CN109655930A - 伽马射线探测系统及信号校准和混合介质相分率计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种伽马射线探测系统及信号校准和混合介质相分率计算方法，其包括探测组件、FPGA模块和单片机；探测组件中的流量计本体设置在流体管道外侧，位于流量计本体两侧分别设置有与流体管道连通的放射源安装腔和采集器安装腔；放射源安装腔的端部腔壁上位于轴心上设置有射线穿出孔，该射线穿出孔经第一密封垫密封；采集器安装腔的腔壁上设置有射线穿入孔，该射线穿入孔经第二密封垫密封；放射源安装腔内设置有伽马射线放射源，采集器安装腔内设置有伽马射线采集器；伽马射线放射源发出的伽马射线经第一密封垫、流体管道、第二密封垫后照射到伽马射线采集器上。本发明系统结构简单，快速实现偏移计算和偏移校正，最终检测曲线更精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田油、气、水三相流中含水率测量技术领域，特别是关于 一种伽马射线探测系统及探测信号快速校准和油气水混合介质的相分率计算方 法。
背景技术
近二十年来，随着数字化智能油田的开发，国内如大庆油田、长庆油田对测 量含水率的仪器仪表-含水仪提出了新的需求。含水仪朝着低成本、更安全、更智 能且能容忍一定自由气或溶解气的方向发展。目前市面上的含水仪通常分为两大 类，基于射线技术的含水仪和非射线技术含水仪：(1)射线技术含水仪通常基于 单能级伽马射线对管道中油、水混合物进行原子级别的测量，不受介质流型流态 及结蜡的影响，在油-水两相含水率全范围0-100％之间，其测量绝对误差基本在± 2％范围内，整体测量精度优于非射线技术含水仪。另外，射线技术仪表通常是非 接触测量，管道中无须布置插入件，对流体无阻挠，不受结蜡及流体中杂质影响， 具有更优的适用性。但射线因为其复杂的防护和安全环保要求以及可能潜在的危 险因素，使其在油田使用受到一定的限制，无法普遍采纳。(2)非射线技术含水 仪一般基于微波、红外线、电容电导等技术。该类技术优点是成本低廉，安全， 无射线辐射顾虑。但缺点也很明显，首先受限油水乳化、泡沫(油田开采过程中 无法消除的现象)影响；其次这类仪表往往需要接触测量介质，布置的探头、探 针等需伸入到管道内部，会阻挠流体，受结蜡影响，当流体中有杂质时，有时甚 至引起阻塞，从而使得测量失效。
在油田生产过程中，随着压力的波动，会有部分天然气从原油中释放出来， 以自由气的形态存在于流体中，形成油气水三相流。所以，无论是射线技术还是 非射线技术含水仪在测量油田单井含水率的过程中，实际是测量油气水三相流中 的含水率。当自由气非常少量时，气相以气泡存在，随着含量的增加，将会形成 连续气相。上述无论单能级射线含水仪还是非射线技术含水仪，均无法解决有气 相存在情况下的含水率测量。即便是气泡的存在对其精度影响也不容忽视，若气 相形成连续相，这两类含水仪将完全失效。目前，在测量密闭管道中的组分时， 有文献提到采用豁免原进行检测，但是在信号采集和信号处理过程中，容易受到 外部环境干扰，导致能谱图的位置及形状发生改变，以下称之为能谱偏移，进而 使同样介质状态下，检测精度低。
对于上述缺陷，现在采用的方案为：通过控制伽马传感器组件所处环境的温 度或者通过实时调整光电倍增管的高压以控制探测器输出稳定的能谱数据，但是 经过实践证明以上两种方案存在时间滞后，反映速度慢，影响测量精度的问题。 基于上述问题，有必要提出一种新的技术方案，来克服上述缺陷。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种伽马射线探测系统及探测信号快速 校准和油气水混合介质的相分率计算方法，其采用豁免源进行管道组分测量，在 不改变控制器计算速度的情况下，实现了信号快速处理和能谱位置实时判断的 功能，并通过对能谱位置的跟踪，对能谱取数范围进行实时快速调整。