专利名称：原油中含气率和含水率的双能γ射线测量方法
技术领域：
本发明涉及石油测量技术领域，具体涉及一种双能Y射线测量技术，即利用放射源产生的Y射线 与物质作用原理，在油田生产中，油水气三相介质并存的条件下，测量输油管道中含水率和含气率 指标。特别适用于油田生产中，自动在线计量系统。
技术背景原油作为最重要的能源之一，从油井开采出的原油，是油、水、天然气等多相介质组成的混合 物。处理这种混合物首先要进行气液分离，剩下的油水混合液体经脱水处理后得到含水率很低的成 品油进行外输或销售。在原油脱水处理等一系列生产活动中，需要及时准确地掌握原油含水率和含 气率等情况，以便控制生产过程，保证生产出合格的成品原油。因此，原油含水率和含气率等指标 是石化行业石油采集、冶炼及运输过程中一个重要参数。特别是许多老油田，目前主要采用注水采 油工艺，采出原油的含水率普遍偏高。因此，对原油进行含水率和含气率的准确检测在原油生产、 贸易中有着重要作用。目前测量原油含水率主要有以下几种方法人工蒸馏化验法、微波法(或射频法)、电容法、短 波法、导热法、振动密度计法和y射线法。1、微波法(如CN1112677)是根据电磁波与介电物质相互 作用，其耗散与物质的大小及相对介电常数有关，油和水的介电常数不同导致被测对象所呈现的射 频阻抗特性不同，当射频信号传到以油水混合物为介质的电容式射频传感器时，其负载阻抗随着混 合介质的不同油水比而变化，即当原油含水率变化时，波参量随之变化，从而实现含水率测量；2、 电容法(如CN1186236)是根据油水的介电常数不同，反映到由极板构成的电容器的电容量不同， 测量电容量的变化，就可以测量含水率的变化；3、短波法(如CN2349574)是利用一个(后)探 头向原油中发射3.579MHz的短波信号，把当前原油状态查清，间隔几秒钟后，在通过另一个(前) 探头向原油中发射3.579MHz的短波信号，又取出油中含水的信号，然后取二次测得的差值，经处理 后可得出瞬时含水率；4、导热法(如CN1259671)利用液-液两相流体的热物理性质的差异，如导 热、比热、粘度等，同时测量原油的含水率和油水流量；5、振动密度计法(如CN1789969, CN2359692) 利用液位测量元件测量储油罐(或分离器)内原油的液位，压力测量仪表测量储油罐(或分离器) 中无原油部分的压力和底部承受的压力，最后通过经验公式算出；6、射线法(如CN86105543A， CN2359692Y， CN1086602A， CN2383068Y)是根据y射线穿过不同介质时，其衰减不同的原理工作的。 除Y射线法以外的其它各种测量方法，都属接触式测量，由于原油腐蚀性较强，结垢、结蜡严重，致 使仪表长期运行的可靠性差，尤其是这些仪表都无法消除含气对含水率测量带来的影响，而导致了 比较大的测量误差。对此，专利CN2452022Y、 CN2646704Y和CN2646705Y专门设计了不同的擦除器 来传感器外面累积的杂质。另外，电容法、射频法和微波法测量的含水率变化与被测量之间是非线 性关系，在某一含水率范围内有拐点，而原油是油水气混合体，其物理化学性质多变，所以除y射线 法外的上面几种测量方法在实际应用中，都不能很好地满足生产要求。根据Y射线与物质相互作用规律而工作的原油含水分析仪与混合流体的宏观流态和化学性质无 关，能够对复杂的原油进行含水率和含气率的测量，深受油田的欢迎。发明专利CN86105543A公开了一种利用放射源(如1('9Cd，或^'Am等)发出的单能Y射线，对二 相油水混合体的体积含水率的测量原理。实用新型专利CN2359692Y公布了一种利用238Pu放射源对 二相油水混合体的含水率进行测量的装置。发明专利CN1086602A公开了一种在三相油水气混合体 中，测量原油中含气、含水率的自动测量仪；在测量管道的侧壁上沿径向中心线对称位置两侧分别 固定有Y射线源和透射探测器；在与Y射线源和透射探测器所在中心线成夹角且沿测量管道轴向 与之相距一定距离的中心线侧壁上固定有散射探测器；最后根据测量的结果，经过数据处理而得到 体积含气率和体积含水率。文献[l]对其测量原理，从理论做了进一步的探讨。