土壤吸附烃低温解吸装置及方法 【技术领域】
本发明涉及油气地球化学勘查中的一项新技术，特别是涉及一种用于土壤吸附烃测量的偏提取装置和方法。
技术背景
油气化探是一种通过地表勘测来确定地下油气藏位置的廉价而快速的勘探手段，属于一种非常规的勘探方法。土壤中的轻烃(CH4～C4H10)是油气化探预测中最为重要的指标，同时也是进一步研究与开发间接指标的重要基础。
土壤中的轻烃有三种存在形式：壤气中的游离烃、土壤吸附烃和土壤吸留烃。酸解烃方法分析的是土壤吸留烃，其测试数据因土壤中碳酸盐矿物含量的变化而受到强烈的干扰，而在土壤碳酸盐不发育地地区也无法使用，其应用效果和应用范围均受到较大的限制。壤气游离烃的测试可以克服这些缺点。但是采集气体样品的过程中，大气混入的比例却难以确定，其测试结果还受到气候条件、土壤的水饱和度和潜水面深度变化的强烈影响。通过埋设人工吸附物质来采集游离烃的方法也存在一些不足，例如成本较高，施工时间长，容易收到人类和牲畜活动的破坏，其结果也受潜水面深度变化的影响等。土壤吸附烃方法不具备上述两类方法的缺点，且拥有它们的优点，如果测试条件合适，吸附烃会成为更加重要的化探指标。罐顶气方法是吸附烃测试中应用最为广泛的方法。其主要缺点在于脱附效率，如果温度较低，在无法搅拌的情况下脱出的气体很少，而且再现性较差；如果升高温度，又会发生热解。氢吹脱技术虽然实现了较低温条件下的搅拌，但通常只能测出与断层有关的高强度渗逸异常，其原因是常压(1atm)下的脱附效率较低，不能测出低强度微渗逸异常，从而影响到油气分布的预测。
上述分析表明，土壤吸附烃是油气化探工作中的重中之重，但土壤吸附烃的偏提取装置及方法却存在着较大的问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种很容易地鉴别油藏上方的微渗逸异常和沿断层向上迁移而形成的渗逸异常的土壤吸附烃低温解吸装置和方法，实现真空低温条件下的定量脱附，从而提高油气化探的预测成功率，达到少投入多找油气的目的。
土壤吸附烃测试方法的关键在于如何将固态的土壤样品加入真空装置之中，同时还确保大气不能漏进真空装置。为克服这一难点，本发明提供一种土壤吸附烃低温解吸装置和方法。其中，
所述土壤吸附烃低温解吸装置是由冷凝管13、烧瓶17、漏斗19、真空泵12、水浴锅16及玻璃管道25和阀门1-5组成，其中，冷凝管13通过三通与刻度管6、真空泵12相连接，所述三通与真空泵12连接端设有一阀门5；通过内插管三通18，将冷凝管13、烧瓶17及玻璃管道25相连接，玻璃管道25有四个出口，在每个出口端都设有一个阀门，漏斗19下端通过阀门2与玻璃管道25连接，无气水箱7通过乳胶管21与玻璃管道25及阀门3连接，所述刻度管6上端为气体采样口，该采样口用胶塞10盖紧，冷凝管13、烧瓶17、漏斗19、真空泵12、水浴锅16、玻璃管道25及无气水箱7通过固定件被固定在支架24上。
本发明的土壤吸附烃低温解吸方法步骤如下：
a、在烧瓶中加入10-30mL10-25％的NaOH，然后把烧瓶装到装置上拧紧，确保不露空气；
b、关闭阀门1、2和4，打开阀门3和5，接通真空泵；
c、在真空泵正在工作的同时，轻轻打开阀1，当无气水缓慢流到阀1时，关闭阀1；然后打开阀2，当无气水流到阀2时，关闭阀2和3；通过这些操作可将阀门之间玻璃管中的空气抽出；
d、向漏斗内加入20-50mL的无气水，然后加15-30g干筛或湿筛土壤样品；用玻璃棒进行搅拌，使其形成泥浆，其中的空气上浮液面；当真空度达到0.0005atm以下时，关闭阀5，打开阀门2；
e、轻轻打开阀1，让泥浆流入烧瓶内；当液面到达阀2时，关闭阀1；
f、用无气水清洗漏斗，并重复步骤e，直到所有的土壤样品进入装置；
g、依次打开阀3和1，使得玻璃管中的样品进入烧瓶，然后关闭阀1；
h、在真空条件下泥浆被水浴锅加热后沸腾，沸腾时间5-15分钟，打开阀1，使压力回升到常压；记录脱出气体的体积，用注射器抽出气体，注入气相色谱仪进行测试。
上述表明，土壤吸附烃低温解吸方法使用的是一种特制的装置。首先加不含气体的水，通过搅拌将土壤做成泥浆。泥浆被吸入所述装置，在此过程中可避免空气进入装置。吸附气态烃在真空条件下脱附，随后加入不含气体的水，将装置内的温压调到常温常压。采集解脱附出的气体样品，用气相色谱进行测试。
土壤吸附烃低温解吸方法与传统的酸解烃分析方法相比，由于操作中没有破坏碳酸盐和粘土矿物，吸留烃仍然留在样品中，且土壤吸附烃测量比土壤中其他存在形式的烃类更加有效。因此，所获得的数据信噪比较高，确保了较高的脱附率，测试结果中背景与异常的离差较大，有利于进行渗逸异常和微渗逸异常的识别，可以很容易地鉴别油藏上方的微渗逸异常和沿断层向上迁移而形成的渗逸异常，获得的异常与油田和断层相吻合。该方法与传统方法相比，更加廉价、快速，适于大面积的勘测。
