автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система для контроля дренирования многофазных сред на установках подготовки нефти

На правах рукописи

Баталов Вячеслав Сергеевич

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДРЕНИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД НА УСТАНОВКАХ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ

Специальность:

05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа - 2008

003453661

Работа выполнена экономики и сервиса»

в ГОУ ВПО «Уфимской государственной академии

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники Республики Башкортостан, доктор технических наук, профессор Ураксеев Марат Абдуллович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Исмагилов Флюр Рашитович

доктор технических наук, профессор Баширов Мусса Гумерович

Ведущее предприятие: ОАО Башкирское специальное конструкторское бюро «Нефтехимавтоматика», г. Уфа

Защита диссертации состоится 11 декабря 2008 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а, конференц-зал

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета Автореферат разослан 10 ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, к.т.н. Щербинина О В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Возросшие требования к качеству управления технологическими процессами и о&ьектами в различных отраслях промышленности диктуют необходимость широкого внедрения информационно-измерительных систем, в которых информация о контролируемых физических величинах получается с помощью первичных измерительных преобразователей. В плане развития нефтегазового комплекса автоматизация процессов сбора, подготовки и транспортировки нефти связана с совершенствованием средств измерительной техники и технологий. Такое направление развития объектов нефтепромысла позволяет повысить выпуск высококачественной нефтяной продукции при увеличении ее количественных показателей.

Проблема предварительной и полной очистки нефти зависит не только от совершенствования технологического оборудования установки подготовки нефти (УПН), но и от качества функционирования информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС), которая должна обладать высокими показателями точности, информативности и надежности. На УПН и узлах учета нефти широко используются датчики температуры, давления, расхода, влажности, плотности и других физических величин в системе дренирования многофазных сред (СДМС). Такие средства измерений функционируют в нормальных условиях исследуемой среды (до 80 °С) и реализуются на основе резистивных (РСД), индуктивных (ИСД) и емкостных (ЕСД) сопротивлений датчиков. ^

Условия исследований динамических уровней расслаиваемых многофазных нефтяных смесей в отстойном аппарате УПН характеризуются механическими воздействиями в виде вибраций при переключениях задвижек на входных и выходных коллекторах, а также агрессивностью исследуемой среды. При исследованиях высокотемпературных нефтяных смесей (от 80 °С до 100 °С и выше) в промежуточных стадиях подготовки нефти путем ее термообработки указанные условия значительно усугубляются.

Кроме того, высокие давления исследуемой среды (до 2,0-5,0 мПа и выше) обуславливают использование в многоканальных телеизмерительных системах (МТИС) одножильного бронированного кабеля в качестве линии связи (ЛС). Применение такого кабеля связано также с необходимостью выполнения им силовых функций во время протяжки приборов по высоте отстойного аппарата УПН.

В связи с этим датчики параметров дренирования должны обладать повышенной надежностью, устойчивостью к механическим воздействиям, термоустойчивостью, малопроводностью, малыми габаритными размерами конструкции приборов в передающей части МТИС, высокой информативностью и обеспечением инвариантности по отношению к влияющим факторам.

Известные датчики не отвечают комплексу вышеизложенных требований. В области создания термостойких ИИУС наиболее перспективны резистивные, индуктивные и емкостные датчики, обеспечивающие преобразование одной из физических величин температуры, давления, вязкости или плотности среды в электрический сигнал.

Условия многофазности и многокомпонентности среды выдвигают требования по созданию датчиков на основе многофункциональных способов преобразования. Относительная погрешность преобразования известных датчиков в диапазоне от 100 °С и выше достигает 5-10 %. Все это обуславливает необходимость поиска новых методов построения датчиков с относительной погрешностью не более 1%, инвариантных к влиянию комплекса неинформативных факторов. В связи с этим задача теоретического исследования и разработки ИИУС с комплексом резисгивных, индуктивных и емкостных датчиков является актуальной.

Цель работы:

Создание и исследование информационно-измерительной системы с улучшенными характеристиками (повышенными значениями надежности и информативности) для автоматизации контроля параметров дренирования многофазных сред на установках подготовки нефти.

Задачи:

1. Провести анализ существующих способов и средств измерения комплекса физических величин для оперативных исследований дренируемых параметров нефтяных смесей на УПН нефтепромысла и выработки управляющих воздействий при автоматизации его функционирования.

2. Разработать резистивные, индуктивные и емкостные датчики для ИИУС, обеспечивающие:

а) инвариантность по отношению к электрическим помехам в условиях реализации принципа многоканальности;

б) инвариантность по отношению к влияющим факторам окружающей среды, которые уточнены в новом методе исследований дренируемых параметров;

в) повышение надежности и термоустойчивости передающих частей ИИУС;

г) реализуемость метода многофункциональности измерений в составе МТИС с цифровым КС при использовании одножильного бронированного кабеля в качестве линии связи;

д) выполнение совмещенных режимов измерений, управлений и сигнализации.

3. Проанализировать детерминированные и вероятностные характеристики погрешности результата в измерительных каналах с разными типами датчиков, а также динамические погрешности при установившихся и переходных процессах в линиях связи ИИУС.

4. Выявить быстродействие и информативность действующего технологического процесса и системы.

5. Создать модули ИИУС в лабораторных условиях, провести их экспериментальные исследования с обеспечением гибкого сопряжения в общей структуре корпоративной системы.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе:

1. Систематизированы принципы построения ИИУС и дан их анализ, позволяющий создавать унифицированные модули с заданными свойствами и совмещенными режимами измерения, управления и сигнализации.

2. Разработан способ одновременного преобразования и приемо-передачи сигналов для разных датчиков в составе ИИУС, позволяющий повысить точность измерений параметров многофазных сред.

3. Развиты и обоснованы с позиций принципа инвариантности методы многофункционального и многоканального преобразования сигналов резистивных, индуктивных и емкостных датчиков, когда КП формируются изменением параметров двухполюсников и дополняются КП образцовых мер.

4. Предложены аналоговые и цифровые способы организации КП в ИИУС с двухпроводной ЛС, инвариантность которых достигается с введением КП образцовых мер при адресации и временной привязке первичных и промежуточных процессов преобразования.

5. Разработаны методики проектирования цифровых и аналоговых датчиков в составе интегрируемых модулей ИИУС, позволяющие повысить их надежность и информативность в системе дренирования многофазных сред.

6. Разработана системная модель процесса дренирования многофазных сред и принципы построения на ее основе многосвязных СДМС, определяющие структуру корпоративной системы нефтепромысла.

На защиту выносятся:

1. Систематизация принципов построения модульных структур ИИУС с разными способами одновременного измерения дренируемых параметров многофазных сред с использованием резистивных, индуктивных и емкостных датчиков.

2. Структуры МТИС с двухпроводной ЛС при разных способах комплексирования аналоговых и цифровых КП.

3. Исследования условий достижения инвариантности преобразования сигналов датчиков по отношению к влияющим факторам.

4. Методы повышения точности КП в ИИУС.

5. Реализация экспериментальных исследований и основ проектирования унифицированных модулей ИИУС в составе корпоративных систем.

Практическая ценность.

1. Разработаны принципиальные электрические схемы унифицированных модулей ИИУС, позволяющих реализовать в своем составе аналоговые и цифровые МТИС с двухпроводной ЛС.

2. Предложены оригинальные конструкции многофункциональных датчиков в составе МТИС с цифровым КС, имеющие повышенные значения точности, надежности и помехоустойчивости.

3. Разработана методика проектирования термостойких датчиков (до 300 °С) на основе резистивных, индуктивных и емкостных элементов.

4. Выявлена возможность обоснованного выбора числа датчиков на УПН, а также количества каналов МТИС.

5. Предложена схема интеграции модулей ИИУС в единую корпоративную систему для одновременной эксплуатации всех имеющихся объектов дренирования на нефтепромысле.

В процессе проведенных исследований и разработок получены патенты на изобретения. Основные результаты диссертационной работы в виде сравнительного анализа существующих средств измерения параметров СДМС, принципов построения ИИУС, основных рабочих характеристик, характеристик погрешностей и методики проектирования внедрены в ЦХМН УНЦ РАН (г. Уфа), а также в ООО «Теплый стан», (г. Уфа).

Принципы построения и методика проектирования ИИУС внедрены в учебный процесс при чтении лекций по различным дисциплинам, курсовом и дипломном проектировании в Уфимской государственной академии экономике и сервиса.

Методы исследования основаны на применении: теории электрических цепей и информационно-измерительных систем, методов математического моделирования, а также тестового и функционального контроля для систем управления и измерительной техники, теории дифференциальных уравнений и методов статистической обработки результатов измерений, теории погрешности и помехоустойчивости. При выполнении исследований широко использовались пакеты программных систем Statistika, Компас, MatLab, Sigma Plot и др.

Основные теоретические положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях на этапах разработки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на III Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование», (г. Томск, 2004 год); Всероссийской научно-методической конференции «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике». (г.Уфа, 2007 год); Международной научно-практической конференции «Химия и химическая технология, экология сервиса» (г. Уфа, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК, а также 1 патент и 3 положительных решения на изобретения.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, и приложений. Основная часть диссертации изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертационной работе обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследований, приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечается их новизна, практическая и теоретическая значимость. Приводятся сведения о внедрении результатов работы и публикациях.

В первой главе проведен аналитический обзор существующих видов ИИУС, используемых на технологических объектах нефтеизвлечения, сбора, подготовки и транспортировки нефти. Показано, что в системном комплексе сбора и подготовки нефти можно использовать составные классы ИИС в виде измерительных систем

(ИС), как подсистем низшей иерархии в реализации систем технической диагностики (СТД ), автоматического контроля и многоканальных телеизмерительных систем (МГОС).

Установлено, что основные виды ИС (многоканальные, многоточечные, мультиплицированные и многомерные) накладывают определенные требования при создании различных типов однофункциональных и многофункциональных датчиков. Выявлено, что актуальным является разработка аналоговых и цифровых МТИС с составными методами разделения каналов (пространственным, временным и с уплотнением-разуплотнением цифровых каналов).

