專利名稱：油氣田中多相流指標(biāo)的雙能χ射線測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及原油、天然氣生產(chǎn)中含水率、含油率、含氣率或含沙量的測量系統(tǒng)，具體涉及一種利用兩臺X光機(jī)產(chǎn)生的雙能X射線構(gòu)成的雙能X射線測量系統(tǒng)，應(yīng)用雙能X射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生效應(yīng)不同的原理，在油氣田生產(chǎn)中，油水氣、油沙水或氣沙水三相介質(zhì)并存的條件下測量輸油、氣管道中含水率、含油率、含氣率或含沙量(只能測四個指標(biāo)中與對應(yīng)混合流體相關(guān)的三個指標(biāo))，屬于國際專利分類G01N技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
原油和天然氣作為最重要的能源之一，從油、氣井開采出的原油、天然氣，是由油、水、天然氣或沙粒等多相介質(zhì)組成的混合物。處理這種混合物首先要進(jìn)行氣液分離，剩下的油水混合液體經(jīng)脫水處理后得到含水率很低的成品油或天然氣進(jìn)行外輸或銷售。對含在其中的沙粒，也要監(jiān)測，及時分離，否則容易損壞設(shè)備。在原油或天然氣脫水處理等一系列生產(chǎn)活動中，需要及時準(zhǔn)確地掌握原油含水率、含氣率或含油率等情況，以便控制生產(chǎn)過程，保證生產(chǎn)出合格的成品原油或天然氣。因此，原油或天然氣中含水率、含氣率、含油率或含沙量等指標(biāo)是石化行業(yè)石油和天然氣采集、冶煉及運(yùn)輸過程中一組重要參數(shù)。特別是許多老油田，目前主要采用注水采油工藝，采出原油的含水率普遍偏高。因此，對原油或天然氣中進(jìn)行含水率、含氣率、含油率或含沙量的準(zhǔn)確檢測在原油或天然氣生產(chǎn)、貿(mào)易中有著重要作用。
在原油生產(chǎn)中，目前測量原油含水率主要有以下幾種方法人工蒸餾化驗法、微波法(或射頻法)、電容法、短波法、導(dǎo)熱法、振動密度計法和Y射線法。1、微波法(如CN1112677)是根據(jù)電磁波與介電物質(zhì)相互作用，其耗散與物質(zhì)的大小及相對介電常數(shù)有關(guān)，油和水的介電常數(shù)不同導(dǎo)致被測對象所呈現(xiàn)的射頻阻抗特性不同，當(dāng)射頻信號傳到以油水混合物為介質(zhì)的電容式射頻傳感器時，其負(fù)載阻抗隨著混合介質(zhì)的不同油水比而變化，即當(dāng)原油含水率變化時，波參量隨之變化，從而實現(xiàn)含水率測量；2、電容法(如CN1186236)是根據(jù)油水的介電常數(shù)不同，反映到由極板構(gòu)成的電容器的電容量不同，測量電容量的變化，就可以測量含水率的變化；3、短波法(如CN2349574)是利用一個(后)探頭向原油中發(fā)射3.579MHz的短波信號，把當(dāng)前原油狀態(tài)査清，間隔幾秒鐘后，在通過另一個(前)探頭向原油中發(fā)射3.579MHz的短波信號，又取出油中含水的信號，然后取二次測得的差值，經(jīng)處理后可得出瞬時含水率；4、導(dǎo)熱法(如CN1259671)利用液-液兩相流體的熱物理性質(zhì)的差異，如導(dǎo)熱、比熱、粘度等，同時測量原油的含水率和油水流量；5、振動密度計法(如CN1789969, CN2359692)利用液位測量元件測量儲油罐(或分離器)內(nèi)原油的液位，壓力測量儀表測量儲油罐(或分離器)中無原油部分的壓力和底部承受的壓力，最后通過經(jīng)驗公式算出；6、射線法(如CN86105543A, CN2359692Y， CN1086602A, CN2383068Y)是根據(jù)y射線穿過不同介質(zhì)時，其衰減不同的原理工作的。除Y射線法以外的其它各種測量方法，都屬接觸式測量，由于原油腐蝕性較強(qiáng)，結(jié)垢、結(jié)蠟嚴(yán)重，致使儀表長期運(yùn)行的可靠性差，尤其是這些儀表都無法消除含氣對含水率測量帶來的影響，而導(dǎo)致了比較大的測量誤差。對此，專利CN2452022Y、 CN2646704Y和CN2646705Y專門設(shè)計了不同的擦除器來擦除傳感器外面累積的雜質(zhì)。另外，電容法、射頻法和微波法測量的含水率變化與被測量之間是非線性關(guān)系，在某一含水率范圍內(nèi)有拐點(diǎn)，而原油是油水氣混合體，其物理化學(xué)性質(zhì)多變，所以除Y射線法外的上面幾種測量方法在實際應(yīng)用中，都不能很好地滿足生產(chǎn)要求。
