專利名稱：多相流中含水率與含氣率的x射線測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量輸油管道中油、水、氣多相混合介質(zhì)的含水率與含氣率指標(biāo) 的裝置及方法，尤其是涉及一種根據(jù)不同介質(zhì)對不同能量的X射線吸收和散射情況不同的 原理進(jìn)行測量的多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置及其測量方法，特別適用于油 田生產(chǎn)中的自動在線計量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
原油是國家最重要的戰(zhàn)略物資之一。從油井開采出的原油，是油、水、天然氣等多 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進(jìn)行外輸或銷售。在原油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和含氣率等情況，以便控制生產(chǎn)過程，保證生產(chǎn)出合格 的成品原油。因此，原油含水率和含氣率等指標(biāo)是石化行業(yè)石油采集、冶煉及運(yùn)輸過程中 一個重要參數(shù)。特別是大多數(shù)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，對原油進(jìn)行含水率和含氣率的準(zhǔn)確檢測在原油生產(chǎn)、貿(mào)易中有著重要作用。目前測量原油含水率主要有以下幾種方法人工蒸餾化驗(yàn)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g射線法。微波法是根據(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(shí)現(xiàn)含水率測量。電容法是根據(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。短波法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) 查清，間隔幾秒鐘后，再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。導(dǎo)熱法是利用液_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。振動密度計法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(yàn)公式算出。以上幾種測量方法，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。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，所以在實(shí)際應(yīng)用中，都不能很好地滿足生產(chǎn)要求。射線法是根據(jù)g射線穿過不同介質(zhì)時，其衰減不同的原理工作的，根據(jù)g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，深受油田的歡迎。如公開號為CN1086602A的發(fā)明專利就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。該方案是在測量管道的側(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。但是這個方案中，參數(shù)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g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。目前市場上尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用X光機(jī)發(fā)出的具有連續(xù)能量X射線測量原油中含水率和 含氣率的原理和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠?qū)崟r、高精度測量的多 相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置及其測量方法。為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置， 包括X光機(jī)，所述X光機(jī)包括X射線發(fā)生器和與X射線發(fā)生器相連的X光機(jī)控制器，所述X 射線發(fā)生器的輸出端與前準(zhǔn)直器的輸入端連接，所述前準(zhǔn)直器的輸出端與多相流管道的輸 入端連接，所述多相流管道的輸出端與第一后準(zhǔn)直器的輸入端連接，所述第一后準(zhǔn)直器的 輸出端與第一探測器的輸入端連接，所述第一探測器的輸出端與第一信號放大器的輸入端 連接，所述第一信號放大器的輸出端與多道分析器的輸入端連接，所述多道分析器的輸出 端與計算機(jī)相連接，所述計算機(jī)與X光機(jī)控制器相連接，所述第一探測器與探測器高壓電 源相連接。進(jìn)一步，所述前準(zhǔn)直器的另一輸出端與第二后準(zhǔn)直器的輸入端連接，所述第二后 準(zhǔn)直器的輸出端與第二探測器的輸入端連接，所述第二探測器的輸出端與第二信號放大器 的輸入端連接，所述第二信號放大器的輸出端與多道分析器的輸入端連接，所述第二探測 器與探測器高壓電源相連接。進(jìn)一步，所述多相流管道內(nèi)為油、水、氣的混合介質(zhì)。一種多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的測量方法
1)計算機(jī)發(fā)送開始測量命令給X光機(jī)控制器；
2)X光機(jī)控制器控制X射線發(fā)生器發(fā)出X射線；
3)X射線經(jīng)過前準(zhǔn)直器準(zhǔn)直，從輸出端輸出滿足窄光束條件的窄光束X射線；
4)窄光束X射線在多相流管道內(nèi)被混合介質(zhì)吸收和散射；
5)經(jīng)混合介質(zhì)吸收和散射的X射線經(jīng)第一后準(zhǔn)直器再次準(zhǔn)直；
6)準(zhǔn)直后的X射線進(jìn)入第一探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?br> 7)電信號經(jīng)第一信號放大器濾波、放大、成形后送入多道分析器；
8)多道分析器將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)；