С целью определения комплекса измеряемых величин была рассмотрена специфика выполнения технологических процессов сбора и подготовки нефти на оборудовании УПН в соответствии с требованиями математического вида обеспечения ИИУС. Исследования гидравлической схемы обвязки УПН в процессе сбора нефти указывают на то, что она может использоваться только для стабилизации входных скважинных потоков. Анализ существующих технологий дренирования нефтяных смесей в современных системах ее подготовки указывает на группу выявленных недостатков из-за ограниченного применения одноконтурной системы дренирования. Показано, что современным требованиям удовлетворяют СДМС с учетом условий многофазности и многокомпонентности дренируемых нефтяных сред (рис. 1).

Приведенная схема содержит отстойник 1, включающий входной коллектор 2 скважинной жидкости с дебитом Осж, а также выходные коллекторы 3, 4, 5 и 6 для дренирования фаз нефти, воды, газа и механических примесей с дебитами Он, в,, Ог, и массы механических примесей 6МП, соответственно; датчики концентраций нефти 7 и 8, эмульсий 9, воды 10, механических примесей 11 и газосодержания 12 (типа СТМ-10), измеритель давления 13 (типа Сапфир 22ЕхДи), уровнемер 14 и газоуловитель 15.

Проведенный анализ дренируемых параметров указывает на то, что они могут быть получены из модели потоков многофазных и многокомпонентных нефтяных продукций в процессе динамического расслаивания

К) = Им„ х + И„ + /гэ + Ив + Им„ 2, (1)

где Ьмп1 и Имп г - слои механических примесей легкой (битумы, парафины) и тяжелой (глина, песок) фракций; /г„, Лэ, /г„ - слои нефти, эмульсий и воды.

Показано, что для контроля динамических уровней указанных слоев нефтяных смесей необходимо измерение соответствующих их параметров. При этом процесс дренирования составных фаз нефтяных сред должен выполняться при совмещении режимов измерения, управления и сигнализации технического состояния ИИУС и оборудования УПН. Таким образом, разработка СДМС позволяет выявить полный перечень измеряемых физических величин для последующего определения используемых типов датчиков. Проведенный анализ существующих классов датчиков температуры и давления на нефтепромыслах и других отраслях промышленности указывает на перспективу использования РСД в первичных измерительных цепях. При анализе существующих измерителей состава нефтяных сред выявлены перспективные датчики на основе ИСД и ЕСД.

В этой же главе исследована возможность использования принципа инвариантности в измерительной технике для анализа и синтеза составных КП в ИИУС, реализуемых в процессах измерения, управления, сигнализации, и описываемых независимыми уравнениями

ПРИ п*2> (2)

где аи - операторы взаимных связей; ¡,] = 1, п - количество свободных членов уравнений; хц - исследуемые информационные параметры;/- влияющие факторы.

При этом необходимым условием достижения инвариантности исследуемых систем является наличие в них не менее двух каналов передачи воздействия между точкой приложения и точкой, относительно которой достигается инвариантность. Достаточным условием достижения инвариантности исследуемых систем является неравенство нулю якобиана из дифференциальных уравнений описания их элементов.

Указаны два основных направления разработки методов преобразования сопротивлений датчиков и комплексирования КП, инвариантных к влияющим факторам исследуемой среды и неинформатавным электрическим факторам ИИУС.

Первое из них предполагает реализацию передающих частей ИИУС для умеренных температурных условий эксплуатации при их комплексировании РСД, ИСД и ЕСД с преобразовательными цепями. В случае исследований высокотемпературных нефтяных сред необходима реализация датчиков с непосредственным подключением РСД, ИСД и ЕСД к выводам двухпроводной ЛС. Поскольку первая группа ИИУС наиболее подвержена воздействиям влияющих факторов среды в условиях ее многофазносги и многокомпонентное™, поэтому установлена необходимость двухсторонней синхронизации преобразуемых сигналов в приемной и передающей частях с комплексами КП, и введение в передающую часть ИИУС с образцовыми сигналами для повышения надежности и информативности.

Во второй группе реализуемой ИИУС принцип организации КП может быть выполнен только за счет адресации РСД и образцового резистора в составе канала преобразования образцовых мер КП0. В этом случае приведены основные математические соотношения при выводе уравнения преобразования на примере двухканальных структур. Применение такого принципа преобразований дает возможность организации многоканальной структуры датчиков в соответствии с выявленными условиями измерений.

В конце главы рассматриваются методы анализа измерительных сигналов с установившимися и переходными процессами.

Во второй главе рассмотрена разработанная структура универсального модуля ИИУС, обеспечивающая выполнение режимов измерения, управления и сигнализации. Данная структура устанавливаем возможность одновременного измерения комплекса гидродинамических параметров УПН на основе резистивных, индуктивных и емкостных датчиков. Показано, что аналоговые сигналы различных датчиков Д поступают через коммутатор на вход АЦП микроконтроллера. Информацию, обработанную в микроконтроллере можно воспроизвести визуально. По интерфейсу модуль связывается с каналообразующей аппаратурой для обмена данными с центральным диспетчерским пультом, а алгоритм обмена информацией с помощью протокола, принципы функционирования которого зависят от количества измерительных модулей в сети, предназначения системы, оперативности представления данных и др.

Установлена реализуемость многоканальных и многофункциональных способов обработки сигналов датчиков, включаемые в структуры унифицированных модулей ИИУС. На основе принципа многоканальное™ и метода образцовых мер была разработана обобщенная структурная схема многоканальных ИИС. Первая из них построена с возможностью замены протяженной ЛС на цепи с сосредоточенными параметрами для адекватного описания процесса многофункционального преобразования сопротивлений датчиков в КПо образцовой меры и КП, измерительной информации. Ассиметричная схема включения таких КП позволила учесть влияющие факторы в результате выполнения инвариантных алгоритмов вычислительных процедур.

Неограниченное комплексирование многофункциональных датчиков в передающей части ИИС реализовано второй обобщенной схемой, в которой цикловые

синхросигналы с выхода источника единичных возмущений через ЛС поступают в комплексный прибор и управляют промежуточным аналого-цифровым преобразованием источника информационных возмущений от многофункциональных датчиков. Выходные сигналы с этих канальных источников поступают по интерфейсной шине в приемную часть МТИС для выполнения над ними инвариантных алгоритмов вычислительных процедур. Условия физической реализуемости этих МТИС найдены при дополнительном введении КПо образцовой меры на передающей части.

Для исследований пространственно-распределенных параметров объектов рассмотрены многоканальные ИИС с пространственным разделением каналов на основе активных преобразовательных элементов (рис. 2).

МИЦо и МИЦП - мостовая измерительная цепи с образцовыми и измерительными

ЧЭД; КП0 и КПП - образцовый и измерительные каналы преобразования; 11„ -напряжение питания; Яэкв, Я:а, гл - эквивалентное сопротивление, сопротивления изоляции и соединительной линии; Ях - РСД Рис. 2. Блок - схема ПИП с пространственным разделением каналов МТИС

Показано, что инварианшосгь датчиков с РСД по отношению к помехам (условно не указанных на чертеже) достигается при введении канала преобразования образцовой меры КПо с идентичными преобразовательными элементами. Поэтому уравнение шкалы преобразования получается в следующих условиях. В описание уравнения преобразования КПо входят изменения сгандарт-сигнала при изменениях температурных дрейфов МИЦд и усилителей, а также величина помехи Е„. В связи с тем, что помехи Е„ одинаково воздействуют на КП, поэтому уравнение преобразования КП, помимо изменения информационного сигнала будет также содержать соответствующие величины напряжений от изменений температурных дрейфов МИЦ| и усилителей, а также величины помехи Е„. Установлено, что при разности уравнения преобразования КП1 и уравнения преобразования КПо нежелательные дрейфы и помехи взаимоуничтожаются, чем достигается повышение точности, чувствительности и надежности измерений. Аналогично этому условию выводятся уравнения для разных групп датчиков п.

Для контроля примесей в различных нижних слоях многофазных сред в УПН разработана двухфункциональная структура датчика на основе вибрационно-частотного чувствительного элемента датчика (ЧЭД), как показано на рис.3.

ЧЭ ПУ \

УМ

п

Инт

К-1

УМ

К микроконтроллеру ИИУС

ПУ- предварительный усилитель;

УМ - усилитель мощности;

Инт. - интегрирующая цепь;

КП„, и КП,, - низкочастотный и высокочастотный

каналы преобразования

Рис. 3. Блок - схема ПИП на основе ИСД а) и его градуировочные характеристики б) Сущность измерения состава многофазных сред с избирательными режимами преобразований датчика с ИСД заключается в следующем. В исследуемую многофазную среду погружают ЧЭД с ИПСД и возбуждают в этой среде упругие колебания. При этом измеряют девиации частот Ав двух частотных диапазонах (г=2), и по отклонению их от резонансных значений в эталонной среде (например, в воздухе) со значениями ^ (/=2) определяют концентрации примесей а, соответствующих фаз нефтяных смесей. Для определения высоты расслоенного участка механических примесей твердой фракции на дне отстойного аппарата выполняется измерение концентрации воды в механических примесей в КПш. Для этого датчик концентрации устанавливается в верхней части слоя указанных механических примесей, функционирующий в частотном диапазоне упругих колебаний до 200 Гц В нижней части слоя воды устанавливается датчик концентраций механических примесей в воде с диапазоном упругих колебаний от 200 Гц до 6000 Гц. В верхней части слоя воды устанавливается датчик концентраций эмульсий в воде с частотным диапазоном упругих колебаний от 200 Гц до 6000 Гц. В нижней части слоя нефти устанавливается ИП концентраций эмульсий в низкочастотном диапазоне до 200 Гц.

