Устройство и способ определения доли фазы флюида с использованием рентгеновских лучей

Использование: для определения доли фазы флюида. Сущность: заключается в том, что генерируют спектр входного излучения с двойным пиком, содержащий часть высокой энергии и часть низкой энергии, пропускают упомянутый спектр излучения с двойным пиком через образец многофазного флюида для вырабатывания спектра выходного излучения, обнаруживают упомянутый спектр выходного излучения и определяют подсчет фотонов высокой энергии и подсчет фотонов низкой энергии, вычисляют отношение подсчета входного излучения высокой энергии к подсчету входного излучения низкой энергии, управляют ускоряющим напряжением генератора рентгеновских лучей, используемым на упомянутом этапе генерирования, основываясь на упомянутом отношении, управляют током луча генератора рентгеновских лучей, основываясь на одном из подсчетов входного излучения высокой энергии, подсчетов входного излучения низкой энергии и сумме опорного подсчета высокой энергии и опорного подсчета низкой энергии, определяют доли флюида, по меньшей мере, одного вещества в упомянутом образце многофазного флюида, используя упомянутый подсчет фотонов высокой энергии и упомянутый подсчет фотонов низкой энергии. Технический результат: обеспечение возможности поддержания стабильных во времени напряжения и тока луча. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Уровень техники

Настоящее раскрытие относится к устройству и способу определения фракции фазы флюида с использованием рентгеновских лучей. Более конкретно, настоящее раскрытие относится к системе определения фракции фазы во флюиде, используя спектр излучения с двумя пиками, направленный через представляющий интерес образец, и детекторы излучения, измеряющие сигнал результирующего излучения.

Знание доли (фракции) фазы флюида может предоставлять важную информацию в нефтяной промышленности. Определение доли является полезным при определении количества многофазного потока, протекающего в единицу времени. Измерение многофазного потока может предоставлять промышленности службу высокоэффективного испытания нефти и газа как при долговременном мониторинге, например инструмент PhaseWatcher компании Schlumberger, так и периодическом испытании, например PhaseTester компании Schlumberger.

Обычно пластовый флюид содержит нефть, газ и воду в некоторой комбинации. Определенные операции по эксплуатации скважины включают в себя перекачивание флюида в соседнюю скважину или буровую скважину, чтобы способствовать вытеснению подземного флюида из основной скважины. Устройство для измерения фракции фазы является полезным в реальном времени для показания, когда перфорируется основная скважина и нежелательные флюиды просачиваются в представляющий интерес флюид. Эта информация также является полезной при оптимизации продукции пластового резервуара. Отношение вода-жидкость является очень важным, и постоянный мониторинг может предусматривать наилучшее использование ресурсов скважины.

Кроме того, флюид с высоким содержанием воды представляет меньшую денежную ценность, чем флюид с высоким содержанием одного из других компонентов. Посредством раннего определения этой доли в процессе сбора можно быстро оценить значимость любой данной операции. Посредством тестирования флюида, доставляемого при помощи неизвестного источника, можно определить, является ли обещаемая доля флюида тем, что предоставляется.

Один подход в известном уровне техники использовал сепаратор или большой объем, используемый для физического хранения некоторого количества флюида из скважины и разделения фаз при помощи процесса, основанного на гравитации. Это требует стабильного состояния внутри сепаратора, достижение которого требует много часов. Эта стабильность может быть трудной или даже невозможной для достижения и создает узкое место, так как поток должен быть остановлен во время процесса тестирования. Основанные на сепараторе системы также приводят к ошибке, когда имеется некоторое смешение фаз. Кроме того, вязкий флюид, такой как тяжелая нефть, делает трудным точное разделение и испытание.

Позже некоторые представленные системы делали попытку уменьшения этих проблем и учета выполнения определения доли фазы в реальном времени, используя источник излучения и детектор. Эти устройства для измерения доли использовали химические источники излучения и часто применялись в течение длительных периодов времени на необслуживаемых буровых площадках. Буровые площадки часто не являются защищенными, и могут иметь место изменяющиеся окружающие условия. Эта нестабильность способствовала использованию нехимических источников для ввода излучения. Однако имеются некоторые преимущества использования химических источников. В частности, снижение их выходного излучения во времени является стабильным, позволяя им обеспечивать в высокой степени прогнозируемый сигнал излучения. Электрический генератор излучения ослабляет некоторые из этих проблем, но большинство электрических генераторов фотонов (такие как генераторы рентгеновских лучей) подвержены проблемам, таким как флуктуация напряжения и тока луча.

