способ и система для определения содержания компонентов в многофазном флюиде

Формула изобретения

1. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси, которая представляет собой сочетание любых трех из нефти, воды, газа и песка в сырой нефти или природном газе, причем способ измерения включает следующие этапы:

(1) использование рентгеновского аппарата для создания одноэнергетических или двухэнергетических рентгеновских лучей;

(2) направление рентгеновских лучей для прохождения через трехфазную смесь;

(3) использование детекторной подсистемы для детектирования данных высокой энергии и низкой энергии после прохождения двухэнергетических рентгеновских лучей через трехфазную смесь; или применение технологии предварительного уплотнения энергетического спектра на проходе детектора, который используется как канал для детектирования лучей высокой энергии для получения данных высокой энергии, и использование другого прохода детектора как канала для детектирования лучей низкой энергии для получения данных по низкой энергии после прохождения одноэнергетических рентгеновских лучей через трехфазную смесь;

(4) получение решения по содержанию трех соответствующих компонентов в трехфазной смеси согласно следующему алгоритму, основанному на измеренных данных по высокой энергии и данных по низкой энергии;

используется следующий алгоритм:

₁, ₂ и ₃, соответствуют массовым процентам трех компонентов в смеси, из физического значения известно, что

₂=1- ₁- ₃,

₁ и ₃ можно получить по следующим двум уравнениям с использованием фактических данных измерений:





в этих уравнениях и соответственно представляют эквивалентную энергию, которая соответствует рентгеновским лучам высокой энергии и низкой энергии от рентгеновского аппарата; представляет фактическую плотность трехфазной смеси, ₁ представляет плотность чистого компонента 1 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальном трубопроводе, ₂ представляет плотность чистого компонента 2 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальной трубе, и ₃ представляет плотность чистого компонента 3 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальном трубопроводе; µ₁, µ₂ и µ ₃ соответственно представляют линейные коэффициенты затухания чистого компонента 1, чистого компонента 2 и чистого компонента 3 по соответствующей эквивалентной лучевой энергии; х представляет линейную толщину измерительного пространства измерительной системы; N₀(E*) представляет отсчет, измеренный измерительной системой без наличия любого компонента в условии соответствующей эквивалентной лучевой энергии Е*; N(х, E*) представляет отсчет, измеренный измерительной системой в условиях соответствующей толщины измерений х и эквивалентной лучевой энергии Е*; или ; и k и с являются поправочными коэффициентами, полученными путем предварительных измерений кривой экспоненциального затухания вместе с µ₁, µ₂ и µ ₃.

2. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси по п.1, отличающийся тем, что, если трехфазной смесью является трехфазная смесь нефть-вода-газ в сырой нефти или природном газе, конкретными значениями ₁, ₂ и ₃ будут следующие:

₁ - содержание воды, ₂ - содержание нефти и ₃ - содержание газа.

3. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси по п.1, отличающийся тем, что, если трехфазной смесью является трехфазная смесь нефть-вода-песок в сырой нефти, конкретными значениями ₁, ₂ и ₃ будут следующие:

₁ - содержание воды, ₂ - содержание нефти и ₃ - содержание песка.

4. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси по п.1, отличающийся тем, что, если трехфазной смесью является трехфазная смесь газ-вода-песок в природном газе, конкретными значениями ₁, ₂ и ₃ будут следующие:

₁ - содержание воды, ₂ - содержание газа и ₃ - содержание песка.

5. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси по п.1, отличающийся тем, что диапазон энергии рентгеновского аппарата высокой энергии составляет 10 кэВ - 1 МэВ, а низкая энергия соответствует отношению: или .

6. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси по п.1, отличающийся тем, что, если одно из ₁, ₂ и ₃ равно 0, например, ₃=0, рентгеновский аппарат измерительной системы производит спектр одноэнергетических рентгеновских лучей, и следующая формула используется для нахождения процентного содержания ₁ компонента 1 и процентного содержания ₂ компонента 2:



₂=1- ₁,

в этой формуле представляет фактическую плотность в двухфазном состоянии в нефтяном трубопроводе, ₁ представляет плотность чистого компонента 1 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе в фактическом нефтяном трубопроводе, и ₂ представляет плотность чистого компонента 2 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе; µ₁ и µ₂ соответственно представляют линейные коэффициенты затухания чистого компонента 1 и чистого компонента 2 при соответствующей эквивалентной лучевой энергии; х представляет линейную толщину измерительного пространства измерительной системы; N₀ представляет отсчет, измеренный измерительной системой без наличия любого компонента в трубе в условиях соответствующей эквивалентной лучевой энергии; N(х) представляет отсчет, измеренный измерительной системой в условиях соответствующей толщины измерения и эквивалентной лучевой энергии; и k и с являются поправочными коэффициентами соответственно и могут быть получены путем предварительного измерения кривой экспоненциального затухания с µ₁ и µ ₂.

7. Измерительная система, используемая в способе измерений по п.1, отличающаяся тем, что измерительная система состоит из следующих подсистем: подсистема создания одноэнергетических или двухэнергетических (спектра) рентгеновских лучей, детекторная подсистема, состоящая из одного или двух наборов детекторов, подсистема управления и обработки данных и дополнительная система калибровки долгосрочной стабильности пучка лучей рентгеновского аппарата.

8. Измерительная система по п.7, отличающаяся тем, что подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует рентгеновский аппарат для прямого создания рентгеновских лучей с двумя энергетическими спектрами, рентгеновские лучи высокой энергии и низкой энергии поочередно создают выход с разделением по времени, рентгеновский аппарат является подлинной подсистемой двухэнергетического рентгеновского аппарата, блок управления (26) первой линии передает идентификационные сигналы высокой энергии и низкой энергии, создаваемые подлинной подсистемой рентгеновского аппарата, в компьютер (28) для обработки данных, и компьютер (28) различает данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, измеренные детекторами (4) согласно идентификационным сигналам.

9. Измерительная система по п.7, отличающаяся тем, что подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует два одноэнергетических рентгеновских аппарата для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии, и первая группа детекторов (4) и вторая группа детекторов (8) используются для измерения данных по высокой энергии и данных по низкой энергии.

10. Измерительная система по п.7, отличающаяся тем, что подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует один одноэнергетический рентгеновский аппарат для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии с разделением во времени посредством устройства предварительного уплотнения с разделением во времени, рентгеновский аппарат является подсистемой псевдо-двухэнергетического рентгеновского аппарата, блок управления (26) первой линии передает идентификационные сигналы высокой энергии и низкой энергии от подсистемы псевдо-двухэнергетического рентгеновского аппарата в компьютер (28), и компьютер (28) различает данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, измеренные детекторами (4), согласно идентификационным сигналам.

11. Измерительная система по п.7, отличающаяся тем, что подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует два одноэнергетических рентгеновских аппарата, которые установлены в разных положениях, для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии; для установки основных деталей измерительного оборудования (1) применяется способ поперечной установки двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов и детекторов, и два соответствующих канала детектирования расположены в одном поперечном сечении трубопровода для сырой нефти (10) для уменьшения длины измерительного оборудования (1); и диапазон прилежащего угла между двумя каналами детектирования составляет: 0°< <180°.

12. Измерительная система по п.7, отличающаяся тем, что одноэнергетические рентгеновские лучи создаются одним рентгеновским аппаратом, рентгеновские лучи с двумя энергетическими спектрами реализуются детекторной подсистемой, состоящей из двух наборов детекторов, рентгеновские лучи высокой энергии получают, осуществляя предварительное уплотнение на одной линии детекторов, рентгеновские лучи низкой энергии измеряют другой линией детекторов, измерительной системой является псевдо-двухэнергетическая детекторная измерительная система, и компьютер (28) выполняет обработку данных по высокой энергии и данных по низкой энергии, измеренных первой группой детекторов (4) и второй группой детекторов (8) псевдо-двухэнергетической детекторной группы.

13. Измерительная система по п.7, отличающаяся тем, что рентгеновские лучи с двумя энергетическими спектрами реализуются детекторной подсистемой, состоящей из двух наборов детекторов, и две линии детекторов, применяющих технологию предварительного уплотнения для детектирования рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии, выполнены в одном псевдо-двухэнергетическом детекторе, компьютер (28) выполняет обработку данных по алгоритму модели, представленной в п.1, на основании данных по высокой энергии и данных по низкой энергии, измеренных таким псевдо-двухэнергетическим детектором.