9)計算機(jī)對所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，最終得到多相流管道內(nèi)各介質(zhì)的質(zhì)量或體積
4百分比。上述方法中，步驟3)還包括從前準(zhǔn)直器的另一輸出端輸出另一窄光束X射線。上述方法中，所述另一窄光束X射線經(jīng)第二后準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后進(jìn)入第二探測器轉(zhuǎn)變 為電信號，電信號經(jīng)第二信號放大器濾波、放大、成形后送入多道分析器。本發(fā)明多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的優(yōu)點(diǎn)是
1)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。2)增加技術(shù)特征第二探測器、第二后準(zhǔn)直器和第二信號放大器，用來監(jiān)測X射線 發(fā)生器發(fā)出的X射線能譜隨時間的漂移，并對最終采集數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而達(dá)到高精度測 量。綜上所述，本發(fā)明多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置及其測量方法，測 量精度高，能夠方便快捷地實(shí)時采集穿過多相流管道的X射線信號數(shù)據(jù)，根據(jù)不同介質(zhì)對 不同能量的X射線吸收和散射情況不同的原理，實(shí)現(xiàn)對多相流混合介質(zhì)的精確測量。


圖1為本發(fā)明多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的測量方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，本發(fā)明多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置，包括X光機(jī)1，所 述X光機(jī)1包括X射線發(fā)生器101和與X射線發(fā)生器101相連的X光機(jī)控制器102，所述X 射線發(fā)生器101的輸出端與前準(zhǔn)直器2的輸入端連接，所述前準(zhǔn)直器2的輸出端與多相流 管道3的輸入端連接，所述多相流管道3的輸出端與第一后準(zhǔn)直器4的輸入端連接，所述第 一后準(zhǔn)直器4的輸出端與第一探測器5的輸入端連接，所述第一探測器5的輸出端與第一 信號放大器6的輸入端連接，所述第一信號放大器6的輸出端與多道分析器7的輸入端連 接，所述多道分析器7的輸出端與計算機(jī)8相連接，所述計算機(jī)8與X光機(jī)控制器102相連 接，所述第一探測器5與探測器高壓電源9相連接。為了監(jiān)測X射線發(fā)生器101發(fā)出的X射線能譜隨時間的漂移情況，以便測到精確 的數(shù)據(jù)信息，增加了第二探測器11、第二后準(zhǔn)直器10和第二信號放大器12，即所述前準(zhǔn)直 器2的另一輸出端與第二后準(zhǔn)直器10的輸入端連接，所述第二后準(zhǔn)直器10的輸出端與第 二探測器11的輸入端連接，所述第二探測器11的輸出端與第二信號放大器12的輸入端連 接，所述第二信號放大器12的輸出端與多道分析器7的輸入端連接，所述第二探測器11與 探測器高壓電源9相連接，但如果X射線能譜穩(wěn)定則可省略第二探測器11、第二后準(zhǔn)直器 10和第二信號放大器12。在本實(shí)施例中，所述X光機(jī)1通過X射線發(fā)生器101能夠發(fā)出具有連續(xù)能量的X 射線，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)。在本實(shí)施例中，所述前準(zhǔn)直器2通過其狹縫將X射線發(fā)生器101發(fā)出X射線輸出 為滿足窄光束條件的窄光束X射線，從而提高了測試分析的精度和效率，能滿足高精度測試要求。在本實(shí)施例中，所述多相流管道3內(nèi)為被測量的油、水、氣的混合介質(zhì)。X射線發(fā)生 器101發(fā)出X射線經(jīng)過前準(zhǔn)直器2的狹縫輸出為窄光束X射線，在多相流管道3內(nèi)被混合 介質(zhì)吸收和散射。由于不同介質(zhì)對不同能量的X射線吸收和散射的情況不同，因此經(jīng)混合 介質(zhì)吸收和散射的X射線信號可以作為分析計算混合介質(zhì)各特征參量的依據(jù)。在本實(shí)施例中，所述第一后準(zhǔn)直器4是將經(jīng)混合介質(zhì)吸收和散射的X射線通過其 狹縫再次準(zhǔn)直。在本實(shí)施例中，所述第一探測器5用來探測經(jīng)第一后準(zhǔn)直器4準(zhǔn)直后輸出的X射 線，并將X射線信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。在本?shí)施例中，所述第一信號放大器6是將第一探測器5輸出的電信號進(jìn)行濾波、 放大、成形后，輸出到多道分析器7。在本實(shí)施例中，所述多道分析器7將從第一信號放大器6和第二信號放大器12所 接收到的信號處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)8。在本實(shí)施例中，所述計算機(jī)8負(fù)責(zé)整體控制與協(xié)調(diào)，并對多道分析器7采集到的數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理，同時結(jié)合多相流管道3內(nèi)混合介質(zhì)的溫度、壓力等參量對計算公式進(jìn)行修正， 即可得出多相流管道3內(nèi)油、水、氣三相的質(zhì)量或體積含量百分比。在本實(shí)施例中，所述探測器高壓電源9給第一探測器5和第二探測器11持續(xù)供
^^ o如圖2所示，本發(fā)明多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的測量方法是
1)計算機(jī)8發(fā)送開始測量命令給X光機(jī)控制器102；
2)X光機(jī)控制器102控制X射線發(fā)生器101發(fā)出X射線；
3)X射線經(jīng)過前準(zhǔn)直器2準(zhǔn)直，從一輸出端輸出滿足窄光束條件的窄光束X射線進(jìn)入 多相流管道3，從另一輸出端輸出另一窄光束X射線進(jìn)入到第二后準(zhǔn)直器10 ；
