页岩残余气组分及稀有气体的在线分析方法及在线分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种页岩残余气组分及稀有气体的在线分析方法及在线分析系统，涉及页岩残余气分析技术。包括：将待测样本在常温及真空条件下粉碎至粉末状，得到气体混合物；对气体混合物中的有机气体进行氧化处理，去除有机气体；对去除了有机气体的气体混合物中的活性气体进行吸附处理，去除活性气体，得到仅含有稀有气体的混合物；逐一分离气体混合物中的稀有气体，同时对分离的稀有气体进行同位素分析，得到稀有气体信息及其同位素组成的数据。本发明专利技术提供的方法及在线分析系统可以同时分析页岩残余气的化学组成和稀有气体组成及其同位素信息，实现了页岩残余气的全组分分析，并且分析过程的影响因素少，结果准确，效率高，操作简单，普适性广。

On line analysis method for shale residual gas component and rare gas and on-line analysis system

The invention discloses an on-line analysis method for shale residual gas components and rare gas and an on-line analysis system, relating to the analysis technique of shale residual gas. Including: the test sample will be crushed to a powder at room temperature and vacuum conditions, get gas mixture; of organic gas in a gas mixture of oxidation, the removal of organic gases; on the removal of reactive gases mixture organic gas in the adsorption process, the removal of reactive gas mixtures containing only get rare gas; one by one the separation of rare gases in the gas mixture, and separation of the rare gas isotope analysis, get the rare gas isotopic composition data and information. At the same time, the chemical composition and composition analysis of rare gas shale residual gas and its isotopic information can be the method provided by the invention and online analysis system, realize the whole shale residual gas composition analysis, and analysis the factors that influence the process, accurate, high efficiency, simple operation, wide universality.

【技术实现步骤摘要】
页岩残余气组分及稀有气体的在线分析方法及在线分析系统
本专利技术涉及页岩残余气分析技术，尤其涉及稀有气体在线分析方法及系统技术背景页岩气(shalegas)是一种资源潜力巨大的非常规能源，赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。页岩气已成为世界能源结构中的重要组成部分。同位素地球化学是油气研究的重要手段。稀有气体以其独有的化学惰性及稀有性成为地质过程中最为灵敏的示踪剂。在页岩气勘探开发及基础理论研究中，页岩残余气体化学组成、稀有气体含量及同位素组成蕴含着丰富的油气地质信息，它们对于研究油气的成因与来源、油气源对比以及油气运移等都具有重要的示踪指示作用，尤其对页岩含气量、页岩吸附/解吸、页岩孔隙分布，页岩气的形成及运移等具有重要的意义。目前，岩石样品中稀有气体同位素分析主要利用熔融法、球磨法和静压法三种。熔融法是通过高温下(1200℃以上)使岩石样品熔融释放气体，然后分析稀有气体同位素组成。