根據(jù)Y射線與物質(zhì)相互作用規(guī)律而工作的原油含水分析儀與混合流體的宏觀流態(tài)和化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，能夠?qū)?fù)雜的原油進(jìn)行含水率和含氣率的測量，深受油田工作人員的歡迎。
發(fā)明專利CN86105543A公開了一種利用放射源(如1Q9Cd，或^Am等)發(fā)出的單能Y射線，對二相油水混合體的體積含水率的測量原理。實用新型專利CN2359692Y公布了一種利用^Pu放射源對二相油水混合體的含水率進(jìn)行測量的裝置。發(fā)明專利CN1086602A公開了一種在三相油水氣混合體中，測量原油中含氣、含水率的自動測量儀；在測量管道的側(cè)壁上沿徑向中心線對稱位置兩側(cè)分別固定有Y射線源和透射探測器；在與Y射線源和透射探測器所在中心線成夾角且沿測量管道軸向與之相距一定距離的中心線側(cè)壁上固定有散射探測器；最后根據(jù)測量的結(jié)果，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而得到體積含氣率和體積含水率。文獻(xiàn)[l]對其測量原理，從理論上做了進(jìn)一步的探討。實用新型專利CN2383068Y對依據(jù)上述原理設(shè)計的裝置，做了改進(jìn)，增加了一個攪拌裝置，使實際上從油井里出來的油水氣混合均勻，以便更進(jìn)一步滿足理論假設(shè)條件，以便提高測量的精度。不管怎么說，這個理論模型取近似的地方太多，各個參數(shù)物理意義不明確，對壓力、溫度等變化參數(shù)的影響，沒有考慮修正，這些最終還是影響了其使用的方法和測量精度。
另外，使用放射源產(chǎn)生的Y射線測量法，還有一個比較大的弱點(diǎn)，就是存在放射性安全問題，特別是在目前反恐形勢比較嚴(yán)峻的時期，這個弱點(diǎn)更加突出。
對含沙量測量，GB2429288A公布了一項采用聲學(xué)方法測量含沙量的專利。即通過沙子與輸油或輸氣管道壁的碰撞，來故算流體中含沙量的多少。利用該專利設(shè)計的設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，功耗小，本地保存數(shù)據(jù)時間長等有點(diǎn)。但該原理的工作頻段屬于音頻，其千擾源比較多，比較復(fù)雜，其測量結(jié)果也容易受流體流動性質(zhì)的影響，所以測量的不確定度比較大，不能滿足高精度測量的需要。
目前市場上尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用雙能X射線法測量原油和天然氣生產(chǎn)中的含水率、含油率、含氣率或含沙量的方法和裝置。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的，在于針對油水氣或油水沙或水氣沙三相混合體中，實時高精度測量原油或天然氣中含水率、含油率、含氣率或含沙量的需求，提供一種采用雙能技術(shù)測量含氣率、含油率、含水率或含沙量的裝置(只能測四個指標(biāo)中與對應(yīng)混合流體相關(guān)的三個)。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。 一種油氣田中多相流指標(biāo)的雙能X射線測量裝置，其特點(diǎn)是所述的測量裝置包括二種能量X射線的產(chǎn)生分系統(tǒng)，所述的二種能量5C射線的產(chǎn)生分系統(tǒng)是由二臺獨(dú)立的單能X光機(jī)組成，所述的二臺獨(dú)立的單能X光機(jī)為一臺髙能X光機(jī)和一臺低能X光機(jī)，高能X光機(jī)的控制系統(tǒng)連接高能X光機(jī)的靶點(diǎn)與高能X光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室，低能X光機(jī)的控制系統(tǒng)連接低能X光機(jī)的靶點(diǎn)與低能X光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室；所述的兩臺單能X光機(jī)，分別對應(yīng)于兩個探測器分系統(tǒng)；高能X光機(jī)所對應(yīng)的探測器分系統(tǒng)包括，第一探測器和屏蔽管，第一信號成形、放大和采樣保持單元，第一探測器的高壓電源，第一A/D轉(zhuǎn)換單元，第一控制單元；第一探測器與第一信號成形、放大和采樣保持單元和第一探測器的高壓電源連接，第一信號成形、放大和采樣保持單元與第一A/D轉(zhuǎn)換單元和第一控制單元連接，第一探測器的高壓電源與第一控制單元連接，第一A/D轉(zhuǎn)換單元與第一控制單元連接；低能X光機(jī)所對應(yīng)的探測器分系統(tǒng)包括，第二探測器和屏蔽管，第二信號成形、放大和采樣保持單元，第二探測器的高壓電源，第二A/D轉(zhuǎn)換單元，第二控制單元；第二探測器與第二信號成形、放大和采樣保持單元和第二探測器的高壓電源連接，第二信號成形、放大和釆樣保持單元與第二 