[发明专利]多相流的正电子断层成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于输油管中的多相流的正电子断层成像装置，即利用正负电子湮灭产生的可符合的伽马射线为断层成像手段、为油气田输油管线上的多相流计量提供在线的断层成像功能的多相流的正电子断层成像装置，并且还涉及一种对输油管中的多相流进行正电子断层成像的方法。

背景技术

多相流量计以其低投资、低运营成本、不需要分离油井产物等优势已逐步替代传统测试分离器。多相流量计可以提供油、气、水的在线实时流量及相分率数据，为油公司了解其每一个单井的实际生产情况和能力、实施有效的油藏管理和生产优化管理提供了基础计量数据。

在诸多的多相流传感器技术中，以伽马射线为基础的相分率测量技术已成为多相流计量中的主流技术。目前在多相流计量中使用的伽马测量技术，采用单能或双能伽马射线来在线获取流体对于伽马射线的平均吸收系数。由于油、气和水对于一定能量伽马射线的各自吸收系数是确定的，因此在两相流中用单能伽马射线来获取一个平均吸收系数就能求得混合物中两种成分的比例(含水率或含气率)；用双能伽马射线来获取两个平均吸收系数就能求得混合物中三种成分的比例，即三相混合流体的相分率(含气率和含水率)。

目前，以伽马射线为基础的多相流计量技术的局限性以及所面临的挑战主要有以下几点：(1)测量精度不够高。因为伽马射线测量技术需要满足窄束的条件这个前提，因此只能获取放射源及探头之间很小立体角内的混合物的成分，在此探测区间之外的部分却无能为力。这种用局部来替代整体的方法使得其测量结果对流体的整体均匀性有要求。因此也就相对降低了整体的测量精度。(2)空间对称性不好。由于多相流量计中的伽马射线窄束是锥形结构，在靠近放射源(锥顶)时其射线的空间密度很高即被频繁探测，而在靠近伽马射线接收端(锥底)时射线的密度变稀。因此即使锥形体内平均密度相同的油、气、水的混合物，如果其在锥形体的空间分布不同，其测量的平均密度也会不一样。(3)所要求的测量时间较长。为了减少上述(1)、(2)问题带来的测量误差，多相流计量需要平均很多次的瞬时测量结果，因此一个数据点所需要的测量时间较长。这种依赖于各态历经的统计平均来解决测量空间不对称性的问题，但是对于减少整体非均匀性的影响其效果并不理想。(4)在极端流量条件下，某单相流量的计量精度会大大降低。目前多相流计量技术基于对总流量和相分率的测量，然后通过运算得到各单相的流量率；当某一单相较少(单相相分率较低)时，则该相计量精度较差。(5)不能得到流体流态的流动特性。现有的伽马多相流计量都只能给出多相流的平均密度信息而没有其具体空间分布的位置信息。因此不能给出油、气和水在输油管内的空间分布信息即成像信息。

对输油管内的油、气和水的断层成像从而获得流体流态的动态特性是本发明的目的之一。流体的影像信息可以为石油天然气工业提供更丰富的计量信息，从而更有效地实施油藏管理和生产优化管理。断层像中的各单相流体的位置信息也可以减少上述吸收率计算中对于流型流态的空间分布的依赖性及在极端流量条件下计量精度问题。因此也会大大提高相分率的测量精度，这也是本发明的另外一个目的。由于该发明可以提高测量精度，因此相对于原有的测量精度，就等效于缩小了每一测试点的测量时间。

目前对于多相流的成像研究采用测量介质电学/ERT、光学/Optical、超声/Ultrasound、磁共振/MR等特性的技术，但都有各自的缺点，在多相流计量领域尚没有得到成功应用。本发明采用核医学中的伽马射线成像技术结合相关的图像处理技术以实现对输油管中多相流的断层成像。

发明内容

目前多相流量计在对非对称的流型流态或者多种流型流态同时并存时，其测量精度会大大降低。本发明的目的之一就是提高在对称性不好的流型流态下多相流量计的测量精度。