Другой известный уровень техники предполагал использование генератора рентгеновских лучей для создания излучения. Пример данного подхода изображен в патенте США № 5689540, выданном Стефенсону и др. и переданном компании Schlumberger Technology Corporation общей переуступки прав с данной заявкой. Раскрытие данного патента включено в данный документ во всей своей полноте в качестве ссылки. В настоящем изобретении описывается система для направления единственного спектра излучения через образец флюида и обнаружения ослабленного излучения для определения доли флюида.

Хотя система Стефенсона и др. имеет многие преимущества, как непосредственно и, по сути, описано в этом патенте, остается возможность для усовершенствования. Во-первых, желательно обеспечить устройство для измерения доли многофазного флюида, который может использоваться в широком диапазоне буровых площадок, включая установленные на удаленных буровых площадках, в лабораториях и в портативных размещениях. Во-вторых, желательно посылать спектр излучения, который содержит часть с уровнем высокой энергии и часть с уровнем низкой энергии, чтобы предусматривать определение трех долей фазы флюида, представляющих интерес. В-третьих, желательно обеспечить систему, способную поддерживать стабильное во времени напряжение и ток луча. Изменяющееся напряжение может изменять выходной спектр генератора рентгеновских лучей и сделать сигнал результирующего излучения менее полезным.

Сущность изобретения

В результате описанного выше уровня техники и других факторов, которые известны в области определения доли флюида, заявители признали необходимость в устройстве и способе определения доли фазы образца флюида. Заявители признали, что генератор рентгеновских лучей с тщательно управляемым ускоряющим напряжением и током луча может использоваться вместе с одним или несколькими детекторами излучения для предоставления надежного показателя доли фазы образца для нефти, воды и газа.

Один вариант осуществления содержит способ и устройство определения долей нефти, воды и газа во флюиде. В одном аспекте генератор рентгеновских лучей обеспечивает ввод излучения, который фильтруется для получения спектра с отчетливыми областями высокой энергии и низкой энергии. Отфильтрованное излучение вводится в два канала, причем один проходит через флюид, размещаемый в измерительной ячейке, и проходит на первый детектор излучения, и другой проходит непосредственно на второй детектор излучения. Измерения двух детекторов излучения используются при анализе для определения долей фазы образца флюида и, возможно, обеспечивают представление в отношении изменений состава. Кроме того, выходной сигнал второго детектора излучения используется при управлении ускоряющим напряжением и током луча генератора рентгеновских лучей для обеспечения точного сигнала во времени.

Описание чертежей

Прилагаемые чертежи иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и являются частью описания изобретения. Вместе с последующим описанием чертежи демонстрируют и поясняют принципы настоящего изобретения.

Фиг.1 представляет собой схематический вид рабочей среды, в которой настоящее устройство и способ могут применяться с преимуществом;

Фиг.2 представляет собой графическое представление выходного сигнала спектра энергии излучения генератора рентгеновских лучей;

Фиг.3 представляет собой схематическое представление одного варианта осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 представляет собой схематическое представление другого варианта осуществления настоящего изобретения, содержащего опорный детектор;

Фиг.5 представляет собой схематическое представление другого варианта осуществления настоящего изобретения, содержащего опорный детектор и опорный канал;

Фиг.6 представляет собой схематическое представление одного варианта осуществления рентгеновской трубки;

Фиг.7 представляет собой графическое представление отфильтрованного спектра излучения, используемого при определении доли фазы флюида;

