[发明专利]全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置及方法

说明书

本发明涉及一种全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置及方法，包括伽马射线源、伽马射线探测器、差压型流量计，所述差压型流量计具有喉部段，所述的伽马射线源和伽马射线探测器分别安装于喉部段两侧相对的位置；所述的伽马射线探测器为由多个探测器组成的阵列，所述伽马射线源发出的伽马射线覆盖喉部段所在的测量截面，且所有穿过上述截面的伽马射线均能被伽马射线探测器接收。本发明在空间上对流体进行全截面的检测，针对流体空间不均匀性的现象进行妥善处理，使测得的数据相比于仅部分伽马射线穿过截面（取样性测量）来说更加精确，解决了工业多相流体的空间分布不均给截面相分率测量带来的代表性问题。

技术领域

本发明涉及多相流体领域，更具体地说，它涉及一种全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置及方法。

背景技术

相的概念通常是指某一系统中具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质部分，各相之间有明显可分的界面。多相流体是工业生产中经常遇到的一种流体形态，它是由两种或两种以上具有明显界面的物相组成的，包括气/液、液/固、气/固、液/液两相流，以及气/液/液、气/液/固、液/液/固、液/固/固、气/固/固多相流等。在工业过程、生命科学、自然界等各个领域存在着大量的两相流及多相流测量问题。

油气工业中，油气井产物同时包含液相原油、气相天然气以及固相砂土的气液固混合流体，业内称之为多相流。其中所述气相包括例如油气田气或任何在常温下不凝的气体，具体地有如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等；所述液相可包括：油相，例如原油本身以及在原油开采过程中溶解在原油中的液体添加剂，以及水相，例如地层水、采用过程中注入油气井中的水以及溶解在水相中的其它液体添加剂；所述固相包括了油气开采中混入的砂土石等固态物。如何实时准确地测量从油气井中采出的混合流体中气体、液体、固体各自的流量，是油气藏管理和生产优化所必需的基础数据。

流量计通常有体积流量计和质量流量计。流体，特别是气体，其体积是温度和压力的函数，是一个因变量，而流体的质量是一个不随所处温度、压力的变化而变化的量。常用的流量计中，如孔板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计和椭圆齿轮流量计等的流量测量值是都是流体的体积流量。而为了更加精准，在科学研究、生产过程控制、质量管理、经济核算和贸易交接等活动中所涉及的流体量一般多为质量。特别是，油气井产物的压力、温度及其成分是随流量条件不断变化的，采用质量流量更能准确反映实际情况，能够更合理地对油气藏管理和生产进行优化。但采用上述体积流量计仅仅测得流体的体积流量，这往往不能满足人们的要求，通常还需要设法获得流体的密度以求算流体的质量流量。这种先测量体积流量再依据流体密度以求算质量流量的测量方法，中间环节多，质量流量测量的准确度难以得到保证和提高。

现有技术中最先进的同时测量流体中三相各自体积流量的方法是伽马射线计量法，其原理是利用文丘里管测量流体的总体积流量，并用双能伽马射线探测器测量三相各自的相分率，然后用总体积流量乘以各自的相分率，得到三相各自的体积流量，再通过估算三相各自的工况密度，来转换为三相各自的质量流量。

现有的采用伽马探测器的流量计，其伽马探测器包括伽马射线发射器和伽马射线接收器，其中伽马射线发射器一般采用双能伽马射线发射器，实践中常用的方案为双能γ源的源仓是由两个²⁴¹Am源组成的一个复合结构。在使用两个²⁴¹Am放射源的情况下，产生两股59.5keV的伽玛射线，使其中一股伽玛射线作为高能伽玛射线直接穿过流体，而使另一股伽玛射线轰击由银做成的靶材从而激发银发出能量为22keV的低能伽玛射线，并沿着与前述高能伽玛射线相同的路径通过该吸收介质，并一起被伽玛射线检测器检测它们的透射强度。使用双能伽玛射线，能提供流体内部三相的组成信息。关于双能伽马射线探测器的更多工作原理和设备细节，可参见相关的专著。这里不再赘述。但因为银靶材质和几何尺寸的差异，这样获得的两股伽马射线，其初始强度之间没有确定的比例关系。