实用新型专利 CN2383068Y对依据上述原理设计的装置，做了改进，增加了一个搅拌装置，使实际上从油井里出来 的油水气混合均匀，以便更进一步满足理论假设条件，以便提高测量的精度。不管怎么说，这个理 论模型取近似的地方太多，各个参数物理意义不明确，对压力、温度等变化参数的影响，没有考虑 修正，这些最终还是影响了其使用的方法和测量精度。目前市场上尚未发现应用双能Y射线法测量原油中含气率和含水率的原理和装置。 发明内容本发明的目的，在亍针对在三相油水气混合体中，实时、高精度测量原油中含气、含水率的需 求，提出了原油中含气率和含水率的双能Y射线测量方法。本发明的理论模型精度比较高，各种参数 的物理意义比较明确，使用简单，还能考虑温度、压力等因素的影响，特别适用于油田生产中，自 动在线计量系统。一种原油中含气率和含水率的双能Y射线测量方法，系利用放射源产生的Y射线与物质作用原理， 在油田生产中，油水气三相介质并存的条件下，测量输油管道中含水率和含气率指标。该测量方法 依托于主要由三个大分系统组成的测量设备和一套专用软件，即它包括产生二种能量的Y射线二种 Y射线放射源， 一套或二套探测器构成探测器分系统，以及一个总控和数据处理分系统；其它装置还 包括准直器；所述的探测器分系统包括探测器、前置放大器或光电倍增管、信号成形、放大、采样 保持、AD转换等单元；总控和数据处理分系统包括数据的传输、同步、显示、控制和报警等部分; 专用软件通过算法求解含水率^和含气率W3 ;^表示水所占的重量'百分比即含水率，《3表示天然气所占的重量百分比即含气率，ft^表示油 所占的重量百分比(^=1-0;,-%。在油水气三相状态下，所述专用软件采用如下两个方程来求解含水率A和含气率w,,(2^/"i(&) y"2(五/f)UA(五h) /"2(&)] , /"D] (x/ )=li/ W。(五")6<formula>formula see original document page 7</formula>(11)方程中￡h、 ^分别代表Y放射源发出的高能y射线和低能y射线所对应的能量p代表油管中油水气三相状态下的实际密度，p,代表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯水的密度，P2代 表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯原油的密度，p3代表实际油管里所对应的温度、压力 等条件下纯天然气的密度；(i"内、M3分别代表纯水、纯原油、纯天然气在对应的Y射线能量下的线 性衰减系数；x代表油管里，测试系统测量空间的线性厚度；Nc (E)代表在对应的Y射线能量条件 下，油管里没有任何物质存在时，测试系统所测量的计数；NQ (x， E)代表在对应的测量厚度、Y 射线能量条件下，测试系统所测量的计数；m、 k、 A可以通过预先测量指数衰减曲线求得，也可 通过査核数据手册得到。在只考虑油水二相状态时，可以把测量系统的Y射线放射源简化为一种能量的Y射线放射源，这 时专用软件中采用了如下公式来求解含水率叫，<formula>formula see original document page 7</formula>(5)公式中p代表油管中油水二相状态下的实际密度，p,代表实际油管里所对应的温度、压力等条 件下纯水的密度，P2代表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯原油的密度；W、 A分别代表 纯水、纯原油在对应的Y射线能量下的线性衰减系数；x代表油管里，测试系统测量空间的线性厚度； No代表在对应的Y射线能量条件下，油管里没有任何物质存在时，测试系统所测量的计数；NQ (x) 代表在对应的测量厚度、Y射线能量条件下，测试系统所测量的计数；m、 A可以通过预先测量指数 衰减曲线求得，也可通过査核数据手册得到。在设计放射源系统时，考虑到高、低能量之间应满足一定的条件，这会影响到测量精度。高能 Eh与低能El差別越大，测量精度越好，例如EH*(1.5 3)EL,简单一点，EH*2EL，高能丫射线的能 量范围可以取在10keV lMeV之间。