Фиг.8 представляет собой подробное схематическое представление конструкции одного варианта осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Как показано на чертежах, в частности на Фиг.1, на которых подобные позиции обозначают подобные элементы, на них показана схематическая иллюстрация рабочей среды настоящего изобретения. В одном варианте осуществления показано устройство 100 для определения доли фазы флюида образца флюида. Образец пластового флюида (схематически изображенный направленными стрелками на Фиг.1), извлеченный из пласта, протекает через ячейку 102 с образцом. В данном варианте осуществления ячейка с образцом представляет собой камеру Вентури, использование камеры Вентури не требуется во всех применениях, может использоваться обычная трубка. Образец флюида может храниться в лаборатории, собираться непосредственно из скважины при эксплуатации, собираться при испытании вновь пробуренной скважины или при любой другой последовательности действий, при которой флюид собирается или хранится. В то время как образец флюида протекает через ячейку 102 с образцом, генератор 104 рентгеновских лучей вырабатывает излучение в ответ на входное напряжение. Это излучение пропускается от генератора 104 рентгеновских лучей, через ячейку с образцом и измеряется секцией 106 обнаружения излучения. В одном варианте осуществления излучение также посылается непосредственно от генератора 104 рентгеновских лучей на секцию 106 обнаружения для использования в качестве опорного излучения. Использование генератора 104 рентгеновских лучей и секции 106 обнаружения излучения предусматривает надежное определение доли фазы образца флюида в ячейке 102 с образцом. Выходной сигнал секции 106 обнаружения излучения передается на систему 108 управления и регистрации. Эта система также может использовать выходные сигналы секции 106 обнаружения излучения для управления ускоряющим напряжением и током луча генератора 104 рентгеновских лучей. Из-за быстрого протекания флюида через многие из этих систем (примерно 20 м/с в некоторых ситуациях) измерения часто выполняются короткими приращениями для получения профиля долей фазы во времени. Однако любое единичное измерение может показать доли фазы воды, нефти и газа в ячейке с образцом в тот момент времени.

Некоторые примеры последовательностей действий, в которых данное изобретение является полезным, включают в себя постоянный мониторинг, мобильное тестирование, лабораторные испытания и оптимизацию механизированной добычи. Для специалиста в данной области понятно, что это просто примеры возможного использования, и вышеупомянутые примеры не являются исчерпывающими.

Физика рентгеновских лучей

Рентгеновские трубки создают рентгеновские лучи посредством ускорения электронов на антикатод при помощи высокой положительной разности напряжений между антикатодом и источником электронов. Антикатод достаточно толстый и останавливает все падающие на него электроны. В представляющем интерес диапазоне энергий двумя механизмами, которые способствуют созданию рентгеновских фотонов в процессе остановки электронов, являются излучение рентгеновской люминесценции и тормозное излучение.

Излучение рентгеновской люминесценции представляет собой характеристический рентгеновский спектр, создаваемый после испускания электрона из атома. Падающие электроны с кинетической энергией большей, чем энергия связи электронов в атоме антикатода, могут передавать некоторую (эффект Комптона) или всю (фотоэлектрический эффект) падающую кинетическую энергию одному или нескольким связанным электронам в атомах антикатода, таким образом испуская электрон из атома.

Если электрон испускается с самой внутренней оболочки атома (К-оболочки), тогда создаются характеристические K, L, M и другие рентгеновские лучи. К-рентгеновские лучи испускаются тогда, когда электрон вводится из оболочки более высокого уровня в К-оболочку, и представляют собой наиболее энергетическое флуоресцентное излучение, испускаемое атомом. Если электрон испускается с внешней оболочки (L, M и т. д.), тогда генерируется этот тип рентгеновского луча. В большинстве случаев L- и M-рентгеновские лучи имеют настолько малую энергию, что они не могут проходить через окно рентгеновской трубки. Чтобы испускать эти электроны К-оболочки, требуется подача более чем 80 кВ в случае антикатода из золота (Au) из-за их энергии связи.

Другим типом излучения является тормозное излучение. Оно создается во время замедления электрона в сильном электрическом поле. Быстрый электрон, входящий в массивный антикатод, встречается с сильными электрическими полями, обусловленными другими электронами, присутствующими в антикатоде. Падающий электрон замедляется до тех пор, пока он не потеряет всю свою кинетическую энергию. Непрерывный спектр энергии фотонов создается тогда, когда он суммируется по многим замедленным электронам. Максимальная энергия фотона равна полной кинетической энергии быстрого электрона. Минимальная энергия фотонов в наблюдаемом спектре тормозного излучения представляет собой энергию фотонов, способных как раз проходить через материал окна рентгеновской трубки.

Эффективность преобразования кинетической энергии ускоренных электронов в создание фотонов представляет собой функцию ускоряющего напряжения. Средняя энергия на рентгеновский фотон увеличивается с увеличением ускоряющего электроны напряжения.

