色譜分析是本世紀(jì)50年代以后發(fā)展起來的儀器分析技術(shù)。其分析原理是利用不同物質(zhì)（樣品）在兩相（固定相和流動(dòng)相）中具有不同的分配系數(shù)（或吸附系數(shù)，滲透性等），當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)在兩相中反復(fù)進(jìn)行多次分配，從而使物質(zhì)成分得到完全的分離。按流動(dòng)相可分為氣相色譜和液相色譜兩大類。
 
早在四五十年代，色譜分析即進(jìn)入了我國的石油地質(zhì)研究，那時(shí)主要是分析天然氣成分，用的是手工操作的體積色譜玻璃儀器。隨著色譜儀器的發(fā)展，直到70年代以后，熱導(dǎo)池和氫火焰離子化檢測(cè)器的氣相色譜儀器才逐漸廣泛的應(yīng)用于油氣勘探、開發(fā)地質(zhì)工作中。目前，色譜分析已深入到石油地質(zhì)的許多領(lǐng)域。石油地質(zhì)家還接受了色譜這一概念，認(rèn)為油氣在地下的運(yùn)移規(guī)律，可能受地層的色譜層析作用所控制，并用以解釋地下油氣性質(zhì)的分布和在油田開發(fā)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)檢驗(yàn)注水推油的效果。在石油地質(zhì)研究中，色譜類儀器已經(jīng)成為三大類譜儀(色譜、光譜、質(zhì)譜)中應(yīng)用蕞為廣泛，效果蕞為突出的一類儀器。
 
色譜分析，特別是氣相色譜在石油勘探和開發(fā)的大量應(yīng)用，也推動(dòng)了色譜儀器和分析方法的進(jìn)展，不斷出現(xiàn)新型的、商品化的儀器。這主要表現(xiàn)在氣相色譜儀入口系統(tǒng)的改進(jìn)、氣路流程的配置、氫火焰離子化檢測(cè)器的擴(kuò)展應(yīng)用和分析譜圖的計(jì)算機(jī)定量處理軟件等幾個(gè)方面。例如色譜入口系統(tǒng)，由于石油地質(zhì)樣品復(fù)雜，氣、液、固三態(tài)都有，分析目的也各式各樣，一般色譜儀的汽化入口系統(tǒng)滿足不了石油地質(zhì)樣品的要求，因此就出現(xiàn)了熱抽提、熱蒸發(fā)、熱降解、熱裂解、頂空進(jìn)樣、吸附絲進(jìn)樣、超臨界進(jìn)樣等等入口系統(tǒng)和裝置，也促進(jìn)了熱蒸發(fā)烴色譜、熱解色譜、熱裂解色譜、超臨界色譜等商品化的新型儀器研制和投入市場(chǎng)。通用化的色譜儀器逐漸向?qū)I(yè)需要的專用色譜儀器上轉(zhuǎn)變，這可能就是當(dāng)前世紀(jì)交變時(shí)期，石油勘探開發(fā)地質(zhì)行業(yè)對(duì)于色譜分析儀器需求上的特點(diǎn)。
 
石油地質(zhì)勘探開發(fā)試驗(yàn)室常用的氣相色譜儀器主要是美國惠普公司的5890、5880，瓦瑞因公司的3400、3410,日本島津公司的GC系列(1A、5A、8A、14A、17A等)。我國研究部門(包括油田的研究院)大都以進(jìn)口儀器代替了六七十年代的北京和上海分析儀器廠生產(chǎn)的儀器。不過，80年代以來，國內(nèi)開始研制的熱裂解儀、熱解吸色譜儀、氣測(cè)色譜儀以及分析油田伴生氣、天然氣等專用色譜儀已在油氣地質(zhì)勘探上初見成效，逐步投產(chǎn)使用，是很可喜的現(xiàn)象。
 
盆地含油氣資源評(píng)價(jià)研究中色譜儀器的應(yīng)用
 
油氣資源評(píng)價(jià)是通過巖石的氯仿抽提物，以液固色譜方法先定量分析其烴類族組成（飽和烴、芳香烴、非烴及瀝青質(zhì)），再以氣相色譜法定性和定量分析飽和烴及芳香烴，研究生油母質(zhì)性質(zhì)類型、轉(zhuǎn)化成烴類的成熟度并判斷該巖石的有利于生油的環(huán)境。
 