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种伽马射线探测系统，其包 括探测组件、FPGA模块和单片机；所述探测组件将探测到的流体管道中组份信息 传输至所述FPGA模块内，所述FPGA模块将接收到的组份信息传输至所述单片机， 并接收所述单片机反馈至的控制信号；所述探测组件包括流量计本体、伽马射线 放射源、伽马射线采集器、放射源安装腔、采集器安装腔、第一密封垫和第二密 封垫；所述流量计本体设置在所述流体管道外侧，位于所述流量计本体两侧分别 设置有与所述流体管道连通的所述放射源安装腔和采集器安装腔；所述放射源安 装腔的端部腔壁上位于轴心上设置有射线穿出孔，该射线穿出孔经所述第一密封 垫密封；所述采集器安装腔的腔壁上设置有射线穿入孔，该射线穿入孔经所述第 二密封垫密封；所述放射源安装腔内设置有所述伽马射线放射源，所述采集器安 装腔内设置有所述伽马射线采集器；所述伽马射线放射源发出的伽马射线经所述 第一密封垫、所述流体管道、所述第二密封垫后照射到所述伽马射线采集器上。
进一步，所述单片机内设置有数模转换模块和控制器；所述伽马射线放射源 发出的伽马射线穿过所述流体管道后照射到所述伽马射线采集器上，所述伽马射 线采集器经所述FPGA模块与所述数模转换模块连接，所述数模转换模块与所述控 制器连接，所述控制器与上位机连接。
一种基于上述探测系统的伽马射线探测信号快速校准方法，其包括以下步骤：S1：初始化；控制器启动后向探测组件供电，使其正常工作；并设定稳峰采集周 期、稳峰采集起点、能谱采集周期、能谱采集起点和标准能谱；S2：控制器根据 稳峰采集周期、稳峰采集起点以及FPGA模块读取的探测信号，判断探测信号是否 处于稳峰状态；若是，进入步骤S3；否则进入下一稳峰采集区段，返回步骤S2； S3：控制器发送读取命令，根据能谱采集周期、能谱采集起点从探测信号获取对 应的能谱数据；并采集任意连续两个能谱采集地址间的脉冲累计计数；S4：控制 器将获取的能谱数据发送至上位机，并绘制得到能谱图，对能谱道数进行编号； S5：控制器根据绘制的能谱图与标准能谱作对比，若一致，则输出该能谱图对应 的能谱数据；否则进入步骤S6；S6：控制器对能谱图进行卷积计算，并结合标准 能谱计算能谱偏移量；S7：根据能谱偏移量对能谱图进行偏移校正，返回步骤S5。
进一步，所述步骤S2中判断是否进入稳峰状态的具体步骤为：S21：控制器 读取探测信号，并根据稳峰采集周期、稳峰采集起点得到稳峰判定区段；S22：设 定稳峰判定区段任意时间点作为对称中心点，分别获取该对称中心点前后N个脉 冲波峰对应位置；S23：对比该对称中心点前后N个脉冲以及N个脉冲波峰对应位 置的对称比例：若对称比例大于预先设定的对称比例，则判定进入稳峰状态；否 则，返回设定下一稳峰采集周期时间点为稳峰采集起点后，返回步骤S22。
进一步，所述步骤S6中，控制器对能谱图进行卷积计算，并结合标准能谱计 算能谱偏移量的具体步骤为：S61：控制器根据能谱采集周期、能谱采集起点任意 获取一段X字的能谱作为待检测能谱；并设定Y＝1；S62：从标准能谱中任意选择 连续的x字的标准能谱，得到第一能谱；根据能谱采集起点，从待检测能谱中任 意选择连续的x字的待检测能谱，得到第二能谱；S63：对第一能谱、第二能谱中 所有的波峰对应时刻分别编号；S64：将第一能谱、第二能谱编号相同所对应的峰 值一一对应相乘后累加，得到第Y次累加值；S65：判断Y是否等于Z，若等于则 进入步骤S66；否则，将能谱采集起点向后移动一个字，并设定Y＝Y+1后返回步骤 S62；S66：比较Z次累加值的大小，其中累加值最大所对应的第二能谱所对应的最大峰位与标准能谱最大峰位的差值，即为能谱偏移量。
进一步，所述能谱偏移量由卷积计算公式计算得到累加值最大值，在算得累 加值最大值时读取能谱的峰位值，其中标准能谱为初始阶段写入的能谱，然后由 卷积计算的最大值时的峰位值减去标准能谱的峰位值，即为峰位偏移量。
进一步，所述峰位偏移量d为：d＝pM(max)-pB，其中，d为峰位偏移量， pM(max)为累加值M(Y)算得最大值时读取的峰位值，pB为标准能谱的峰位值。
进一步，所述步骤S6中，根据能谱偏移量对能谱图进行偏移校正的公式为：
式中，H为校正后能谱道数；h为原设定能谱道数；d为能谱偏移量；p为峰 位道数。