如图1所示，该测量方法依托于二个单能y射线放射源产生髙、低能Y射线，其测量设备核心部 件的安装方式，是由同一个横截面上的二个单能Y射线放射源，分别连接高能Y射线放射源的准直器 和屏蔽室和低能y射线放射源的准直器和屏蔽室；所述高能Y射线放射源和低能Y射线放射源，分别对 应两组探测器分系统——第一组探测器和屏蔽管，第二组探测器和屏蔽管，形成两条独立的探测分 路，两组探测器分系统分别连接各自的总控和数据处理分系统，即 一组连接第一路信号成形、放 大和釆样保持单元、第一组探测器的高压电源、第一路AD转换单元、第一路控制单元，另一组连 接第二路信号成形、放大和采样保持单元、第二组探测器的高压电源、第二路AD转换单元、第二路控制单元；两套探测通路处于原油管道的同一个横截面上，以减少测量设备的长度；两套探测通 路的夹角可以变化，理想状态是，夹角越小越好，在原油管道横截面上均匀性比较好时，其夹角可 以大一些；两组数据均分别传至数据处理计算机。如图2所示，该测量方法依托于二个单能Y射线放射源产生高、低能y射线，其测量设备核心部 件的安装方式，是并行安装的二个单能Y射线放射源，分别连接高能Y射线放射源的准直器和屏蔽室 和低能Y射线放射源的准直器和屏蔽室；所述高能Y射线放射源和低能Y射线放射源，分别对应两组探 测器分系统——第一组探测器和屏蔽管，第二组探测器和屏蔽管，形成两条独立的探测分路，两组 探测器分系统分别连接各自的总控和数据处理分系统，即 一组连接第一路信号成形、放大和采样 保持单元、第一组探测器的高压电源、第一路AD转换单元、第一路控制单元，另一组连接第二路 信号成形、放大和采样保持单元、第二组探测器的高压电源、第二路AD转换单元、第二路控制单 元；两套探测通路越靠近，越能满足理论上希望高低能Y射线能同时打在介质的同一个位置上的理想 要求，实践中，可根据介质的均匀度、流速、要求监测数据的间隔等，调节其参数，以保证测试条 件尽可能满足理论模型和误差要求；两组数据均分别传至数据处理计算机。如图3所示，该测量方法依托于二个放射源并列放置方式测量系统，其测量设备核心部件的安 装方式，包括二个位置几乎重叠、但最好不相互遮挡的单能y射线放射源，外罩准直器，与之对应第 一组探测器和屏蔽管；放射源、准直器、探测器和屏蔽管组成一套Y射线探测通路，连接第一路信号 成形、放大和采样保持单元、第一组探测器的高压电源、第一路AD转换单元、第一路控制单元和 数据处理计算机，高、低能的识别是通过计算机专用软件中的Y射线能谱分析功能来区别的。本发明双能y射线测量系统利用建立地比较完善的物理模型，提高了测量系统的测量精度，适 用于油田生产中的自动在线计量系统。理论模型精度比较高，各种参数物理意义明确，使用简单， 考虑了温度、压力等因素的影响。当利用双能Y射线源时，可以在保证高的测量精度的同时，简化系 统的装置，提高测量系统的可靠性，对原油产量的测量和计量有着特别重要的意义。
图1为二个放射源和探测器横向安装方式的示意图； 图2为二个放射源和探测器纵向安装方式的示意图； 图3为二个放射源并列放置方式和探测器安装的示意图。图中1—测量设备；2—高能Y射线放射源；3—高能Y射线放射源的准直器和屏蔽室；4一第一 组探测器；5—第一组探测器的屏蔽管；6—低能Y射线放射源；7—低能Y射线放射源的准直器和屏蔽室；8—第二组探测器；9—第二组探测器的屏蔽管；IO—原油管道；20— (第一路)信号成形、放大和采样保持单元；21—第二路信号成形、放大和采样保持单元；22—(第一组)探测器的高压电 源；23—第二组探测器的高压电源；24—(第一路)AD转换单元；25—第二路AD转换单元；26— (第一路)控制单元；27—第二路控制单元；28—计算机；30i射线放射源分系统的控制系统。
具体实施方式