Инвариантность датчика с ИСД по отношению к влияющим факторам среды достигается путем введения КПо с коэффициентом преобразования Коз- Тогда значения коэффициентов преобразования для двух измерительных КПп и КП22 с учетом взаимовлияющих каналов КП12 и КП21 выводятся в следующих соотношениях: г/- _ _Ко,_. тг _ К01(1-Кг2/Кп)

Лц — -——-, ~ -'*

■^02-^03 _ ^22 ^03

Обеспечение условий достижения инвариантности индуктивного датчика по отношению к неинформативным электрическим факторам находятся в модельном представлении схемы замещения и решении ее динамических уравнений.

Аналогично этим условиям выполняется достижение инвариантности датчика с ЕСД по отношению к влияющим факторам соответственно время-импульсному режиму функционирования (рис. 4).

Рис. 4. Блок-схема датчика влажности с ЕСД а) и его градуировочные характеристики б)

Блок-схема диэлькометрического влагомера состоит из опорного генератора 1, первого делителя частоты следования импульсов 2, блок фазовой автоподстройки частоты 3, автоматический управляемый генератор 4, второй делитель частоты следования импульсов 5, элемент И-НЕ 6, формирователи импульсов записи 7 и импульсов установки 8, устройство масштабирования 9, вычитающее устройство 10 и цифровой вольтметр 11. Данная схема устройства работает во время импульсном режиме функционирования.

На основании обобщенной схемы ИИУС была разработана для исследований высокотемпературных объектов МТИС с непосредственным подключением группы РСД и образцового сопротивления (рис. 5). Для приведенной схемы в качестве коммутатора передающей части используется, например, группа магнитодиодов (или герконовых реле), устанавливаемых напротив вращающегося вала с постоянным магнитом вертушеч! юга расходомера. Показано, что условие инвариантности МТИС выполнены за счет адресного комплексирования и преобразования РСД в передающей части и адресного восстановления информации в приемной части ИИУС, а также временной привязки различных процессов преобразований.

1ЕНЗ

ФИ

БВ

ФАС

БП - блок питания; ФАС - формирователь аналоговых сигналов; ФИ -формирователь импульсов; ЛС - линия связи; БВ - блок вычисления Рис. 5. Структурная схема многоканального МТИС с РСД

Алгоритм инвариантного преобразования становится возможным при выводе системы / независимых уравнений преобразований РСД в следующем виде:

При условии одинаковых изменений величин омических сопротивлений канальных переходов в коммутаторах передающей части МТИС (ЛК</, к ДЛХ+1)), вычитая из уравнения КП0 уравнение для измерительных каналов, получим уравнения преобразования для любого РСД в виде Д/?я = ДС/,//. Полученное выражение показывает на инвариантное соотношение преобразуемых значений РСД по отношению к комплексу помех, наводимых в КС МТИС. Для указанных типов датчиков с РСД, ИСД и ЕСД получены инвариантные структуры при вариациях амплитуды, а также амплитуды и частоты сигналов.

Найдены направления реализации многофункционального датчика (МФД) с индуктивно-емкостным вибрационным чувствительным элементом для измерений объемных концентраций водонефтяных эмульсий (рис. 6).

Конструктивно датчик представляет собой мембрану в виде пластины, которая через упругие пружины соединены к корпусу. В указанной схеме корпус является вторым электродом датчика и относительно его крепится электромагнитная система на изоляторах (условно не указанных). Электромагнитная система датчика представляет собой обмотку возбуждения 1, которая посредством изоляторов крепится на кронштейне 2. Ходовая втулка 3 размещена внутри обмотки возбуждения 1, а кронштейн 2 устанавливается с помощью крепежных втулок 4 к корпусу датчика. Упругие пружины 5 размещены между подвижным 6 и нулевым 7 электродами. Подвижный электрод 6 представляет собой мембрану в виде пластины, которая крепится с ходовой втулкой 3. Нулевой электрод 7 является корпусом датчика.

В процессе создания МФД концентраций эмульсий выявлена его функциональная особенность с необходимостью введения двух взаимодействующих каналов - канала преобразования вязкости КПц и канала преобразования влажности КП^ (рис. 7). Согласно приведенной функциональной схеме КП,, состоит из входного коммутатора, датчика тока (ДТ) в цепи обмотки возбуждения (ОВ) электромагнитной системы, триггера (Тг) управления ОВ и Тг управления кодируемьми импульсами, логических элементов 2И и 2ИЛИ, а также кодируемого счетчика (Сч) с выходными информационными кодами И^

/ а 0,01 0,02 0,03 0,0» 0,05

0 - канала преобразования влажности КП»; канала преобразования вязкости КП„(0|) при 0| = 0,5...3.0 мм;

" - канала преобразования вязкости КПДУ при = 0.1...1,0 мм; о - канала преобразования вязкости КПи(03) при Рз = 0.01...0.5 мм; • - канпов преобразования дисперсности состава при исследованиях КПо «, и экспериментальной подготовке эмульсий КПоз™ •

1 - обмотка возбуждения (ОВ); 2 - кронштейн; 3 - ходовая втулка; 4 — крепежные

втулки; 5 - пружины; подвижный 6 и нулевой 7 электроды Рис. 6. Схематическая конструкция МФД концентраций эмульсий а) и его градуировочная характеристика б) Канал влажности КП^ состоит из чувствительного' элемента датчика (ЧЭД), измерительной цепи (ИЦ), ограничителя зазора (03), формирователя цикловых импульсов (ФЦИ), коммутатора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с выходными информационными кодами N{у. При этом установлено, что результаты устойчивых измерений объемных концентраций эмульсий на основе МФД могут быть получены с учетом номинальных градуировочных характеристик каналов преобразования вязкости КПЦ и влажности КП\у(0,) с различными / характеристиками дисперсионности состава, как изображено на рис. 6, б.

В соответствии обобщенной схеме ИИУС разработана структура цифровых МТИС в составе измерительных и управляющих микроконтроллеров (рис. 8). Для этих датчиков уменьшены противоречия между быстродействием, информативностью, надежностью и снижением габаритных размеров датчиков за счет совершенствования их структур. Показано, что совершенствование физических принципов используемых КПХ и способов измерений комплексов технологических параметров дает возможность получить наиболее рациональные структуры МТИС с использованием образцовых КП с выходными стандарт-сигналами.

Рис.7. Функциональная схема датчика концентрации эмульсий

В третьей главе рассмотрены детерминированные характеристики погрешности результата в КП с РСД. При этом преобразования медленно изменяющихся сигналов в код проанализированы с помощью интегральных оценок погрешностей. Показано, что при максимальном значение погрешности преобразований в 0,1 % можно с достоверной точностью обеспечить результаты измерений.

Исследованы вероятностные характеристики погрешности результата в КП с ИСД и ЕСД при последующем определении максимальных величин среднеквадратических отклонений, полученных в результате эксперимента. Показано, что наиболее вероятные значения измеряемых величин определяются на основе распределения Стьюдента. В результате исследований помехоустойчивости датчика установлено многократное обеспечение допустимых значений сигнал/помеха.

Проанализированы динамические погрешности ИП для переходных и установившихся процессов в ЛС. Показано, что для переходных и процессов в ЛС величина погрешности в 0,03 % полностью устраняется. Для установившихся процессов в ЛС суммарная погрешность обусловлена задержкой переключения КП и запаздыванием преобразуемых сигналов в приемной части ИИУС. В результате анализа установлено, что эта погрешность устраняется при временной задержке в начале каждого цикла преобразования.

МСД - микроконтроллер сигналов датчиков; СМ - системный микроконтроллер; ИТ -импульсные трансформаторы; ОУ - оконечные усилители; УО - усилители-ограничители;

БПКП - блок питания аппаратурного тракта; СН - стабилизатор напряжения Рис.8. Блок - схема цифрового канала связи МТИС

В конце главы произведена информационная оценка быстродействия и информативности ИИУС по характеристическим участкам исследуемых гидродинамических процессов в УПН. В совмещенных координатах и дискретной форме можно определить первую и вторую производную исходной функции. На основе принципа полиноминального приближения функции X(t) к реальной и с соблюдением заданных показателей точности, интервал времени преобразования датчиков можно определить по формуле:

AT = JSSjxlJt), (4)

где 5j - суммарная погрешность измерительного канала.

При этом необходимое количество информации рассматриваемого измерительного канала определяется в следующей зависимости:

/ = log2 Vi00/2^ + 1. (5)

На основании заданных значений X"(t) = 104 Гц/с2 и Sz = 0,4 %, значение частоты опроса каждого датчика по формуле (4) определяется величиной Fon = 1/ДТ = 9,8 Гц., а количество информации определяется по формуле (5) величиной I = 8 двоичных единиц на символ, оперирующих при' обработке цифровых информационных сигналов. При максимальной величине скорости опроса группы датчиков FMaKC = 150 Гц можно определить максимальное число измерительных каналов n = FMaKC / Fon « 15 > пдопустим = 12.

В четвертой главе рассмотрена особенность реализуемости модульной структуры ИИУС в составе сложных промышленных корпоративных информационных систем (ПКИС) в задачах полнофункционального контроля многосвязных СДМС в системном подходе проектирования (рис. 9).

Узел провайдера глобальных и/или корпоративных сетей

п А®*®* —

Сервер связи

Итхгращкншый

-

сервер

—

Организационно-техническая подсистема 1 (ИИУС1)

ИУМ N I-1

МТД1 мтды

Оргализашошго-тсхлическая подсисгсма2 (ИИУС2)

Оргализанионно-техническая подснстемаЗ

(ИИУСЗ)

Организационно-техническая подсистема N (ИИУС ЬО 1

Рис. 9. Обобщенная структурная схема ПКИС

Основой реализации такой системы является перенос апробированных Интранет и ШеЬ-технологий в производственных условиях функционирования. К отличительной особенности ее (по сравнению с экономической корпоративной системой) относится обработка данных ИИУС в реальном времени и интеграция их с данными пользовательского уровня. Причем модульные структуры ИИУС реализованы на основе измерительно-управляющих модулей (ИУМ,), а также модулей технической диагностики (МТД,) в различных сочетаниях и обеспечивают условия стандартизации, сертификации и унификации применяемых разработок.