一种基于上述探测系统的油气水混合介质的相分率计算方法，其包括以下步 骤：SA1：采集伽马射线放射源的三个能级，并按照由小到大的顺序分成： E1、E2、E3；SA2：测量流体管道中流体水矿化度，得到测定水矿化度；若测定水 矿化度高于预先设定水矿化度；则选择E2、E3；令E2为第一能级e1；E3为第二能 级e2；进入步骤SA3；若测定水矿化度低于预先设定水矿化度；则选择E1、E2； 令E1为第一能级e1；E2为第二能级e2；进入步骤SA3；SA3：分别向流体管道内通 入标准油气水混合介质，并采用第一能级e1、第二能级e2对流体管道进行标定， 得到第一能级油的线性吸收系数μoil(e1)、第二能级油的线性吸收系数μoil(e2)、第一能级气的线性吸收系数μgas(e1)、第二能级气的线性吸收系数μgas(e2)、第一能级水 的线性吸收系数μwater(e1)以及第二能级水的线性吸收系数μwater(e2)；向流体管道内 通入无水空气，经校准后，得到第一能级射线穿过空管时的计数率N0(e1)以及第二 能级射线穿过空管时的计数率N0(e2)；SA4：向流体管道内通入待检测油气水混合 介质，经校准后，得到第一能级射线穿过油气水混合介质管时的计数率Nx(e1)以 及第二能级射线穿过空管时的计数率Nx(e2)；SA5：结合步骤SA3和步骤SA4的 数据以及计数率公式组计算得到持油率α1、含气率α2和持水率α3。
进一步，所述计数率公式组为：
α1+α2+α3＝1；
其中，当i＝1,2,3；α1为持油率；α2为含气率；α3为持水率；
μ1(e1)＝μoil(e1)；μ1(e2)＝μoil(e2)；
μ2(e1)＝μgas(e1)；μ2(e2)＝μgas(e2)；
μ3(e1)＝μwater(e1)；μ3(e2)＝μwater(e2)；
D为流体管道直径。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用FPGA和单 片机为核心，控制实现数据采集和能谱绘制，并结合校正方法，实现发生偏移的 能谱曲线进行分区识别、选择，得到最终能谱偏移值。2、本发明结合计算得到的 能谱偏移量，实现能谱校准，速度快；排出外界干扰，最终检测曲线更精确，有 利于提高管道组分检测精度。3、本发明根据校准信号对管道内的油气水混合介质 的相分率进行计算。综上，本发明系统结构简单，能快速实现偏移计算和偏移校 正，排出外界干扰，最终检测曲线更精确，有利于提高管道组分检测精度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明流量计安装结构示意图；
图3是本发明的探测信号快速校准流程图；
图4是本发明的稳峰状态判断流程图；
图5是本发明的能谱偏移量计算流程图；
图6是本发明的标准能谱和待检测能谱曲线对比图；
图7是油气水混合介质持油率、含气率、持水率计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明提供一种伽马射线探测系统，其包括探测组件1、 FPGA模块2和单片机3；探测组件1将探测到的流体管道4中组份信息传输至FPGA 模块2内，FPGA模块2将接收到的组份信息传输至单片机3，并接收单片机3反 馈至的控制信号。
在一个优选的实施例中，如图2所示，探测组件1包括流量计本体11、放射 源安装腔12、采集器安装腔13、第一密封垫14、第二密封垫15、伽马射线放射 源16和伽马射线采集器17。流量计本体11设置在流体管道4外侧，位于流量计 本体11两侧分别设置有与流体管道4连通的放射源安装腔12和采集器安装腔13。 放射源安装腔12的端部腔壁上位于轴心上设置有射线穿出孔，该射线穿出孔经第 一密封垫14密封；采集器安装腔13腔壁上设置有射线穿入孔，该射线穿入孔经 第二密封垫15密封。放射源安装腔12内设置有伽马射线放射源16，采集器安装 腔13内设置有伽马射线采集器17；伽马射线放射源16发出的伽马射线经第一密 封垫14、流体管道4、第二密封垫15后照射到伽马射线采集器17上。
上述实施例中，第一密封垫14和第二密封垫15均采用聚合物密封垫。聚合 物密封垫对伽马射线吸收少，伽马射线衰减更少，保证了伽马射线穿透率，伽马 射线的更多的衰减由流体管道4内的流体引起，从而使整个检测过程更加精确。