本发明技术方案以如下方式实现根据说明书后附的参考文献[2],如果物质是混合物，其密度为p，线性衰减系数为p所含元素的质量衰减系数为豈1kJ2，...，则混合物的质量衰减系数用下式计算:「？、p.(i)式中OV W2，…，W,...， 6^分别为组成元素的重量百分比。注意元素的质量衰减系数也可表示为^，线性厚度为X，质量厚度为X,.。即:1、考虑油水二相状态(无下标一原油+水混合状态，下标l一纯水状态，下标2—纯原油状态)m2(2)0 & =叫ft),+--;"2 —+ A2丄(3)对单能的Y源来讲，其与物质的作用规律服从指数衰减规律。(4)其中N。 一射线穿过空气后，测量的计数。N "j、 m)—射线穿过质量厚度为X m的物质后，t的计数。把(3)代入(4)，并化简得:/"1--/"2 一Pi AP2 x = In见、iV(x)乂<formula>formula see original document page 10</formula>(5)在这种情况下， 一个未知量含水率cm， 一个方程，故采用单能即可解决测量问题。2、考虑油水气三相状态(无下标一原油+水+气混合状态，下标1—纯水状态，下标2—纯原油状态， 下标3—纯天然气状态)<formula>formula see original document page 10</formula>对单能的Y源来讲，其与物质的作用规律服从指数衰减规律。<formula>formula see original document page 10</formula>为了求得含水率^和含气率《3，需要列出类似(9)的二个方程。从核物理上，可以通过二种不同能量的射线来测量求得。(注意有的文献引入散射射线与物质的作用关系而得出第二个方程， 但其方程来历比较模糊，其中各个参数的物理意义不甚清晰。)本文中，采用双能测量模式讨论如下没Eh、 E,.分别代表高能和低能Y射线所对应的能量，则(9)可以表示为:<formula>formula see original document page 11</formula>
(ii)理论上，可根据方程(10)和(11)求得q和ft^，这就是双能Y射线测试含水率和含气率的原理。注意1) 在实验测量p!、 p2、 P3和p时，需要同时检测样品的温度、压力等参数的影响。2) 因为气体的状态与温度、压力密切相关，应用中，要测量与实际条件相一致的p3和l^3。3) 求解方程时，要采用实际相对应的p值，可以通过实时测量得到。4) 高能Eh与低能El的差別越大，测量精度要越好。例如EH (1. 5 3)EL，简单一点，下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。参见图1，总体的设计思想本发明的测量装置1主要由三个大分系统组成。二个放射性源构 成y射线分系统； 一套或二套探测器构成探测器分系统；和一个总的控制和数据处理分系统组成。其 它分系统部分还包括准直器，或其它机构等。探测器分系统包括探测器，前置放大器或光电倍增管， 信号成形，放大，采样保持，AD转换等。数据的传输、同步、显示、各部分控制和报警等工作由总 的控制和数据处理分系统统一完成。根据本发明的基本原理，给出以下三种应用实例 实施例1: 二个放射源和探测器横向安装方式测量系统的工作原理测量设备1的核心部件的安装位置如图1所示。本实施例的特点是，利用二个Y射线放射源来产生高、低能y射线。高能Y射线的放射源2、准直 器3、探测器4和屏蔽管5组成一套高能Y射线探测通路，同理低能Y射线的放射源6、准直器7、探 测器8和屏蔽管9组成一套低能Y射线探测通路。两套探测通路在原油管道10的同一个横截面上， 这样减少了测量设备1的长度。注意图1中所示的两套探测通路的夹角不一定要求90°,只要能完整 安装好测试部件，并能确保二个探测通路互不影响即可。本实例要求流体在原油管道10的同一个横 截面分布近似相同，这样才能满足理论上希望高低能y射线能同时打在介质的同一个位置上的理想要 求。实际应用时，可在介质流入测试设备前，采取措施对流体加以搅拌，使之混合均匀即可。高能y射线的放射源2发出高能y射线，经过准直器和屏蔽室3后，穿过原油管道10中的介质， 被第一组探测器4转换成电信号。第一组探测器的屏蔽管5的作用是保护第一组探测器4，同时减 少本底、散射信号对第一组探测器4的影响。