A/D轉(zhuǎn)換單元和第二控制單元連接，第二探測器的高壓電源與第二控制單元連接，第二A/D轉(zhuǎn)換單元與第二控制單元連接；第一A/D轉(zhuǎn)換單元和第一控制單元及第二A/D轉(zhuǎn)換單元和第二控制單元分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；二臺單能X光機(jī)與探測器的安裝方式為縱向安裝
或橫向安裝。
優(yōu)選的，在所述的高能x光機(jī)和低能X光機(jī)的束流出口上，各設(shè)置一個亮度校正探測器；所述的高能5C光機(jī)所對應(yīng)的亮度校正探測器，分別與第三信號成形、放大和采樣保持單元及第三探測器的高壓電源連接，第三信號成形、放大和采樣保持單元與第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元連接，第三探測器的高壓電源與第三控制單元連接，第三A/D轉(zhuǎn)換單元與第三控制單元連接；低能X光機(jī)所對應(yīng)的亮度校正探測器，分別與第四信號成形、放大和采樣保持單元及第四探測器的高壓電源連接，第四信號成形、放大和采樣保持單元與第四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元連接，第四探測器的高壓電源與第四控制單元連接，第四A/D轉(zhuǎn)換單元與第四控制單元連接第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元及第四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。
為了簡潔，下面說明中只考慮原油中油、水、氣三相混合體共存的情況，對天然氣中油、水、氣三相混合體共存的情況，以及原油和天然氣中油水沙或水氣沙三項共存的情況，測量裝置相同，數(shù)據(jù)處理的技巧類似，在給出的公式中只需替換相關(guān)物理量即可，所以對其它情況的相關(guān)說明從略。
與測量裝置相配套的測量方法采用了特殊的算法來求解含水率a和含氣率W3; a表示水所占的重量百分比即含水率，《3表示天然氣所占的重量百分比即含氣率，02表示油所占的重量百分比，w2 = 1 - ^ - <y3;為了修正x光機(jī)所發(fā)束流的穩(wěn)定性，增加了亮度校正探測器構(gòu)成的亮度校正探測
器分系統(tǒng)。
在油水氣三相狀態(tài)下，該軟件采用了如下的兩個方程來求解含水率a和含氣率fi^ ，
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上述方程中由于x光機(jī)所發(fā)的能譜是連續(xù)的，所以￡二、五分別代表x光機(jī)的高能和低能x射
線所對應(yīng)的等效能量;p代表油管中油水氣三相狀態(tài)下的實際密度,Pl代表實際油管里所對應(yīng)的溫度、 壓力等條件下純水的密度，P2代表實際油管里所對應(yīng)的溫度、壓力等條件下純原油的密度，P3代表 實際油管里所對應(yīng)的溫度、壓力等條件下純天然氣的密度；m、 A、 A分別代表純水、純原油、純 天然氣在對應(yīng)的等效射線能量下的線性衰減系數(shù)；X代表油管里，測試系統(tǒng)測量空間的線性厚度； No (E')代表在對應(yīng)的等效射線能量條件下，油管里沒有任何物質(zhì)存在時，測試系統(tǒng)所測量的計數(shù)； N (x， E')代表在對應(yīng)的測量厚度、等效射線能量條件下，測試系統(tǒng)所測量的計數(shù)；k、 c分別為修 正系數(shù)，同A、 A、 A—起，可以通過預(yù)先測量指數(shù)衰減曲線求得。
在只考慮油水二相狀態(tài)時，可以把測量系統(tǒng)的X光機(jī)能量簡化為單能，這時所述軟件中采用了如 下公式來求解含水率6V
- (9)
ln
7 "、
公式中p代表油管中油水二相狀態(tài)下的實際密度，p,代表實際油管里所對應(yīng)的溫度、壓力等條 件下純水的密度，P2代表實際油管里所對應(yīng)的溫度、壓力等條件下純原油的密度；^、 P2分別代表 純水、純原油在對應(yīng)的等效射線能量下的線性衰減系數(shù)；X代表油管里，測試系統(tǒng)測量空間的線性 厚度；No代表在對應(yīng)的等效射線能量條件下，油管里沒有任何物質(zhì)存在時，測試系統(tǒng)所測量的計數(shù)； N (x)代表在對應(yīng)的測量厚度、等效射線能量條件下，測試系統(tǒng)所測量的計數(shù)；k、 c分別為修正系 數(shù)，同)in、 ^一起，可以通過預(yù)先測量指數(shù)衰減曲線求得；k和c的理論值為k=l;c-0。在缺乏實 驗值時，可直接引用理論值。