14. Измерительная система по п.7, отличающаяся тем, что дополнительная система для калибровки долгосрочной стабильности потока лучей рентгеновского аппарата снабжена детектором I (33) или детектором II (38) корректировки яркости на выходе каждого рентгеновского аппарата; детектор корректировки яркости расположен на выходе рентгеновского аппарата и отклоняется от основного пучка лучей для измерения, и калибровка в реальном времени проводится по изменению дозы рентгеновского аппарата на основании данных, измеренных детектором I (33) или детектором II (38), этим устраняя ошибку измерений, вызванную изменением дозы рентгеновского аппарата.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области измерений нефти и, более конкретно, к системе для измерения содержания воды, содержания нефти, содержания газа или содержания песка при добыче сырой нефти и природного газа, в частности к технологии рентгеновских двухэнергетических измерений, в которой используется принцип действия рентгеновских лучей, создаваемых рентгеновским аппаратом, на компоненты для измерения таких показателей, как содержание воды, содержание нефти, содержание газа или содержание песка, в нефтепроводах и газопроводах при условии сосуществования трехфазных сред нефть-вода-газ, нефть-песок-вода или газ-песок-вода во время добычи на нефтяных и газовых месторождениях (когда можно измерять только три показателя, связанные с соответствующим смешанным флюидом, из четырех показателей). По Международной патентной классификации изобретение относится к технической области G01N.

Уровень техники

Сырая нефть и природный газ в целом считаются одним из основных источников энергии, и сырая нефть и природный газ, добываемые из скважин, образуют смесь, состоящую из многофазных сред нефти, воды, природного газа или песка и т.д. Для обработки смеси сначала необходимо выполнить разделение газа и жидкости, выполнить обезвоживание полученной смеси нефти и воды и затем получить конечный продукт в виде нефти или природного газа с очень низким содержанием воды для последующей транспортировки или продажи. Необходимо контролировать и отделять содержащий в смесях песок, поскольку он может повредить оборудование. В серии добычных работ, таких как обработка сырой нефти или природного газа для обезвоживания, необходимо своевременно и точно понять содержание воды, содержание газа или содержание нефти и т.д. в сырой нефти, поскольку это облегчает контроль за процессом добычи и обеспечивает получение качественного конечного продукта в виде нефти или природного газа. Поэтому такие показатели, как содержание воды, содержание газа, содержание нефти или содержание песка в сырой нефти или природном газе, составляют группу важных параметров при сборе, очистке и транспортировке нефти и природного газа в нефтехимической промышленности. В настоящее время в основном применяют способ добычи нефти путем нагнетания воды, в частности на многих старых нефтеносных месторождениях, и содержание воды в добытой сырой нефти обычно повышенное. Таким образом, точное определение содержания воды, содержания газа, содержания нефти или содержания песка в сырой нефти или природном газе играет важную роль в добыче и торговле сырой нефтью или природным газом.

В настоящее время в добыче сырой нефти применяют следующие основные способы измерения содержания воды: способ искусственной дистилляции пробы, микроволновой способ (или радиочастотный способ), емкостной способ, коротковолновый способ, способ теплопроводности, способ с использованием вибрационного плотномера и гамма-лучевой способ. 1) Микроволновой способ (описан в документе CN 1112677) заключается в следующем: исходя из того, что электромагнитные волны взаимодействуют с диэлектрическими компонентами, рассеяние связано с величиной и относительной диэлектрической постоянной компонентов, и разные диэлектрические постоянные нефти и воды могут вызывать разные свойства радиочастотного импеданса у измеряемых объектов, когда радиочастотный сигнал передается на емкостной радиочастотный датчик, воспринимая смесь нефти и воды как среду, нагрузочный импеданс изменяется вместе с изменением соотношения нефти и воды в смешанной среде, т.е., когда содержание воды в сырой нефти изменяется, изменяется и волновой параметр, этим реализуя измерение содержания воды; 2) емкостной способ (описан в документе CN 1186236) заключается в следующем: в связи с тем, что разные диэлектрические постоянные нефти и воды отражают разные емкости конденсатора, образованного полярной пластинкой, измерение изменения емкости можно использовать для измерения изменения содержания воды; 3) коротковолновой способ (описан в документе CN 2349574) заключается в следующем: используют (задний) зонд для посылки коротковолнового сигнала с частотой 3,579 МГц в сырую нефть, проверяют текущее состояние сырой нефти, спустя несколько секунд коротковолновый сигнал с частотой 3,579 МГц передается в сырую нефть через другой (передний) зонд, принимают сигнал содержания воды, затем получают разницу между двумя измеренными значениями, и после обработки получают мгновенное значение содержания воды; 4) способ теплопроводности (описан в документе CN 1259671) использует различия в теплофизических свойствах двухфазного флюида "жидкость-жидкость", такие как теплопроводность, удельная теплоемкость, вязкость и т.д., и одновременно измеряет содержание воды в сырой нефти и расход нефть-вода; 5) способ вибрационного плотномера (описан в документах CN 1789969, CN 2359692) использует элемент измерения уровня жидкости для измерения уровня сырой нефти в резервуаре для хранения нефти (или в сепараторе) и использует прибор для измерения давления для измерения давления части без сырой нефти и давления в нижней части резервуара (или сепаратора); и 6) лучевой способ (описан в документах CN 86105543А, CN 2359692Y, CN 1086602А, CN 2383068Y) работает по принципу, что при прохождении гамма-лучей через разные среды происходит разное затухание. Различные способы измерений, кроме гамма-лучевого способа, относятся к измерениям контактного типа; поскольку сырая нефть имеет сильную щелочность и серьезное образование твердого осадка на стенках трубопровода и образование восков, надежность приборов при длительном сроке службы плохая, в частности, нельзя устранить отклонения показаний при измерении содержания воды из-за содержащегося в ней газа, что приводит к большим погрешностям при измерении. В этом отношении в патентах CN 2452022Y, CN 2646704Y и CN 2646705Y особо предусмотрены различные стирающие устройства для удаления грязи, накопившейся на наружной поверхности датчиков. Помимо этого, изменение в содержании воды, измеренное емкостным способом, радиочастотным способом и микроволновым способом представляет собой нелинейное соотношение с измеряемыми объектами, точка перегиба существует в определенном диапазоне содержания воды, и сырая нефть является смесью нефть-вода-газ и имеет переменные физические и химические свойства, так что вышеописанные способы измерений, кроме гамма-лучевого способа, не отвечают производственным требованиям при фактическом применении.

Анализатор содержания воды в сырой нефти, который работает согласно закону взаимодействия между гамма-лучами и компонентами, не применим к макросостоянию и химическим свойствам смешанного флюида, и может использоваться для измерений содержания воды и содержания газа в смешанной сырой нефти, вследствие чего широко применяется на нефтеносных месторождениях.

В патенте на изобретение CN 86105543А раскрыт принцип измерения с использованием одноэнергетических гамма-лучей, испускаемых радиоактивным источником (таким как ¹⁰⁹Cd или ²⁴³Am и т.д.), для измерения объемного содержания воды в двухфазной смеси нефть-вода. В патенте на полезную модель CN 2359692Y раскрыто устройство, использующее радиоактивный источник ²³⁸Pu для измерения содержания воды в двухфазной смеси нефть-вода. В патенте на изобретение CN 1086602А раскрыт прибор для автоматического измерения содержания газа и содержания воды в сырой нефти в трехфазной смеси нефть-вода-газ; источник гамма-лучей и детектор прохождения жестко закреплены в симметричных положениях на двух сторонах боковой стенки измерительного трубопровода по радиальной центральной линии; детектор рассеяния жестко установлен на боковой стенке по центральной линии, которая образует прилежащий угол с центральной линией, на которой расположены источник гамма-лучей source и детектор прохождения, и отстоит от центральной линии на определенное расстояние в осевом направлении измерительного трубопровода; и, в заключение, объемное содержание газа и объемное содержание воды получают путем обработки данных на основании результатов измерений. В патенте на полезную модель CN 2383068Y описано усовершенствованное устройство, добавлено перемешивающее устройство для равномерного перемешивания смеси нефть-вода-газ, фактически взятой из нефтяной скважины, этим далее отвечая теоретическим условиям и повышая точность измерений. Однако, теоретическая модель учитывает слишком много сходных мест, физические значения различных параметров не ясны, и влияние изменения на изменение давления, температуры и т.д. не учитывает аспект внесения поправок, этим влияя на использование способа и точность измерений.