氣相色譜分析巖石抽提物及原油、天然氣的飽和烴成分，分為氣烴（C1~C4）、輕烴（C2~C8）、烷烴（C11~C40的正和異構(gòu)直鏈烷烴）三個(gè)分析系列。分析芳烴主要是輕芳烴萘、菲系列。由于分析氣烴也包含無機(jī)成分（CO2、H2S等），因而用填充色譜柱較多，檢測(cè)器也多用熱導(dǎo)池。分析輕烴和烷烴一般用交聯(lián)、鍵合的非極性彈性石英毛細(xì)柱（如OV-1、SE -30、SE54等），長20m~30m，檢測(cè)器是FID（氫火焰離子化檢測(cè)器），程序升溫。
 
氣相色譜分析結(jié)果提供了沉積盆地油氣勘探和資源評(píng)價(jià)的很多重要信息。巖石氯仿抽提物的直鏈烷烴色譜圖，從峰形、主峰碳數(shù)、奇數(shù)碳峰面積/偶數(shù)碳峰面積、以及C40葫羅卜烷等指標(biāo)都能說明生油母質(zhì)的性質(zhì)和類型。同時(shí)也能說明在該巖樣埋深（地溫）處，生油、氣母質(zhì)成熟的情況；例如C 21碳數(shù)前的峰面積和與C 22碳數(shù)后的峰面積和的比值就隨埋深增大而增大、主峰碳數(shù)也向前移。含姥鮫烷高（異C 19烷）說明巖石形成于氧化-弱還原環(huán)境，而植烷（異C 20烷）則常富集于還原的咸水環(huán)境。據(jù)芳烴色譜峰計(jì)算的甲基菲指數(shù)亦是表明成熟度的參數(shù)。所以，在油氣資源評(píng)價(jià)中，氣相色譜分析直接提供了巖石有機(jī)質(zhì)的評(píng)價(jià)參數(shù)，是必不可少的常規(guī)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)不溶有機(jī)物（干酪根）的有機(jī)元素色譜分析(H/C 、O/C)，可以確定干酪根類型，評(píng)價(jià)生油母質(zhì)優(yōu)劣。
 
天然氣勘探和資源評(píng)價(jià)，氣相色譜是更為重要的工具。氣烴的甲烷和C 2以上的重?zé)N比例，可以判斷是氣田氣（干氣）還是油田伴生氣。配合甲烷的碳同位素分析還能區(qū)分是否煤成氣。對(duì)于氣烴的氣相色譜分析，要求O 2、N 2、C O 2、H 2S 等無機(jī)成分和C 1~C 6烴同時(shí)餾出，因此在氣路流程上，國內(nèi)外的研究者下了不少功夫。多閥切換、多柱串并聯(lián)、多次進(jìn)樣顯然不是好的流程模式，但為目前大多用戶采用。典型的如HP 公司的5890多維柱氣路(如圖1A 所示)。可以一針進(jìn)樣、用四根柱子、閥路切換，分析O 2、N 2、C O 2、C 1~C +6等11個(gè)成分。國內(nèi)分析天然氣的儀器，早期以四川石油管理局地質(zhì)院試驗(yàn)室和四川分析儀器廠合作研制的五根柱子串并聯(lián)、多閥切換、分析He 、Ar 、H 2S 、CO 2、O 2、N 2、C 1~C +6等多種成分的專用的工業(yè)色譜儀為代表。近年大連昕亞儀器公司基于和勝利油田地質(zhì)院地化室多年合作，研制成功一針進(jìn)樣、雙柱串聯(lián)、無閥切換、程序升溫的SP -600A 氣相色譜儀，可快速分析天然氣中上述11個(gè)成分。
 
探井單井評(píng)價(jià)油氣顯示的色譜儀器改進(jìn)和創(chuàng)新
 
含油氣盆地油氣勘探的早期評(píng)價(jià)和已開發(fā)油田的滾動(dòng)勘探中，對(duì)于探井的泥漿、巖屑、壁心、巖心等樣品，及時(shí)分析了解其含油氣顯示、性質(zhì)、潛力是非常重要的，這常常是發(fā)現(xiàn)油氣田必經(jīng)的序曲。氣相色譜以其高分辨和高靈敏檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，于80年代以來,除了室內(nèi)分析迅速進(jìn)展外，另一方面還從室內(nèi)走上井場(chǎng)隨鉆分析,全面檢測(cè)評(píng)價(jià)生油和儲(chǔ)油巖，對(duì)鉆井的泥漿氣、罐裝泥漿氣、巖屑吸附氣、巖屑熱解烴，也開展了隨鉆的色譜錄井，和其它錄井方法綜合解釋評(píng)價(jià)單井的含油氣性。
 