Спектр тормозного излучения может изменяться с использованием фильтра и посредством изменения (1) состава фильтра, (2) толщины фильтра и (3) рабочего напряжения рентгеновской трубки. Описанный в данном описании вариант осуществления изобретения использует один фильтр для создания пиков низкой и высокой энергии из одного и того же спектра тормозного излучения. Конкретно, фильтр используется для обеспечения одного спектра с пиком низкой энергии и пиком высокой энергии.

Фиг.2 изображает спектр тормозного излучения. Ось 202 ординат представляет энергию, измеренную в кэВ. Ось 204 абсцисс представляет собой скорость подсчета или количество фотонов в секунду на кэВ, которые падают на детектор излучения. Эта входное излучение фильтруется, как описано выше.

Рентгеновское устройство для измерения доли фазы флюида

Генерирование излучения с использованием генератора рентгеновских лучей для определения доли фазы флюида желательно по ряду причин. Доступный поток излучения и потребность в фотонах с довольно низкой энергией (<100 кэВ) делает этот тип источника излучения хорошо подходящим для применения. Измерение уровня ослабления осуществляется на двух различных средних уровнях энергии: высоком уровне энергии, где ослабление фотонов происходит преимущественно из-за комптоновского рассеяния с некоторым фотоэлектрическим поглощением, и низком уровне энергии, где ослабление фотонов происходит из-за комптоновского рассеяния и фотоэлектрического эффекта и поглощение фотоэлектрическим эффектом более сильное, чем в случае высокой энергии. В дополнение к двум уровням энергии, чтобы иметь надежную систему измерения, необходимо иметь обнаружение излучения, проходящего через вещество, которое вызывает ослабление, а также обнаружение излучения, проходящего через воздух. Первое из них находится при помощи измерительного детектора излучения, и второе находится при помощи опорного детектора излучения.

Ослабление луча рентгеновских лучей с энергией Е, интенсивностью I₀(E), проходящего через толщину 'd' вещества с плотностью 'ρ', может быть записано

где любое взаимодействие фотонов, проходящих по веществу, ослабляет луч. В данном случае µ_m(E) представляет собой массовый коэффициент ослабления вещества. Важно отметить, что этот массовый коэффициент ослабления является изменяемым в зависимости от типа нефти, газа и воды, которые присутствуют. Чтобы найти три значения, проверка калибровки часто выполняется или, альтернативно, выполняется ряд вычислений, основываясь на известном химическом составе флюида, который присутствует. I(E) в предыдущем уравнении не включает в себя обнаружение фотонов, созданных после фотоэлектрического поглощения или многочисленных рассеянных фотонов.

Для определения доли фазы нефти, газа и воды в образце флюида необходимо выполнить измерения ослабления при высоком уровне энергии и при низком уровне энергии. В настоящем изобретении эти два измерения выполняются одновременно с использованием одного отфильтрованного спектра. Измерение при высоком уровне энергии соответствует следующему уравнению:

где представляет собой количество подсчетов высокой энергии, обнаруженных измерительным детектором излучения, представляет собой количество подсчетов высокой энергии, когда излучение пропускается через пустую ячейку с образцом, d представляет собой диаметр ячейки с образцом, α_o представляет собой долю фазы флюида нефти, α_w представляет собой долю фазы флюида воды и α_g представляет собой долю фазы флюида газа. Эти доли неизвестны и являются предметом интереса. Измерение при низкой энергии соответствует следующему уравнению:

где представляет собой количество подсчетов низкой энергии, обнаруженных измерительным детектором излучения, и представляет собой количество подсчетов низкой энергии, когда излучение пропускается через пустую ячейку с образцом. Оба эти уравнения могут быть решены для получения следующего:

для измерения при высокой энергии и

для сигнала низкой энергии. Вычисление измерений при высокой энергии и низкой энергии дает два уравнения и два неизвестных, поэтому требуется дополнительное уравнение для вычисления долей флюида. Образцы флюидов содержат нефть, воду и газ, поэтому также известно, что

Используя эти три уравнения, можно определить доли флюида нефти, воды и газа, основываясь на излучении, прошедшем через образец.

