CN201416444Y - 油气田中多相流指标的双能χ射线测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种油气田中多相流指标的双能χ射线测量装置，为原油或天然气中含水率、含油率、含气率或含沙量指标的双能χ射线测量装置。所述的测量装置包括一台高能χ光机和一台低能χ光机，高能χ光机的控制系统连接高能χ光机的靶点与高能χ光机准直器和屏蔽室，低能χ光机的控制系统连接低能χ光机的靶点与低能χ光机准直器和屏蔽室；所述的两台χ光机，分别对应于两个探测器分系统；各分系统的A/D转换单元和控制单元分别连接至数据处理计算机；二台单能χ光机与探测器的安装方式为纵向安装或横向安装。本实用新型系统测量精度高，实时性强，克服了放射源带来的重大安全隐患。

Description

油气田中多相流指标的双能χ射线测量装置

技术领域

本实用新型属于石油测量技术领域，涉及原油、天然气生产中含水率、含油率、含气率或含沙量的测量系统，具体涉及一种利用两台χ光机产生的双能χ射线构成的双能χ射线测量系统，应用双能χ射线与物质作用产生效应不同的原理，在油气田生产中，油水气、油沙水或气沙水三相介质并存的条件下测量输油、气管道中含水率、含油率、含气率或含沙量(只能测四个指标中与对应混合流体相关的三个指标)，属于国际专利分类G01N技术领域。

背景技术

原油和天然气作为最重要的能源之一，从油、气井开采出的原油、天然气，是由油、水、天然气或沙粒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或天然气进行外输或销售。对含在其中的沙粒，也要监测，及时分离，否则容易损坏设备。在原油或天然气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、含气率或含油率等情况，以便控制生产过程，保证生产出合格的成品原油或天然气。因此，原油或天然气中含水率、含气率、含油率或含沙量等指标是石化行业石油和天然气采集、冶炼及运输过程中一组重要参数。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，对原油或天然气中进行含水率、含气率、含油率或含沙量的准确检测在原油或天然气生产、贸易中有着重要作用。

在原油生产中，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γ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γ射线穿过不同介质时，其衰减不同的原理工作的。除γ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擦除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γ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γ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，深受油田工作人员的欢迎。

发明专利CN86105543A公开了一种利用放射源(如¹⁰⁹Cd，或²⁴³Am等)发出的单能γ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γ射线源和透射探测器；在与γ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[1]对其测量原理，从理论上做了进一步的探讨。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。

另外，使用放射源产生的γ射线测量法，还有一个比较大的弱点，就是存在放射性安全问题，特别是在目前反恐形势比较严峻的时期，这个弱点更加突出。

对含沙量测量，GB2429288A公布了一项采用声学方法测量含沙量的专利。即通过沙子与输油或输气管道壁的碰撞，来故算流体中含沙量的多少。利用该专利设计的设备，具有结构简单，安装方便，功耗小，本地保存数据时间长等有点。但该原理的工作频段属于音频，其干扰源比较多，比较复杂，其测量结果也容易受流体流动性质的影响，所以测量的不确定度比较大，不能满足高精度测量的需要。