Исходя из анализа применяемых видов ИИУС показаны особенности применения стандартизованных промышленных сетей - датчиковых сетей и сетей уровня промышленных контроллеров. Установлена специфика аппаратно-программной реализации интеграционного сервера Показано, что данные технического уровня с интеграционного сервера подлежат обработке в клиент-серверных технологиях локальных сетей, а также смежных корпоративных или глобальных электронных сетях.

В конце главы рассмотрены принципы построения унифицированных модулей, а также реализуемости МТД1 в структуре системы защиты и автоматики для диагностики устройств управляемых приводов задвижек на УПН. Показано, что такая система с резервируемыми КП позволяет выполнять функции ранней диагностики технологического оборудования УПН и аппаратурных трактов ИИУС, что позволяет перейти на безаварийный круглосуточный режим их работы.

Описано внедрение результатов диссертационной работы в промышленность и учебный процесс, которое подтверждает практическую значимость полученных результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате комплексного анализа современных методов и средств измерения гидродинамических параметров температуры, давления, физических свойств и уровней многофазных жидкостей, показана перспективность применения их в ИИУС, что приводит к эффективности функционирования СДМС. В процессе исследований известных технических решений были систематизированы принципы построения ИИУС и датчиков на основе резистивных, индуктивных и емкостных сопротивлениях датчиков, позволяющие создавать СДМС с заданными свойствами и качеством.

2. Разработаны способы многоканального и многофункционального преобразования резистивных, индуктивных и емкостных датчиков на основе синтеза алгоритмов, инвариантных к влияющим факторам среды и неинформативным электрическим факторам, включающим составление аналитических моделей КП при описании их независимыми уравнениями преобразования и вывод соотношения синтеза алгоритмов преобразования, которые позволяют определить функциональные взаимосвязи и параметры составных КП. Показано, что новые способы преобразования являются эффективным средством разрешения противоречия между показателями точности, информативности и надежности ИИУС.

3. Разработаны и исследованы аналоговые и цифровые способы организации КП в МТИС с двумя методами получения информации от датчиков при вариации амплитуды, а также амплитуды и частоты сигналов при достижении инвариантности по отношению к влияющим факторам. Новизна структур датчиков защищена публикациями в центральных изданиях. Найденные условия достижения инвариантности МТИС с резистивными, индуктивными и емкостными сопротивлениями датчиков устанавливают необходимость дополнительного использования КП образцовых мер, а также адресации и временной привязки первичных и промежуточных процессов преобразований.

4. Проведен анализ детерминированных и вероятностных характеристик погрешностей результата для ИИУС с резистивными, индуктивными и емкостными датчиками и исследованы их динамические характеристики при переходных и установившихся процессах в ЛС. На основе анализа погрешностей приведены пути снижения их доминирующих величин, что определяет границы применимости разработанных способов измерений.

5. В результате произведенной информационной оценки ИИУС для обеспечения заданных показателей точности выявляется значение его информативности, получаемое не менее 8 двоичных единиц на символ при цикловой частоте опроса на преобразование каждого датчика не менее =9,8 Гц.

Установлено, что для модулей ИИУС с временным разделением сигналов при максимальной величине скорости опроса группы датчиков Fum = 150 Гц максимальное число измерительных каналов п = FMaKC / Fon ~ 15 > «допустим = 12. Для модулей ИИУС с временным уплотнением-разуплотнением сигналов максимальное число каналов п > 1000 > яД0Г7устим = 12.

6. Создан опытный образец модулей ИУМ и МТД в ИИУС. Показано, что такие модули могут входить как подсистемы в промышленные корпоративные системы, обеспечивающие взаимодействие более сложных СДМС в системном подходе к их созданию. Проведенный анализ указывает на специфику применения стандартизованных промышленных сетей и аппаратно-программной реализации интеграционного сервера. Доступ к данным интеграционного сервера обеспечивается в сетевом окружении пользовательских вычислительных сетей на основе клиент-серверных, а также Интранет и Web-технологиях. Показаны пути повышения высокой надежности корпоративных систем на основе ИИУС с режимами сигнализации состояния ее аппаратурных трактов, а также резервируемой диагностики технологического оборудования СДМС.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ: I. Научные статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Ураксеев М.А. Датчик концентрации водонефтяных эмульсий [текст] / B.C. Баталов, М.А. Ураксеев // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2008. - Х° 10. - С. 25-28.

2. Ураксеев М.А. Портативный измерительно-управляющий модуль в системе дренирования многофазных сред [текст] / B.C. Баталов, М.А. Ураксеев // Экологические системы и приборы. - 2008. - № 9. - С. 23-26.

3. Баталов B.C. Моделирование измерительных каналов динамических уровней многофазных нефтяных смесей [текст] / B.C. Баталов // Башкирский химический журнал - 2008. - Том 15. - № 1. - С. 82-86.

4. Баталов B.C. Реализация системной модели процесса дренирования многофазных нефтяных смесей [текст] / B.C. Баталов // Башкирский химический журнал-2008.-Том 15.-№ 1.-С. 98-103.

II. Публикации в сборниках научных трудов, материалы конференций и патенты

5. Баталов B.C. Разработка портативных аналоговых и цифровых систем защиты и автоматики [текст] / B.C. Баталов. - М.: ВИНИТИ РАН. 2007, 28 с. №240-В2007 от 12.03.2007 г.

6. Баталов B.C. Многоканальный измерительный комплекс для исследований параметров дренирования многофазных нефтяных продукций [текст] / B.C. Баталов. - М.: ВИНИТИ РАН. 2008, 11 с. №275-В2008 от 27.02.2008 г.

7. Баталов B.C. Проектирование сетей для обучения и научных исследований [текст] / B.C. Баталов, P.P. Яхин И Качество образования: Теория и практика: Сб. матер. Всероссийской научно-практич. конф. - Томск: НТЛ, 2004. - С.162-163.

8. Баталов B.C. Модель количественной оценки информативности управляемых технических систем [текст] / B.C. Баталов, P.P. Яхин // Информационные технологии и математическое моделирование: Сб. матер. III Всероссийской научно-практич. конф. по динамическим системам. - Томск: ТГУ, 2004. - С. 145-146.

9. Баталов B.C. Моделирование цифрового канала связи для обработки сигналов датчиков [текст] / B.C. Баталов, P.P. Яхин // Информационные технологии и математическое моделирование: Сб. матер. III Всероссийской научно-практич. конф. по динамическим системам. - Томск: ТГУ, 2004. - С. 146-148.

10. Баталов B.C. Особенности создания корпоративных информационных систем [текст] / B.C. Баталов // Инновации и Наукоемкие технологии в образовании и экономике: Сб. матер. Всероссийской научно-методич. конф.- Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2007. - С.64-69.

11. Баталов B.C. Моделирование технико-экономической эффективности аналоговых и цифровых измерительных каналов [текст] / B.C. Баталов // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: Сб. матер. Всероссийской научно-методич. конф - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2007. - С.69-72.

12. Баталов B.C. Информационно-измерительная и управляющая система дренирования многофазных сред на установках подготовки нефти [текст] / B.C. Баталов // Химия и химическая технология, экология сервиса: Сб. матер, международн. научно-практич. конф - Уфа: УГАЭС, 2008. - С. 19-22.

13. Патент № 2254569 RU. МКИ G01N27/22. Диэлькометрический влагомер [текст] / B.C. Баталов; заявитель и патентообладатель B.C. Баталов; опубл. 20.06.2005. Бюл. № 17.

14. Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2004112742/20 от 23.01.05г. МКИ G01N27/22. Кондуктомер [текст] / B.C. Баталов; заявитель и патентообладатель B.C. Баталов.

15. Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2006118331/20 от 01.06. 05г. Микропроцессорная система защиты [текст] / B.C. Баталов, С.И. Евдокимов; заявитель B.C. Баталов и С.И. Евдокимов.

16. Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2007118331/20 от 05.10.07 г. Способ автоматического регулирования процесса дренирования многофазных сред из отстойных аппаратов [текст] / B.C. Баталов; заявитель и патентообладатель B.C. Баталов.

Соискатель ^......- В.С.Баталов

Подписано к печати 01.11. 2008 г.

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная.

Печ. листов 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 110.

Уфимская государственная академия экономики и сервиса

Ротапринт Уфимской государственной академии экономики и сервиса Адрес полиграфпредприятия: 450078, г.Уфа, ул. Чернышевского 145

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Общие вопросы создания ИИС на нефтепромысле.

1.2. Определение области измеряемых физических величин ИИС в системе дренирования нефтяных смесей.

1.3. Анализ ИП в составе ИИС в процессах дренирования.

1.4. Формулировка задач диссертации.

1.5. Выводы.

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И

КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ ДАТЧИКОВ В ИИУС.

2.1. Общие положения разработки унифицированного модуля ИИУС.

2.2. Разработка обобщенных структурных схем ИИУС.

2.3. Способы преобразования сопротивлений датчиков в ИИУС.

2.3.1. Разработка схемы инвариантного ПИП с РСД.

2.3.2. Разработка многоканального ИП на основе ИСД и аналитической модели для описания его КП.

2.3.3. Условия достижения инвариантности КП с ИСД по отношению к влияющим факторам.

2.3.4. Инвариантные структуры ИП на основе ЕСД.

2.4. Разработка термостойких структур многоканальных и многофункциональных ИП.

2.4.1. Разработка термостойких многоканальных ИП с РСД.

2.4.2. Разработка многофункциональных датчиков с ИСД и ЕСД.

2.5. Создание цифровой структуры МТИС.

2.6. Выводы.