Один вариант осуществления настоящего изобретения показан на Фиг.3. Образец флюида протекает по каналу 305 в ячейке 306 с образцом, которая, в данном варианте осуществления, представляет собой камеру Вентури. Под действием входного напряжения генератор 302 рентгеновских лучей создает излучение, которое проходит через фильтр 304. Это отфильтрованное излучение затем проходит по пути 316. Путь 316 представляет собой измерительный путь, где излучение проходит через ячейку 306 с образцом и образец флюида и дальше на измерительный детектор 308 излучения. Выходной сигнал измерительного детектора 308 излучения проходит по линии 317 на блок 318 для анализа. Устройство может использоваться во множестве различных окружающих сред, включая лаборатории, долговременный мониторинг на эксплуатационных площадках, оптимизацию механизированной добычи, приемные порты, где желательно определять долю флюида, когда флюид доставляется, и т.д.

Другой вариант осуществления изобретения изображен на Фиг.4. Образец флюида протекает по каналу 405 в ячейке 406 с образцом, которой может быть камера Вентури. Под действием входного напряжения генератор рентгеновских лучей создает излучение, которое пропускается через фильтр 404. Отфильтрованное излучение затем проходит по измерительному пути 416, ячейке 406 с образцом и образец 405 флюида и дальше на измерительный детектор 408 излучения. Опорный детектор 410 излучения располагается для обнаружения сигнала, когда он выходит из генератора 402 рентгеновских лучей. В одном варианте осуществления выходные сигналы двух детекторов излучения направляются на систему 412 управления и регистрации. Информация от этой системы управления используется при управлении ускоряющим напряжением генератора 402 рентгеновских лучей, а также током луча генератора. Некоторые другие функции этой системы управления и регистрации описываются ниже. Информация с детекторов направляется по линии 417 на блок 418 для анализа.

Другой вариант осуществления показан на Фиг.5. Образец флюида протекает по каналу 505 в ячейке 506 с образцом, которая, в данном варианте осуществления, представляет собой камеру Вентури. Под действием этого входного напряжения генератор рентгеновских лучей создает излучение, которое пропускается через фильтр 504. Это отфильтрованное излучение затем может проходить по двум путям. Следует отметить, что для получения оптимальных рабочих характеристик генератор 502 рентгеновских лучей располагается симметрично относительно двух путей для коррекции любых неоднородностей структуры фильтра 504. Путь 516 представляет собой измерительный путь, где излучение пропускается через ячейку 506 с образцом и образец 505 флюида и дальше на измерительный детектор 508 излучения. Путь 514 представляет собой дополнительный опорный путь, где излучение пропускается непосредственно от генератора 502 рентгеновских лучей на опорный детектор 510 излучения. В одном варианте осуществления изобретения выходные сигналы двух детекторов излучения направляются на систему 512 управления и регистрации. Некоторые другие функции этой системы управления и регистрации описываются ниже. Информация с детекторов направляется по проводной линии 517 на блок 518 для анализа.

Фиг.6 изображает пример рентгеновской трубки 600, которая может использоваться. Следует отметить, что может использоваться любая рентгеновская трубка при условии, что могут регулироваться ускоряющее напряжение и ток луча. Этот тип генератора рентгеновских лучей упоминается как рентгеновская трубка с заземленным антикатодом. Элемент 602 представляет собой катод, который служит для испускания электронов под воздействием тепла. Высоковольтный генератор подает высокое напряжение на катод 602. Введение малого тока нагревает катод 602 и вызывает испускание им электронов. Сетка 604 служит для перемещения электронов, испускаемых катодом 602, по направлению к ускоряющей электроны секции 606. В одном варианте осуществления эта сетка 604 выполняется из никеля (Ni). Ускоряющая электроны секция 606 ускоряет электроны по направлению к антикатоду 608. При столкновении с антикатодом 606 трубка 600 генерирует рентгеновские лучи, пригодные для использования в настоящем изобретении.