4)另一窄光束X射線經(jīng)第二后準(zhǔn)直器10準(zhǔn)直后進(jìn)入第二探測器11轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?信號經(jīng)第二信號放大器12濾波、放大、成形后送入多道分析器7，多道分析器7將采集到的 數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)8，計算機(jī)8對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得出X射線發(fā)生器101發(fā)出的X射線 能譜隨時間的漂移；
5)在多相流管道3內(nèi)被混合介質(zhì)吸收和散射的窄光束X射線經(jīng)第一后準(zhǔn)直器4再次準(zhǔn) 直進(jìn)入第一探測器5轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，電信號?jīng)第一信號放大器6濾波、放大、成形后送入多 道分析器7，多道分析器7將采集到的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)8，計算機(jī)8對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理分析，并根據(jù)X射線能譜隨時間的漂移對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算修正，最終得到多相流管 道3內(nèi)油、水、氣各介質(zhì)的實(shí)際質(zhì)量或體積百分比?？傊景l(fā)明的實(shí)施例公布的是其較佳的實(shí)施方式，但并不限于此。本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員極易根據(jù)上述實(shí)施例，領(lǐng)會本發(fā)明的精神，并做出不同的引申和變化，但只要不脫 離本發(fā)明的精神，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置，其特征在于包括X光機(jī)(1)，所述X光機(jī)(1)包括X射線發(fā)生器(101)和與X射線發(fā)生器(101)相連的X光機(jī)控制器(102)，所述X射線發(fā)生器(101)的輸出端與前準(zhǔn)直器(2)的輸入端連接，所述前準(zhǔn)直器(2)的輸出端與多相流管道(3)的輸入端連接，所述多相流管道(3)的輸出端與第一后準(zhǔn)直器(4)的輸入端連接，所述第一后準(zhǔn)直器(4)的輸出端與第一探測器(5)的輸入端連接，所述第一探測器(5)的輸出端與第一信號放大器(6)的輸入端連接，所述第一信號放大器(6)的輸出端與多道分析器(7)的輸入端連接，所述多道分析器(7)的輸出端與計算機(jī)(8)相連接，所述計算機(jī)(8)與X光機(jī)控制器(102)相連接，所述第一探測器(5)與探測器高壓電源(9)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置，其特征在于 所述前準(zhǔn)直器(2)的另一輸出端與第二后準(zhǔn)直器(10)的輸入端連接，所述第二后準(zhǔn)直器 (10)的輸出端與第二探測器(11)的輸入端連接，所述第二探測器(11)的輸出端與第二信 號放大器(12)的輸入端連接，所述第二信號放大器(12)的輸出端與多道分析器(7)的輸入 端連接，所述第二探測器(11)與探測器高壓電源(9 )相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置，其特征在于 所述多相流管道(3)內(nèi)為油、水、氣的混合介質(zhì)。
4.一種如權(quán)利要求1所述的多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的測量方法， 其特征在于，包括以下步驟1)計算機(jī)(8)發(fā)送開始測量命令給X光機(jī)控制器(102)；2)X光機(jī)控制器(102)控制X射線發(fā)生器(101)發(fā)出X射線；3)X射線經(jīng)過前準(zhǔn)直器(2)準(zhǔn)直，從輸出端輸出滿足窄光束條件的窄光束X射線；4)窄光束X射線在多相流管道(3)內(nèi)被混合介質(zhì)吸收和散射；5)經(jīng)混合介質(zhì)吸收和散射的X射線經(jīng)第一后準(zhǔn)直器(4)再次準(zhǔn)直；6)準(zhǔn)直后的X射線進(jìn)入第一探測器(5)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?)電信號經(jīng)第一信號放大器(6)濾波、放大、成形后送入多道分析器(7)；8)多道分析器(7)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)(8)；9)計算機(jī)(8)對所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，最終得到多相流管道(3)內(nèi)各介質(zhì)的質(zhì) 量或體積百分比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的測量方法，其 特征在于，所述步驟3)還包括從前準(zhǔn)直器(2)的另一輸出端輸出另一窄光束X射線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置的測量方法，其 特征在于，所述另一窄光束X射線經(jīng)第二后準(zhǔn)直器(10)準(zhǔn)直后進(jìn)入第二探測器(11)轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號，電信號經(jīng)第二信號放大器(12)濾波、放大、成形后送入多道分析器(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置及其測量方法，該測量裝置包括X光機(jī)、計算機(jī)、前準(zhǔn)直器、多相流管道、第一后準(zhǔn)直器，探測器、信號放大器及多道分析器。本發(fā)明多相流中含水率與含氣率的X射線測量裝置及其測量方法，測量精度高，能夠方便快捷地實(shí)時采集穿過多相流管道的X射線信號數(shù)據(jù)，根據(jù)不同介質(zhì)對不同能量的X射線吸收和散射情況不同的原理，實(shí)現(xiàn)對多相流混合介質(zhì)的精確測量。
文檔編號G01N23/12GK101852746SQ201010211479
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者胡華兵, 賀江林 申請人:北京中油聯(lián)自動化技術(shù)開發(fā)有限公司