3. АНАЛИЗ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИИУС С РЕЗИСТИВНЫМИ,

И1-ЩУКТИВНБ1МИ И ЕМКОСТНЫМИ ДАТЧИКАМИ.

3.1. Исследование погрешностей преобразования ИИУС.

3.1.1. Исследование погрешностей преобразования датчиков с РСД.

3.1.2. Анализ погрешностей преобразования датчиков с ИСД.

3.1.3. Анализ погрешностей преобразования датчиков с ЕСД и МФИП.

3.2. Оценка динамических погрешностей ИИУС.

3 2.1. Исследование динамических погрешностей ИИУС при переходных процессах в JIC.

3.2.2. Анализ помехоустойчивости ИИУС при установившихся процессах в J1C

3.3. Оценка быстродействия и информативности ИИУС.

3.4. Анализ точностных характеристик каналов сигнализации ИИУС.

3.5. Выводы.

4. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ УНИФИЦИРОВАННЫХ МОДУЛЕЙ ИИУС ПРИ

АЕ^[ОМА1№АЦИИГШЩССАД)ЕНИГОВА™яНЕФ1ЯНЬ1Х11ГОДУ1С1да.

4.1. Общие вопросы.

4.2. Автоматизация корпоративных систем на основе модульных структур ИИУС.

4.2.1. Характеристика топологии промышленной корпоративной системы.

4.2.2. Выполнение программно-аппаратных средств интеграционного сервера.

4.3. Особенности разработки унифицированного модуля.

4.4. Разработка и эксперимешалы ые исследования резервируемых каналов сигнализации ИИУС.

4.5. Выводы.

Развитие топливно-энергетического комплекса вызывается возросшей потребностью в нефтегазовой продукции и является основой формирования бюджета страны. Для поддержания устойчивого уровня нефтедобычи необходимо освоение новых глубокозалегающих и труднодоступных пластов нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, на севере европейской части России, Поволжье, Башкирии и континентальном шельфе. При этом результативным показателем эффективности нефтедобычи является получение соответствующего количества товарной нефти [2, 76, 79,91].

Получение точных значений добываемых дебитов нефти достигается в результате ее очистки на нефтепромыслах при помощи установок подготовки нефти (УПН) в стационарных условиях. Эффективность функционирования УПН зависит от оперативности процессов исследования физико-химических свойств многофазных нефтяных продукций в его отстойном аппарате с помощью информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС) [47, 55, 91 - 94].

В процессе комплексного функционирования УПН составные модули ИИУС выполняют управление исполнительными устройствами задвижек для дренирования различных жидких неразмешивающихся газообразных и твердых фаз, а также преобразование сопротивлений датчиков в измерительных преобразователях (ИП). При этом количество датчиков дренируемых параметров определяется по модели объекта исследования, адекватной реальным процессам движения сложных расслаиваемых потоков нефтяных смесей в отстойном аппарате УПН [9, 12,25,31].

При исследованиях параметров УПН для предварительной подготовки нефти и промысловой воды с обычными температурам (до 80 °С) в ИИУС широко применяются резистивные, индуктивные и емкостные датчики для измерений температуры, давления, расхода, электропроводности среды и т.д. [1,2,24,41,79,91].

При этом перспектива разработки и исследования резистивных, индуктивных и емкостных датчиков в составе многоканальных телеизмерительных систем (МТИС) обусловлены возможностью выполнения ими своих функций в условиях повышенной информативности и надежности функционирования при работе с агрессивной нефтяной продукцией.

Исследования параметров высокотемпературных УПН для промежуточной подготовки нефти и воды с термозависимыми элементами электронных преобразователей в передающей части ИП невозможно из-за больших температур исследуемой среды. Например, при разбивке прямых и обратных водонефтяных эмульсий подогреваемая нефтяная продукция достигает значения температур свыше 100 °С [31,52, 76].

В настоящее время указанные ИП не удовлетворяют современным требованиям ИИУС по целому ряду факторов. Низкая точность учета нефти обусловлена низкой точностью и чувствительностью управления каналов обратной связи ИИУС, т.е. несовершенством системной модели процесса дренирования многофазной нефтяной продукции. Низкая надежность существующих ИП обусловлена отсутствием синхронизации первичных и промежуточных процессов преобразований в условиях большого количества влияющих факторов внешней среды, а также помех, наводимых в двухпроводной линии связи (JIC).

Создание ИП с двухпроводной J1C неразрывно связано с разработкой и исследованием соответствующих каналов преобразований (КП) с резистивными (РСД), индуктивными (ИСД) и емкостными (ЕСД) сопротивлениями датчиков.

В связи с этим задача создания и теоретического исследования ИИУС с каналами измерения, управления и сигнализации в основе многоканальных структур с двухпроводной J1C, реализующие разные способы преобразования и комплексирования датчиков на резервируемых объектах системы дренирования, является актуальной задачей.

Актуальность научных задач и практическая ценность подтверждается тем, что их решение осуществлялось в соответствии с целевыми комплексными программами: 1). Планами НИР Уфимского государственного авиационного технического университета и Уфимской государственной академии экономики и сервиса по теме «Создание датчиков для измерения физических величин» (Гос. регистрация № 01960004245. Инв. №02990001979. - Москва: ВНТИЦ, 1999). 2). Проектом «UM JEP - 26108 — 2005 Network for universities and enterprises cooperation (NEUC)» по программе Европейского союза «ТЕМПУС-ТАСИС» (2006 г.). 3). Проектом «UM JEP - 27083 - 2006 Network of centers for training of innovative project management (NCTIMP)» по программе Европейского союза «ТЕМПУС-ТАСИС» (2007 г.).

Целью диссертационной работы является создание и исследование информационно-измерительной системы с улучшенными характеристиками измерительных преобразователей (повышенными значениями надежности и информативности) для автоматизации контроля параметров дренирования многофазных сред на установках подготовки нефти.

На защиту выносятся:

1. Систематизация принципов построения модульных структур ИИУС с разными способами одновременного измерения дренируемых параметров многофазных сред с использованием резистивных, индуктивных и емкостных датчиков.

2. Структуры МТИС с двухпроводной JTC при разных способах комплексирования аналоговых и цифровых КП.

3. Исследования условий достижения инвариантности преобразования сигналов датчиков по отношению к влияющим факторам.

4. Методы повышения точности КП в ИИУС.

5. Реализация экспериментальных исследований и основ проектирования унифицированных модулей ИИУС в составе корпоративных систем.

Диссертационная работа состоит из 4 глав, заключения, списка литературы и приложений.

В первой главе проведен аналитический обзор существующих видов ИИУС, используемых на технологических объектах нефтеизвлечения, сбора, подготовки и транспортировки нефти. Показано, что в обобщенной схеме классификации ИИС можно использовать измерительные системы (ИС), как подсистем низшей иерархии в реализации систем технической диагностики (СТД) и автоматического контроля (САК), а также МТИС.

Установлено, что основные классы ИС (многоканальные, многоточечные, мультиплицированные и многомерные) можно использовать при создании различных типов однофункциональных и многофункциональных датчиков. В перспективе разработки аналоговых и цифровых МТИС показана необходимость использования разных методов разделения каналов ( с пространственным, временным, а также с уплотнением-разуплотнением каналов).

Для определения комплекса измеряемых величин рассмотрена специфика выполнения технологических процессов сбора и подготовки нефти на оборудовании УПН. Исследования гидравлической схемы обвязки УПН в процессе сбора нефти указывает на то, что она может использоваться только для стабилизации входных скважинных потоков нефтяных смесей.

Анализ существующих технологий дренирования нефтяных смесей в существующих системах ее подготовки указывает на группу выявленных недостатков из-за ограниченности в применении одноконтурной системы дренирования. Показано, что современным требованиям удовлетворяют новые структуры многоконтурных СДМС с учетом условий многофазности и многокомпонентное™ дренируемых нефтяных сред. Исходя из полученной математической модели и разработки СДМС выявлен полный перечень измеряемых физических величин для последующего определения используемых типов датчиков.

При этом процесс дренирования составных фаз нефтяных сред должен выполняться при совмещении режимов измерения, управления и сигнализации технического состояния ИИУС и оборудования УПН. Проведенный анализ существующих классов ИП температуры и давления на нефтепромыслах и других отраслях промышленностей на перспективу использования РСД в первичных измерительных цепях. При анализе существующих измерителей состава нефтяных сред выявлены перспективные типы датчиков на основе ИСД и ЕСД

Показано, что однозначные условия физической реализуемости КП в исследуемых ИИУС могут быть найдены исходя из положений основного принципа теории инвариантности - принципа многоканальности в измерительной технике. Исходя из поставленных требований к анализу существующих средств измерений было показано, что не удовлетворяют условиям измерений дренируемых параметров.

Указаны два основных направления разработки методов преобразования сопротивлений датчиков и комплексирования КП, инвариантных к влияющим факторам исследуемой среды и неинформативным электрическим факторам ИИУС. Первое из них предполагает реализацию передающих частей для умеренных температурных условий эксплуатации при их комплексировании РСД, ИСД и ЕСД с преобразовательными цепями. В случае исследований высокотемпературных нефтяных сред необходима реализация ИИУС с непосредственным подключением РСД, ИСД и ЕСД к выводам двухпроводной JTC.

Поскольку первая группа ИИУС наиболее подвержена воздействиям влияющих факторов среды в условиях ее многофазности и многокомпонентности, поэтому установлена необходимость двухсторонней синхронизации преобразуемых сигналов в приемной и передающей частях с комплексами КП, и введение в передающую часть ИИУС с образцовыми сигналами для повышения надежности и информативности.

Во второй группе ИИУС принцип организации КП может быть реализован только за счет адресации РСД и образцового резистора в составе КП0. Для последней группы двухканальных ИИУС приведены основные математические соотношения при выводе уравнения преобразования. Применение такого принципа преобразований дает возможность организации многоканальной структуры МТИС в соответствии выявленным условиям измерений.