上述实施例中，在放射源安装腔12外部罩设有防护罩，防护罩通过防护罩连 接螺栓固定在流量计本体11上。在流量计本体11的外壁围绕放射源安装腔12还 设置有一圈第一密封环，在防护罩上对应该第一密封环设置有第二密封环；第一 密封环和第二密封环对接形成防护罩环形密封腔室，该防护罩环形密封腔室内设 有防护罩密封圈，防护罩连接螺栓位于防护罩密封圈外围。
上述实施例中，伽马射线采集器17上设置有连接法兰，该连接法兰罩设在采 集器安装腔13外，连接法兰通过法兰连接螺栓固定在流量计本体11上；伽马射 线采集器17的探头穿过该连接法兰后伸入采集器安装腔13内。在流量计本体11 的外壁围绕采集器安装腔13设有一圈第三密封环槽，连接法兰上对应该第三密封 环槽设有第四密封环槽，第三密封环槽和第四密封环槽对接形成法兰环形密封腔 室，该法兰环形密封腔室内设有法兰密封圈，法兰连接螺栓位于法兰密封圈外围。
上述实施例中，放射源安装腔12采用圆柱体，射线穿出孔的端面为一个斜角 为45°的斜面，斜面上附有金属靶片。位于该斜面对面设置有准直器，固定安装 在放射源安装腔12上。
上述实施例中，伽马射线采集器17采用闪烁晶体伽马射线采集器。
在一个优选的实施例中，如图1所示，单片机3内设置有数模转换模块31和 控制器32。伽马射线放射源16发出的伽马射线穿过流体管道4后照射到伽马射线 采集器17上，伽马射线采集器17经FPGA模块2与单片机3内的数模转换模块31 连接，数模转换模块31与控制器32连接，控制器32与上位机5连接。
上述实施例中，数模转换模块31为12位高速模数转换器；FPGA模块2以20M 时钟控制数模转换模块31工作，从而实现对流量计本体传输过来的脉冲信号进行 采集。
上述实施例中，控制器32内还设置有存储器。
基于上述探测系统，本发明还提供一种伽马射线探测信号快速校准方法，如 图3所示，其包括以下步骤：
S1：初始化；控制器32启动后向探测组件1供电，使其正常工作；并设定稳 峰采集周期、稳峰采集起点、能谱采集周期、能谱采集起点和标准能谱；
在本实施例中，稳峰采集周期时间为5秒。
S2：控制器32根据稳峰采集周期、稳峰采集起点以及FPGA模块2读取的探 测信号，判断探测信号是否处于稳峰状态；若是，进入步骤S3；否则进入下一稳 峰采集区段，返回步骤S2；
如图4所示，步骤S2中判断是否进入稳峰状态的具体步骤为：
S21：控制器32读取探测信号，并根据稳峰采集周期、稳峰采集起点得到稳 峰判定区段；
S22：设定稳峰判定区段任意时间点作为对称中心点，分别获取该对称中心点 前后N个脉冲波峰对应位置；在本实施例中，N＝30。
S23：对比该对称中心点前后N个脉冲以及N个脉冲波峰对应位置的对称比例： 若对称比例大于预先设定的对称比例，则判定进入稳峰状态；否则，返回设定下 一稳峰采集周期时间点为稳峰采集起点后，返回步骤S22。
在本实施例中，预设定对称比例为95％。
由于检测初期，由于系统稳定性差，还处于调试检测阶段，采集的数据不能 判断是否属于正常采集的数据，通过上述方法，对系统采集的数据稳定性进行了 判别，从而删除不可用数据，保证成分检测过程中的精度，降低干扰。
S3：控制器32发送读取命令，根据能谱采集周期、能谱采集起点从探测信号 获取对应的能谱数据；并采集任意连续两个能谱采集地址间的脉冲累计计数；
在获取能谱数据时，控制器32会周期性发送不同命令通过SPI给FPGA模块2。
S4：控制器32将获取的能谱数据发送至上位机5，并绘制得到能谱图，对能 谱道数进行编号；
在本实施例中，FPGA模块2采集后存储512个地址的累加数据能谱数据会通 过SPI通讯通道传输给控制器。
S5：控制器32根据绘制的能谱图与标准能谱作对比，若一致，则输出该能谱 图对应的能谱数据；否则进入步骤S6；
S6：控制器32对能谱图进行卷积计算，并结合标准能谱计算能谱偏移量；
如图5所示，在步骤S6中，控制器32对能谱图进行卷积计算，并结合标准 能谱计算能谱偏移量的具体步骤为：
