS3井)井口干气,该井生产灯四段天然气,灯四段天然气为过成熟干气,天然气中重烃含量极低,同时含有1.6%的有毒气体硫化氢,气体的组分分布特征见表1,采集的气体具有干燥系数极大99.96%,常规的组分检测中C2+组分除少量的乙烷外,均检测不到。因此对富集技术要求极高。
表1GS3井震旦系灯影组四段气体组分表(单位:摩尔分数,10-2)
其中:干燥系数为甲烷/(甲烷+乙烷+丙烷+丁烷+戊烷+己烷)×100
本实施例提供的井口干气C15-C32分子标志物富集方法使用实施例1提供的井口干气C15-C32分子标志物富集进行,该方法具体包括:
将井口干气C15-C32分子标志物富集装置的进气胶管4的进气端与GS3井井口连接,将出气胶管5的出气端放入H2S吸收装置用以吸收井口干气中的H2S,所述H2S吸收装置中装有浓度为10%-15%的醋酸锌溶液;取下所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进气胶管4和出气胶管5上的圆铁夹,使进气胶管4和出气胶管5处于开启状态;
控制气体流速为7L/min,井口气体经由井口干气C15-C32分子标志物富集装置的进气胶管4、进气管2和气体入口12进入该装置的空腔11内,进入空腔11内的井口干气通入井口干气C15-C32分子标志物富集装置的空腔11中的10X分子筛中进行吸附使得干气中的C15-C32分子标志物在所述10X分子筛中富集,经10X分子筛吸附后的井口干气经由所述气体出口13、出气管3和出气胶管5进入H2S吸收装置使用醋酸锌溶液进行H2S吸收;
吸附8h后,用圆铁夹夹住进气胶管4和出气胶管5,使进气胶管4和出气胶管5处于关闭状态;然后将所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置运输至实验室进行脱附,所述脱附包括:使用体积比为93:7的二氯甲烷和甲醇溶剂在50℃的条件下抽提48h,将抽提出的溶液在25℃的纯水中旋转蒸发至2mL,使用质量比为2:3的氧化铝和硅胶填充柱层析分离柱,分别用30ml正己烷、25ml的二氯甲烷淋洗出所述C15-C32分子标志物(通常为饱和烃和芳烃馏分);
将脱附出的C15-C32分子标志物进行色谱-质谱鉴定(全扫描和选择离子共同进行):
其中,C15-C32分子标志物中正构烷烃的鉴定图见图2,其中峰号对应的化合物如下:
(1)正十五烷;(2)正十六烷;(3)正十七烷;(4)姥鲛烷;(5)正十八烷;(6)植烷;(7)正十九烷;(8)正二十烷;(9)正二十一烷;(10)正二十二烷;(11)正二十三烷;(12)正二十四烷;(13)正二十五烷;(14)正二十六烷;(15)正二十七烷;(16)正二十七烷;(17)正二十八烷;(18)正二十九烷;
其中,三环萜烷和藿烷鉴定图谱见图3,其中峰号对应的化合物如下:
(1)13β(H),14α(H)-C20三环萜烷;(2)13β(H),14α(H)-C21三环萜烷;(3)13β(H),14α(H)-C22三环萜烷;(4)13β(H),14α(H)-C23三环萜烷;(5)13β(H),14α(H)-C24三环萜烷;(6)13β(H),14α(H)-C25三环萜烷(20R);(7)13β(H),14α(H)-C25三环萜烷(20S);(8)13β(H),14α(H)-C26三环萜烷(20R+20S)+C24四环萜烷;(9)13β(H),14α(H)-C28三环萜烷(20R);(10)13β(H),14α(H)-C28三环萜烷(20S);(11)13β(H),14α(H)-C29三环萜烷(20R);(12)13β(H),14α(H)-C29三环萜烷(20S);(13)18α(H)-22,29,30-三降藿烷(Ts);(14)17α(H)-22,29,30-三降藿烷(Tm);(15)17α(H),21β(H)-30-降藿烷;(16)17α(H),21β(H)-藿烷;(17)17β(H),21α(H)-莫烷;(18)17α(H),21β(H)-30升藿烷(22S);(19)17α(H),21β(H)-30升藿烷(22R);(20)伽马蜡烷;(21)17β(H),21α(H)-升莫烷(22S+22R);(22)17α(H),21β(H)-30,31二升藿烷(22S);(23)17α(H),21β(H)-30,31二升藿烷(22R);
其中,甾烷鉴定图谱见附图4,其中峰号对应的化合物如下:
(1)C21-5α(H)-孕甾烷;(2)C22-5α(H)-孕甾烷;(3)5α(H),14α(H),17α(H)-胆甾烷(20S);(4)5α(H),14β(H),17β(H)-胆甾烷(20R);(5)5α(H),14β(H),17β(H)-胆甾烷(20S);(6)5α(H),14α(H),17α(H)-胆甾烷(20R);(7)24-甲基-5α(H),14α(H),17α(H)-胆甾烷(20S);(8)24-甲基-5α(H),14β(H),17β(H)-胆甾烷(20R);(9)24-甲基-5α(H),14β(H),17β(H)-胆甾烷(20S);(10)24-甲基-5α(H),14α(H),17α(H)-胆甾烷(20R);(11)24-乙基-5α(H),14α(H),17α(H)-胆甾烷(20S);(12)24-乙基-5α(H),14β(H),17β(H)-胆甾烷(20R);(13)24-乙基-5α(H),14β(H),17β(H)-胆甾烷(20S);(14)24-乙基-5α(H),14α(H),17α(H)-胆甾烷(20R);