但是对于页岩样品，由于其中往往含有较高含量的有机质，在高温熔融时会发生化学反应产生大量水和二氧化碳，改变页岩残余气化学组成，并且对稀有气体造成影响。因此，对页岩中稀有气体纯化系统提出了极高的要求，如果纯化不完全很容易影响分析数据的准确度和精度。因此，熔融法适合进行火山岩样品和单矿物样品稀有气体同位素分析，而不适合进行页岩样品中稀有气体同位素分析。球磨法是将不同直径的不锈钢球放到脱气罐中，通过脱气罐在球磨机上高速旋转和自转，使不锈钢球随旋转将样品击碎至粉末。但是，球磨法由于采用复杂的行星式旋转法粉碎样品，因而难以实现岩石样品在线脱气分析。并且由于每个脱气罐内都放有多个不锈钢小球，所以球与球以及球与壁之间产生的摩擦热量成倍增加，虽然球磨罐中的总体温度一般不会超过70℃。但是，碰撞的瞬间会在碰撞处产生很大能量，使局部碰撞点的温度远高于70℃，这种瞬间的温度升高会促进在该地点产生化学反应。对于页岩样品，其中往往含有一定量有机质，碰撞产生的高温会使其降解产生有机气体，大大影响稀有气体同位素分析，同时也改变了页岩残余气原有的化学组成。而且，球磨法的球料比、搅拌轴转速、研磨介质、球磨时间、球磨容器等因素都会对球磨性能和最终研磨效果产生影响。静压法是通过液压系统使真空腔内的岩石颗粒在一定压力下压碎至粉末。由于这种方法使用的是静压，在压碎过程中如果页岩分布不均匀或颗粒大小不一致，同一平面上的页岩样品受到的压力有所不同。页岩样品多或颗粒大的部位样品受到的压力大，粉碎彻底；而页岩样品少或颗粒小的部位受到的压力小，粉碎不彻底，从而导致出气量少，影响仪器的检测。因此，在页岩气油气勘探领域及理论研究领域急需一种能够切实可行的进行页岩残余气分析的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的页岩残余气获得困难，原有化学组成易发生变化，出气量少，稀有气体纯化不完全等技术问题，本专利技术提供一种页岩残余气提取与分析方法，实现了页岩残余气提取与分析同步进行，即页岩在线脱气的同时，进行化学组分、稀有气体含量及同位素的测定与分析，该方法操作简单，粉碎完全，影响因素少；不会发生有机组分污染。本专利技术还可以实现矿物包裹体化学组成及稀有气体在线分析。为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种页岩残余气组分及稀有气体的在线分析方法，包括：将待测样本在常温及真空条件下粉碎至粉末状，使待测样本完全脱气，得到气体混合物；对所述气体混合物中的有机气体进行氧化处理，得到去除了有机气体的气体混合物；对所述去除了有机气体的气体混合物中的活性气体进行吸附处理，去除活性气体，得到仅含有稀有气体的混合物；对稀有气体的混合物中的稀有气体进行逐一分离，同时对分离的稀有气体进行同位素分析，并将分析结果传送到终端设备，经由终端设备输出得到稀有气体信息及其同位素组成的数据。特别是，所述在对气体混合物进行氧化处理前，即时分析气体混合物中的有机气体及活性气体成分，分析结果传送到终端设备，并经由终端设备输出得到有机气体及活性气体信息及其组成的数据。其中，所述将待测样本在常温及真空条件下破碎至粉末状包括：在温度为20-25℃条件下，利用真空电磁破碎装置将待测样本破碎至粒径100-200目的粉末，使待测样本脱气产生的气体混合物释放在所述真空电磁破碎装置的真空环境中。其中，所述对气体混合物中的有机气体进行氧化处理包括：利用与所述真空电磁破碎装置通过真空管道连接的氧化收集装置对真空电磁破碎装置中释放的气体混合物进行氧化处理，使气体混合物中的有机气体在氧化装置中发生氧化反应而与气体混合物分离，从而得到去除了有机气体的气体混合物。其中，所述氧化收集装置包括：通过真空管道串联的盛有氧化剂的氧化器，以及用于收集氧化产物的收集器。其中，所述对去除了有机气体的气体混合物中的活性气体进行吸附处理包括：利用与所述氧化收集装置通过真空管道串联的吸附装置对所述氧化收集装置中释放出的去除了有机气体的气体混合物进行吸附作用，使活性气体从所述去除了有机气体的气体混合物中分离，得到仅含有稀有气体的混合物。其中，所述对稀有气体的混合物中的稀有气体进行逐一分离，同时对分离的稀有气体进行同位素分析包括：利用与所述吸附装置通过真空管道连接的低温冷泵装置，使所述吸附装置中释放的仅含有稀有气体的混合物中的稀有气体被逐一分离；同时利用与所述低温冷泵装置通过真空管道连接的稀有气体同位素质谱仪对逐一分离的稀有气体进行同位素分析，得到分析数据。其中，所述在对气体混合物进行氧化处理前，即时分析气体混合物中的有机气体及活性气体成分包括：利用通过真空管道串联在所述真空电磁破碎装置与氧化收集装置之间的四级杆质谱仪对所述真空电磁破碎装置释放的气体混合物进行分析，得到有机气体及活性气体信息及其组成的数据。