S61：控制器32根据能谱采集周期、能谱采集起点任意获取一段X字的能谱 作为待检测能谱；并设定Y＝1；本实施例中，X＝300。
S62：从标准能谱中任意选择连续的x字的标准能谱，得到第一能谱；根据能 谱采集起点，从待检测能谱中任意选择连续的x字的待检测能谱，得到第二能谱； x＝200。
S63：对第一能谱、第二能谱中所有的波峰对应时刻分别编号；
S64：将第一能谱、第二能谱编号相同所对应的峰值一一对应相乘后累加，得 到第Y次累加值；
S65：判断Y是否等于Z，若等于则进入步骤S66；否则，将能谱采集起点向 后移动一个字，并设定Y＝Y+1后返回步骤S62；
在本实施例中，Z＝100。Z为最大累加次数。
S66：比较Z次累加值的大小，其中累加值最大所对应的第二能谱所对应的最 大峰位与标准能谱最大峰位的差值，即为能谱偏移量。
卷积计算公式具体公式为：
其中，B为标准能谱，R为待检测能谱，M(Y)为累加值。
能谱偏移量：
由上述卷积计算公式可计算得到累加值最大值，在算得累加值最大值时读取 能谱的峰位值，其中标准能谱为初始阶段写入的能谱，然后由卷积计算的最大值 时的峰位值减去标准能谱的峰位值，即为峰位偏移量d，计算公式如下：
d＝pM(max)-pB，
其中，d为峰位偏移量，pM(max)为累加值M(Y)算得最大值时读取的峰位值， pB为标准能谱的峰位值。
通过上述步骤，采用卷积计算，从多个区间段中，计算和选择，得到最准确 的能谱偏移值。便于后期对偏移进行校对时，进行计算，使最终得到的能谱是最 准确的。
S7：根据能谱偏移量对能谱图进行偏移校正，返回步骤S5。
在步骤S7中，根据该能谱偏移量对能谱图进行偏移校正的公式为：
式中，H为校正后能谱道数；h为原设定能谱道数；d为能谱偏移量；p为峰 位道数。
如图6所示，虚线能谱为实时能谱，实线能谱设定标准能谱。d值为-25～25 之间的任意值，根据峰位偏移量在绝对值达到25之前的拉伸公式调节能窗。假设 d＝-5，设定能窗道数为h＝410，实际能窗道数为p＝390，最后根据拉伸公式计算得 新能谱道数为H＝405，然后新能谱靠近设定道数。
根据上述步骤在峰位偏移量25道内将实时能谱峰位拉伸至设定峰位，从而实 现稳峰状态。
通过上述方法，能实现管道数据采集，并对采集的数据进行筛选，实现稳定 信号获取，并对温度等环境因素造成的能谱偏移进行计算。同时，对已经发生偏 移的能谱进行校正，使获得的能谱数据误差小，可靠性高。
基于上述探测系统，本发明还提供一种伽马射线探测系统的油气水混合介质 的相分率计算方法，如图7所示，具体步骤为：
SA1：采集伽马射线放射源16的三个能级，并按照由小到大的顺序分成：E1、E2、E3；
SA2：测量流体管道4中流体水矿化度，得到测定水矿化度；
若测定水矿化度高于预先设定水矿化度；则选择E2、E3；令E2为第一能级e1； E3为第二能级e2；进入步骤SA3；
若测定水矿化度低于预先设定水矿化度；则选择E1、E2；令E1为第一能级e1； E2为第二能级e2；进入步骤SA3；
SA3：分别向流体管道4内通入标准油气水混合介质，并采用第一能级e1、第 二能级e2对流体管道4进行标定，得到第一能级油的线性吸收系数μoil(e1)、第二 能级油的线性吸收系数μoil(e2)、第一能级气的线性吸收系数μgas(e1)、第二能级气 的线性吸收系数μgas(e2)、第一能级水的线性吸收系数μwater(e1)以及第二能级水的线 性吸收系数μwater(e2)；
向流体管道4内通入无水空气，经校准后，得到第一能级射线穿过空管时的 计数率N0(e1)以及第二能级射线穿过空管时的计数率N0(e2)；
SA4：向流体管道4内通入待检测油气水混合介质，经校准后，得到第一能级 射线穿过油气水混合介质管时的计数率Nx(e1)以及第二能级射线穿过空管时的 计数率Nx(e2)；
SA5：结合步骤SA3和步骤SA4的数据以及计数率公式组计算得到持油率α1、 含气率α2和持水率α3；
计数率公式组为：
α1+α2+α3＝1；
其中，当i＝1,2,3；α1为持油率；α2为含气率；α3为持水率；
μ1(e1)＝μoil(e1)；μ1(e2)＝μoil(e2)；
μ2(e1)＝μgas(e1)；μ2(e2)＝μgas(e2)；