目前市场上尚未发现应用双能χ射线法测量原油和天然气生产中的含水率、含油率、含气率或含沙量的方法和装置。

发明内容

本实用新型的目的，在于针对油水气或油水沙或水气沙三相混合体中，实时高精度测量原油或天然气中含水率、含油率、含气率或含沙量的需求，提供一种采用双能技术测量含气率、含油率、含水率或含沙量的装置(只能测四个指标中与对应混合流体相关的三个)。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。一种油气田中多相流指标的双能χ射线测量装置，其特点是：所述的测量装置包括二种能量χ射线的产生分系统，所述的二种能量χ射线的产生分系统是由二台独立的单能χ光机组成，所述的二台独立的单能χ光机为一台高能χ光机和一台低能χ光机，高能χ光机的控制系统连接高能χ光机的靶点与高能χ光机准直器和屏蔽室，低能χ光机的控制系统连接低能χ光机的靶点与低能χ光机准直器和屏蔽室；所述的两台单能χ光机，分别对应于两个探测器分系统；高能χ光机所对应的探测器分系统包括，第一探测器和屏蔽管，第一信号成形、放大和采样保持单元，第一探测器的高压电源，第一A/D转换单元，第一控制单元；第一探测器与第一信号成形、放大和采样保持单元和第一探测器的高压电源连接，第一信号成形、放大和采样保持单元与第一A/D转换单元和第一控制单元连接，第一探测器的高压电源与第一控制单元连接，第一A/D转换单元与第一控制单元连接；低能χ光机所对应的探测器分系统包括，第二探测器和屏蔽管，第二信号成形、放大和采样保持单元，第二探测器的高压电源，第二A/D转换单元，第二控制单元；第二探测器与第二信号成形、放大和采样保持单元和第二探测器的高压电源连接，第二信号成形、放大和采样保持单元与第二A/D转换单元和第二控制单元连接，第二探测器的高压电源与第二控制单元连接，第二A/D转换单元与第二控制单元连接；第一A/D转换单元和第一控制单元及第二A/D转换单元和第二控制单元分别连接至数据处理计算机；二台单能χ光机与探测器的安装方式为纵向安装或横向安装。

优选的，在所述的高能χ光机和低能χ光机的束流出口上，各设置一个亮度校正探测器；所述的高能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第三信号成形、放大和采样保持单元及第三探测器的高压电源连接，第三信号成形、放大和采样保持单元与第三A/D转换单元和第三控制单元连接，第三探测器的高压电源与第三控制单元连接，第三A/D转换单元与第三控制单元连接；低能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第四信号成形、放大和采样保持单元及第四探测器的高压电源连接，第四信号成形、放大和采样保持单元与第四A/D转换单元和第四控制单元连接，第四探测器的高压电源与第四控制单元连接，第四A/D转换单元与第四控制单元连接；第三A/D转换单元和第三控制单元及第四A/D转换单元和第四控制单元分别连接至数据处理计算机。

为了简洁，下面说明中只考虑原油中油、水、气三相混合体共存的情况，对天然气中油、水、气三相混合体共存的情况，以及原油和天然气中油水沙或水气沙三项共存的情况，测量装置相同，数据处理的技巧类似，在给出的公式中只需替换相关物理量即可，所以对其它情况的相关说明从略。

与测量装置相配套的测量方法采用了特殊的算法来求解含水率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；为了修正χ光机所发束流的稳定性，增加了亮度校正探测器构成的亮度校正探测器分系统。

在油水气三相状态下，该软件采用了如下的两个方程来求解含水率ω₁和含气率ω₃，

$({\mathrm{\ω}}_1(\frac{{\mathrm{\μ}}_1\left(E_H^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_1}-\frac{{\mathrm{\μ}}_2\left(E_H^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_2})+{\mathrm{\ω}}_3(\frac{{\mathrm{\μ}}_3\left(E_H^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_3}-\frac{{\mathrm{\μ}}_2\left(E_H^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_2})+\frac{{\mathrm{\μ}}_2\left(E_H^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_2})\·\left(\mathrm{x\ρ}\right)$

$=\ln \left(\frac{k_H{N}_0\left(E_H^{*}\right)}{N(x,E_H^{*})-k_H{c}_H{N}_0\left(E_H^{*}\right)}\right)---\left(13\right)$

$({\mathrm{\ω}}_1(\frac{{\mathrm{\μ}}_1\left(E_L^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_1}-\frac{{\mathrm{\μ}}_2\left(E_L^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_2})+{\mathrm{\ω}}_3(\frac{{\mathrm{\μ}}_3\left(E_L^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_3}-\frac{{\mathrm{\μ}}_2\left(E_L^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_2})+\frac{{\mathrm{\μ}}_2\left(E_L^{*}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_2})\·\left(\mathrm{x\ρ}\right)$

$=\ln \left(\frac{k_L{N}_0\left(E_L^{*}\right)}{N(x,E_L^{*})-k_L{c}_L{N}_0\left(E_L^{*}\right)}\right)---\left(14\right)$