Помимо этого, гамма-лучевой способ с использованием радиоактивного источника также имеет большой недостаток, т.е. проблему радиоактивной безопасности, и этот недостаток еще более очевиден в текущее время при относительно жестких мерах борьбы с терроризмом.

В опубликованном патенте GB 2429288А используется акустический способ измерения содержание песка. Т.е. содержание песка в флюиде оценивают посредством столкновения песка со стенкой трубопровода для транспортировки нефти или газа. Устройство, являющееся предметом патента, имеет преимущества простой конструкции, удобной установки, небольшого расхода электроэнергии, длительного времени локального хранения данных и др. Но рабочий диапазон частот является аудиочастотой, источники помех очень сложные, на результаты измерений влияет свойство текучести флюида, и неопределенность измерений повышена, поэтому оно неспособно давать результаты измерений с большой точностью.

В настоящее время способы и устройства, применяющие рентгеновский двух-энергетический способ для измерения содержания воды, содержания нефти, содержания газа и содержания песка при добыче сырой нефти и природного газа, на рынке неизвестны.

Раскрытие изобретения

Цель изобретения заключается в том, чтобы предложить способ с применением двухэнергетической технологии для измерения содержания газа, содержания нефти, содержания воды или содержания песка (который может измерять только три показателя, которые относятся к соответствующему смешанному флюиду с четырьмя показателями), на основании требования к высокоточному измерению в реальном времени содержания воды, содержания нефти, содержания газа или содержания песка в сырой нефти или природном газе в трехфазной смеси нефть-вода-газ, или нефть-вода-песок, или вода-газ-песок.

Изобретение предлагает рентгеновский двухэнергетический способ измерений содержания компонентов в трехфазной смеси, представляющей сочетание любых трех из нефти, воды, газа и песка, содержащихся в сырой нефти или природном газе, причем способ включает следующие этапы:

(1) использование рентгеновского аппарата для создания одноэнергетических или двухэнергетических рентгеновских лучей;

(2) направление рентгеновских лучей для прохождения через трехфазную смесь;

(3) использование детекторной подсистемы для детектирования данных высокой энергии и низкой энергии после прохождения двухэнергетических рентгеновских лучей через трехфазную смесь; или применение технологии предварительного уплотнения энергетического спектра на проходе детектора, который используется как канал для детектирования лучей высокой энергии для получения данных высокой энергии, и использование другого прохода детектора как канала для детектирования лучей низкой энергии для получения данных по низкой энергии после прохождения одноэнергетических рентгеновских лучей через трехфазную смесь;

(4) получение решения по содержанию трех соответствующих компонентов в трехфазной смеси согласно следующему алгоритму, основанному на измеренных данных по высокой энергии и данных по низкой энергии.

Этот алгоритм следующий:

₁, ₂ и ₃ соответствуют массовым процентам трех компонентов в смеси, из физического значения мы знаем, что

₂=1- ₁- ₃,

₁ и ₃ можно получить по следующим двум уравнениям с использованием фактических данных измерений:

В этих уравнениях и соответственно представляют эквивалентную энергию, которая соответствует рентгеновским лучам высокой энергии и низкой энергии от рентгеновского аппарата; представляет фактическую плотность трехфазной смеси, ₁ представляет плотность чистого компонента 1 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальном трубопроводе, ₂ представляет плотность чистого компонента 2 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальной трубе, и ₃ представляет плотность чистого компонента 3 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальном трубопроводе; µ₁, µ₂ и µ ₃ соответственно представляют линейные коэффициенты затухания чистого компонента 1, чистого компонента 2 и чистого компонента 3 по соответствующей эквивалентной лучевой энергии; х представляет линейную толщину измерительного пространства измерительной системы; N₀(E*) представляет отсчет, измеренный измерительной системой без наличия любого компонента в условии соответствующей эквивалентной лучевой энергии Е*; N(x, Е*) представляет отсчет, измеренный измерительной системой в условиях соответствующей толщины измерений х и эквивалентной лучевой энергии Е*; или ; и k и с являются поправочными коэффициентами, полученными путем предварительных измерений кривой экспоненциального затухания вместе с µ₁, µ₂ и µ ₃.

Кроме того, если трехфазная смесь является трехфазной смесью нефть-вода-газ в сырой нефти или природном газе, то конкретные значения ₁, ₂ и ₃ будут следующими:

₁ - содержание воды,

₂ - содержание нефти,

₃ - содержание газа.

Содержание воды, содержание нефти и содержание газа могут быть получены согласно способу по п.1 формулы изобретения.

Кроме того, если трехфазная смесь является трехфазной смесью нефть-вода-песок в сырой нефти, то конкретные значения ₁, ₂ и ₃ будут следующими:

₁ - содержание воды,

₂ - содержание нефти,

₃ - содержание песка.

Содержание воды, содержание нефти и содержание песка могут быть получены способом согласно п.1 формулы изобретения.

Кроме того, если трехфазная смесь является трехфазной смесью газ-вода-песок в природном газе, то конкретные значения ₁, ₂ и ₃ будут следующими:

₁ - содержание воды,

₂ - содержание газа,

₃ - содержание песка.

Содержание воды, содержание газа и содержание песка могут быть получены способом согласно п.1 формулы изобретения.

Кроме того, диапазон энергии рентгеновского аппарата высокой энергии составляет 10 кэВ - 1 МэВ, а низкая энергия соответствует отношению: или .

Кроме того, если одно из ₁, ₂ и ₃ равно 0, рентгеновский аппарат измерительной системы производит одноэнергетические рентгеновские лучи, и следующая формула используется для нахождения процентного содержания ₁ компонента 1 и процентного содержания ₂ компонента 2:

В этой формуле представляет фактическую плотность в двухфазном состоянии в нефтяном трубопроводе, ₁ представляет плотность чистого компонента 1 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе, и ₂ представляет плотность чистого компонента 2 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе; µ₁ и µ₂ соответственно представляют линейные коэффициенты затухания чистого компонента 1 и чистого компонента 2 при соответствующей эквивалентной лучевой энергии; х представляет линейную толщину измерительного пространства измерительной системы; N₀ представляет отсчет, измеренный измерительной системой без наличия любого компонента в трубе в условии соответствующей эквивалентной лучевой энергии; N(x) представляет отсчет, измеренный измерительной системой в условиях соответствующей толщины измерения и эквивалентной лучевой энергии; и k и с являются поправочными коэффициентами соответственно и могут быть получены путем предварительного измерения кривой экспоненциального затухания с µ₁ и µ ₂.

Для упрощения, если не указано иное, в последующем описании рассматривается только ситуация сосуществования трехфазной смеси нефть-вода-газ; поскольку для других случаев сосуществования приемы обработки аналогичны, необходимо заменить в формуле только соответствующие физические количества, поэтому описание других ситуаций не приведено.

Способ рентгеновского двухэнергетического измерения содержания газа и содержания воды в сырой нефти использует принцип действия рентгеновских лучей, созданных рентгеновским аппаратом, на компоненты для измерения показателей содержания воды и содержания газа в трубопроводе для транспортировки нефти в условии наличия трехфазных сред нефть-вода-газ при добыче на нефтяном месторождении. Этот способ измерения использует измерительное оборудование, состоящее из трех основных подсистем и набора специального программного обеспечения, т.е. подсистемы создания двухэнергетических рентгеновских лучей, детекторной подсистемы, состоящей из одного или двух наборов детекторов, и основной подсистемы управления и обработки данных; кроме того, из других устройств используется коллиматор; детекторная подсистема содержит детекторы, предварительный усилитель или трубку фотоумножителя и блоки для формирования, усиления, выборки и удержания сигнала, аналого-цифрового преобразования и т.д.; основная подсистема управления и обработки данных содержит устройства для передачи, синхронизации, визуализации данных, управления, предупреждения и т.д.; используемое специальное программное обеспечение применяет специальный алгоритм для нахождения содержания воды ₁ и содержания газа ₃; ₁ представляет массовый процент воды, т.е. содержание воды, ₃ представляет массовый процент природного газа, т.е. содержание газа, и ₂ представляет массовый процент нефти, и ₂=1- ₁- ₃.

Программное обеспечение использует два следующих уравнения для нахождения содержания воды ₁ и содержания газа ₃ в смеси нефть-вода-газ.