設(shè)計X光機(jī)系統(tǒng)時，將高、低能量之間滿足的一定條件考慮進(jìn)去，高能^與低能《的差別越 大，測量精度越高；例如￡二 《(1.5~3)￡:，簡單一點(diǎn)可取，￡;=2￡:"所述高能X光機(jī)的能量 范圍可取在10keV 1MeV之間。
該測量方法依托于由二臺單能X光機(jī)構(gòu)成的真雙能X光機(jī)測量系統(tǒng)，即利用高、低能5t光機(jī)產(chǎn)生 的X射線與物質(zhì)作用原理，在油田生產(chǎn)中，油水氣三相介質(zhì)并存的條件下，測量輸油管道中含水率和 含氣率指標(biāo)。該系統(tǒng)克服了放射源帶來的重大安全隱患，特別適用于油田生產(chǎn)中，自動在線計量系 統(tǒng)。本實用新型理論模型的精度比較高，各種參數(shù)的物理意義比較明確，使用簡單，還能考慮溫度、 壓力等因素的影響，特別適用于油田生產(chǎn)中，自動在線計量系統(tǒng)。
本實用新型利用X光機(jī)作為射線源，可以免除丟失放射源的困擾，提高了輻射防護(hù)的安全系數(shù)，從根本上杜絕了恐怖分子獲取臟彈原料的機(jī)會，對國家安全有著特別重要的意義，在針對油水氣或 油水沙或水氣沙三相混合體中，能實時高精度測量原油或天然氣中含水率、含油率、含氣率或含沙 量。
圖1為二臺單能x光機(jī)和探測器構(gòu)成雙能測量系統(tǒng)的縱向安裝方式示意圖； 圖2為二臺單能x光機(jī)和探測器構(gòu)成雙能測量系統(tǒng)的橫向安裝方式示意圖。 圖中l(wèi)一測量裝置；2—高能x光機(jī)的靶點(diǎn)；3—高能x光機(jī)的準(zhǔn)直器和屏蔽室；4一第一探測 器；5—第一探測器的屏蔽管；6-低能x光機(jī)的耙點(diǎn)；7—低能X光機(jī)的準(zhǔn)直器和屏蔽室；8—第二 探測器；9一第二探測器的屏蔽管；10_原油管道；20~第一信號成形、放大和釆樣保持單元；21— 第二信號成形、放大和采樣保持單元；22—第一探測器的高壓電源；23—第二探測器的高壓電源； 24—第一A/D轉(zhuǎn)換單元；25—第二 A/D轉(zhuǎn)換單元；2"第一控制單元；27—第二控制單元；28—數(shù) 據(jù)處理計算機(jī)；31—高能x光機(jī)的控制系統(tǒng)；32—低能X光機(jī)的控制系統(tǒng)；33—第一亮度校正探 測器；34~第三信號成形、放大和采樣保持單元；35—第三探測器的高壓電源；36—第三A/D轉(zhuǎn)換 單元；37—第三控制單元；38—第二亮度校正探測器；39—第四信號成形、放大和采樣保持單元； 40~第四探測器的高壓電源；41—第四A/D轉(zhuǎn)換單元；42—第四控制單元。
具體實施方式
如附圖1和圖2所示， 一種油氣田中多相流指標(biāo)的雙能X射線測量裝置1，所述的測量裝置1 包括二種能量X射線的產(chǎn)生分系統(tǒng)，所述的二種能量X射線的產(chǎn)生分系統(tǒng)是由二臺獨(dú)立的單能X光機(jī) 組成，所述的二臺獨(dú)立的單能X光機(jī)為一臺高能X光機(jī)和一臺低能X光機(jī)，高能X光機(jī)的控制系統(tǒng)31 連接高能X光機(jī)的靶點(diǎn)2與高能x光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室3,低能x光機(jī)的控制系統(tǒng)32連接低能x光機(jī)的 靶點(diǎn)6與低能x光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室7;所述的兩臺單能x光機(jī)，分別對應(yīng)于兩個探測器分系統(tǒng)；高 能X光機(jī)所對應(yīng)的探測器分系統(tǒng)包括，第一探測器4和屏蔽管5，第一信號成形、放大和采樣保持單 元20，第一探測器的高壓電源22，第一A/D轉(zhuǎn)換單元24，第一控制單元26;第一探測器4與第一 信號成形、放大和采樣保持單元20和第一探測器的高壓電源22連接，第一信號成形、放大和采樣 保持單元20與第一 A/D轉(zhuǎn)換單元24和第一控制單元26連接，第一探測器的高壓電源22與第一控 制單元26連接，第一A/D轉(zhuǎn)換單元24與第一控制單元26連接；低能x光機(jī)所對應(yīng)的探測器分系統(tǒng) 