СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КОМПОНЕНТОВ В МНОГОФАЗНОМ ФЛЮИДЕ

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
3
ω, ω и ω, соответствуют массовым процентам трех компонентов в смеси, из физического значения мы знаем, что
2
1
3
ω=1-ω-ω,
1
3
ω и ω можно получить по следующим двум уравнениям с использованием фактических данных измерений:
H
L
1
2
3
1
2
3
0
H
L
1
2
3
в этих уравнениях Е* и E* соответственно представляют эквивалентную энергию, которая соответствует рентгеновским лучам высокой энергии и низкой энергии от рентгеновского аппарата; ρ представляет фактическую плотность трехфазной смеси, ρ представляет плотность чистого компонента 1 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальном трубопроводе, ρ представляет плотность чистого компонента 2 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальной трубе, и ρ представляет плотность чистого компонента 3 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в реальном трубопроводе; µ, µ и µ 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; N(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*; Е*-E* или E*; и k и с являются поправочными коэффициентами, полученными путем предварительных измерений кривой экспоненциального затухания вместе с µ, µ и µ.
1
2
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 ω, ω и ω будут следующие:
1
2
3
ω - содержание воды, ω - содержание нефти и ω - содержание газа.
1
2
3
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 ω ω и ω будут следующие:
1
2
3
ω - содержание воды, ω - содержание нефти и ω - содержание песка.
1
2
3
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 ω, ω и ω будут следующие:
1
2
3
ω - содержание воды, ω - содержание газа и ω - содержание песка.
H
L
5. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси по п.1, отличающийся тем, что диапазон энергии E* рентгеновского аппарата высокой энергии составляет 10 кэВ - 1 МэВ, а низкая энергия E* соответствует отношению:  или .
1
2
3
3
1
2
6. Рентгеновский двухэнергетический способ измерения содержания компонентов в трехфазной смеси по п.1, отличающийся тем, что, если одно из ω, ω и ω равно 0, например, ω=0, рентгеновский аппарат измерительной системы производит спектр одноэнергетических рентгеновских лучей, и следующая формула используется для нахождения процентного содержания ω компонента 1 и процентного содержания ω компонента 2:
2
1
ω=1-ω,
1
2
1
2
0
1
2
в этой формуле ρ представляет фактическую плотность в двухфазном состоянии в нефтяном трубопроводе, ρ представляет плотность чистого компонента 1 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе в фактическом нефтяном трубопроводе, и ρ представляет плотность чистого компонента 2 в соответствующих условиях температуры, давления и т.д. в фактическом нефтяном трубопроводе; µ и µ 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; N 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 µ и µ.
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 устройство 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 θ между двумя каналами детектирования составляет: 0°<θ<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.