特别是，所述真空电磁破碎装置、四级杆质谱仪、氧化收集装置、吸附装置、低温冷泵装置和稀有气体同位素质谱仪通过真空管道依次串联，通过布设在不同装置之间的阀门进行控制而实现相应的功能作用；其中，所述真空管道是利用分子泵实现的管道真空环境。尤其是，所述利用真空电磁破碎装置对待测样本进行粉碎前，先对待测样本进行机械破碎，使待测样本的粒径小于1.2cm。其中，所述终端设备为电脑终端设备或其他数据储存显示设备。其中，所述传送到终端设备，可以通过数据线传输，也可以通过网络传输。为实现本专利技术的技术目的，本专利技术再一方面提供一种页岩残余气组分及稀有气体的在线分析系统，包括：将待测样本在常温及真空条件下破碎至粉末状的真空电磁破碎装置；与所述真空电磁破碎装置通过真空管道连接，对气体混合物中的有机气体进行氧化处理的氧化收集装置；与所述氧化收集装置通过真空管道串联，对去除了有机气体的气体混合物中的活性气体进行吸附处理，使活性气体从所述去除了有机气体的气体混合物中分离的吸附装置；与所述吸附装置通过真空管道连接，对稀有气体的混合物中的稀有气体进行逐一分离的低温冷泵装置；以及与所述低温冷泵装置通过真空管道连接，同时对分离的稀有气体进行同位素分析的稀有气体同位素质谱仪；特别是，所述在线分析系统还包括通过真空管道串联在所述真空电磁破碎装置与氧化收集装置之间，对所述真空电磁破碎装置释放的气体混合物进行分析，得到有机气体及活性气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种页岩残余气组分及稀有气体的在线分析方法，其特征在于，包括：将待测样本在常温及真空条件下粉碎至粉末状，使待测样本完全脱气，得到气体混合物；对所述气体混合物中的有机气体进行氧化处理，得到去除了有机气体的气体混合物；对所述去除了有机气体的气体混合物中的活性气体进行吸附处理，去除活性气体，得到仅含有稀有气体的混合物；对稀有气体的混合物中的稀有气体组分进行逐一分离，同时对分离的稀有气体进行同位素分析，并将分析结果传送到终端设备，经由终端设备输出得到稀有气体信息及其同位素组成的数据。

【技术特征摘要】
1.一种页岩残余气组分及稀有气体的在线分析方法，其特征在于，包括：将待测样本在常温及真空条件下粉碎至粉末状，使待测样本完全脱气，得到气体混合物；对所述气体混合物中的有机气体进行氧化处理，得到去除了有机气体的气体混合物；对所述去除了有机气体的气体混合物中的活性气体进行吸附处理，去除活性气体，得到仅含有稀有气体的混合物；对稀有气体的混合物中的稀有气体组分进行逐一分离，同时对分离的稀有气体进行同位素分析，并将分析结果传送到终端设备，经由终端设备输出得到稀有气体信息及其同位素组成的数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在对气体混合物进行氧化处理前，即时分析气体混合物中的有机气体及活性气体成分，分析结果传送到终端设备，并经由终端设备输出得到有机气体及活性气体信息及其组成的数据。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待测样本在常温及真空条件下破碎至粉末状包括：在温度为20-25℃条件下，利用真空电磁破碎装置将待测样本破碎至粒径100-200目的粉末，使待测样本脱气产生的气体混合物释放在所述真空电磁破碎装置的真空环境中。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对气体混合物中的有机气体进行氧化处理包括：利用与所述真空电磁破碎装置通过真空管道连接的氧化收集装置对真空电磁破碎装置中释放的气体混合物进行氧化处理，使气体混合物中的有机气体在氧化装置中发生氧化反应而与气体混合物分离，从而得到去除了有机气体的气体混合物。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对去除了有机气体的气体混合物中的活性气体进行吸附处理包括：利用与所述氧化收集装置通过真空管道串联的吸附装置对所述氧化收集装置中释放出的去除了有机气体的气体混合物进行吸附作用，使活性气体从所述去除了有机气体的气体混合物中分离，得到仅含有稀有气体的混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹春辉，李立武，杜丽，贺坚，李中平，
申请(专利权)人：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，
类型：发明
国别省市：甘肃,62