上述方程中：由于χ光机所发的能谱是连续的，所以E_H ^*、E_L ^*分别代表χ光机的高能和低能χ射线所对应的等效能量；ρ代表油管中油水气三相状态下的实际密度，ρ₁代表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯水的密度，ρ₂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，ρ₃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；μ₁、μ₂、μ₃分别代表纯水、纯原油、纯天然气在对应的等效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；N₀(E^*)代表在对应的等效射线能量条件下，油管里没有任何物质存在时，测试系统所测量的计数；N(x，E^*)代表在对应的测量厚度、等效射线能量条件下，测试系统所测量的计数；k、c分别为修正系数，同μ₁、μ₂、μ₃一起，可以通过预先测量指数衰减曲线求得。

在只考虑油水二相状态时，可以把测量系统的χ光机能量简化为单能，这时所述软件中采用了如下公式来求解含水率ω₁，

${\mathrm{\ω}}_1=\frac{\ln \left(\frac{{\mathrm{kN}}_0}{N\left(x\right)-\mathrm{kc}{N}_0}\right)-\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_2}\right)\mathrm{x\ρ}}{(\frac{{\mathrm{\μ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_1}-\frac{{\mathrm{\μ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_2})\mathrm{x\ρ}}---\left(9\right)$

公式中：ρ代表油管中油水二相状态下的实际密度，ρ₁代表实际油管里所对应的温度、压力等条件下纯水的密度，ρ₂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；μ₁、μ₂分别代表纯水、纯原油在对应的等效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；N₀代表在对应的等效射线能量条件下，油管里没有任何物质存在时，测试系统所测量的计数；N(x)代表在对应的测量厚度、等效射线能量条件下，测试系统所测量的计数；k、c分别为修正系数，同μ₁、μ₂一起，可以通过预先测量指数衰减曲线求得；k和c的理论值为：k＝1；c＝0。在缺乏实验值时，可直接引用理论值。

设计χ光机系统时，将高、低能量之间满足的一定条件考虑进去，高能E_H ^*与低能E_L ^*的差别越大，测量精度越高；例如：

简单一点可取，

所述高能χ光机的能量范围可取在10keV～1MeV之间。

该测量方法依托于由二台单能χ光机构成的真双能χ光机测量系统，即利用高、低能χ光机产生的χ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。该系统克服了放射源带来的重大安全隐患，特别适用于油田生产中，自动在线计量系统。本实用新型理论模型的精度比较高，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。

本实用新型利用X光机作为射线源，可以免除丢失放射源的困扰，提高了辐射防护的安全系数，从根本上杜绝了恐怖分子获取脏弹原料的机会，对国家安全有着特别重要的意义，在针对油水气或油水沙或水气沙三相混合体中，能实时高精度测量原油或天然气中含水率、含油率、含气率或含沙量。

附图说明

图1为二台单能χ光机和探测器构成双能测量系统的纵向安装方式示意图；

图2为二台单能χ光机和探测器构成双能测量系统的横向安装方式示意图。

图中：1-测量装置；2-高能χ光机的靶点；3-高能χ光机的准直器和屏蔽室；4-第一探测器；5-第一探测器的屏蔽管；6-低能χ光机的靶点；7-低能χ光机的准直器和屏蔽室；8-第二探测器；9-第二探测器的屏蔽管；10-原油管道；20-第一信号成形、放大和采样保持单元；21-第二信号成形、放大和采样保持单元；22-第一探测器的高压电源；23-第二探测器的高压电源；24-第一A/D转换单元；25-第二A/D转换单元；26-第一控制单元；27-第二控制单元；28-数据处理计算机；31-高能χ光机的控制系统；32-低能χ光机的控制系统；33-第一亮度校正探测器；34-第三信号成形、放大和采样保持单元；35-第三探测器的高压电源；36-第三A/D转换单元；37-第三控制单元；38-第二亮度校正探测器；39-第四信号成形、放大和采样保持单元；40-第四探测器的高压电源；41-第四A/D转换单元；42-第四控制单元。