Как упомянуто выше, важно вводить сигнал высокой энергии и сигнал низкой энергии для надлежащего определения доли фазы флюида. Фильтры 304, 404 и 504 позволяют это делать посредством фильтрации спектра излучения, показанного на Фиг.2. В одном варианте осуществления выбранным фильтром является барий. Однако может использоваться любой элемент для фильтрации излучения до тех пор, пока обеспечивается часть высокой энергии и низкой энергии. Важно отметить, однако, что в зависимости от требуемого напряжения некоторые элементы могут иметь слишком низкий или слишком высокий К-край поглощения, чтобы они были эффективными при применении. Предполагая, что используется бариевый фильтр, результирующий спектр излучения показан на Фиг.7. Ось 702 представляет энергию в кэВ, тогда как ось 704 представляет количество подсчетов на кэВ. Кривая, отмеченная позицией 708, изображает часть низкой энергии сигнала. Это можно изменить в зависимости от элемента, выбранного для фильтра 304. Кривая 706 представляет часть высокой энергии сигнала.

Детекторы 308, 408, 410, 508 и 510 все обнаруживают излучение и помещают все падающие фотоны или в окно высокой энергии, или в окно низкой энергии. В одном варианте осуществления изобретения окном высокой энергии является любая энергия свыше линии 710, и окном низкой энергии является любая энергия ниже линии 710.

Как упомянуто выше, изобретение может работать или так, как показано на Фиг.3, без опорного детектора, или как на Фиг.4 и 5, с опорным детектором. В варианте осуществления по Фиг.3, подсчеты, обнаруженные измерительным детектором излучения, используются непосредственно в уравнениях, описанных выше, при определении долей фазы нефти, воды и газа. В варианте осуществления изобретения по Фиг.4 и 5 подсчеты, измеренные опорным детектором 410 или 510, используются при нормализации вычисления. Конкретно, измерительные подсчеты низкой энергии и высокой энергии делятся на опорный подсчет низкой энергии и опорный подсчет высокой энергии соответственно. Кроме того, подсчеты, измеренные через воздух, нормализуются аналогичным образом. Это обеспечивает более стабильное измерение, так как изменения в базовом выходном сигнале генератора рентгеновских лучей измеряются опорным детектором и используются при нормализации результата.

Выходной сигнал опорного детектора также выгодно используется для управления ускоряющим напряжением и током луча генератора 402 рентгеновских лучей. Следует отметить, что все функции опорного детектора одинаковы в вариантах осуществления по Фиг.4 и 5. и оба пропорциональны количеству электронов, ударяющихся об антикатод в любой данный момент времени. Кроме того, отношение пропорционально ускоряющему напряжению генератора V _x-ray рентгеновских лучей. Как показано на Фиг.7, если напряжение генератора рентгеновских лучей уменьшится во времени, спектр несколько сместится влево. Это вызывает размещение меньшего количества электронов в окне высокой энергии, и, таким образом, отношение будет уменьшаться. Данный вариант осуществления изобретения устраняет эту проблему посредством контролирования этого отношения, возможно, в блоке 412, и изменения ускоряющего напряжения генератора 402 рентгеновских лучей для поддержания постоянного спектра.

Кроме того, важно тщательно управлять током луча, выводимым генератором рентгеновских лучей. Им также можно управлять, используя опорный детектор. Опорный детектор подсчитывает количество падающих фотонов в области высокой энергии и области низкой энергии. Выходной сигнал опорного детектора может использоваться посредством контролирования или одного из этих подсчетов, или суммы двух подсчетов. Выходной сигнал опорного детектора используется для управления генератором рентгеновских лучей и обеспечивает постоянный ток луча.

Детекторы 308, 408, 410, 508 и 510 измерения излучения могут быть детекторами излучения любого типа, способными контролировать излучение и вырабатывать выходной сигнал, включающий в себя группирование электронов в окно высокой и низкой энергии. В одном варианте осуществления используемый детектор измерения излучения представляет собой детектор типа, описанного в заявке на патент США 09/753859, переуступленной компании Schlumberger Technology Corporation. Это раскрытие включается в настоящее описание в качестве ссылки. Этот тип детектора является предпочтительным для использования в скважине, так как он корректирует свою функцию с изменением температуры и состояния. Это позволяет обеспечивать возможность получения постоянных показаний устройства при любых условиях эксплуатации.