包括，第二探測器8和屏蔽管9，第二信號成形、放大和采樣保持單元21,第二探測器的高壓電源 23，第二A/D轉(zhuǎn)換單元25,第二控制單元27;第二探測器8與第二信號成形、放大和采樣保持單 元21和第二探測器的高壓電源23連接，第二信號成形、放大和采樣保持單元21與第二 A/D轉(zhuǎn)換 單元25和第二控制單元27連接，第二探測器的高壓電源23與第二控制單元27連接，第二 A/D轉(zhuǎn) 換單元25與第二控制單元27連接；第一 A/D轉(zhuǎn)換單元24和第一控制單元26及第二 A/D轉(zhuǎn)換單元 25和第二控制單元27分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)28; 二臺單能;(光機(jī)與探測器的安裝方式為縱向安 裝或橫向安裝。
1、 二臺單能x光機(jī)和探測器的縱向安裝方式、安裝位置如圖1所示，本實施例的特點(diǎn)是，利用 目前現(xiàn)有的二臺單能X光機(jī)來產(chǎn)生高、低能X射線。高能X射線的靶點(diǎn)2、準(zhǔn)直器和屏蔽室3、第一探
8測器4和屏蔽管5等組成一組高能5C射線探測通路，同理低能X射線的靶點(diǎn)6、準(zhǔn)直器和屏蔽室7、第 二探測器8和屏蔽管9等組成另一組低能x射線探測通路。兩組探測通路越靠近，越能滿足理論上希 望高低能JC射線能同時打在介質(zhì)的同一個位置上的理想要求。實踐中，可根據(jù)介質(zhì)的均勻度、流速、 要求監(jiān)測數(shù)據(jù)的間隔等，調(diào)節(jié)其參數(shù)，以保證測試條件盡可能滿足理論模型和誤差要求。
高能X光機(jī)的控制系統(tǒng)31控制高能X光機(jī)的靶點(diǎn)2發(fā)出高能x射線，經(jīng)過高能X光機(jī)的準(zhǔn)直器和 屏蔽室3后，穿過原油管道10中的介質(zhì)，被第一探測器4轉(zhuǎn)換成電信號。第一探測器的屏蔽管5的 作用是保護(hù)第一探測器4,同時減少本底、散射信號對第一探測器4的影響。第一探測器的高壓電 源22給第一探測器4提供工作電壓，第一探測器4的信號輸出到第一信號成形、放大和采樣保持單 元20，信號經(jīng)過放大、處理后，送到第一A/D轉(zhuǎn)換單元24轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后送到數(shù)據(jù)處理計 算機(jī)28進(jìn)行分析處理。第一控制單元26用來同步、協(xié)調(diào)各個單元和與其相關(guān)的分系統(tǒng)的工作。
低能5C光機(jī)的控制系統(tǒng)32控制低能5C光機(jī)的靶點(diǎn)6發(fā)出低能5C射線，經(jīng)過低能x光機(jī)的準(zhǔn)直器和 屏蔽室7后，穿過原油管道10中的介質(zhì)，被第二探測器8轉(zhuǎn)換成電信號。第二探測器的屏蔽管9的 作用是保護(hù)第二探測器8,同時減少本底、散射信號對第二探測器8的影響。第二探測器的高壓電 源23給第二探測器8提供工作電壓，第二探測器8的信號輸出到第二信號成形、放大和采樣保持單 元21,信號經(jīng)過放大、處理后，送到第二 A/D轉(zhuǎn)換單元25轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后送到數(shù)據(jù)處理計 算機(jī)28進(jìn)行分析處理。第二控制單元27用來同步、協(xié)調(diào)各個單元和與其相關(guān)的分系統(tǒng)的工作。
如果X光機(jī)的束流隨時間的變化較大，實際處理數(shù)據(jù)時，應(yīng)該對其修正。為了獲得x光機(jī)的束流 隨時間的變化量，需要增加用于亮度校正的探測系統(tǒng)。
在所述的高能X光機(jī)和低能X光機(jī)的束流出口上，各設(shè)置一個亮度校正探測器；所述的高能X光機(jī) 所對應(yīng)的亮度校正探測器，分別與第三信號成形、放大和采樣保持單元及第三探測器的高壓電源連 接，第三信號成形、放大和采樣保持單元與第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元連接，第三探測器的 高壓電源與第三控制單元連接，第三A/D轉(zhuǎn)換單元與第三控制單元連接；低能X光機(jī)所對應(yīng)的亮度 校正探測器，分別與第四信號成形、放大和釆樣保持單元及第四探測器的高壓電源連接，第四信號 成形、放大和采樣保持單元與第四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元連接，第四探測器的高壓電源與第 四控制單元連接，第四A/D轉(zhuǎn)換單元與第四控制單元連接；第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元及第 四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。