В конце главы рассматриваются методы анализа измерительных сигналов с установившимися и переходными процессами.

Исходя из актуальности разработки и исследования малопроводных ИИУС с резистивными, индуктивными и емкостными сопротивлениями датчиков, а также анализа выполненных исследований в данной области, определяется цель и ставятся задачи диссертации.

Во второй главе рассмотрена разработанная структура универсального модуля ИИУС, обеспечивающая выполнение режимов измерения, управления и сигнализации. Данная структура устанавливает возможность одновременного измерения комплекса гидродинамических параметров УПН на основе резистивных, индуктивных и емкостных сопротивлений датчиков.

Показано, что аналоговые сигналы различных датчиков Д поступают через коммутатор на вход АЦП микроконтроллера. Информацию, обработанную в микроконтроллере можно воспроизвести визуально. По интерфейсу модуль связывается с каналообразующей аппаратурой для обмена данными с центральным диспетчерским пультом, а алгоритм обмена информацией с помощью протокола, принципы функционирования которого зависят от количества измерительных модулей в сети, предназначения системы, оперативности представления данных и др.

Установлена реализуемость многоканальных и многофункциональных способов обработки сигналов датчиков, включаемые в структуры унифицированных модулей ИИУС. На основе принципа многоканальности и метода образцовых мер была разработана обобщенная структурная схема многоканальных ИИС. Первая из них построена с возможностью замены протяженной J1C на цепи с сосредоточенными параметрами для адекватного описания процесса многофункционального преобразования сопротивлений датчиков в КП0 образцовой меры и КП; измерительной информации. Ассиметричная схема включения таких КП позволила учесть влияющие факторы в результате выполнения инвариантных алгоритмов вычислительных процедур.

Неограниченное комплексирование многофункциональных датчиков в передающей части ИИУС реализовано второй обобщенной схемой, в которой цикловые синхросигналы с выхода источника единичных возмущений через JIC поступают в комплексный прибор и управляют промежуточным аналого-цифровым преобразованием источника информационных возмущений от многофункциональных датчиков. Выходные сигналы с этих канальных источников поступают по интерфейсной шине в приемную часть МТИС для выполнения над ними инвариантных алгоритмов вычислительных процедур. Условия физической реализуемости этих МТИС найдены при дополнительном введении КП0 образцовой меры на передающей части.

При исследованиях пространственно - распределенных параметров объектов рассмотрены структуры МТИС с пространственным разделением каналов на основе активных преобразовательных элементов. Показано, что инвариантность КП с РСД достигается при введении канала преобразования образцовой меры КП0 с идентичными преобразовательными элементами.

Для контроля примесей в различных нижних слоях многофазных сред в УПИ разработана многоканальная структура датчика с вибрационно-частотным чувствительным элементом датчика (ЧЭД) для измерений вязкости среды, а также с емкостным сопротивлением датчика для измерений влажности нефтяных сред. Условия физической реализуемости таких датчиков найдены при дополнительном введении КП0.

На основании первой обобщенной структурной схемы ИИУС была разработана для исследований высокотемпературных объектов МТИС с непосредственным подключением группы РПСД и образцового сопротивления. В качестве коммутатора передающей части используется, группа герконовых реле, устанавливаемых напротив вращающегося вала с постоянным магнитом вертушечного расходомера. Для приведенной схемы условие инвариантности МТИС выполнены за счет адресного комплексирования и преобразования сопротивлений датчиков в передающей части и адресного восстановления информации в приемной части, а также временной привязки различных процессов преобразований. В результате найден алгоритм инвариантного преобразования на основе системы i независимых уравнений преобразований РСД.

Найдены направления реализации многофункционального индуктивно-емкостного вибрационного ИП для измерений объемных концентраций водонефтяных (и обратных) эмульсий. Конструктивно датчик представляет собой мембрану в виде пластины, которая через упругие пружины соединены к корпусу. При этом корпус является вторым электродом датчика и относительно его крепится электромагнитная система на изоляторах (условно не указанных). Электромагнитная система датчика представляет собой обмотку возбуждения, которая посредством изоляторов крепится на кронштейне. Ходовая втулка размещена внутри обмотки возбуждения, а кронштейн устанавливается с помощью крепежных втулок к корпусу датчика. Упругие пружины размещены между подвижным и нулевым электродами.

В соответствии второй обобщенной схеме разработана структура цифровых МТИС в составе измерительных и управляющих микроконтроллеров. Для этих МТИС уменьшены противоречия между быстродействием, информативностью, надежностью и снижением габаритных размеров датчиков за счет совершенствования их структур.

Показано, что совершенствование физических принципов разрабатываемых ИИУС и способов измерений комплексов технологических параметров дает возможность получить наиболее рациональные структуры МТИС с использованием образцовых КП с выходными стандарт-сигналами.

В третьей главе рассмотрены детерминированные характеристики погрешности результата в КП с РСД. При этом преобразования медленно изменяющихся сигналов в код проанализированы с помощью интегральных оценок погрешностей. Показано, что максимальное значение погрешности преобразований в 0,1 % можно с достоверной точностью обеспечить результаты измерений.

Исследованы вероятностные характеристики погрешности результата в КП с ИСД и ЕСД при последующем определении максимальных величин среднеквадратических отклонений, полученных в результате эксперимента. Показано, что наиболее вероятные значения измеряемых величин определяются на основе распределения Стьюдента.

Установлено, что результаты устойчивых измерений объемных концентраций эмульсий на основе МФД могут быть получены с учетом номинальных градуировочных характеристик каналов преобразования вязкости (КПи) и влажности (Knw(Dj)) с различными i характеристиками дисперсионности состава.

В результате исследований помехоустойчивости ИП установлено многократное обеспечение допустимых значений сигнал/помеха. Проанализированы динамические погрешности ИП для переходных и установившихся процессов в J1C. Показано, что для переходных и процессов в JIC величина погрешности в 0,03 % полностью устраняется. Для установившихся процессов в J1C суммарная погрешность обусловлена задержкой переключения КП и запаздыванием преобразуемых сигналов в приемной части ИИУС. В результате анализа установлено, что эта погрешность устраняется при временной задержке в начале каждого цикла преобразования.

В конце главы произведена информационная оценка быстродействия и информативности ИИУС по характеристическим участкам исследуемых гидродинамических процессов в УПН. В результате определения производной второго порядка исследуемых кривых установлено, что цикловая частота опроса и восстановления сигналов датчиков не должна быть менее 9,8 Гц, а информативность каждого цифрового КП — не менее 8 двоичных единиц на символ.

В четвертой главе рассмотрена реализация модульной структуры ИИУС в составе промышленной корпоративной информационной системе (ПКИС) нефтепромысла в задачах контроля многосвязных СДМС, выработанных в системном подходе проектирования. Основой реализации такой системы является перенос апробированных Интранет и Web-технологий. Отличительной особенностью ее является обработка датчиковых данных ИИУС в реальном времени и интеграция их с данными пользовательского уровня. ИИУС выполнены на основе измерительно-управляющих модулей (ИУМ^ и модулей технической диагностики (МТД) при обеспечении условий стандартизации и унификации применяемых разработок. Показаны особенности применения стандартизованных промышленных сетей. Показано, что данные технического уровня с интеграционного сервера подлежат обработке в технологиях локальных сетей, а также смежных корпоративных или глобальных электронных сетях.

В конце главы рассмотрены принципы построения унифицированных модулей, а также реализуемости МТД;. Показано, что МТД с резервируемыми КП позволяет выполнять функции ранней диагностики технологического оборудования УПН и аппаратурных трактов ИИУС.

В заключении изложены основные выводы, а также перспективы дальнейшего развития малопроводных ИП с резистивными, индуктивными и емкостными сопротивлениями датчиков в составе ИИУС для исследований параметров СДМС. В приложениях приведены дополнительные материалы диссертационной работы, а также материалы, подтверждающие внедрение разработанных устройств.

4.5. Выводы

1. Разработанная системная модель процесса промысловой подготовки нефти и воды выявляет гибкие структуры таких сложных САР, как многоконтурные, а также многоконтурные и многосвязные их структуры за счет введения каналов дренирования разнородных составных фаз нефтяных продукций. Введение основных и резервных отстойников позволяет повысить надежность функционирования и точность управления многоконтурными и многосвязными СДМС в целом.

2. Разработанная схема микроконтроллера в виде унифицированного модуля ИИУС позволяет при минимальных затратах автоматизировать манипулирование задвижками коллекторов в отстойниках, повысить точность дренирования за счет оперативного сбора и обработки информации входных и выходных параметров СДМС.

3. Предложенные способы резервирования технологического оборудования СДМС и аппаратурных трактов ИИУС увеличивает надежность и долговечных используемых систем, а также предотвращает аварийные ситуации на нефтепромыслах в решении задач экологии.

4. Расширение функциональных возможностей разработанной ИИУС осуществляется за счет беспроводной ее связи с корпоративной информационной системой нефтепромысла, а также с введением принципа резервируемости КП постоянно функционирующей автоматики и электроприводов задвижек на коллекторах отстойников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования по диссертационной работе позволили получить следующие результаты и выводы.

1. В результате комплексного анализа современных методов и средств измерения гидродинамических параметров температуры, давления, физических свойств и уровней многофазных жидкостей, показана перспективность применения их в ИИУС, что приводит к эффективности функционирования СДМС. В процессе исследований известных технических решений были систематизированы принципы построения ИИУС и ИП на основе резистивных, индуктивных и емкостных сопротивлениях датчиков, позволяющие создавать СДМС с заданными свойствами и качеством.

2. Разработаны способы многоканального и многофункционального преобразования резистивных, индуктивных и емкостных датчиков на основе синтеза алгоритмов, инвариантных к влияющим факторам среды и неинформативным электрическим факторам, включающим составление аналитических моделей КП при описании их независимыми уравнениями преобразования и вывод соотношения синтеза алгоритмов преобразования, которые позволяют определить функциональные взаимосвязи и параметры составных КП. Показано, что новые способы преобразования являются эффективным средством разрешения противоречия между показателями точности, информативности и надежности ИП.