其中,芳烃族分中二苯并噻吩和苯并萘并噻吩系列鉴定图谱见图5,峰号对应的化合物如下:
(1)二苯并噻吩;(2)氘代二苯并噻吩;(3)3-甲基菲;(4)2-甲基菲;(5)9-甲基菲;(6)1-甲基菲;(7)4-甲基二苯并噻吩;(8)2-+3-甲基二苯并噻吩;(9)1-甲基二苯并噻吩;(10)4-乙基二苯并噻吩;(11)4,6-二甲基二苯并噻吩;(12)2,4-二甲基二苯并噻吩;(13)2,6-二甲基二苯并噻吩;(14)3,6-二甲基二苯并噻吩;(15)2,8-二甲基二苯并噻吩;(16)2,7-+3,7-二甲基二苯并噻吩;(17)1,4+1,6-二甲基二苯并噻吩;(18)1,3-+3,4-二甲基二苯并噻吩;(19)1,7-二甲基二苯并噻吩;(20)2,3-+1,9-二甲基二苯并噻吩;(21)1,2-二甲基二苯并噻吩。
综上,结合图谱中鉴定的生物标志物和分子标志物可表明,本发明能有效地富集干气中C15-C32生物标志物和二苯并噻吩类含硫多环芳烃化合物,提取到的化合物参数可以运用于气源对比,气藏成藏充注等方面。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (17)
1.一种井口干气C15-C32分子标志物富集装置,其中,该装置设有一本体,所述本体设有盛放吸附剂的空腔、气体入口以及气体出口;所述空腔内装有10X分子筛;所述气体入口用于与井口连接向所述空腔输入井口干气;所述10X分子筛用于吸附干气中的C15-C32分子标志物;所述气体出口用于将吸附后的气体排出。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,
所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有进气管,所述进气管与所述本体的气体入口连接且所述进气管设有第一膨出部,所述第一膨出部装有纤维;
所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有出气管,所述出气管与所述本体的气体出口连接且所述出气管设有第二膨出部,所述第二膨出部装有纤维。
3.根据权利要求1所述的装置,其中,
所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有进气胶管以及控制进气胶管开启关闭的开关,所述进气胶管与所述进气管连接;
所述井口干气C15-C32分子标志物富集装置进一步设有出气胶管以及控制出气胶管开启关闭的开关,所述出气胶管与所述出气管连接。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,所述10X分子筛为经过前处理的10X分子筛;所述前处理包括抽提处理和焙烧处理。
5.根据权利要求4所述的装置,其中,所述抽提处理使用体积比为98:2的二氯甲烷和甲醇在索氏抽提器中抽提48小时。
6.根据权利要求4所述的装置,其中,所述焙烧处理为在550℃焙烧6小时。
7.根据权利要求1所述的装置,其中,该装置进一步设有H2S吸收装置用以吸收井口干气中的H2S,所述H2S吸收装置中装有醋酸锌溶液。
8.根据权利要求7所述的装置,其中,以醋酸锌溶液中水的质量为100%计,所述醋酸锌的质量浓度为10%-15%。
9.一种井口干气C15-C32分子标志物富集方法,其中,该方法包括利用10X分子筛对干气中的C15-C32分子标志物进行富集的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述井口干气中,以井口干气中各组分总物质的量为100%计,所述C15-C32分子标志物的摩尔浓度为0.04%以下。
11.根据权利要求9所述的方法,其中,所述10X分子筛为经过前处理的10X分子筛;所述前处理包括抽提处理和焙烧处理。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述抽提处理使用体积比为98:2的二氯甲烷和甲醇在索氏抽提器中抽提48小时。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,所述焙烧处理为在550℃焙烧6小时。
14.根据权利要求9所述的方法,其中,经10X分子筛吸附后的井口干气通入醋酸锌溶液中吸收干气中的H2S。
15.根据权利要求9所述的方法,其中,该方法使用权利要求1-8任一项所述的井口干气C15-C32分子标志物富集装置进行。
16.根据权利要求9-15任一项所述的方法,其中,该方法进一步包括将吸附在10X分子筛中的C15-C32分子标志物进行脱附的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,在所述脱附包括:使用体积比为93:7的二氯甲烷和甲醇溶剂在50℃的条件下抽提48h,将抽提出的溶液在25℃的纯水中旋转蒸发,使用质量比为2:3的氧化铝和硅胶填充柱层析分离柱,分别用体积比为2:1的二氯甲烷和正己烷淋洗出所述C15-C32分子标志物。
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