第一组探测器的高压电源22给第一组探测器4提供工 作电压，第一组探测器4的信号输出到第一路信号成形、放大和采样保持单元20，信号经过放大、 处理后，送到第一路AD转换单元24转换成数字信号，最后送到计算机28进行分析处理。第一路控 制单元26用来同步、协调第一路各个单元和与其相关的分系统的工作。同理低能y射线的放射源6发出低能Y射线，经过准直器和屏蔽室7后，穿过原油管道10中的介 质，被第二组探测器8转换成电信号。第二组探测器的屏蔽管9的作用是保护第二组探测器8，同 时减少本底、散射信号对第二组探测器8的影响。第二组探测器的高压电源23给第二组探测器8提 供工作电压，第二组探测器8的信号输出到第二路信号成形、放大和采样保持单元21,信号经过放 大、处理后，送到第二路AD转换单元25转换成数字信号，最后送到计算机28进行分析处理。第二 路控制单元27用来同步、协调第二路各个单元和与其相关的分系统的工作。探测到的双能信号分别传输到计算机28统一进行分析和处理。计算机专用软件应用本发明中推 导的模型(也可以采用其它合适的模型)，算出原油中的含水率、含气率等指标。 实施例2: 二个放射源和探测器纵向安装方式测量系统的工作原理测量设备1的核心部件的安装位置如图2所示。本应用实例的特点是，利用二个放射源来产生高、低能Y射线。产生高能Y射线的放射源2、准直 器3、探测器4和屏蔽管5组成一套高能Y射线探测通路，同理产生的低能Y射线的放射源6、准直器 7、探测器8和屏蔽管9组成一套低能Y射线探测通路。两套探测通路越靠近，越能满足理论上希望 高低能Y射线能同时打在介质的同一个位置上的理想要求。实践中，可根据介质的均匀度、流速、要 求监测数据的间隔等，调节其参数，以保证测试条件尽可能满足理论模型和误差要求。高能Y射线的放射源2发出高能Y射线，经过准直器和屏蔽室3后，穿过原油管道10中的介质， 被第一组探测器4转换成电信号。第一组探测器的屏蔽管5的作用是保护第一组探测器4，同时减 少本底、散射信号对第一组探测器4的影响。第一组探测器的高压电源22给第一组探测器4提供工 作电压，第一组探测器4的信号输出到第一路信号成形、放大和采样保持单元20，信号经过放大、 处理后，送到第一路AD转换单元24转换成数字信号，最后送到计算机28进行分析处理。第一路控 制单元26用来同步、协调第一路各个单元和与其相关的分系统的工作。同理低能Y射线的放射源6发出低能Y射线，经过准直器和屏蔽室7后，穿过原油管道10中的介 质，被第二组探测器8转换成电信号。第二组探测器的屏蔽管9的作用是保护第二组探测器8，同 时减少本底、散射信号对第二组探测器8的影响。第二组探测器的高压电源23给第二组探测器8提 供工作电压，第二组探测器8的信号输出到第二路信号成形、放大和采样保持单元21，信号经过放 大、处理后，送到第二路AD转换单元25转换成数字信号，最后送到计算机28进行分析处理。第二 路控制单元27用来同步、协调第二路各个单元和与其相关的分系统的工作。探测到的双能信号分别传到计算机28后，采用专用软件，并应用本发明中推导的模型(也可以 采用其它合适的模型)，算出原油中的含水率、含气率等指标。12实施例3: 二个放射源并列放置方式测量系统的工作原理 测量设备1的核心部件的安装位置如图3所示。本应用实例的特点是，把二个y射线放射源2和6并列放置在对准准直器3出口的位置，让高、 低Y射线随机从准直器3的出口射出。利用专用软件的能谱分析功能，标记高能、低能Y射线的能量 区间，分别记录高能、低能Y射线的计数，作为高、低能通道数据使用。由放射源2和6分别发出的高、低能y射线，随机但不同时穿过准直器3，照射原油管道10中的 介质，被探测器4转换成电信号。探测器的屏蔽管5的作用是保护探测器4，同时减少探测本底、 散射信号对探测器4的影响。探测器的高压电源22给探测器4提供工作电压，探测器4的信号输出 到信号成形、放大和采样保持单元20，信号经过放大、处理后，送到AD转换单元24转换成数字信 号，最后送到计算机28进行分析处理。控制单元26用来同步、协调各个单元或分系统的工作。在本实例中，放射源2和6分时公用的同一套探测器系统，高、低能的识别是通过计算机专用 软件中的Y射线能谱分析功能来区别的。探测到的双能信号传输到计算机28统一进行分析和处理。计算机专用软件再应用本发明中推导 的模型(也可以采用其它合适的模型)，算出原油中的含水率、含气率等指标。参考文献[l]任晓峰，李建等，"射线体积型原油含气、含水率分析仪的原理及应用"，自动化仪表，Vol. 28，No. 10， 2007。 [2]李星洪，《辐射防护基础》，原子能出版社，1982年。