具体实施方式

如附图1和图2所示，一种油气田中多相流指标的双能χ射线测量装置1，所述的测量装置1包括二种能量χ射线的产生分系统，所述的二种能量χ射线的产生分系统是由二台独立的单能χ光机组成，所述的二台独立的单能χ光机为一台高能χ光机和一台低能χ光机，高能χ光机的控制系统31连接高能χ光机的靶点2与高能χ光机准直器和屏蔽室3，低能χ光机的控制系统32连接低能χ光机的靶点6与低能χ光机准直器和屏蔽室7；所述的两台单能χ光机，分别对应于两个探测器分系统；高能χ光机所对应的探测器分系统包括，第一探测器4和屏蔽管5，第一信号成形、放大和采样保持单元20，第一探测器的高压电源22，第一A/D转换单元24，第一控制单元26；第一探测器4与第一信号成形、放大和采样保持单元20和第一探测器的高压电源22连接，第一信号成形、放大和采样保持单元20与第一A/D转换单元24和第一控制单元26连接，第一探测器的高压电源22与第一控制单元26连接，第一A/D转换单元24与第一控制单元26连接；低能χ光机所对应的探测器分系统包括，第二探测器8和屏蔽管9，第二信号成形、放大和采样保持单元21，第二探测器的高压电源23，第二A/D转换单元25，第二控制单元27；第二探测器8与第二信号成形、放大和采样保持单元21和第二探测器的高压电源23连接，第二信号成形、放大和采样保持单元21与第二A/D转换单元25和第二控制单元27连接，第二探测器的高压电源23与第二控制单元27连接，第二A/D转换单元25与第二控制单元27连接；第一A/D转换单元24和第一控制单元26及第二A/D转换单元25和第二控制单元27分别连接至数据处理计算机28；二台单能χ光机与探测器的安装方式为纵向安装或横向安装。

1、二台单能χ光机和探测器的纵向安装方式、安装位置如图1所示，本实施例的特点是，利用目前现有的二台单能χ光机来产生高、低能χ射线。高能χ射线的靶点2、准直器和屏蔽室3、第一探测器4和屏蔽管5等组成一组高能χ射线探测通路，同理低能χ射线的靶点6、准直器和屏蔽室7、第二探测器8和屏蔽管9等组成另一组低能χ射线探测通路。两组探测通路越靠近，越能满足理论上希望高低能χ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χ光机的控制系统31控制高能χ光机的靶点2发出高能χ射线，经过高能χ光机的准直器和屏蔽室3后，穿过原油管道10中的介质，被第一探测器4转换成电信号。第一探测器的屏蔽管5的作用是保护第一探测器4，同时减少本底、散射信号对第一探测器4的影响。第一探测器的高压电源22给第一探测器4提供工作电压，第一探测器4的信号输出到第一信号成形、放大和采样保持单元20，信号经过放大、处理后，送到第一A/D转换单元24转换成数字信号，最后送到数据处理计算机28进行分析处理。第一控制单元26用来同步、协调各个单元和与其相关的分系统的工作。

低能χ光机的控制系统32控制低能χ光机的靶点6发出低能χ射线，经过低能χ光机的准直器和屏蔽室7后，穿过原油管道10中的介质，被第二探测器8转换成电信号。第二探测器的屏蔽管9的作用是保护第二探测器8，同时减少本底、散射信号对第二探测器8的影响。第二探测器的高压电源23给第二探测器8提供工作电压，第二探测器8的信号输出到第二信号成形、放大和采样保持单元21，信号经过放大、处理后，送到第二A/D转换单元25转换成数字信号，最后送到数据处理计算机28进行分析处理。第二控制单元27用来同步、协调各个单元和与其相关的分系统的工作。

如果χ光机的束流随时间的变化较大，实际处理数据时，应该对其修正。为了获得χ光机的束流随时间的变化量，需要增加用于亮度校正的探测系统。

在所述的高能χ光机和低能χ光机的束流出口上，各设置一个亮度校正探测器；所述的高能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第三信号成形、放大和采样保持单元及第三探测器的高压电源连接，第三信号成形、放大和采样保持单元与第三A/D转换单元和第三控制单元连接，第三探测器的高压电源与第三控制单元连接，第三A/D转换单元与第三控制单元连接；低能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第四信号成形、放大和采样保持单元及第四探测器的高压电源连接，第四信号成形、放大和采样保持单元与第四A/D转换单元和第四控制单元连接，第四探测器的高压电源与第四控制单元连接，第四A/D转换单元与第四控制单元连接；第三A/D转换单元和第三控制单元及第四A/D转换单元和第四控制单元分别连接至数据处理计算机。

