低能射线法油水气相含率测量研究

【摘要】： 石油的生产、加工、输运等过程都与多相流有关,准确测量油水气多相流对监测油井生产状况、预测油田储量、优化油田开采方法、管理原油生产过程等有着重要意义。由于油水气多相流在管道流动时存在多种流型以及原油成分、水矿化度、介质温度等不断变化,油水气多相流测量一直是难于解决的问题。 本文采用低能(100keV)射线研究油水气多相流相含率测量问题,应用双能射线透射法和单能射线透射散射法测量油水气相含率。采用双能射线测量低含水原油的水相含率。通过散射射线能谱识别垂直管道气液两相流的流型,修正流型对双能射线法气相含率测量的影响。 论文在分析射线法油水相含率测量模型的基础上,应用Monte Carlo仿真方法模拟γ光子与油水气介质的相互作用过程,对系统进行优化设计。通过仿真研究射线能量与灵敏度、统计误差的关系,发现低能γ射线对油水变化的灵敏度高,确定双能射线源采用238Pu和241Am同位素,单能射线源采用241Am同位素;研究散射探测器位置与散射射线能量分布的关系,确定散射探测器在90°散射角位置时能够反映管道流体的流态;分析了温度、压力和油成分变化对低含水原油水相含率的影响,建立了温度和油成分变化的补偿算法。 应用散射射线能谱分布识别气液两相流型,补偿双能射线透射法气相含率的测量误差。仿真获得了均匀混合流、环状流和弹状流三种流型产生的散射射线能量概率分布数据,应用RBF网络对三种流型进行识别,均匀混合流和环状流的识别率为100%,应用流型识别结果修正环状流对双能射线气相含率测量的影响。采用RBF神经网络预测γ射线透射散射法的水相含率和气相含率,与双能射线模型近似求解相比,提高了相含率测量的精度。 建立了油水气相含率测量实验系统。根据射线源和探测器的规格设计了测量装置的机械结构,进行了探测器输出信号放大成形电路和计数卡电路设计,开发了基于Windows驱动模型的计算机精确定时模块,减小了定时误差对射线强度计数值的影响,通过计算机进行数据采集与处理,用于油水气相含率测量实验。 在循环测量装置上进行了双能射线油水气相含率测量、单能射线透射散射法油水气相含率测量和低含水原油水相含率测量试验,实验表明,双能射线法含水率和气相含率的最大绝对误差均小于0.01;单能射线透射散射法预测含水率最大绝对误差为0.04,预测气相含率最大绝对误差为0.02;双能射线法低含水原油水相含率测量精度高,温度、油成分变化对水相含率测量的影响通过算法进行补偿,补偿后的水相含率最大绝对误差小于0.002。