1.  罐裝（頂）氣及巖屑酸解烴的色譜分析
 
當(dāng)鉆井鉆至或接近含油氣地層時(shí)，油氣逸出，混入到泥漿中返回到井口。以特制的取樣罐，定間隔深度取泥漿（也可連同巖屑）樣，密封于罐內(nèi)。在井場(chǎng)或試驗(yàn)室內(nèi)抽取罐中頂部空間氣樣進(jìn)行色譜分析。一般用He 或N 2為載氣，50m 毛細(xì)管色譜柱，內(nèi)涂非極性固定液（如OV-101），室溫恒溫10min，再以5 /min ~20 /min 程序升溫至200 ~250 ，可分析C 1~C 7共29個(gè)成分。以地面油氣化探的做土壤酸解烴的色譜方法，沿用做巖屑樣品，即用鹽酸溶蝕巖石膠結(jié)物，脫附顆粒表面吸著的烴氣分子，其色譜分析條件同罐裝氣。勝利油田地質(zhì)院地化試驗(yàn)室還研制了樣品富集裝置，提高了巖屑和土壤樣品脫附的烴氣濃度，可分析C 1~C 12，約鎦出近200個(gè)色譜峰，提供了更多的應(yīng)用指標(biāo)。
 
C 1~C 7或C 1~C 12在地球化學(xué)解釋中通稱“輕烴”。樣品中所含豐度標(biāo)準(zhǔn)即可直接判斷是否油氣層或油型氣、煤成氣。如勝利油田以∑（C 1~C 4）>3000和∑（C 5~C 7）為0~1000 l/l 巖石定為好氣層；以∑（C 1~C 4）<1000 l/l 巖石及∑（C 5~C 7）為0~300 l/l 巖石定為貧或非氣層；以∑（C 1~C 4）>8000 l/l 巖石及∑（C 5~C 7）>6000 l/l 巖石定為油層，而這兩個(gè)指標(biāo)均小于1000 l/l 巖石則為貧或非油層。用此標(biāo)準(zhǔn)判別油氣層和完井后的試油氣結(jié)果有相當(dāng)好的符合性。
 
輕烴色譜分析提供大量的指標(biāo)，用環(huán)烷烴及苯系列某些成分比值可判別生氣巖母質(zhì)類型；用庚烷、異庚烷值以及C 8前的正異構(gòu)某些比值可判識(shí)生油氣巖及天然氣的成熟度，還可研究油氣及源巖對(duì)比等。
 
2. 井場(chǎng)上巖屑的熱解色譜分析
 
巖屑熱解分析并不是色譜分析。它主要是用熱裂解儀進(jìn)行程序升溫（如90 ℃、恒溫2min；300℃ 、恒溫3min；300 ~600℃ 、25 /min 為分析周期）熱裂解巖屑樣品，以FID（氫火焰離子化檢測(cè)器）直接檢測(cè)，先后餾出S 0峰（氣烴，儲(chǔ)油巖樣品代表90 以下檢測(cè)的C 1~C 7烴含量）、S 1峰（液烴，在生油巖樣品中代表已生成的烴類，對(duì)儲(chǔ)油層樣品是于90℃ ~300 ℃檢測(cè)的C 8~C 32烴類含量）、S 2峰（在生油巖樣品中代表生油母質(zhì)–干酪根受熱降解出的烴，對(duì)儲(chǔ)油層樣品是于300℃ ~600℃ 檢測(cè)的大于C 32重質(zhì)油等成分）。可以看出，熱解分析流程沒有色譜柱分離。本文將它列入色譜分析范疇的原因，一是它除了沒有色譜柱外，儀器的各分析單元和色譜儀器毫無二致；二是目前將熱解爐做為進(jìn)樣單元，已出現(xiàn)熱解色譜商品儀器，亦用于油氣勘探生產(chǎn)研究中。
 