Как описано, настоящее изобретение является полезным для использования на множестве буровых площадок. Фиг.8 изображает одну возможную конфигурацию. В секции 802 генератора рентгеновских лучей размещается рентгеновская трубка, которая вырабатывает рентгеновское пятно 814. Обычно 99% испускания генератора рентгеновских лучей фокусируется в это пятно с диаметром менее 2 мм. Вольфрамовый экран 812 и взрывозащитный корпус 804 защищают внешнюю среду от загрязнения излучением. Важно обеспечить, чтобы пятно 814 оставалось стабильным и в неизменном положении. Детекторы 810 рентгеновского пятна опознают любое паразитное излучение и предупреждают о возможной проблеме с размещением пятна. Печатная плата 808 используется при управлении генератором рентгеновских лучей.

Вырабатываемое излучение пропускается через фильтр 816 для получения спектра, аналогичного спектру, показанному на Фиг.7. Другим признаком безопасности являются выравнивающие стержни 818. Эти стержни обеспечивают то, что, если генератор рентгеновских лучей удаляется из устройства, он прекращает вырабатывать излучение. Излучение проходит по одному из каналов 820. Один сигнал излучения проходит через ячейку 821 с образцом и далее на измерительный детектор 828 излучения. Другой сигнал проходит непосредственно на опорный детектор 832. Пробки 822 малой плотности используются для обеспечения того, что ослабление по измерительному и опорному каналу является идентичным, когда ничего не размещено в ячейке 821 с образцом. Другой набор выравнивающих стержней 824 обеспечивает то, что детекторы излучения не могут быть удалены, в то время как вырабатывается излучение. Наконец, другой взрывозащищенный корпус 830 окружает детекторы излучения с целью повышения эксплуатационной безопасности.

Предшествующее описание было представлено только для иллюстрации и описания изобретения и некоторых примеров его реализации. Оно не предназначено быть исчерпывающим или ограничивать изобретение любой определенной описанной формой. Возможны многочисленные модификации и изменения, и они предполагаются специалистом в данной области техники в свете вышеприведенного описания и чертежей.

Различные аспекты были выбраны и описаны для того, чтобы наилучшим образом объяснить принципы изобретения и его практические применения. Предшествующее описание предназначено для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники наилучшим образом использовать изобретение в различных вариантах осуществления и аспектах и с различными модификациями, которые подходят для конкретного рассматриваемого использования. Подразумевается, что объем изобретения определяется последующей формулой изобретения; однако не подразумевается, что допускается любой порядок последовательностью этапов, изложенных в пунктах формулы изобретения на способ, если не изложен точно конкретный порядок.

1. Устройство для определения доли флюида в многофазном флюиде, содержащее:
генератор рентгеновских лучей, выполненный с возможностью формирования спектра излучения с двойным пиком, имеющего область низкой энергии и область высокой энергии;
ячейку с образцом, соединенную при работе с упомянутым генератором рентгеновских лучей, для приема спектра излучения с двойным пиком, и служащую для пропускания спектра излучения с двойным пиком через образец многофазного флюида внутри ячейки с образцом;
измерительный детектор излучения, соединенный при работе с выходом упомянутой ячейки с образцом и выполненный с возможностью измерения излучения, прошедшего через упомянутую ячейку с образцом и упомянутый образец многофазного флюида,
опорный детектор излучения, функционально связанный с выходом упомянутого генератора рентгеновских лучей, при этом упомянутый опорный детектор излучения выполнен с возможностью обнаружения падающих фотонов указанного спектра излучения с двойным пиком не прошедших через образец многофазного флюида для обеспечения опорного выходного сигнала,
блок для анализа, соединенный при работе с упомянутым опорным детектором излучения и конфигурируемый для приема упомянутого опорного выходного сигнала для удержания постоянным, без смещения спектра излучения с двойным пиком во время работы генератора рентгеновских лучей;
при этом упомянутый опорный выходной сигнал содержит подсчеты падающих фотонов, сгруппированных в окно высокой энергии и окно низкой энергии, в котором фотоны выше установленного уровня энергии добавляются к опорному подсчету высокой энергии и фотоны ниже упомянутого установленного уровня энергии добавляются к опорному подсчету низкой энергии, и при этом ускоряющее напряжение упомянутого генератора рентгеновских лучей управляется отношением опорного подсчета высокой энергии к опорному подсчету низкой энергии, и ток луча упомянутого генератора рентгеновских лучей управляется одним из опорного подсчета высокой энергии, опорного подсчета низкой энергии и суммы опорного подсчета высокой энергии и опорного подсчета низкой энергии.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее фильтр, соединенный при работе с генератором рентгеновских лучей, и указанный генератор рентгеновских лучей вырабатывает спектр тормозного излучения, которое проходит через фильтр для формирования спектра излучения с двойным пиком.