3. Разработаны и исследованы аналоговые и цифровые способы организации КП в МТИС с двумя методами получения информации от ИП при вариации амплитуды, а также амплитуды и частоты сигналов при достижении инвариантности по отношению к влияющим факторам. Новизна структур преобразователей защищена публикациями в центральных изданиях. Найденные условия достижения инвариантности МТИС с резистивными, индуктивными и емкостными сопротивлениями датчиков устанавливают необходимость дополнительного использования КП образцовых мер, а также адресации и временной привязки первичных и промежуточных процессов преобразований.

4. Проведен анализ детерминированных и вероятностных характеристик погрешностей результата для ИП с резистивными, индуктивными и емкостными датчиками и исследованы их динамические характеристики при переходных и установившихся процессах в J1C. На основе анализа погрешностей приведены пути снижения их доминирующих величин, что определяет границы применимости разработанных способов преобразований.

5. В результате произведенной информационной оценки ИИУС для обеспечения заданных показателей точности выявляется значение его информативности, получаемое не менее 8 двоичных единиц на символ при цикловой частоте опроса на преобразование каждого датчика не менее F01l «9,8 Гц.

Установлено, что для модулей ИИУС с временным разделением сигналов при максимальной величине скорости опроса группы датчиков FMaKC = 150 Гц максимальное число измерительных каналов n = FNiaKC / F0II « 15 > пД0П>СТ11М= 12. Для модулей ИИУС с временным уплотнением-разуплотнением сигналов максимальное число каналов п > 1000 > n,innvrTl,.,= 12.

6. Создан опытный образец модулей ИУМ и МТД в ИИУС. Показано, что такие модули могут входить как подсистемы в промышленные корпоративные системы, обеспечивающие взаимодействие более сложных СДМС в системном подходе их создания. Проведенный анализ указывает на специфику применения стандартизованных промышленных сетей и аппаратно-программной реализации интеграционного сервера. Доступ к данным интеграционного сервера обеспечивается в сетевом окружении пользовательских вычислительных сетей на основе клиент-серверных, а также Интранет и Web-технологиях.

Показаны пути повышения высокой надежности корпоративных систем па основе ИИУС с режимами сигнализации состояния ее аппаратурных трактов, а также резервируемой диагностики технологического оборудования СДМС.

Дальнейшее развитие предложенных решений в диссертационной работе необходимо вести в следующих направлениях:

1. В теоретическом плане представляется интерес выбора новых физических явлений при разработке многофункциональных резистивных, индуктивных и емкостных датчиков, отличающихся расширенными функциональными возможностями.

2. В практической части на уровне корпоративной информационной системы необходимо введение новых сетевых технологий для интеграции разнообразных режимов работы СДМС с целью повышения достоверности их функционирования и улучшения метрологических характеристик.

3. С позиций инвариантности в системах управления необходимо найти методику определения оптимальных параметров многоконтурной и многосвязной СДМС.

1. Авт. св. SU №735627, МКИ C10G33/00. Способ автоматического регулирования процесса непрерывного дренирования воды из отстойников системы подготовки нефти на промыслах. Беляков В.Л.

2. Акимов В.Ф. Измерение расхода газонасыщенной нефти. М.: Недра, 1978. — 199 с.

3. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. М.: Высш. шк., 2002. - 253 с.

4. Арсланов Р.В. Информационно-измерительная система для контроля уровней многокомпонентных сред с последовательной перестройкой зондирующей частоты / Автореферат диссертации на соиск. уч. степени канд. техн. наук. — Уфа: УГАТУ, 2002. 16 с.

5. Асадов Х.Г. Синтез оптимальных подсистем обработки измерительной информации на базе параллельных и параллельно-последовательных преобразователей // Измерительная техника. 2002. - №2. - С. 19-21.

6. Ашихмин В.Н., Гитман М.Б., Келлер И.Э., Наймарк О.Б., Столбов В.Ю. Введение в математическое моделирование. — М.: Логос, 2004. 383 с.

7. Баталов B.C., Ураксеев М.А. Датчик концентрации водонефтяных эмульсий // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. — 2008. № 10 — С. 25-28.

8. Баталов B.C., Ураксеев М.А. Портативный измерительно-управляющий модуль в системе дренирования многофазных сред // Экологические системы и приборы. 2008. - № 9 - С. 23-26.

9. Баталов B.C. Моделирование измерительных каналов динамических уровней многофазных нефтяных смесей // Башкирский химический журнал — 2008. — Том 15. -№ 1.-С. 82-86.

10. Баталов B.C. Реализация системной модели процесса дренирования многофазных нефтяных смесей // Башкирский химический журнал 2008. -Том 15. -№ 1.-С. 98-103.

11. Баталов B.C. Разработка портативных аналоговых и цифровых систем защиты и автоматики. -М.: ВИНИТИ РАН. 2007,28 с. №240-В2007 от 12.03.2007 г.

12. Баталов B.C. Многоканальный измерительный комплекс для исследований параметров дренирования многофазных нефтяных продукций. М.: ВИНИТИ РАН. 2008, 11 с. №275-В2008 от 27.02.2008 г.

13. Баталов B.C., Яхин P.P. Проектирование сетей для обучения и научных исследований // Качество образования: Теория и практика: Сб. матер. Всероссийской научно-практич. конф. — Томск: HTJI, 2004. — С. 162-163.

14. Баталов B.C. Особенности создания корпоративных информационных систем // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: Сб. матер. Всероссийской научно-методич. конф — Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2007. С.64-69.

15. Баталов B.C. Информационно-измерительная и управляющая система дренирования многофазных сред на установках подготовки нефти // Химия и химическая технология, экология сервиса: Сб. матер, международн. научно-практич. конф- Уфа: УГАЭС, 2008. С. 19-22.

16. Патент № 2254569 RU. МКИ G01N27/22. Опубл. 20.06.2005. БИ № 17. / Баталов B.C. Диэлькометрический влагомер.

17. Баталов B.C. Кондуктомер / Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2004112742/20 от 23.01.05г.

18. Баталов B.C., Евдокимов С.И. Микропроцессорная система защиты / Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2006118331/20 от 01.06. 05г.

19. Баталов B.C. Способ автоматического регулирования процесса дренирования многофазных сред из отстойных аппаратов / Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2007118331/20 от 05.10.07 г.

20. Батунер JI.M., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. -М.: Химия, 1968.-720 с.

21. Беляков B.JL Автоматический контроль нефтяных эмульсий. М.: Недра, 1992.-270 с.

22. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. -СПб.: Профессия, 2004. 689 с.

23. Бессонов J1.A. Теоретические основы электротехники. М.: Высш. школа, 1978.-528 с.

24. Благовещенская М.М., Злобин JI.A. Информационные технологии систем управления технологическими процессами. -М.: Высш. школа, 2005. 349 с.

25. Благодатских В.И. Введение в оптимальное управление (линейная теория). — М.: Высш. шк., 2001. 256 с.

26. Бодунов В.П., Свенсон А.Н. Термостойкие телеизмерительные системы. -Киев: Техника, 1967. 191 с.

27. Бойко В.И., Гуржий А.Н., Жуйков В.Я., Зори А.А., Спивак В.М., Багрий В.В. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства. -СПб.: БХВ-Петербург, 2004, 372 с.

28. Борисов С.И., Калинина О.С., Мелошенко Н.П., Сорокин В.В. Методы управления технологическим процессом подготовки нефти // Нефтяное хозяйство. 2003. №1 С. 76-78.

29. Браммер Ю.А.Дашук И.Н. Импульсные и цифровые устройства. М.: Высш. Шк, 2003.-378 с.

30. Бромберг Э.М., Куликовский K.J1. Тестовые методы повышения точности измерений. — М.: Энергия, 1977. — 183 с.

31. Бромберг Э.М., Мамедов К.М., Шахмурадов А.А. и др. Инвариантные измерительные системы на основе комбинированных тестов // Приборы и системы управления. 1990. №3. — С. 15-17.

32. Васильков Ю.В., Василькова Н.Н. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании. М.: ФиС, 2004. - 297с.

33. Васин В.А., Власов И.Б., Егоров Ю.М. Информационные технологии в радиотехнических системах. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. — 370 с.

34. Гадзиковский В.И. Теоретические основы цифровой обработки сигналов. -М.: Радио и связь, 2004. 473 с.

35. Глущенко П.В. Техническая диагностика. Моделирование в диагностировании и прогнозировании состояния технических объектов. М.: Вузовская книга, 2004.-368 с.

36. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1 — Часть 6.

37. Государственные стандарты / Ком. Рос. Федерации по стандартизации метрологии и сертификации. — М.: 2001. В 4-х томах.

38. ГОСТ 13196-93. Устройства автоматизации резервуарных парков. Средства измерений уровня проб нефти и нефтепродуктов. Общие технические требования и методы испытаний.

39. Дистанционный термометр (с диапазоном показаний от 0 до 125 °С). Описание и инструкция по монтажу, ремонту и уходу. -М.: Оборонгиз, 1939. -18 с.

40. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. — 456 с.

41. Дубовой Н.Д. Автоматические многофункциональные измерительные преобразователи. М.: Радио и связь, 1989. — 256 с.

42. Земельман М.А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных устройств. — М.: Из-во стандартов, 1972. 200 с.

43. Ежков Ю.С. Справочник по схемотехнике усилителей. М.: РадиоСофт, 2002. - 273 с.

44. Емельянов С.В. Системы автоматического регулирования с переменной структурой. М.: Наука, 1967. — 382 с.

45. Информационно-измерительная техника и электроника / Г.Г. Раннев, В.А. Сурогина, В.И. Калашников и др. — М.: Академия, 2006. 512 с.