μ3(e1)＝μwater(e1)；μ3(e2)＝μwater(e2)；
D为流体管道4直径。
在本实施例中，伽马射线放射源16为133Ba豁免放射源；该133Ba豁免放射源 包括三个能级，其中，E1＝31keV；E2＝81keV；E3＝356keV。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及步骤都 是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件 及步骤进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种伽马射线探测系统，其特征在于：包括探测组件、FPGA模块和单片机；所述探测组件将探测到的流体管道中组份信息传输至所述FPGA模块内，所述FPGA模块将接收到的组份信息传输至所述单片机，并接收所述单片机反馈至的控制信号；
所述探测组件包括流量计本体、伽马射线放射源、伽马射线采集器、放射源安装腔、采集器安装腔、第一密封垫和第二密封垫；所述流量计本体设置在所述流体管道外侧，位于所述流量计本体两侧分别设置有与所述流体管道连通的所述放射源安装腔和采集器安装腔；所述放射源安装腔的端部腔壁上位于轴心上设置有射线穿出孔，该射线穿出孔经所述第一密封垫密封；所述采集器安装腔的腔壁上设置有射线穿入孔，该射线穿入孔经所述第二密封垫密封；所述放射源安装腔内设置有所述伽马射线放射源，所述采集器安装腔内设置有所述伽马射线采集器；所述伽马射线放射源发出的伽马射线经所述第一密封垫、所述流体管道、所述第二密封垫后照射到所述伽马射线采集器上。
2.如权利要求1所述探测系统，其特征在于：所述单片机内设置有数模转换模块和控制器；所述伽马射线放射源发出的伽马射线穿过所述流体管道后照射到所述伽马射线采集器上，所述伽马射线采集器经所述FPGA模块与所述数模转换模块连接，所述数模转换模块与所述控制器连接，所述控制器与上位机连接。
3.一种基于如权利要求2所述探测系统的伽马射线探测信号快速校准方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：初始化；控制器启动后向探测组件供电，使其正常工作；并设定稳峰采集周期、稳峰采集起点、能谱采集周期、能谱采集起点和标准能谱；
S2：控制器根据稳峰采集周期、稳峰采集起点以及FPGA模块读取的探测信号，判断探测信号是否处于稳峰状态；若是，进入步骤S3；否则进入下一稳峰采集区段，返回步骤S2；
S3：控制器发送读取命令，根据能谱采集周期、能谱采集起点从探测信号获取对应的能谱数据；并采集任意连续两个能谱采集地址间的脉冲累计计数；
S4：控制器将获取的能谱数据发送至上位机，并绘制得到能谱图，对能谱道数进行编号；
S5：控制器根据绘制的能谱图与标准能谱作对比，若一致，则输出该能谱图对应的能谱数据；否则进入步骤S6；
S6：控制器对能谱图进行卷积计算，并结合标准能谱计算能谱偏移量；
S7：根据能谱偏移量对能谱图进行偏移校正，返回步骤S5。
4.如权利要求3所述校准方法，其特征在于：所述步骤S2中判断是否进入稳峰状态的具体步骤为：
S21：控制器读取探测信号，并根据稳峰采集周期、稳峰采集起点得到稳峰判定区段；
S22：设定稳峰判定区段任意时间点作为对称中心点，分别获取该对称中心点前后N个脉冲波峰对应位置；
S23：对比该对称中心点前后N个脉冲以及N个脉冲波峰对应位置的对称比例：若对称比例大于预先设定的对称比例，则判定进入稳峰状态；否则，返回设定下一稳峰采集周期时间点为稳峰采集起点后，返回步骤S22。
5.如权利要求1所述校准方法，其特征在于：所述步骤S6中，控制器对能谱图进行卷积计算，并结合标准能谱计算能谱偏移量的具体步骤为：
S61：控制器根据能谱采集周期、能谱采集起点任意获取一段X字的能谱作为待检测能谱；并设定Y＝1；
S62：从标准能谱中任意选择连续的x字的标准能谱，得到第一能谱；根据能谱采集起点，从待检测能谱中任意选择连续的x字的待检测能谱，得到第二能谱；
S63：对第一能谱、第二能谱中所有的波峰对应时刻分别编号；