油氣地質(zhì)研究用熱解分析始于80年代初期，先是用法國石油研究所J.Espitalie 教授研制的ROC K E VAL（生油巖評(píng)價(jià)儀）I、II型，以室內(nèi)分析生油巖樣品為主，后法國推出OSA（井場(chǎng)用的油顯示評(píng)價(jià)儀），將熱解分析推向井場(chǎng)，以評(píng)價(jià)儲(chǔ)油層樣品為主，直接為探井服務(wù)。國內(nèi)研制熱解分析儀起步于1984年，但一步到位，研制首要目標(biāo)是井場(chǎng)分析。河南油田、大慶油田地質(zhì)院地質(zhì)試驗(yàn)室先后和山東魯南化工儀器廠、遼寧海城石油儀器廠協(xié)作，十多年來不斷研制、試驗(yàn)、改進(jìn)，已生產(chǎn)了200臺(tái)以上，應(yīng)用于十幾個(gè)油田的鉆井隊(duì)和試驗(yàn)室內(nèi)。河南油田和魯南廠研制生產(chǎn)的DH -910地化錄井儀也歷經(jīng)三代改進(jìn)，第三代加上了有機(jī)碳分析，評(píng)價(jià)生油巖更為方便。井場(chǎng)上隨鉆分析巖屑，不但能解釋油、氣、水層，還能判別原油性質(zhì)、劃分含油級(jí)別、計(jì)算油氣聚集量、估算儲(chǔ)層產(chǎn)能，并和井下電測(cè)曲線綜合解釋，繪成地化錄井綜合圖，可見解釋結(jié)果和試油符合程度較好。
 
熱解分析是地質(zhì)試驗(yàn)室分析儀器為勘探生產(chǎn)服務(wù)的典范。它兼顧室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)分析、國內(nèi)國外儀器并用，生、儲(chǔ)油氣層都能應(yīng)用解釋，還有向熱解色譜進(jìn)展的明確方向，在油氣勘探開發(fā)中是很有發(fā)展前途的色譜類分析儀器。
 
3. 綜合錄井儀中的色譜氣測(cè)單元
 
在鉆油氣探井的過程中，收集有關(guān)這口井所鉆穿的地下地層的地質(zhì)資料謂之錄井。以了解有無油氣層為目的的氣測(cè)錄井，是在鉆進(jìn)時(shí)返回地面的泥漿槽面上，用浮子取氣器自動(dòng)采取泥漿脫出的、代表地下某一深度地層逸出的氣體樣品，用色譜儀器分析其成分(一般要求C 1~C 4)，判斷是否鉆遇了油氣層,再結(jié)合巖屑錄井、鉆時(shí)錄井等資料綜合解釋，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，輸出錄井曲線圖。
 
80年代色譜氣測(cè)錄井主要用法國進(jìn)口的車裝氣測(cè)色譜儀，國內(nèi)研制的尚不滿足使用要求。近年上海神開科技工程公司推出的車裝SK-1Z01綜合錄井儀，裝有SK-3Q01氫焰色譜儀，可連續(xù)監(jiān)測(cè)總烴量；分析C 1~C 5，具反吹功能。還裝備SK-3R01熱導(dǎo)色譜儀，用于分析H 2、He 、C O 2，為尋找He 、C O 2資源提供了手段。該儀器還裝有20套各種傳感器，可全面監(jiān)測(cè)、采集、儲(chǔ)存、處理、顯示、打印近400項(xiàng)數(shù)據(jù)。另河南油田地質(zhì)院和上海石油儀器廠協(xié)作，將上述的熱解地化錄井儀亦裝于車上，也是目前比較好的錄井儀器。
 
油氣地表化學(xué)勘探預(yù)測(cè)油氣藏的重要手段
 
深埋于地下的油氣藏，因“煙囪效應(yīng)”使烴類氣體擴(kuò)散于地表。以地球化學(xué)方法分析地表樣品（包括土壤、水系沉積物、地表水體、氣體等）進(jìn)行地下油氣藏的預(yù)測(cè)，稱為油氣地表化學(xué)勘探,簡(jiǎn)稱化探。我國從50年代即開展了化探工作。四十多年來，由于方法的多樣性、地表干擾因素的復(fù)雜性，造成了分析預(yù)測(cè)結(jié)果的多解性，因此化探工作也歷經(jīng)多次起伏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)的化探已先后開展了30多項(xiàng)分析方法，有幾百個(gè)評(píng)價(jià)解釋指標(biāo),但不受地區(qū)影響，普遍有效的項(xiàng)目和指標(biāo)甚少。相對(duì)比較，有關(guān)地表氣體（如吸附氣、溶解氣）的各種色譜分析，由于它能直接測(cè)出油氣藏?zé)N氣擴(kuò)散于地表的信息，當(dāng)減去背景值，其異常所說明的油氣藏的地下位置，還能使油氣勘探家較為信服。因此，在化探中色譜分析便成為常用項(xiàng)目并有所進(jìn)展。
 