В этих уравнениях и соответственно представляют эквивалентную энергию, которая соответствует высокой энергии и низкой энергии рентгеновских лучей рентгеновского аппарата; представляет фактическую плотность трехфазной смеси нефть-вода-газ в нефтепроводе, ₁ представляет плотность чистой воды в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе, ₂ представляет плотность чистой сырой нефти в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе, и ₃ представляет плотность чистого природного газа в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе; µ₁, µ ₂ и µ₃ соответственно представляют линейные коэффициенты затухания чистой воды, чистой сырой нефти и чистого природного газа при соответствующей эквивалентной лучевой энергии; х представляет линейную толщину измерительного пространства измерительной системы в нефтепроводе; N₀(E*) представляет отсчет, измеренный измерительной системой без наличия любого компонента в нефтепроводе в условии соответствующей эквивалентной лучевой энергии; N₀(x,Е*) представляет отсчет, измеренный измерительной системой в условиях соответствующей толщины измерения и эквивалентной лучевой энергии; Е* здесь относится к или и k и с являются поправочными коэффициентами соответственно и могут быть получены путем предварительного измерения кривой экспоненциального затухания с µ₁, µ ₂ и µ₃.

Если рассматривается только двухфазное состояние нефть-вода, энергия рентгеновского аппарата измерительной системы может быть упрощена до одноэнергетической, и тогда программное обеспечение применяет следующую формулу для нахождения содержания воды:

В этой формуле: представляет фактическую плотность при двухфазном состоянии нефть-вода в нефтепроводе, 1 представляет плотность чистой воды в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе, и 2 представляет плотность чистой сырой нефти в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе; µ₁ и µ₂ соответственно представляют линейные коэффициенты затухания чистой воды и чистой сырой нефти при соответствующей эквивалентной лучевой энергии; х представляет линейную толщину измерительного пространства измерительной системы в нефтепроводе; N₀ представляет отсчет, измеренный измерительной системой без наличия любого компонента в нефтепроводе в условии соответствующей эквивалентной лучевой энергии; N ₀(x) представляет отсчет, измеренный измерительной системой в условиях соответствующей толщины измерения и эквивалентной лучевой энергии; и k и с являются поправочными коэффициентами соответственно и могут быть получены путем предварительного измерения кривой экспоненциального затухания с µ₁ и µ ₂.

В конструкции рентгеновского аппарата должны быть учтены определенные условия, которым должны соответствовать высокая энергия и низкая энергия , чем больше разница между высокой энергией и низкой энергией, тем выше точность измерений; например, проще говоря, и энергетический диапазон высокой энергии рентгеновского аппарата составляет 10 кэВ-1 МэВ.

Технология рентгеновских двухэнергетических измерений использует принцип действия рентгеновских лучей, создаваемых рентгеновским аппаратом, на компоненты для измерения показателей содержания воды и содержания газа в нефтепроводе при условии наличия трехфазных сред нефть-вода-газ при добыче на нефтяном месторождении. Эта система может преодолевать серьезные потенциальные опасности, создаваемые радиоактивными источниками, и, в частности, применима к автоматической онлайновой системе отсчета, используемой на нефтяном месторождении. Точность теоретической модели относительно высокая, физические значения разных параметров относительно четкие, использование простое, и теоретическая модель, кроме того, учитывает влияние температуры, давления и других факторов, в связи с чем она применима к автоматической онлайновой системе отсчета для использования на нефтяном месторождении. При использовании рентгеновского аппарата в качестве источника можно избежать риска потери радиоактивного источника, степень радиационной безопасности повышается, и возможность получения грязной бомбы террористами полностью устраняется, что имеет особенную важность для национальной безопасности.

Для ситуации наличия трехфазной смеси нефть-вода-газ производный теоретический способ измерений согласно изобретению заключается в следующем:

для одноэнергетических гамма-лучей взаимодействие с компонентами следует закону экспоненциального затухания, т.е. применяется формула (1).

где N₀ - отсчет, измеренный после прохождения лучей через воздух;

N(x _m) - отсчет, измеренный после прохождения лучей через компоненты с массовой толщиной x_m;

x_m - массовая толщина компонентов, через которые проходят лучи;

µ_m - массовый коэффициент затухания компонентов, через которые проходят лучи.

Поскольку энергетический спектр рентгеновских лучей, создаваемых рентгеновским аппаратом, постоянный, энергетические спектры, создаваемые несколькими типами энергии рентгеновских аппаратов, показаны на Фиг.1. Для рентгеновских лучей с постоянным энергетическим спектром будет ли их взаимодействие с компонентами следовать закону экспоненциального затухания или нет? Теоретические исследования по этому вопросу смотрите в соответствующей литературе.

В литературе сделаны следующие предположения.

В замкнутом интервале [с,d] оценка ошибки f(x) с использованием ke^{- х} для подстановки заключается в следующем:

Здесь [с, d] разделено на m равных частей, и точки деления следующие:

В точке деления xj, есть

Записанное как:

После сокращения получаем следующее:

При практическом применении этой темы, эквивалентно фактически измеренным данным; ke^{- х} эквивалентно вычислению подогнанным данным; f(x) эквивалентно абсолютной ошибке, которая соответствует точке х; R эквивалентно абсолютному значению максимальной ошибки во всех абсолютных ошибках; G эквивалентно максимуму в фактически измеренных данных; эквивалентно эквивалентному коэффициенту массового поглощения µ_m; _i эквивалентно коэффициенту массового поглощения µ_m(E_i), который соответствует лучевой энергии E_i; х эквивалентно массовой толщине x _m; и х эквивалентно интервалу x_m (независимая переменная) для выбора экспериментальных данных. В теории х может быть очень малой величиной, и в это время. R может быть получено путем разработки эксперимента, этим далее получая оценку ошибки для всей функции. Если полученная максимальная ошибка приемлема, закон затухания может быть аппроксимирован с законом экспоненциального затухания.

По экспериментальным данным теоретического анализа и соответствующей литературе мы находим, что, если поглотитель не очень толстый, взаимодействие с компонентами приблизительно следует закону экспоненциального затухания, если же поглотитель слишком толстый, ошибка будет больше. Для конкретного рентгеновского аппарата эксперимент следует сначала использовать для проверки и нахождения условий, приблизительно соответствующих закону экспоненциального затухания. Затем определяют минимальную энергию EL* (которая соответствует низкому напряжению VL трубки низкоэнергетического рентгеновского аппарата) рентгеновского аппарата, основываясь на максимальной толщине испытываемой пробы. Исходя из опыта, мы рекомендуем определять значение (которая соответствует высокому напряжению V_H трубки высокоэнергетического рентгеновского аппарата) согласно .

Поэтому мы предполагаем, что рентгеновские лучи обсуждаемого рентгеновского аппарата все же приблизительно следуют закону экспоненциального затухания в обсуждаемом диапазоне толщин испытываемой пробы, т.е. приблизительно в соответствии с формулой (1). Для того чтобы реализовать более хорошее совпадение между теоретической моделью и экспериментальными данными, специально добавлены два коэффициента согласования k и с, как указано в формуле (5).

Примечания:

(1) Концепция эквивалентной энергии Е* должна быть принята в формуле (5).

(2) Теоретические значения k и c следующие: k=1; с=0. Теоретические значения могут быть прямо введены при отсутствии экспериментальных значений.

(3) µ_m (Е*), k и c могут быть измерены заранее в экспериментах.

(4) Для упрощения описания µ_m(E*) ниже пишется в сокращенной форме µ_m.

Согласно литературе, если компонент является смесью, плотность будет , коэффициент линейного затухания будет µ, коэффициенты массового затухания содержащихся элементов будут ; и коэффициенты массового затухания смеси вычисляют по следующей формуле:

В формуле ₁, ₂ , _i , _N, являются массовыми процентами составляющих элементов, соответственно.

Примечание: коэффициент массового затухания элемента представляют как u_m, линейную толщину - х, и массовую толщину - x_m. То есть

1. Рассматривается двухфазное состояние нефть-вода (т.е. ситуация, когда содержание газовой фазы равно 0. При этом отсутствие подстрочного индекса - смешанное состояние сырая нефть-вода, подстрочный индекс 1 - состояние чистой воды, и подстрочный индекс 2 состояние чистой сырой нефти)

уравнение (8) затем вводят в уравнение (5) и упрощают, чтобы получить:

То есть

В такой ситуации получают одно неизвестное значение содержания воды ₁ и одно уравнение, так что использование одного одноэнергетического рентгеновского аппарата может решить проблему измерений. Это принятый способ одноэнергетического измерения содержания при двухфазном состоянии.