权利要求
1. 一种原油中含气率和含水率的双能γ射线测量方法，系利用放射源产生的γ射线与物质作用原理，在油田生产中，油水气三相介质并存的条件下，测量输油管道中含水率和含气率指标，其特征在于该测量方法依托于主要由三个大分系统组成的测量设备(1)和一套专用软件，即它包括产生二种能量的γ射线二种γ射线放射源，一套或二套探测器构成探测器分系统，以及一个总控和数据处理分系统；其它装置还包括准直器；所述的探测器分系统包括探测器、前置放大器或光电倍增管、信号成形、放大、采样保持、AD转换等单元；总控和数据处理分系统包括数据的传输、同步、显示、控制和报警等部分；专用软件通过算法求解含水率ω1和含气率ω3；ω1表示水所占的重量百分比即含水率，ω3表示天然气所占的重量百分比即含气率，ω2表示油所占的重量百分比ω2＝1-ω1-ω3。
2. 根据权利要求1所述的原油中含气率和含水率双能Y射线测量方法，其特征在于 在油水气三相状态下，所述专用软件采用如下两个方程来求解含水率^和含气率A ，<formula>formula see original document page 2</formula>方程中￡ff、 ^分别代表Y放射源发出的高能Y射线和低能Y射线所对应的能量；P代表油管中油水气三相状态下的实际密度，Pi代表实际油管里所对应的温度、压力等条 件下纯水的密度，p2代表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯原油的密度，p3 代表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯天然气的密度；W、 &、 ^分别代表纯 水、纯原油、纯天然气在对应的Y射线能量下的线性衰减系数；x代表油管里，测试系统 测量空间的线性厚度；No (E)代表在对应的Y射线能量条件下，油管里没有任何物质存 在时，测试系统所测量的计数；No (x， E)代表在对应的测量厚度、Y射线能量条件下， 测试系统所测量的计数；^、内、^可以通过预先测量指数衰减曲线求得，也可通过 查核数据手册得到。
3.根据权利要求1所述的原油中含气率和含水率的双能Y射线测量方法，其特征在 于在只考虑油水二相状态时，可以把测量系统的Y射线放射源简化为一种能量的Y射线放射源，这时专用软件中采用了如下公式来求解含水率q，<formula>formula see original document page 3</formula>公式中p代表油管中油水二相状态下的实际密度，Pl代表实际油管里所对应的温 度、压力等条件下纯水的密度，P2代表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯原油 的密度；^、 ^分别代表纯水、纯原油在对应的Y射线能量下的线性衰减系数；x代表油 管里，测试系统测量空间的线性厚度；No代表在对应的Y射线能量条件下，油管里没有 任何物质存在时，测试系统所测量的计数；No (x)代表在对应的测量厚度、y射线能量 条件下，测试系统所测量的计数；m、 ^可以通过预先测量指数衰减曲线求得，也可通 过査核数据手册得到。
4、 根据权利要求1所述的原油中含气率和含水率的双能Y射线测量方法，其特征在 于设计放射源系统，考虑到高、低能量之间满足一定的条件，影响到测量精度，高能 Eh与低能El差別越大，测量精度越好，例如EH (1.5 3)EL，简单一点，EHa2EL，高 能Y射线的能量范围可以取在10keV lMeV之间。
