γ射线测量原油含水、含气率的蒙特卡罗方法研究

摘要

新开采出的原油是含水、含气的混合物。在原油的开采和销售过程中都需要测量原油的含水、含气率。测量原油含水、含气率的方法很多，用γ射线来测量是其中重要的一种方法。本文介绍了两种用γ射线来测量原油含水、含气率的方法-透射散射法和双能透射法，并运用MCNP分别模拟了两种方法的实际测量过程，验证了这两种方法的可行性，为相关仪表的研制提供理论参考。
　　 本文首先介绍了蒙特卡罗方法和基于蒙特卡罗方法的用通用软件MCNP。蒙特卡罗方法，即随机模拟方法，是用计算机模拟随机现象，通过仿真试验，得到实验数据，再进行分析推断，得到某些现象的规律或某些问题的求解的方法。MCNP(MonteCarlo N-Particle Transport Code)是基于蒙特卡罗方法的用于计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子、光子、电子输运问题的通用软件包。
　　 然后，本文介绍了用γ射线来测量原油含水、含气率的核物理基础，即γ射线与物质的相互作用规律及在MCNP中的输运处理。这里主要阐述了光电效应、康普顿效应、电子对效应和γ射线在物质中的吸收规律，并分析了它们在MCNP中是怎样处理的。
　　 接着，本文阐述了用γ射线透射散射法测量原油含水、含气率的原理，并通过MCNP模拟计算验证了此方法的可行性。这里我们得到了原油含水、含气率关于γ射线水平方向透射计数和垂直方向散射计数的函数关系式。
　　 最后，本文阐述了用γ射线双能透射法测量原油含水、含气率的原理，并通过MCNP模拟计算验证了此方法的可行性。同时我们得到了原油含水、含气率关于两种能量γ射线透射计数的函数关系式。