如果X光機(jī)的束流穩(wěn)定，對系統(tǒng)測量帶來的誤差，可以忽略，則有關(guān)亮度校正的探測系統(tǒng)可省略。 對X光機(jī)的束流的校準(zhǔn)也可以采用其它方法來實現(xiàn)，如監(jiān)測管電流的變化等。
在本實施例中，降低了對X光機(jī)的設(shè)計要求，只要使用目前市場上的產(chǎn)品即可。同一位置上的高、 低信號的可以用流體的速度和探測時間來加以同步。
數(shù)據(jù)處理計算機(jī)28上的專用軟件，先把探測到高能組數(shù)據(jù)和低能組數(shù)據(jù)，應(yīng)用亮度探測器獲得 的高、低能數(shù)據(jù)，分別對其對應(yīng)時刻的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，首先消除X光機(jī)的束流隨時間的變化的影 響。然后，應(yīng)用本實用新型中推導(dǎo)的模型(也可以采用其它合適的模型)，算出原油中的含水率、含 氣率等指標(biāo)。
2、 二臺單能x光機(jī)和探測器的橫向安裝方式、安裝位置如圖2所示，本實施例的特點(diǎn)是，利用目前現(xiàn)有的二臺單能X光機(jī)來產(chǎn)生高、低能X射線。高能X光機(jī)的靶點(diǎn)2、準(zhǔn)直器和屏蔽室3、第一探 測器4和屏蔽管5組成一組高能x射線探測通路，同理低能X光機(jī)的靶點(diǎn)6、準(zhǔn)直器和屏蔽室7、第二 探測器8和屏蔽管9組成低能x射線探測通路。高能和低能探測通路在原油管道10的同一個橫截面 上，這樣減少了測量設(shè)備的長度。注意圖2中所示的高能和低能探測通路的夾角不一定要求90。， 只要能完整安裝好測試部件即可。本實例要求流體在原油管道10的同一個橫截面分布近似相同，這 樣才能滿足理論上希望高、低能x射線能同時打在介質(zhì)的同一個位置上的理想要求。實際應(yīng)用中，可 在介質(zhì)流入測試設(shè)備前，采取措施對流體加以攪拌，使之混合均勻即可。
高能X光機(jī)的控制系統(tǒng)31控制高能x光機(jī)的靶點(diǎn)2發(fā)出高能x射線，經(jīng)過高能x光機(jī)的準(zhǔn)直器和 屏蔽室3后，穿過原油管道10中的介質(zhì)，被第一探測器4轉(zhuǎn)換成電信號。第一探測器的屏蔽管5的 作用是保護(hù)第一探測器4，同時減少本底、散射信號對第一探測器4的影響。第一探測器的高壓電 源22給第一探測器4提供工作電壓，第一探測器4的信號輸出到第一信號成形、放大和采樣保持單 元20，信號經(jīng)過放大、處理后，送到第一A/D轉(zhuǎn)換單元24轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后送到數(shù)據(jù)處理計 算機(jī)28進(jìn)行分析處理。第一組控制單元26用來同步、協(xié)調(diào)各個單元和與其相關(guān)的分系統(tǒng)的工作。
低能X光機(jī)的控制系統(tǒng)32控制低能x光機(jī)的靶點(diǎn)6發(fā)出低能x射線，經(jīng)過低能x光機(jī)的準(zhǔn)直器和 屏蔽室7后，穿過原油管道10中的介質(zhì)，被第二探測器8轉(zhuǎn)換成電信號。第二探測器的屏蔽管9的 作用是保護(hù)第二探測器8，同時減少本底、散射信號對第二探測器8的影響。第二探測器的高壓電 源23給第二探測器8提供工作電壓，第二探測器8的信號輸出到第二信號成形、放大和采樣保持單 元21,信號經(jīng)過放大、處理后，送到第二 A/D轉(zhuǎn)換單元25轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后送到數(shù)據(jù)處理計 算機(jī)28進(jìn)行分析處理。第二控制單元27用來同步、協(xié)調(diào)各個單元和與其相關(guān)的分系統(tǒng)的工作。
如果X光機(jī)的束流隨時間的變化較大，實際處理數(shù)據(jù)時，應(yīng)該對其進(jìn)行修正。為了獲得高能X光 機(jī)的束流隨時間的變化量，需要增加用于亮度校正的探測系統(tǒng)。