土壤中的烴類有各種賦存形式，相應(yīng)有不同的脫烴和色譜分析方法。游離烴是土壤孔隙空間存在的游離狀烴類。勝利油田利用地震勘探的炮孔（幾米至十幾米深），在埋下炸藥以前，下入取樣管，直接抽取游離烴樣，并及時(shí)送入車裝的日本Mini3型氫焰色譜儀中分析C 1~C 4烴類。對(duì)于存在于礦物顆粒表面的吸附烴，一般常采取酸解脫烴的方法，分析C 1~C 4烴。另外在土壤形成次生碳酸鹽的同時(shí)，烴類分子還進(jìn)入了其中的包裹體和碳酸鹽晶體的缺陷部分，稱為吸留烴。這種烴類需在顯微鏡下挑出包裹體，在色譜儀的裂解器中爆裂，再進(jìn)入色譜柱分離?？梢钥闯觯核峤鉄N實(shí)際上是三種賦存烴類的混合物，由于不同地區(qū)地表地質(zhì)條件的差異，酸解烴的分析結(jié)果解釋有效性的差異就很大。
 
為了取得因煙囪效應(yīng)而運(yùn)移至地表的烴氣樣品，化探中又發(fā)展了吸附絲的色譜和色譜-質(zhì)譜分析方法。用活性碳等吸附劑，以無機(jī)黏結(jié)劑將其粘在磁鐵淦氧的金屬絲上，制成吸附絲。然后定期（如兩周）埋于地表幾米以下，取出后置于裂解色譜儀中分析C 1~C 5烴。這一方法來源于70年代美國科羅拉多礦業(yè)學(xué)院兩位教授，他們建立了K –V 指紋法（K 、V 是兩位教授的姓氏字頭），以質(zhì)譜檢測(cè)吸附絲的烴類，又稱壤中氣累計(jì)法。K –V 指紋法的關(guān)鍵是吸附絲，國內(nèi)有很多人研制。浙江大學(xué)分析測(cè)試中心與華東石油地質(zhì)局協(xié)作，研制出吸附絲，采用毛細(xì)管氣相色譜儀，分析鑒定了C 5~C 16吸附烴成分。地礦部石油海洋局化探中心自制的吸附絲吸附地表烴類后，以居里點(diǎn)裂解器加熱裂解，經(jīng)毛細(xì)柱分離，離子阱檢測(cè)器（I TD）進(jìn)行質(zhì)譜檢定，測(cè)定地表烴類中的飽和烴、芳香烴、烯烴、炔烴、萜類化合物及非烴等多種成分，其異常值與已知油田位置符合較好。其它如地表水中溶解氣、測(cè)定土壤中蝕變碳酸鹽（轉(zhuǎn)化成CO 2）等化探方法也建立了色譜分析。
 
油氣田開發(fā)采油工程應(yīng)用色譜儀器的新進(jìn)展
 
色譜分析儀器進(jìn)入石油工業(yè)，大體上先在油氣勘探中得以應(yīng)用和進(jìn)展，而后步入油田開發(fā)的試驗(yàn)室分析和應(yīng)用研究。目前在油田開發(fā)中應(yīng)用主要是兩個(gè)方面：
 
1.  原油及儲(chǔ)集層的物性分析
 
原油的烴類化學(xué)成分分析同前所述。開發(fā)試驗(yàn)室的色譜儀還另辟應(yīng)用于原油和儲(chǔ)集層的物性分析。
 
原油蒸餾的餾份范圍是表明其物化性質(zhì)常用的指標(biāo)之一。以往都是沿用蒸餾燒瓶的標(biāo)準(zhǔn)方法。80年代，HP 公司推出了模擬蒸餾氣相色譜儀，執(zhí)行ASTM-D2887方法標(biāo)準(zhǔn)，可以得到538℃ 以前的汽、柴油餾份的組成%數(shù)。