2. Рассматривается трехфазное состояние нефть-вода-газ (отсутствие подстрочного индекса - смешанное состояние сырая нефть + вода + газ, подстрочный индекс 1 - состояние чистая вода, подстрочный индекс 2 - состояние чистая сырая нефть и подстрочный индекс 3 - состояние чистый природный газ)

уравнение (11) вводят в уравнение (5) и упрощают, чтобы получить:

Для нахождения содержания воды ₁ и содержания газа ₃ необходимы два уравнения, которые подобны уравнению (12). С точки зрения ядерной физики, содержание воды ₁ и содержание газа ₃ можно измерить с помощью рентгеновских лучей двух рентгеновских аппаратов с разными энергиями.

Описание использования двухэнергетической модели измерений состоит в следующем.

Предположим, что соответственно, представляют эквивалентные энергии, которые соответствуют высокой энергии и низкой энергии рентгеновских лучей рентгеновского аппарата, и тогда уравнение (12) может быть представлено как:

Теоретически, ₁ и ₃ могут быть получены по уравнениям (13) и (14), это способ измерения содержания воды и содержания газа с использованием двухэнергетических рентгеновских лучей при трехфазном состоянии нефть-вода-газ, который является специальным алгоритмом, принятым в изобретении.

Примечания:

1) Если значения ₁, ₂, ₃ и измерены в ходе экспериментов, необходимо одновременно проверять влияние температуры, давления и других параметров пробы.

2) Поскольку газовое состояние тесно связано с температурой и давлением, ₃ и µ_m3, которые совпадают с реальными условиями, должны быть измерены во время применения.

3) При решении уравнений необходимо использовать справочные таблицы, и значение , которое соответствует реальным условиям, может быть получено путем измерений в реальном времени.

4) Чем больше разница между высокой энергией и низкой энергией тем выше точность измерений. Например, , говоря проще, .

5) Различные коэффициенты в формуле, такие как µ₁, µ₂, µ ₃, k, с и т.д., могут быть получены путем, соответственно, использования рентгеновских аппаратов высокой энергии и низкой энергии для излучения калибровочных сред (чистая сырая нефть, чистая вода и чистый природный газ) с разными массовыми толщинами в лаборатории и последующего использования метода наименьших квадратов для подгонки экспериментальных данных, полученных способом измерения затухания. Примечание: k и c могут быть аппроксимированы путем использования значения, которое соответствует сырой нефти, данные измерения по разным ситуациям также могут быть получены в лаборатории с последующим созданием базы данных, и данные могут быть получены путем использования справочных таблиц при использовании способа в полевых условиях. Показатели содержания воды, содержания газа и т.д. в сырой нефти в конечном итоге вычисляют по модели изобретения (также могут быть применены и другие подходящие модели).

Дальнейшее описание изобретения представлено ниже со ссылками на чертежи и варианты осуществления.

Изобретение, кроме того, предлагает измерительную систему для способа измерений, которая состоит из следующих подсистем: подсистемы создания одноэнергетических или двухэнергетических (спектров) рентгеновских лучей, детекторной подсистемы, состоящей из одного или двух наборов детекторов, подсистемы управления и обработки данных и дополнительной системы для калибровки длительной стабильности потока лучей рентгеновского аппарата.

Кроме того, подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует рентгеновский аппарат для непосредственного создания рентгеновских лучей с двумя спектрами энергии, рентгеновские лучи высокой энергии и низкой энергии поочередно создают выход с разделением по времени, рентгеновский аппарат является подлинной подсистемой двухэнергетического рентгеновского аппарата, блок управления (26) первой линии передает идентификационные сигналы высокой энергии и низкой энергии, создаваемые подлинной подсистемой рентгеновского аппарата, в компьютер (28) для обработки данных, и компьютер (28) различает данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, измеренные детекторами (4) согласно идентификационным сигналам.

Кроме того, подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует два одноэнергетических рентгеновских аппарата для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии, и первая группа детекторов (4) и вторая группа детекторов (8) используются для измерения данных по высокой энергии и данных по низкой энергии.

Кроме того, подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует один одноэнергетический рентгеновский аппарат для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии с разделением во времени посредством устройства предварительного уплотнения с разделением во времени, рентгеновский аппарат является подсистемой псевдо-двухэнергетического рентгеновского аппарата, блок управления (26) первой линии передает идентификационные сигналы высокой энергии и низкой энергии от подсистемы псевдо-двухэнергетического рентгеновского аппарата в компьютер (28), и компьютер (28) различает данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, измеренные детекторами (4), согласно идентификационным сигналам.

Кроме того, подсистема создания двухэнергетических рентгеновских лучей использует два одноэнергетических рентгеновских аппарата, которые установлены в разных положениях, для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии; для установки основных деталей измерительного оборудования (1) применяется способ поперечной установки двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов и детекторов, и два соответствующих канала детектирования расположены в одном поперечном сечении трубопровода для сырой нефти (10) для уменьшения длины измерительного оборудования (1); и диапазон прилежащего угла между двумя каналами детектирования составляет: 0°< <180°.

Кроме того, одноэнергетические рентгеновские лучи создаются одним рентгеновским аппаратом, рентгеновские лучи с двумя энергетическими спектрами реализуются детекторной подсистемой, состоящей из двух наборов детекторов, рентгеновские лучи высокой энергии получают, осуществляя предварительное уплотнение на одной линии детекторов, рентгеновские лучи низкой энергии измеряют другой линией детекторов, измерительной системой является псевдо-двухэнергетическая детекторная измерительная система, и компьютер (28) выполняет обработку данных по высокой энергии и данных по низкой энергии, измеренных первой группой детекторов (4) и второй группой детекторов (8) псевдо-двухэнергетической детекторной группы.

Кроме того, рентгеновские лучи с двумя энергетическими спектрами реализуются детекторной подсистемой, состоящей из двух наборов детекторов, и две линии детекторов, применяющих технологию предварительного уплотнения для детектирования рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии, выполнены в одном псевдо-двухэнергетическом детекторе. Компьютер (28) выполняет обработку данных по алгоритму модели, представленной в пункте 1 формулы изобретения, на основании данных по высокой энергии и данных по низкой энергии, измеренных таким псевдо-двухэнергетическим детектором.

Кроме того, дополнительная система для калибровки долгосрочной стабильности потока лучей рентгеновского аппарата снабжена детектором I (33) или детектором II (38) корректировки яркости на выходе каждого рентгеновского аппарата; детектор корректировки яркости расположен на выходе рентгеновского аппарата и отклоняется от основного пучка лучей для измерения, и калибровка в реальном времени проводится по изменению дозы рентгеновского аппарата на основании данных, измеренных детектором I (33) или детектором II (38), этим устраняя ошибку измерений, вызванную изменением дозы рентгеновского аппарата.

Краткое описание чертежей

Фиг.1-1 - график энергетического спектра 20 кэВ рентгеновского аппарата с молибденовой мишенью;

Фиг.1-2 - график энергетического спектра 30 кэВ рентгеновского аппарата с молибденовой мишенью;

Фиг.1-3 - график энергетического спектра 35 кэВ рентгеновского аппарата с молибденовой мишенью;

Фиг.1-4 - график энергетического спектра 50 кэВ рентгеновского аппарата с молибденовой мишенью;

Фиг.2 - схема способа установки подлинного двухэнергетического рентгеновского аппарата и детекторов;

Фиг.3 - схема продольной установки двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов и детекторов;

Фиг.4 - схема способа установки псевдо-двухэнергетического рентгеновского аппарата и детекторов;

Фиг.5 - схема поперечной установки двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов и детекторов;

Фиг.6 - схема способа установки одноэнергетического рентгеновского аппарата и псевдо-двухэнергетических детекторов (две группы детекторов также могут быть расположены в других положениях, так как на том же поперечном сечении);

Фиг.7 - схема способа установки одноэнергетического рентгеновского аппарата и интегрированного псевдо-двухэнергетического детектора.