在所述的高能X光機(jī)和低能X光機(jī)的束流出口上，各設(shè)置一個亮度校正探測器；所述的高能5C光機(jī) 所對應(yīng)的亮度校正探測器，分別與第三信號成形、放大和采樣保持單元及第三探測器的高壓電源連 接，第三信號成形、放大和采樣保持單元與第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元連接，第三探測器的 高壓電源與第三控制單元連接，第三A/D轉(zhuǎn)換單元與第三控制單元連接；低能x光機(jī)所對應(yīng)的亮度 校正探測器，分別與第四信號成形、放大和采樣保持單元及第四探測器的高壓電源連接，第四信號 成形、放大和采樣保持單元與第四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元連接，第四探測器的高壓電源與第 四控制單元連接，第四A/D轉(zhuǎn)換單元與第四控制單元連接；第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元及第 四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。
如果X光機(jī)的束流穩(wěn)定，對系統(tǒng)測量帶來的誤差，可以忽略，則有關(guān)亮度校正的探測系統(tǒng)可省略。 對X光機(jī)的束流的校準(zhǔn)也可以采用其它方法來實現(xiàn)，如監(jiān)測管電流的變化等。
在本實施例中，降低了對x光機(jī)的設(shè)計要求，只要使用目前市場上的產(chǎn)品即可。同一位置上的高、 低信號的可以采用混合流體的措施，使流體的橫截面保持均勻，以此逼近理論模型的條件。
數(shù)據(jù)處理計算機(jī)28上的專用軟件，先把探測到的高能組數(shù)據(jù)和低能組數(shù)據(jù)，應(yīng)用亮度探測器獲 得的高、低能數(shù)據(jù)，分別對其對應(yīng)時刻的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，首先消除x光機(jī)的束流隨時間變化的影響。然后，應(yīng)用本實用新型中推導(dǎo)的模型(也可以采用其它合適的模型)，算出原油中的含水率、含 氣率等指標(biāo)。
3、在前面的求解公式計算和應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)
1) 在實驗測量p,、 p2、 P3和p時，需要同時檢測樣品的溫度、壓力等參數(shù)的影響。
2) 因為氣體的狀態(tài)與溫度、壓力密切相關(guān)，應(yīng)用中，要測量與實際條件相一致的P3和I^3。
3) 求解方程時，可利用査表法、解析法或其它方法，采用與實際條件相對應(yīng)的p值，可以通過 實時測量得到。
4) 高能4與低能《的差別越大，測量精度要越好。例如*(1.5 3)￡:,簡單一點(diǎn)可 取，￡;=2《。
5) 公式中的各種系數(shù)，m、 A、 H3、 k和c等，可以在實驗室中，分別用高、低能x光機(jī)，照 射不同質(zhì)量厚度的標(biāo)定介質(zhì)(純原油、純水、純天然氣)，用衰減測量法獲得的實驗數(shù)據(jù)， 再按最小二乘法擬合求得。注意k和C可以用原油所對應(yīng)的值來近似，也可以針對各種
情況，在實驗室測出數(shù)據(jù)，建成一個數(shù)據(jù)庫，在現(xiàn)場使用時，用査表法獲取該數(shù)據(jù)。最后 根據(jù)本實用新型推導(dǎo)的模型(也可以采用其它合適的模型)，算出原油中的含水率、含氣率 等指標(biāo)。
6) 對天然氣中油、水、氣三相混合體共存的情況，上面公式中各個參數(shù)的含義不變，只不過
測量的含氣率數(shù)值變大了許多，同理測量的含油率數(shù)值變小了許多。
7) 對原油中油水沙三項共存的情況，只要把上面說明的原油中油水氣三相介質(zhì)并存的條件下 含氣率6;3修改為含沙量《3，其它下標(biāo)為3的參數(shù)修改成沙子的參數(shù)，上面說明的數(shù)據(jù)處 理方法可以完全照搬。
8) 對天然氣中水氣沙三項共存的情況，只要把上面說明的油水沙三相介質(zhì)并存的條件下含油 率0)2修改為含氣率0>2,而把含氣率0)3修改為含沙量《3,其它下標(biāo)為2的參數(shù)修改成天 然氣的參數(shù)，下標(biāo)為3的參數(shù)修改成沙子的參數(shù)，上面說明的數(shù)據(jù)處理方法可以完全照搬。