46. Калашник Г.Г., Кузьмин С.А., Макушкин С.Г. Современные ИИС учета нефтепродуктов для резервуарных парков // Нефтяное хозяйство. 1998. - №8. -С. 1461-149.

47. Калугин П.А., Кузьмин А.Б., Шрамко В.И. Принцип абсолютной инвариантности при функциональном контроле информационных систем // Автоматика и телемеханика. — 1988. №11. — С. 177-183.

48. Козлов В.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. -М.: Сов. радио, 1975.

49. Коловертнов Ю.Д. Термостойкие информационно-измерительные системы для геофизических исследований скважин. М.: ВИНИТИ, 1989. -144 с. Деп. в ВИНИТИ 11.01.89 г., № 255-89.

50. Коржик В.И., Финк JT.M., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник. Под ред. J1.M. Финка. М.: Радио и связь, 1971. - 232 с.

51. Корн Г.А., Корн Т.М. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). СПб.: Лань, 2003. 756 с.

52. Коротков Э.М. Исследование систем управления. М.: ИНФРА-М, 2003. -272 с.

53. Краус М., Вошни Э. Измерительные и информационные системы. М.: Мир., 1975.-300 с.

54. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. Л.: Энергоатомиздат, 1983. — 320 с.

55. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. - 673 с.

56. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах / А.С. Сигов, Ю.Д. Велик, B.C. Верба и др.; Под ред. В.И. Нефедова. М.: Высшая школа, 2002. - 359 с.

57. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: Учебное пособие / Под ред. В.В. Солодовникова. -М.: Высш. школа, 1991.-255 с.

58. Мышляева И.М. Цифровая схемотехника. М.: ИЦ Академия, 2005. - 357 с.

59. Назаров Н.Г. Метрология. Основные понятия и математические модели. М.: Высшая школа, 2002. - 236 с.

60. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. -Л.: Энергоатомиздат, 1991.-257 с.

61. Новопашенный Г.Н. Измерительные информационные системы. — М.: Высш. школа, 1977.-240 с.

62. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. М.: Машиностроение, 1980. — 280 с.

63. Опадчий Ю.Ф.,Глудкин О.П.,Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. -М.: Гор. линия-Телеком, 2005. 561 с.

64. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы: Аналоговые и цифровые. — Киев: Высш. школа, 1980. — 558 с.

65. Основы инвариантного преобразования параметров электрических цепей / А.И. Мартяшин, K.J1. Куликовский, С.К. Куроедов, J1.B. Орлова; Под ред. А.И. Мартяшина. — М.: Энергоатомиздат, 1990.-216 с.

66. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. -М.: Гор. линия-Телеком, 2005, 362 с.

67. Персиянцев М.Н., Гришагин А.В., Андреев В.В., Рябин Н.А. О влиянии свойств нефтей на качество сбрасываемой воды при предварительном обезвоживании продукции скважин // Нефтяное хозяйство. — 1999. № 3. - С. 47-49.

68. Петров Б.Н., Викторов В.А., Мишенин В.И. К вопросу о построении инвариантных информационных и измерительных устройств. // Доклады АН СССР.-1967,т. 177.-№1.-С. 52-55.

69. Петров Б.Н., Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Принцип инвариантности в измерительной технике. М.: Наука, 1976. — 243 с.

70. Петров Б.Н., Гусев Ю.М., Ильясов Б.Г. и др. Об одном критерии оценки многосвязной системы автоматического регулирования в пространстве варьируемых параметров // Электромеханика. 1977. - №5. - С. 558-564.

71. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника. СПб.: Питер, 2003. 597 с.

72. Петров Ю.А., Ирюпин Ю.В., Шлимович Е.Л. Комплексная автоматизация управления предприятием: Информационные технологии теория и практика. -М.:ФиС, 2001.-256 с.

73. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. М.: Недра, 1982.-222 с.

74. Попов В.П. Основы теории цепей. М.: Высш. шк., 2005. - 578 с.

75. Пузанков Д.В. Микропроцессорные системы. — СПб.: Политехника, 2002. -573 с.

76. РД 39-30-898-83. Инструкция по исследованию нефтей и нефтяных эмульсий с целью выдачи исходных данных для проектирования установок подготовки нефти. -М.: ВНИИСПТнефть, 1983. 150 с.

77. Раннев Г.Г. Методы и средства измерений: Учебник для вузов. М: Академия, 2006. - 336 с.

78. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника. М.: Техносфера,2004.-315 с.

79. Рейиер М. Деформация и течение. Введение в реологию. — М.: ГНТИ нефт. и горно-топлив. Литературы, 1963. — 237 с.

80. Сигов А.С., Бслик Ю.Д., Верба B.C., Битюков В.К., Хахип В.И. Метрология и электрорадноизмерения в телекоммуникационных системах. М.: Высш. шк.,2005. -528 с.

81. Смечные нормы и правила. СНиП, 04.05.82 г., часть 4. М.: ВНИИОЭНГ. 1985.

82. Справочник по теории автоматического управления. Под ред. А.А. Красовского. -М.: Наука, 1987. 712 с.

83. Тронов А.В. Пути интенсификации процесса подготовки воды в аппаратах очистки сточных вод АОСВ 2/2 БН //Нефтепромысловое дело. 2001. №10. -С. 28-30.

84. Трояновский В.М. Информационно-управляющие системы и прикладная теория случайных процессов. М.: Гелиос АРВ, 2004. - 372 с.

85. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 398 с.

86. Управление динамическими системами в условиях неопределенности / С.Т. Кусимов, Б.Г. Ильясов, В.И. Васильев и др. -М.: Наука, 1998. 379 с.

87. Уэйкерли Д.Ф. Проектирование цифровых устройств. М.: Постмаркет, 2002. В 2-х томах.

88. Фатхутдинов А.Ш., Слепян М.А., Ханов Н.И. и др. Автоматизированный учет нефти и нефтепродуктов при добыче, транспорте и переработке. М.: Недра, 2002.-417 с.

89. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. — М.: Техносфера, 2006. -592 с.

90. Хвощь С.Т., Дорошенко В.В., Горовой В.В. Организация последовательных мультиплексных каналов систем автоматического управления. — JL: Машиностроение, 1989.— 271 с.

91. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 439 с.

92. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. СПб.: Питер, 2005.

93. Шалин А.И. Надежность и диагностика релейной защиты энергосистем. -Новосибирск: Из-во НГТУ, 2003. -384с.

94. Электрорадиоизмерения / В.И. Нефедов, А.С. Сигов, В.К. Битюков и др.; Под ред. А.С. Сигова. -М.: Форум:Инфра-М, 2003. 436 с.

95. Юркевич Е.В. Введение в теорию информационных систем. М. :ИД -Технологии, 2004. - 320с.

96. Якушин П.Л., Налимов Г.П., Гаусс П.О. Уровнемер четвертого поколения «СУДОС-мини 2» // Нефтяное хозяйство. 2001. - № 11. - С. 75-76.

97. Guide to the Expression of Uncertaity in Measurement. First ed. ISO, Switzerland, 1993.

98. Heniy B. Crichlow. Modern reservoir engineering a simulation approach. - New Jersey: Prentice-Hall. Inc., 1979.-303 p.

99. Jones R.T. Blood flow. Annual Rewiew of Fluid Mechanics, 1969, v. 1, p. 223224.

100. Noll W. A mathematical theory of the mechanical behavior of continous media. -Arch. Rat. Mech. Anal., 1958, v. 2, № 3, p. 197 226.

101. МЕТОДЫ ОЦЕНКИОБЪЕМА И МАССЫ НЕФТИ НА ПРОМЫСЛАХ

102. С; коэффициент сжимаемости нефтяной продукции, мПа"1; р„р — избыточное давление среды у преобразователя расхода, мПа.

103. Согласно приведенной схеме по рис. 1 дебит (м3/сут) измеряют только во время заполнения и определяют по формуле:б^=24К/Г=24К0я/£>И1., (Л1.7)1

104. Рассмотрим основные соотношения для наиболее представительного метода измерения массы жидкостей с помощью датчика веса. При наличии свободного газа в жидкости массу жидкости за один цикл можно иайти по следующему выражению:

105. М = МВУ Миу = Мж + УгРг - У0рг, (/71.9)где М разность масс жидкости и газа, измеренная датчиком веса; Мж — масса жидкости; Уг - объем свободного газа в жидкости при рабочем давлении; рг -плотность газа при рабочем давлении.

106. Из приведенного выражения (П1.9) можно определить массу жидкости:мж = м+(У«-Уг)Рг. (Л1.10)

107. Рж = Мж/(Уъ-Усг)=Мж1{У,-{\-Усго/т)\ (771.11)

108. Если масса жидкости измеряется кориолисовым расходомером (массомером), то объем жидкости можно определить в соотношении ¥=Мж1рж. Широко используется вычисление плотности жидкости через объемные доли воды Wo'

109. P„ = (}-W0)pH+W0ptt, (/71.12)где р„ и р(. — плотность воды и нефти, соответственно.

110. Содержание воды можно вычислить в объемных и массовых долях

111. К0=(рж-рп)1(рв-рн), (Я1.13)

112. К =рЛрж-рн)'{рв-р,Мг (Л1.14)

113. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ЭМУЛЬСИЙ

114. Обычно размеры капель определяют визуально сопоставлением с отградуированной сеткой, или предварительным микрофотографированием образцов с последующим анализом полученных фотографий.

115. О = 2/9gr2 А ~ Рг . (Л 2.1)Л

116. Для приготовления устойчивой эмульсии с определенной концент-рацией дисперсной фазы добавляется третий компонент — стабилизатор. При этом принято различать четыре класса стабилизирующих агентов:

117. Полученное соотношение (П2.4) получило подтверждение в экспериментальных исследованиях Ханаи и Наики. Но как было уже указано в главе 2, применимо к описанию нефтяных сред, наиболее близким является уравнение преобразования (П2.3).

118. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЦИФРОВОЙ МТИС