如果χ光机的束流稳定，对系统测量带来的误差，可以忽略，则有关亮度校正的探测系统可省略。对χ光机的束流的校准也可以采用其它方法来实现，如监测管电流的变化等。

在本实施例中，降低了对χ光机的设计要求，只要使用目前市场上的产品即可。同一位置上的高、低信号的可以用流体的速度和探测时间来加以同步。

数据处理计算机28上的专用软件，先把探测到高能组数据和低能组数据，应用亮度探测器获得的高、低能数据，分别对其对应时刻的所有数据进行修正，首先消除χ光机的束流随时间的变化的影响。然后，应用本实用新型中推导的模型(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。

2、二台单能χ光机和探测器的横向安装方式、安装位置如图2所示，本实施例的特点是，利用目前现有的二台单能χ光机来产生高、低能χ射线。高能χ光机的靶点2、准直器和屏蔽室3、第一探测器4和屏蔽管5组成一组高能χ射线探测通路，同理低能χ光机的靶点6、准直器和屏蔽室7、第二探测器8和屏蔽管9组成低能χ射线探测通路。高能和低能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2中所示的高能和低能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χ射线能同时打在介质的同一个位置上的理想要求。实际应用中，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χ光机的控制系统31控制高能χ光机的靶点2发出高能χ射线，经过高能χ光机的准直器和屏蔽室3后，穿过原油管道10中的介质，被第一探测器4转换成电信号。第一探测器的屏蔽管5的作用是保护第一探测器4，同时减少本底、散射信号对第一探测器4的影响。第一探测器的高压电源22给第一探测器4提供工作电压，第一探测器4的信号输出到第一信号成形、放大和采样保持单元20，信号经过放大、处理后，送到第一A/D转换单元24转换成数字信号，最后送到数据处理计算机28进行分析处理。第一组控制单元26用来同步、协调各个单元和与其相关的分系统的工作。

低能χ光机的控制系统32控制低能χ光机的靶点6发出低能χ射线，经过低能χ光机的准直器和屏蔽室7后，穿过原油管道10中的介质，被第二探测器8转换成电信号。第二探测器的屏蔽管9的作用是保护第二探测器8，同时减少本底、散射信号对第二探测器8的影响。第二探测器的高压电源23给第二探测器8提供工作电压，第二探测器8的信号输出到第二信号成形、放大和采样保持单元21，信号经过放大、处理后，送到第二A/D转换单元25转换成数字信号，最后送到数据处理计算机28进行分析处理。第二控制单元27用来同步、协调各个单元和与其相关的分系统的工作。

如果χ光机的束流随时间的变化较大，实际处理数据时，应该对其进行修正。为了获得高能χ光机的束流随时间的变化量，需要增加用于亮度校正的探测系统。

在所述的高能χ光机和低能χ光机的束流出口上，各设置一个亮度校正探测器；所述的高能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第三信号成形、放大和采样保持单元及第三探测器的高压电源连接，第三信号成形、放大和采样保持单元与第三A/D转换单元和第三控制单元连接，第三探测器的高压电源与第三控制单元连接，第三A/D转换单元与第三控制单元连接；低能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第四信号成形、放大和采样保持单元及第四探测器的高压电源连接，第四信号成形、放大和采样保持单元与第四A/D转换单元和第四控制单元连接，第四探测器的高压电源与第四控制单元连接，第四A/D转换单元与第四控制单元连接；第三A/D转换单元和第三控制单元及第四A/D转换单元和第四控制单元分别连接至数据处理计算机。

如果χ光机的束流稳定，对系统测量带来的误差，可以忽略，则有关亮度校正的探测系统可省略。对χ光机的束流的校准也可以采用其它方法来实现，如监测管电流的变化等。

在本实施例中，降低了对χ光机的设计要求，只要使用目前市场上的产品即可。同一位置上的高、低信号的可以采用混合流体的措施，使流体的横截面保持均匀，以此逼近理论模型的条件。

数据处理计算机28上的专用软件，先把探测到的高能组数据和低能组数据，应用亮度探测器获得的高、低能数据，分别对其对应时刻的所有数据进行修正，首先消除χ光机的束流随时间变化的影响。然后，应用本实用新型中推导的模型(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。