S64：将第一能谱、第二能谱编号相同所对应的峰值一一对应相乘后累加，得到第Y次累加值；
S65：判断Y是否等于Z，若等于则进入步骤S66；否则，将能谱采集起点向后移动一个字，并设定Y＝Y+1后返回步骤S62；
S66：比较Z次累加值的大小，其中累加值最大所对应的第二能谱所对应的最大峰位与标准能谱最大峰位的差值，即为能谱偏移量。
6.如权利要求5所述校准方法，其特征在于：所述能谱偏移量由卷积计算公式计算得到累加值最大值，在算得累加值最大值时读取能谱的峰位值，其中标准能谱为初始阶段写入的能谱，然后由卷积计算的最大值时的峰位值减去标准能谱的峰位值，即为峰位偏移量。
7.如权利要求6所述校准方法，其特征在于：所述峰位偏移量d为：
d＝pM(max)-pB，
其中，d为峰位偏移量，pM(max)为累加值M(Y)算得最大值时读取的峰位值，pB为标准能谱的峰位值。
8.如权利要求1所述校准方法，其特征在于：所述步骤S6中，根据能谱偏移量对能谱图进行偏移校正的公式为：
式中，H为校正后能谱道数；h为原设定能谱道数；d为能谱偏移量；p为峰位道数。
9.一种基于如权利要求2所述探测系统的油气水混合介质的相分率计算方法，其特征在于包括以下步骤：
SA1：采集伽马射线放射源的三个能级，并按照由小到大的顺序分成：E1、E2、E3；
SA2：测量流体管道中流体水矿化度，得到测定水矿化度；
若测定水矿化度高于预先设定水矿化度；则选择E2、E3；令E2为第一能级e1；E3为第二能级e2；进入步骤SA3；
若测定水矿化度低于预先设定水矿化度；则选择E1、E2；令E1为第一能级e1；E2为第二能级e2；进入步骤SA3；
SA3：分别向流体管道内通入标准油气水混合介质，并采用第一能级e1、第二能级e2对流体管道进行标定，得到第一能级油的线性吸收系数μoil(e1)、第二能级油的线性吸收系数μoil(e2)、第一能级气的线性吸收系数μgas(e1)、第二能级气的线性吸收系数μgas(e2)、第一能级水的线性吸收系数μwater(e1)以及第二能级水的线性吸收系数μwater(e2)；
向流体管道内通入无水空气，经校准后，得到第一能级射线穿过空管时的计数率N0(e1)以及第二能级射线穿过空管时的计数率N0(e2)；
SA4：向流体管道内通入待检测油气水混合介质，经校准后，得到第一能级射线穿过油气水混合介质管时的计数率Nx(e1)以及第二能级射线穿过空管时的计数率Nx(e2)；
SA5：结合步骤SA3和步骤SA4的数据以及计数率公式组计算得到持油率α1、含气率α2和持水率α3。
10.如权利要求9所述相分率计算方法，其特征在于：所述计数率公式组为：
α1+α2+α3＝1；
其中，当i＝1,2,3；α1为持油率；α2为含气率；α3为持水率；
μ1(e1)＝μoil(e1)；μ1(e2)＝μoil(e2)；
μ2(e1)＝μgas(e1)；μ2(e2)＝μgas(e2)；
μ3(e1)＝μwater(e1)；μ3(e2)＝μwater(e2)；
D为流体管道直径。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230146177A1 (en) * | 2021-10-29 | 2023-05-11 | Haimo Subsea Technology (Shanghai) Co., Ltd. | Ray transceiving system of underwater flowmeter and deduction metering method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103852475A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-06-11 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 一种基于伽马射线的多道测钾仪 |
| US20160024914A1 (en) * | 2014-07-23 | 2016-01-28 | Schlumberger Technology Corporation | Monitoring matrix acidizing operations |