5. 根据权利要求1所述的原油中含气率和含水率的双能Y射线测量方法，其特征在 于该测量方法依托于二个单能Y射线放射源产生高、低能Y射线，其测量设备(1)核 心部件的安装方式，是由同一个横截面上的二个单能Y射线放射源(2)和(6)，分别连 接高能Y射线放射源的准直器和屏蔽室(3)和低能Y射线放射源的准直器和屏蔽室(7); 所述高能Y射线放射源(2)和低能Y射线放射源(6)，分别对应两组探测器分系统—— 第一组探测器(4)和屏蔽管(5)，第二组探测器(8)和屏蔽管(9)，形成两条独立的 探测分路，两组探测器分系统分别连接各自的总控和数据处理分系统，g卩 一组连接第 一路信号成形、放大和采样保持单元(20)、第一组探测器的高压电源(22)、第一路 AD转换单元(24)、第一路控制单元(26)，另一组连接第二路信号成形、放大和釆样 保持单元(21)、第二组探测器的高压电源(23)、第二路AD转换单元(25)、第二路控制 单元(27);两套探测通路处于原油管道(10)的同一个横截面上，以减少测量设备(1) 的长度；两套探测通路的夹角可以变化，理想状态是，夹角越小越好，在原油管道(IO) 横截面上均匀性比较好时，其夹角可以大一些；两组数据均分别传至数据处理计算机(28)。
6. 根据权利要求1所述的原油中含气率和含水率的双能Y射线测量方法，其特征在 于该测量方法依托于二个单能Y射线放射源产生高、低能y射线，其测量设备(1)核 心部件的安装方式，是并行安装的二个单能Y射线放射源(2)和(6)，分别连接高能Y 射线放射源的准直器和屏蔽室(3)和低能Y射线放射源的准直器和屏蔽室(7);所述高 能Y射线放射源(2)和低能Y射线放射源(6),分别对应两组探测器分系统——第一组 探测器(4)和屏蔽管(5)，第二组探测器(8)和屏蔽管(9)，形成两条独立的探测分 路，两组探测器分系统分别连接各自的总控和数据处理分系统，S卩 一组连接第一路信 号成形、放大和采样保持单元(20)、第一组探测器的高压电源(22)、第一路AD转换 单元(24)、第一路控制单元(26)，另一组连接第二路信号成形、放大和采样保持单元(21)、第二组探测器的高压电源(23)、第二路AD转换单元(25)、第二路控制单元(27); 两套探测通路越靠近，越能满足理论上希望高低能Y射线能同时打在介质的同一个位置 上的理想要求，实践中，可根据介质的均匀度、流速、要求监测数据的间隔等，调节其 参数，以保证测试条件尽可能满足理论模型和误差要求；两组数据均分别传至数据处理 计算机(28)。
7. 根据权利要求1所述的原油中含气率和含水率的双能Y射线测量方法，其特征在 于该测量方法依托于二个放射源并列放置方式测量系统，其测量设备(1)核心部件 的安装方式，包括二个位置几乎重叠、但最好又不相互遮挡的单能Y射线放射源(2)和(6)，外罩准直器(3)，与之对应第一组探测器(4)和屏蔽管(5);放射源(2)和(6)、 准直器(3)、探测器(4)和屏蔽管(5)组成一套Y射线探测通路，连接第一路信号成 形、放大和采样保持单元(20)、第一组探测器的高压电源(22)、第一路AD转换单元(24)、第一路控制单元(26)和数据处理计算机(28)，高、低能的识别是通过计算机 专用软件中的Y射线能谱分析功能来区别的。
全文摘要
本发明涉及一种原油中含气率和含水率的双能γ射线测量方法，利用放射源产生的γ射线与物质作用原理，在油田生产中，油水气三相介质并存的条件下，测量输油管道中含水率和含气率指标。其测量设备包括三大分系统和一套专用软件，具体包括产生二种能量γ射线的二种γ射线放射源、探测器分系统、一个总控和数据处理分系统，还包括准直器。本发明双能γ射线测量系统利用建立地比较完善的物理模型，提高了测量系统的测量精度，适用于油田生产中的自动在线计量系统。理论模型精度比较高，各种参数物理意义明确，使用简单，考虑了温度、压力等因素的影响。当利用双能γ射线源时，可以在保证高的测量精度的同时，简化系统的装置，提高测量系统的可靠性，对原油产量的测量和计量有着特别重要的意义。
文档编号G01N23/02GK101261236SQ20081009720
公开日2008年9月10日 申请日期2008年5月6日 优先权日2008年5月6日
发明者房宗良, 罗平安, 贺江林 申请人:罗平安;房宗良;贺江林