[发明专利]多相流中含水率与含气率的X射线测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量输油管道中油、水、气多相混合介质的含水率与含气率指标的装置及方法，尤其是涉及一种根据不同介质对不同能量的X射线吸收和散射情况不同的原理进行测量的多相流中含水率与含气率的X射线测量装置及其测量方法，特别适用于油田生产中的自动在线计量系统。

背景技术

原油是国家最重要的战略物资之一。从油井开采出的原油，是油、水、天然气等多相介质组成的混合物。处理这种混合物首先要进行气、液分离，剩下的油、水混合液体经脱水处理后得到含水率很低的成品油进行外输或销售。在原油脱水处理等一系列生产活动中，需要及时准确地掌握原油含水率和含气率等情况，以便控制生产过程，保证生产出合格的成品原油。因此，原油含水率和含气率等指标是石化行业石油采集、冶炼及运输过程中一个重要参数。特别是大多数油田，目前主要采用注水采油工艺，采出原油的含水率普遍偏高。因此，对原油进行含水率和含气率的准确检测在原油生产、贸易中有着重要作用。

目前测量原油含水率主要有以下几种方法：人工蒸馏化验法、微波法或射频法、电容法、短波法、导热法、振动密度计法和g射线法。

微波法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。

电容法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。

短波法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，再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。

导热法是利用液-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。

振动密度计法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。

以上几种测量方法，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。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，所以在实际应用中，都不能很好地满足生产要求。

射线法是根据g射线穿过不同介质时，其衰减不同的原理工作的，根据g射线与物质相互作用规律而工作的原油含水分析仪与混合流体的宏观流态和化学性质无关，能够对复杂的原油进行含水率和含气率的测量，深受油田的欢迎。

如公开号为CN1086602A的发明专利就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。该方案是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。但是这个方案中，参数取近似的地方太多，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g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。

目前市场上尚未发现应用X光机发出的具有连续能量X射线测量原油中含水率和含气率的原理和装置。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中的不足，提供一种能够实时、高精度测量的多相流中含水率与含气率的X射线测量装置及其测量方法。