Ссылочные номера на чертежах обозначают следующее: 1 - измерительное оборудование; 2 - точка мишени рентгеновского аппарата высокой энергии; 3 - коллиматор и экранирующее помещение рентгеновского аппарата высокой энергии; 4 - первая группа детекторов; 5 - экранирующая трубка первой группы детекторов; 6 - точка мишени рентгеновского аппарата низкой энергии; 7 - коллиматор и экранирующее помещение рентгеновского аппарата низкой энергии; 8 - вторая группа детекторов; 9 - экранирующая трубка второй группы детекторов; 10 - нефтепровод для сырой нефти; 12 - устройство для предварительного уплотнения энергетического спектра; 13 - вращающий механизм; 20 - устройство формирования, усиления и удержания выборки сигнала первой линии; 21 - устройство формирования, усиления и удержания выборки сигнала второй линии; 22 - источник высокого напряжения для первой группы детекторов; 23 - источник высокого напряжения для второй группы детекторов; 24 - аналого-цифровой преобразователь для первой линии; 25 - аналого-цифровой преобразователь для второй линии; 26 - блок управления для первой линии; 27 - блок управления для второй линии; 28 - компьютер; 30 - система управления подлинным двухэнергетическим рентгеновским аппаратом; 31 - система управления рентгеновским аппаратом высокой энергии; 32 - система управления рентгеновским аппаратом низкой энергии; 33 - детектор коррекции яркости для первой линии; 34 - устройство формирования, усиления и удержания выборки сигнала третьей линии; 35 - источник высокого напряжения для детектора третьей линии; 36 - аналого-цифровой преобразователь для третьей линии; 37 - блок управления для третьей линии; 38 - детектор коррекции яркости для второй линии; 39 - устройство формирования, усиления и удержания выборки сигнала четвертой линии; 40 - источник высокого напряжения для детектора четвертой линии; 41 - аналого-цифровой преобразователь для четвертой линии; 42 - блок управления для третьей линии; 50 - дисковый фильтр энергетического спектра.

Подробное описание

Согласно способу измерения настоящего изобретения, ниже приведены примеры пяти измерительных систем.

1. Принцип работы системы измерений с подлинным двухэнергетическим рентгеновским аппаратом.

Основные детали измерительного оборудования 1 установлены так, как показано на Фиг.2.

Подлинный двухэнергетический рентгеновский аппарат отличается тем, что положения точки мишени 2 рентгеновских лучей высокой энергии и точка мишени 6 рентгеновских лучей низкой энергии в основном совмещены, система управления 30 подлинного двухэнергетического рентгеновского аппарата управляет поочередным выводом с разделением во времени рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии, и частоты выходных импульсов соотнесена со скоростью текучей флюида. Теоретически возможно, что рентгеновские лучи высокой энергии и низкой энергии могут одновременно попасть в одно и то же положение на среде; на практике параметры можно регулировать по равномерности, расходу, требуемому интервалу для контроля данных и т.д. среды, этим обеспечивая максимально возможное выполнение условиями проверки требований теоретической модели и ошибки.

Рентгеновские лучи, испускаемые из точек мишеней 2 и 6, проходят через коллиматоры 3 и 7 (два объединены в один, и два символа специально сохранены для того, чтобы соответствовать ссылочным номерам в других примерах ниже), затем проходят через среду в нефтепроводе сырой нефти 10 и преобразуются в электрические сигналы детекторами 4. Экранирующая трубка 5 детекторов защищает детекторы 4 и уменьшает воздействие на них при детектировании фоновых и рассеиваемых сигналов.

Источник высокого напряжения 22 для детекторов подает рабочее напряжение для детекторов 4, сигналы детекторов 4 выводятся на устройство 20 формирования, усиления и удержания выборки 20, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 24 и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки, блок управления 26 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

В данном примере второй набор детекторов системы исключен, и идентификация и синхронизация сигналов высокой энергии и низкой энергии реализуется через взаимодействие сигналов системы управления 30 подлинного двухэнергетического рентгеновского аппарата и блока управления 26.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата сильно изменяется со временем, он нестабилен, и его необходимо скорректировать во время обработки фактических данных. Для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата с временем необходимо добавить систему детектирования для коррекции яркости. То есть на выход рентгеновского аппарата устанавливают линию детектора 33 для коррекции яркости, источник высокого напряжения 35 для детектора третьей линии подает высокое напряжение для детектора 33, сигнал детектора 33 выводится на устройство 34 формирования, усиления и удержания выборки для третьей линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 36 третьей линии, преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки и в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 37 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата стабильный, ошибка измерения может быть проигнорирована, и система коррекции яркости может быть исключена.

Специальное программное обеспечение компьютера 28 сначала вносит изменения в данные в соответствующее время, включая серию данных по высокой энергии и серию данных по низкой энергии, которые получены путем деления детектированных данных, и данных по высокой энергии и данных по низкой энергии, полученных путем применения детектора яркости. Влияния, вызванные изменением пучка лучей рентгеновского аппарата с временем сначала устраняются. Затем показатели содержания воды, содержания газа и т.д. в сырой нефти вычисляют с применением модели, описанной в изобретении (также могут использоваться другие подходящие модели).

2. Принцип работы измерительной системы с продольной установкой двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов и детекторов.

Основные детали измерительного оборудования 1 установлены так, как показано на Фиг.3.

Этот пример применения отличается использованием двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии. Точка мишени 2 рентгеновских лучей высокой энергии, коллиматор 3, детекторы 4, экранирующая трубка 5 и т.д. составляют канал детектирования рентгеновских лучей высокой энергии, и точка мишени 6 рентгеновских лучей низкой энергии, коллиматор 7, детекторы 8, экранирующая трубка 9 и т.д. составляют канал детектирования рентгеновских лучей низкой энергии. Теоретически, чем ближе установлены два канала детектирования друг к другу, тем лучше выполняется идеальное требование, чтобы рентгеновские лучи высокой энергии и низкой энергии одновременно попадали в одно и то же положение на среде. На практике параметры можно регулировать по равномерности, расходу, требуемому интервалу для контроля данных и т.д. среды, этим обеспечивая максимально возможное соответствие условий проверки требованиям теоретической модели и ошибки.

Система управления 31 рентгеновского аппарата высокой энергии управляет точкой мишени 2 рентгеновского аппарата высокой энергии для испускания рентгеновских лучей высокой энергии, и рентгеновские лучи проходят через коллиматор и экранирующее помещение 3, затем проходят через среду в нефтепроводе 10 и, кроме того, преобразуются в электрические сигналы первой группой детекторов 4. Экранирующая трубка 5 первой группы детекторов защищает первую группу детекторов 4 и одновременно уменьшает воздействие на них при детектировании фоновых и рассеиваемых сигналов. Источник высокого напряжения 22 первой группы детекторов подает рабочее напряжение для первой группы детекторов 4, сигналы первой группы детекторов 4 выводятся в устройство 20 формирования, усиления и удержания выборки для первой линии, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 24 для первой линии и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 26 для первой линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или соответствующих подсистем.

Таким же образом система управления 32 рентгеновского аппарата низкой энергии управляет точкой мишени 6 рентгеновского аппарата низкой энергии для испускания рентгеновских лучей низкой энергии, и рентгеновские лучи проходят через коллиматор и экранирующее помещение 7, затем проходят через среду в нефтепроводе 10 и, кроме того, преобразуются в электрические сигналы второй группой детекторов 8. Экранирующая трубка 9 второй группы детекторов защищает вторую группу детекторов 8 и одновременно уменьшает воздействие на них при детектировании фоновых и рассеиваемых сигналов. Источник высокого напряжения 23 для второй группы детекторов подает рабочее напряжение для второй группы детекторов 8, сигналы второй группы детекторов 8 выводятся в устройство 21 формирования, усиления и удержания выборки для второй линии, затем сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 25 для второй линии и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 27 для второй линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или соответствующих подсистем.

В данном примере расчетные требования к рентгеновскому аппарату снижены, и необходимо только использовать продукты, имеющиеся на рынке. Высокие и низкие сигналы в том же положении можно синхронизировать, используя скорость и время детектирования флюида.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата сильно изменяется со временем, его необходимо скорректировать во время обработки фактических данных. Для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата с временем необходимо добавить систему детектирования для коррекции яркости. То есть детектор 33 коррекции яркости для первой линии установлен на выходе рентгеновского аппарата высокой энергии, источник высокого напряжения 35 детектора третьей линии подает высокое напряжение для детектора 33, сигнал детектора 33 выводится в устройство 34 формирования, усиления и удержания выборки для третьей линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 36 для третьей линии и преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки, и сигнал в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 37 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Подобным же образом, для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата низкой энергии со временем, детектор 38 для коррекции яркости для второй линии установлен на выходе рентгеновского аппарата низкой энергии, источник высокого напряжения 40 детектора четвертой линии подает высокое напряжение для детектора 38, сигнал детектора 38 выводится в устройство 39 формирования, усиления и удержания выборки для четвертой линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 41 для четвертой линии и преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки, и сигнал в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 42 для четвертой линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата стабильный, ошибка системы измерений может быть проигнорирована, и система детектирования для коррекции яркости может быть исключена.