權(quán)利要求1.一種油氣田中多相流指標(biāo)的雙能χ射線測量裝置，其特征在于所述的測量裝置包括二種能量χ射線的產(chǎn)生分系統(tǒng)，所述的二種能量χ射線的產(chǎn)生分系統(tǒng)是由二臺獨(dú)立的單能χ光機(jī)組成，所述的二臺獨(dú)立的單能χ光機(jī)為一臺高能χ光機(jī)和一臺低能χ光機(jī)，高能χ光機(jī)的控制系統(tǒng)連接高能χ光機(jī)的靶點(diǎn)與高能χ光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室，低能χ光機(jī)的控制系統(tǒng)連接低能χ光機(jī)的靶點(diǎn)與低能χ光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室；所述的兩臺單能χ光機(jī)，分別對應(yīng)于兩個探測器分系統(tǒng)；高能χ光機(jī)所對應(yīng)的探測器分系統(tǒng)包括，第一探測器和屏蔽管，第一信號成形、放大和采樣保持單元，第一探測器的高壓電源，第一A/D轉(zhuǎn)換單元，第一控制單元；第一探測器與第一信號成形、放大和采樣保持單元和第一探測器的高壓電源連接，第一信號成形、放大和采樣保持單元與第一A/D轉(zhuǎn)換單元和第一控制單元連接，第一探測器的高壓電源與第一控制單元連接，第一A/D轉(zhuǎn)換單元與第一控制單元連接；低能χ光機(jī)所對應(yīng)的探測器分系統(tǒng)包括，第二探測器和屏蔽管，第二信號成形、放大和采樣保持單元，第二探測器的高壓電源，第二A/D轉(zhuǎn)換單元，第二控制單元；第二探測器與第二信號成形、放大和采樣保持單元和第二探測器的高壓電源連接，第二信號成形、放大和采樣保持單元與第二A/D轉(zhuǎn)換單元和第二控制單元連接，第二探測器的高壓電源與第二控制單元連接，第二A/D轉(zhuǎn)換單元與第二控制單元連接；第一A/D轉(zhuǎn)換單元和第一控制單元及第二A/D轉(zhuǎn)換單元和第二控制單元分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；二臺單能χ光機(jī)與探測器的安裝方式為縱向安裝或橫向安裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣田中多相流指標(biāo)的雙能X射線測量裝置，其特征在于在所述的高能x光機(jī)和低能X光機(jī)的束流出口上，各設(shè)置一個亮度校正探測器；所述的高能X光機(jī)所對應(yīng)的亮度校正探測器，分別與第三信號成形、放大和采樣保持單元及第三探測器的高壓電源連接，第三信號成形、放大和采樣保持單元與第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元連接，第三探測器的高壓電源與第三控制單元連接，第三A/D轉(zhuǎn)換單元與第三控制單元連接；低能x光機(jī)所對應(yīng)的亮度校正探測器，分別與第四信號成形、放大和采樣保持單元及第四探測器的高壓電源連接，第四信號成形、放大和采樣保持單元與第四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元連接，第四探測器的高壓電源與第四控制單元連接，第四A/D轉(zhuǎn)換單元與第四控制單元連接；第三A/D轉(zhuǎn)換單元和第三控制單元及第四A/D轉(zhuǎn)換單元和第四控制單元分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。
專利摘要本實用新型涉及一種油氣田中多相流指標(biāo)的雙能χ射線測量裝置，為原油或天然氣中含水率、含油率、含氣率或含沙量指標(biāo)的雙能χ射線測量裝置。所述的測量裝置包括一臺高能χ光機(jī)和一臺低能χ光機(jī)，高能χ光機(jī)的控制系統(tǒng)連接高能χ光機(jī)的靶點(diǎn)與高能χ光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室，低能χ光機(jī)的控制系統(tǒng)連接低能χ光機(jī)的靶點(diǎn)與低能χ光機(jī)準(zhǔn)直器和屏蔽室；所述的兩臺χ光機(jī)，分別對應(yīng)于兩個探測器分系統(tǒng)；各分系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換單元和控制單元分別連接至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；二臺單能χ光機(jī)與探測器的安裝方式為縱向安裝或橫向安裝。本實用新型系統(tǒng)測量精度高，實時性強(qiáng)，克服了放射源帶來的重大安全隱患。
文檔編號E21B49/08GK201416444SQ20092000069
公開日2010年3月3日 申請日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者羅平安, 賀江林 申請人:羅平安;賀江林