| CN105569640A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-05-11 | 北京石大开元石油技术有限公司 | 示踪相关流量测井法 |
| US20160186554A1 (en) * | 2013-05-24 | 2016-06-30 | Schlumberger Technology Corporation | Production Logging Multi-Lateral Wells |
| CN105890689A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-08-24 | 无锡洋湃科技有限公司 | 一种测量湿气中气油水三相质量流量的测量装置及测量方法 |
| CN205785377U (zh) * | 2016-05-30 | 2016-12-07 | 无锡洋湃科技有限公司 | 一种测量湿气中气油水三相质量流量的测量装置 |
| CN209296943U (zh) * | 2019-01-15 | 2019-08-23 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种伽马射线探测系统 |
-
2019
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160186554A1 (en) * | 2013-05-24 | 2016-06-30 | Schlumberger Technology Corporation | Production Logging Multi-Lateral Wells |
| CN103852475A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-06-11 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 一种基于伽马射线的多道测钾仪 |
| US20160024914A1 (en) * | 2014-07-23 | 2016-01-28 | Schlumberger Technology Corporation | Monitoring matrix acidizing operations |
| CN105569640A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-05-11 | 北京石大开元石油技术有限公司 | 示踪相关流量测井法 |
| CN105890689A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-08-24 | 无锡洋湃科技有限公司 | 一种测量湿气中气油水三相质量流量的测量装置及测量方法 |
| CN205785377U (zh) * | 2016-05-30 | 2016-12-07 | 无锡洋湃科技有限公司 | 一种测量湿气中气油水三相质量流量的测量装置 |
| CN209296943U (zh) * | 2019-01-15 | 2019-08-23 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种伽马射线探测系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230146177A1 (en) * | 2021-10-29 | 2023-05-11 | Haimo Subsea Technology (Shanghai) Co., Ltd. | Ray transceiving system of underwater flowmeter and deduction metering method |
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