Специальное программное обеспечение компьютера 28 сначала вносит изменения в данные в соответствующее время, включая данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при детектировании, и данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при применении детектора яркости. Сначала исключают влияние изменения пучка лучей рентгеновского аппарата со временем. Затем вычисляют показатели содержания воды, содержания газа и т.д. в сырой нефти, применяя модель согласно изобретению (также могут быть использованы и другие подходящие модели).

3. Принцип работы системы измерений с псевдо-двухэнергетическим рентгеновским аппаратом.

Основные детали измерительного оборудования 1 установлены так, как показано на Фиг.4.

Этот пример применения отличается использованием одного одноэнергетического рентгеновского аппарата для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии с предварительным уплотнением и разделением во времени. Точка мишени 2 рентгеновского аппарата, коллиматор 3, детекторы 4 и экранирующая трубка 5 составляют канал для детектирования рентгеновских лучей. Устройство 12 для предварительного уплотнения энергетического спектра и вращающийся механизм 13 установлены вместе, и центр вращения вращающегося механизма 13 не может блокировать точку мишени 2 рентгеновского аппарата. Когда положение вращающегося механизма 13 может привести к блокировке устройством 12 для предварительного уплотнения энергетического спектра рентгеновских лучей, испускаемых точкой мишени 2, рентгеновские лучи, испускаемые коллиматором 3, являются рентгеновскими лучами высокой энергии, и систему можно использовать как систему измерений высокой энергии. В любом ином случае систему можно использовать как систему измерений низкой энергии. На практике скорость вращения вращающегося механизма 13 можно регулировать по равномерности, расходу, требуемому интервалу для контроля данных и т.д. среды, этим обеспечивая максимально возможное соответствие условий проверки требованиям теоретической модели и ошибки.

Рентгеновские лучи, испускаемые точкой мишени 2, проходят через коллиматор 3, затем проходят через среду в нефтепроводе 10 и преобразуются в электрические сигналы детекторами 4. Экранирующая трубка 5 защищает детекторы 4 и одновременно уменьшает воздействие на детекторы фоновых и рассеиваемых сигналов при детектировании. Источник высокого напряжения 22 для детекторов подает рабочее напряжение для детекторов 4, сигналы детекторов 4 выводятся в устройство 20 формирования, усиления и удержания выборки, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 24 и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 26 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем. В частности, идентификация высокой энергии и низкой энергии реализуется через взаимодействие сигналов системы управления 30 рентгеновского аппарата и блока управления 26.

В данном примере расчетные требования к рентгеновскому аппарату снижены, и необходимо только использовать продукты, имеющиеся на рынке.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата сильно изменяется со временем, его необходимо скорректировать во время обработки фактических данных. Для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата с временем необходимо добавить систему детектирования для коррекции яркости. То есть линия коррекции яркости детектора 33 установлена на выходе рентгеновского аппарата, источник высокого напряжения 35 детектора третьей линии подает высокое напряжение для детектора 33, сигнал детектора 33 выводится в устройство 34 формирования, усиления и удержания выборки для третьей линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 36 для третьей линии и преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки, и сигнал в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 37 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата стабильный, ошибка системы измерений может быть проигнорирована, и система детектирования для коррекции яркости может быть исключена.

Специальное программное обеспечение компьютера 28 сначала вносит изменения в данные в соответствующее время, включая данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при делении детектированных данных, и данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при применении детектора яркости. Сначала исключают влияние изменения пучка лучей рентгеновского аппарата со временем. Затем вычисляют показатели содержания воды, содержания газа и т.д. в сырой нефти, применяя модель согласно изобретению (также могут быть использованы и другие подходящие модели).

4. Принцип работы измерительной системы с поперечной установкой двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов и детекторов.

Основные детали измерительного оборудования 1 установлены так, как показано па Фиг.5.

Этот пример применения отличается использованием двух одноэнергетических рентгеновских аппаратов для создания рентгеновских лучей высокой энергии и низкой энергии. Точка мишени 2 рентгеновских лучей высокой энергии, коллиматор 3, детекторы 4, экранирующая трубка 5 и т.д. составляют канал детектирования рентгеновских лучей высокой энергии, и точка мишени 6 рентгеновских лучей низкой энергии, коллиматор 7, детекторы 8, экранирующая трубка 9 составляют канал детектирования рентгеновских лучей низкой энергии. Два канала детектирования расположены на одном и том же поперечном сечении нефтепровода 10, этим уменьшая длину измерительного оборудования 1. Примечание: до тех пор, пока испытываемые детали не смогут быть полностью установлены, прилежащий угол между двумя каналами детектирования, показанными на Фиг.5, необязательно должен составлять 90°. Данный пример требует, чтобы распределение флюида по одному и тому же сечению нефтепровода 10 было приблизительно одинаковым, этим теоретически обеспечивая выполнение идеального требования, чтобы рентгеновские лучи высокой энергии и низкой энергии одновременно попадали в одно и то же положение на среде. При практическом применении измерения могут осуществляться с равномерным перемешиванием флюида перед его пропусканием в испытательное оборудование.

Система управления 31 рентгеновского аппарата высокой энергии управляет точкой мишени 2 рентгеновского аппарата высокой энергии для испускания рентгеновских лучей высокой энергии, и рентгеновские лучи проходят через коллиматор и экранирующее помещение 3, затем проходят через среду в нефтепроводе 10 и, кроме того, преобразуются в электрические сигналы первой группой детекторов 4. Экранирующая трубка 5 первой группы детекторов защищает их и одновременно уменьшает воздействие фоновых сигналов и сигналов рассеяния на первую группу детекторов. Источник высокого напряжения 22 первой группы детекторов подает рабочее напряжение для первой группы детекторов 4, сигналы первой группы детекторов 4 выводятся в устройство 20 формирования, усиления и удержания выборки для первой линии, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 24 для первой линии и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 26 для первой линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или соответствующих подсистем.

Подобным же образом, система управления 32 рентгеновского аппарата низкой энергии управляет точкой мишени 6 рентгеновского аппарата низкой энергии для испускания рентгеновских лучей низкой энергии, и рентгеновские лучи проходят через коллиматор и экранирующее помещение 7, затем проходят через среду в нефтепроводе 10 и, кроме того, преобразуются в электрические сигналы второй группой детекторов 8. Экранирующая трубка 9 второй группы детекторов защищает их и одновременно уменьшает воздействие фоновых сигналов и сигналов рассеяния на вторую группу детекторов. Источник высокого напряжения 23 для второй группы детекторов подает рабочее напряжение для второй группы детекторов 8, сигналы второй группы детекторов 8 выводятся в устройство 21 формирования, усиления и удержания выборки для второй линии, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 25 для второй линии и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 27 для второй линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или соответствующих подсистем.

В данном примере расчетные требования к рентгеновскому аппарату снижены, и необходимо только использовать продукты, имеющиеся на рынке. Высокие и низкие сигналы в том же положении можно использовать для измерения смешанного флюида, этим поддерживая равномерное перекрестное сечение флюида и, кроме того, приближаясь к условиям теоретической модели.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата сильно изменяется со временем, его необходимо скорректировать во время обработки фактических данных. Для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата с временем необходимо добавить систему детектирования для коррекции яркости. То есть линия коррекции яркости детектор 33 коррекции яркости для первой линии установлена на выходе рентгеновского аппарата высокой энергии, источник высокого напряжения 35 для третьей линии подает высокое напряжение для детектора 33, сигнал детектора 33 выводится в устройство 34 формирования, усиления и удержания выборки для третьей линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 36 для третьей линии и преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки, и сигнал в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 37 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Подобным же образом, для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата низкой энергии со временем, детектор 38 для коррекции яркости для второй линии установлен на выходе рентгеновского аппарата низкой энергии, источник высокого напряжения 40 детектора четвертой линии подает высокое напряжение для детектора 38, сигнал детектора 38 выводится в устройство 39 формирования, усиления и удержания выборки для четвертой линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 41 для четвертой линии и преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки, и сигнал в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 42 для четвертой линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата стабильный, ошибка системы измерений может быть проигнорирована, и система детектирования для коррекции яркости может быть исключена.