【附图说明】
图1为土壤吸附烃低温解吸装置示意图；
图2为土壤吸附烃低温解吸装置中的第二种阀门示意图；
图3为图1中的水浴锅盖的示意图。
【具体实施方式】
图1-3为土壤吸附烃低温解吸装置示意图，该装置可在较低的温度和压力条件下定量解吸土壤吸附烃。它由冷凝管13、烧瓶17、漏斗19、真空泵12和水浴锅16构成。其中，冷凝管13通过三通与刻度管6、真空泵12相连接，所述三通与真空泵12连接端设有一阀门5；通过内插管三通18，将冷凝管13、烧瓶17及玻璃管道25相连接，玻璃管道25有四个出口，在每个出口端都设有一个阀门1、2、3和4；漏斗19下端通过阀门2与玻璃管道25连接，无气水箱7通过乳胶管21与阀门3及玻璃管道25连接；所述刻度管6上端为气体采样口，该采样口用胶塞10盖紧，冷凝管13、烧瓶17、漏斗19、玻璃管道25及无气水箱7通过固定件被固定在支架24上。所述三通8与真空泵12相连接的一端内部通道内端呈喇叭口或扁状喇叭口。所述水浴锅16锅盖由两块对称的盖板28对接而成。所述的阀门1、2、3、4和5为磨口真空阀门或由乳胶管26和止血钳27构成的阀门。所述内插管三通18下端通过磨口与烧瓶磨口套接，内插管三通18上端通过乳胶管与冷凝管13下端连接，其横向端通过乳胶管与玻璃管道25连接。
其工作原理是，首先将一定量的NaOH放入烧瓶17，以便能够与脱出的酸性气体反应达到进一步降压的目的。用无气水赶出玻璃管道25中的空气(这种水是经过处理的，其溶解气已被排出)。然后，抽真空至0.0001atm以下。在漏斗19中加入40mL的无气水和20g过筛样品(湿筛或干筛)，用玻璃棒搅拌成泥浆，并使气泡上浮到水面。打开阀门，让泥浆缓慢吸入烧瓶17。再用无气水清洗漏斗19，并将样品全部吸入烧瓶17。无气水的用量要保持不变，如均为60mL。烧瓶17中的泥浆在真空条件下加热，由于压力较低很快沸腾，即使在50℃时也是如此。当水蒸汽和解吸出的轻烃进入冷凝管13时，水蒸汽将变为水并流回烧瓶17，而轻烃可继续向上移动，进入冷凝管13上面的刻度管6。沸腾不会使压力显著增加，对样品的搅拌有利于脱附，并对吸附烃起到吹脱的作用。解吸完成后，加入无气水使压力恢复到常压，记录脱出气体的体积，并用注射器抽出气体，注入气相色谱仪进行测试。
土壤吸附烃解吸方法，其解吸步骤包括：(a)将蒸馏水到入水浴锅16中并打开电源；温度达到70℃时，接通冷凝管13和自来水；在烧瓶17中加入15mL20％的NaOH，然后把烧瓶17装到装置上拧紧，确保不露空气；(b)用无机胶塞10(如硅橡胶)盖紧气体采样口；关闭阀门1、2和4，打开阀门3和5；接通真空泵12；(c)在真空泵12正在工作的同时，轻轻打开阀1，当无气水(煮沸后冷却了的饱和食盐水)缓慢流到阀1时，关闭阀1；然后打开阀2，当无气水流到阀2时，关闭阀2和3；通过这些操作可将阀门之间玻璃管道25中的空气排出；(d)向漏斗内加入40mL的无气水，然后加20g过筛土壤样品(干筛或湿筛)；用玻璃棒进行搅拌，使其形成泥浆，其中的空气也上浮液面；当真空度达到0.0001atm以下时，关闭阀5，打开阀门2；(e)轻轻打开阀1，让泥浆流入真空装置；当液面到达阀2时，关闭阀1；(f)用无气水清洗漏斗，并重复操作(e)，直到所有的土壤样品进入装置；(g)依次打开阀3和1，使得玻璃管道25中的样品液进入烧瓶17，然后关闭阀1；(h)在真空条件下泥浆会沸腾，当蒸汽和解吸出的气体上升达到冷凝管13时，蒸汽会变为水并流回烧瓶17，解吸出的气体会继续上升，所以沸腾不会增加系统内的压力，相反地，沸腾对样品有搅拌作用，并对吸附烃有吹脱作用。泥浆沸腾9分钟后，打开阀1，使压力回升到常压；记录脱出气体的体积，用注射器抽出气体，注入气相色谱仪进行测试。
上述解吸过程是在低温低压条件下完成的，在将样品置入真空的过程中也没有吸附烃的损失。该技术可确保较高的脱附效率并可防止热解作用的发生。主要是因为解吸过程是在低温、低压条件下进行的，在将样品置入真空的过程中也可避免吸附烃的损失。在上述方法中，水浴温度、脱附时间、土壤粒度、NaOH的加入量是比较重要的。
本发明通过实验对上述四个因素进行了优化，其中，NaOH的取值范围可以为10-30mL，浓度为10-25％；真空度控制在0.0005atm以下；干筛或湿筛土壤样品为15-30g，土壤样品粒径为过筛40-200目；沸腾时间控制在5-15分钟；水浴锅中的温度可控制在50～80℃。其最佳的水浴温度70℃、15mL20％的NaOH、脱附时间9分钟、水洗过筛200目。