3、在前面的求解公式计算和应用中，应当注意以下几点：

1)在实验测量ρ₁、ρ₂、ρ₃和ρ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ρ₃和μ_m3。

3)求解方程时，可利用查表法、解析法或其它方法，采用与实际条件相对应的ρ值，可以通过实时测量得到。

4)高能E_H ^*与低能E_L ^*的差别越大，测量精度要越好。例如：

简单一点可取， $E_H^{*}=2E_L^{*},$

5)公式中的各种系数，μ₁、μ₂、μ₃、k和c等，可以在实验室中，分别用高、低能χ光机，照射不同质量厚度的标定介质(纯原油、纯水、纯天然气)，用衰减测量法获得的实验数据，再按最小二乘法拟合求得。注意：k和c可以用原油所对应的值来近似，也可以针对各种情况，在实验室测出数据，建成一个数据库，在现场使用时，用查表法获取该数据。最后根据本实用新型推导的模型(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。

6)对天然气中油、水、气三相混合体共存的情况，上面公式中各个参数的含义不变，只不过测量的含气率数值变大了许多，同理测量的含油率数值变小了许多。

7)对原油中油水沙三项共存的情况，只要把上面说明的原油中油水气三相介质并存的条件下含气率ω₃修改为含沙量ω₃，其它下标为3的参数修改成沙子的参数，上面说明的数据处理方法可以完全照搬。

8)对天然气中水气沙三项共存的情况，只要把上面说明的油水沙三相介质并存的条件下含油率ω₂修改为含气率ω₂，而把含气率ω₃修改为含沙量ω₃，其它下标为2的参数修改成天然气的参数，下标为3的参数修改成沙子的参数，上面说明的数据处理方法可以完全照搬。

Claims (2)

1.一种油气田中多相流指标的双能χ射线测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括二种能量χ射线的产生分系统，所述的二种能量χ射线的产生分系统是由二台独立的单能χ光机组成，所述的二台独立的单能χ光机为一台高能χ光机和一台低能χ光机，高能χ光机的控制系统连接高能χ光机的靶点与高能χ光机准直器和屏蔽室，低能χ光机的控制系统连接低能χ光机的靶点与低能χ光机准直器和屏蔽室；所述的两台单能χ光机，分别对应于两个探测器分系统；高能χ光机所对应的探测器分系统包括，第一探测器和屏蔽管，第一信号成形、放大和采样保持单元，第一探测器的高压电源，第一A/D转换单元，第一控制单元；第一探测器与第一信号成形、放大和采样保持单元和第一探测器的高压电源连接，第一信号成形、放大和采样保持单元与第一A/D转换单元和第一控制单元连接，第一探测器的高压电源与第一控制单元连接，第一A/D转换单元与第一控制单元连接；低能χ光机所对应的探测器分系统包括，第二探测器和屏蔽管，第二信号成形、放大和采样保持单元，第二探测器的高压电源，第二A/D转换单元，第二控制单元；第二探测器与第二信号成形、放大和采样保持单元和第二探测器的高压电源连接，第二信号成形、放大和采样保持单元与第二A/D转换单元和第二控制单元连接，第二探测器的高压电源与第二控制单元连接，第二A/D转换单元与第二控制单元连接；第一A/D转换单元和第一控制单元及第二A/D转换单元和第二控制单元分别连接至数据处理计算机；二台单能χ光机与探测器的安装方式为纵向安装或横向安装。

2.根据权利要求1所述的油气田中多相流指标的双能χ射线测量装置，其特征在于：在所述的高能χ光机和低能χ光机的束流出口上，各设置一个亮度校正探测器；所述的高能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第三信号成形、放大和采样保持单元及第三探测器的高压电源连接，第三信号成形、放大和采样保持单元与第三A/D转换单元和第三控制单元连接，第三探测器的高压电源与第三控制单元连接，第三A/D转换单元与第三控制单元连接；低能χ光机所对应的亮度校正探测器，分别与第四信号成形、放大和采样保持单元及第四探测器的高压电源连接，第四信号成形、放大和采样保持单元与第四A/D转换单元和第四控制单元连接，第四探测器的高压电源与第四控制单元连接，第四A/D转换单元与第四控制单元连接；第三A/D转换单元和第三控制单元及第四A/D转换单元和第四控制单元分别连接至数据处理计算机。

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