Специальное программное обеспечение компьютера 28 сначала вносит изменения в данные в соответствующее время, включая данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при детектировании, и данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при применении детектора яркости. Сначала исключают влияние изменения пучка лучей рентгеновского аппарата со временем. Затем вычисляют показатели содержания воды, содержания газа и т.д. в сырой нефти, применяя модель согласно изобретению (также могут быть использованы и другие подходящие модели).

5. Установка одноэнергетического рентгеновского аппарата и псевдо-двухэнергетических детекторов.

Основные детали измерительного оборудования 1 установлены так, как показано на Фиг.6. Примечание: две линии детекторов также могут быть установлены в других положениях в том же поперечном сечении нефтепровода 10.

Этот пример применения отличается использованием одного одноэнергетического рентгеновского аппарата для создания канала детектирования рентгеновских лучей высокой энергии с предварительным уплотнением на одной линии детектора и создания канала детектирования рентгеновских лучей низкой энергии с предварительным уплотнением на другой линии детектора. Дисковый фильтр 50 энергетического спектра установлен перед детекторами 4, и точка мишени 2 рентгеновского аппарата, коллиматор 3, дисковый фильтр 50, детекторы 4 и экранирующая трубка 5 составляют канал для детектирования рентгеновских лучей высокой энергии. В это время эта линия системы используется в качестве системы для измерения высокой энергии. Точка мишени 2 рентгеновского аппарата, коллиматор 3, вторая группа детекторов 8 и экранирующая трубка 9 второй группы детекторов составляют другой канал детектирования рентгеновских лучей низкой энергии, и эта линия системы используется в качестве системы для измерения низкой энергии.

Первая линия: рентгеновские лучи испускаются из точки мишени 2, проходят через коллиматор 3, затем проходят через среду в нефтепроводе 10, изменяются на спектр высокой энергии после предварительного уплотнения энергетического спектра в дисковом фильтре 50, и, кроме того, преобразуются в электрические сигналы детекторами 4. Экранирующая трубка 5 детекторов защищает детекторы 4 и одновременно уменьшает воздействие фоновых сигналов и сигналов рассеяния на них. Источник высокого напряжения 22 подает рабочее напряжение для детекторов 4, сигналы детекторов 4 выводятся в устройство 20 формирования, усиления и удержания выборки, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 24 и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 26 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Вторая линия: рентгеновские лучи испускаются из точки мишени 2, проходят через коллиматор 3, затем проходят через среду в нефтепроводе 10 и преобразуются в электрические сигналы второй группой детекторов 8. Экранирующая трубка 9 второй группы детекторов защищает детекторы 8 и одновременно уменьшает воздействие фоновых сигналов и сигналов рассеяния на них. Источник высокого напряжения 23 подает рабочее напряжение для детекторов 8, сигналы детекторов 8 выводятся в устройство 21 формирования, усиления и удержания выборки для второй линии, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 25 и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 27 для второй линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

В данном примере расчетные требования к рентгеновскому аппарату снижены, и необходимо только использовать продукты, имеющиеся на рынке.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата сильно изменяется со временем, его необходимо скорректировать во время обработки фактических данных. Для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата с временем необходимо добавить систему детектирования для коррекции яркости. То есть линия детектора 33 коррекции яркости установлена на выходе рентгеновского аппарата высокой энергии, источник высокого напряжения 35 для третьей линии подает высокое напряжение для детектора 33, сигнал детектора 33 выводится в устройство 34 формирования, усиления и удержания выборки для третьей линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 36 для третьей линии и преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки, и сигнал в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 37 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата стабильный, ошибка системы измерений может быть проигнорирована, и система детектирования для коррекции яркости может быть исключена.

Специальное программное обеспечение компьютера 28 сначала вносит изменения в данные в соответствующее время, включая данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при детектировании, и данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при применении детектора яркости. Сначала исключают влияние изменения пучка лучей рентгеновского аппарата со временем. Затем вычисляют показатели содержания воды, содержания газа и т.д. в сырой нефти, применяя модель согласно изобретению (также могут быть использованы и другие подходящие модели).

6. Другой способ установки рентгеновского аппарата и псевдо-двухэнергетического детектора.

Еще один способ установки одноэнергетического рентгеновского аппарата и псевдо-двухэнергетического детектора показан на Фиг.7. Две линии детекторов высокой и низкой энергии объединены в одну.

Этот вариант осуществления отличается использованием одноэнергетического рентгеновского аппарата для создания канала детектирования рентгеновских лучей высокой энергии с предварительным уплотнением на одной линии детектора и создания канала детектирования рентгеновских лучей низкой энергии с предварительным уплотнением на другой линии детектора. Точка мишени 2 рентгеновского аппарата, коллиматор 3, вторая группа детекторов 8 и экранирующая трубка 9 второй группы детекторов составляют канал детектирования рентгеновских лучей низкой энергии, и эта линия системы используется в качестве системы для измерения низкой энергии; и дисковый фильтр 50 энергетического спектра установлен перед детекторами 4, но за второй группой детекторов 8, точка мишени 2 рентгеновского аппарата, коллиматор 3, дисковый фильтр 50, детекторы 4 и экранирующая трубка 5 составляют канал детектирования рентгеновских лучей высокой энергии. Эта линия системы используется как система для измерения высокой энергии. Примечание: эта линия лучей также проходит через детекторы 8 для рентгеновских лучей низкой энергии, и вторая группа детекторов 8 и дисковый фильтр 50 выполняют аналогичную функцию.

Первая линия: рентгеновские лучи испускаются из точки мишени 2, проходят через коллиматор 3, затем проходят через среду в нефтепроводе 10, изменяются на спектр высокой энергии после предварительного уплотнения энергетического спектра второй группой детекторов 8 и дисковым фильтром 50, и, кроме того, преобразуются в электрические сигналы детекторами 4. Экранирующая трубка 5 детекторов защищает детекторы 4 и одновременно уменьшает воздействие фоновых сигналов и сигналов рассеяния на них. Источник высокого напряжения 22 подает рабочее напряжение для детекторов 4, сигналы детекторов 4 выводятся в устройство 20 формирования, усиления и удержания выборки, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 24 и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 26 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Вторая линия: рентгеновские лучи испускаются из точки мишени 2, проходят через коллиматор 3, затем проходят через среду в нефтепроводе 10 и преобразуются в электрические сигналы второй группой детекторов 8. Экранирующая трубка 9 второй группы детекторов защищает детекторы 8 и одновременно уменьшает воздействие фоновых сигналов и сигналов рассеяния на них. Источник высокого напряжения 23 подает рабочее напряжение для детекторов 8, сигналы детекторов 8 выводятся в устройство 21 формирования, усиления и удержания выборки для второй линии, сигналы направляются в аналого-цифровой преобразователь 25 и преобразуются в цифровые сигналы после усиления и обработки, и сигналы в конечном итоге направляются в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 27 для второй линии используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

В данном примере применен новый способ производства детекторов для изготовления новых псевдо-двухэнергетических детекторов, чем снижаются расчетные требования к рентгеновскому аппарату, и необходимо использовать только продукты, имеющиеся в настоящее время на рынке.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата сильно изменяется со временем, его необходимо скорректировать во время обработки фактических данных. Для получения переменного пучка лучей рентгеновского аппарата с временем необходимо добавить систему детектирования для коррекции яркости. То есть линия детектора 33 коррекции яркости установлена на выходе рентгеновского аппарата, источник высокого напряжения 35 для третьей линии подает высокое напряжение для детектора 33, сигнал детектора 33 выводится в устройство 34 формирования, усиления и удержания выборки для третьей линии, сигнал направляется в аналого-цифровой преобразователь 36 для третьей линии и преобразуется в цифровой сигнал после усиления и обработки, и сигнал в конечном итоге направляется в компьютер 28 для анализа и обработки. Блок управления 37 используется для синхронизации и координации работы всех устройств или подсистем.

Если пучок лучей рентгеновского аппарата стабильный, ошибка системы измерений может быть проигнорирована, и система детектирования для коррекции яркости может быть исключена.

Специальное программное обеспечение компьютера 28 сначала вносит изменения в данные в соответствующее время, включая данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при детектировании, и данные по высокой энергии и данные по низкой энергии, полученные при применении детектора яркости. Сначала исключают влияние изменения пучка лучей рентгеновского аппарата со временем. Затем вычисляют показатели содержания воды, содержания газа и т.д. в сырой нефти, применяя модель согласно изобретению (также могут быть использованы и другие подходящие модели).