3. Устройство по п.1, в котором упомянутая ячейка с образцом представляет собой камеру Вентури.

4. Устройство по п. 1, в котором упомянутый измерительный детектор излучения конфигурируется для обнаружения падающих фотонов и обеспечения измерительного выходного сигнала.

5. Устройство по п.4, в котором упомянутый измерительный выходной сигнал содержит подсчет падающих фотонов, сгруппированных в по меньшей мере одно из окна высокой энергии и окна низкой энергии, в котором фотоны выше установленного уровня энергии добавляются к измерительному подсчету высокой энергии и фотоны ниже упомянутого установленного уровня энергии добавляются к измерительному подсчету низкой энергии.

6. Устройство по п.5, в котором упомянутый блок для анализа дополнительно конфигурируется для определения массовой доли или объемной доли по меньшей мере одного из множества веществ, используя упомянутый измерительный подсчет высокой энергии и упомянутый измерительный подсчет низкой энергии.

7. Устройство по п.2, в котором фильтр представляет собой барий.

8. Устройство по п.2, в котором ячейка для образца содержит измерительный путь для прохождения указанного спектра излучения с двойным пиком через ячейку для образца и указанный образец многофазного флюида к измерительному детектору излучения и опорный путь для прохождения спектра излучения с двойным пиком непосредственно к детектору опорного излучения.

9. Устройство по п.8, в котором генератор рентгеновских излучений размещается симметрично относительно измерительного и опорного пути.

10. Устройство по п.9, в котором массовая доля или объемная доля по меньшей мере одного из множества веществ определяется с использованием отношения упомянутого измерительного подсчета высокой энергии к упомянутому опорному подсчету высокой энергии и отношения упомянутого измерительного подсчета низкой энергии к упомянутому опорному подсчету низкой энергии.

11. Устройство по п.6, в котором упомянутое множество веществ содержит нефть, воду и газ.

12. Способ определения доли флюида многофазного флюида, содержащий этапы:
генерирования спектра входного излучения с двойным пиком, содержащего часть высокой энергии и часть низкой энергии;
пропускания упомянутого спектра излучения с двойным пиком через образец многофазного флюида для вырабатывания спектра выходного излучения;
обнаружения упомянутого спектра выходного излучения и определения подсчета фотонов высокой энергии и подсчета фотонов низкой энергии; и
обнаружения спектра излучения с двойным пиком,
нормализации подсчета фотонов высокой энергии и подсчета фотонов низкой энергии, используя подсчет входного излучения высокой энергии и подсчет входного излучения низкой энергии,
вычисления отношения подсчета входного излучения высокой энергии к подсчету входного излучения низкой энергии;
управления ускоряющим напряжением генератора рентгеновских лучей, используемым на упомянутом этапе генерирования, основываясь на упомянутом отношении,
управления током луча генератора рентгеновских лучей, используемого на упомянутом этапе генерирования, основываясь на одном из подсчета входного излучения высокой энергии, подсчета входного излучения низкой энергии и сумме опорного подсчета высокой энергии и опорного подсчета низкой энергии,
определения доли флюида, по меньшей мере, одного вещества в упомянутом образце многофазного флюида, используя упомянутый подсчет фотонов высокой энергии и упомянутый подсчет фотонов низкой энергии,
при этом управление ускоряющим напряжением и током луча поддерживается постоянным, без смещения спектра излучения с двойным пиком в процессе работы рентгеновского генератора.

13. Способ анализа флюида по п. 12, в котором указанный многофазный флюид содержит фазу нефти, воды и газа, и
упомянутый этап определения содержит решение следующей системы уравнений:



где , - количество подсчетов соответственно высокой и низкой энергии, обнаруженных измерительным детектором излучения; , - количество подсчетов соответственно высокой и низкой энергии, когда излучение пропускается через пустую ячейку; µ_o, µ_w, µ_g - массовые коэффициенты ослабления соответственно нефти, воды и газа; α_o, α_w, α_g - доля фазы соответственно нефти, воды и газа; d - диаметр ячейки с образцом.