автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Исследование методов определения относительного содержания компонент в многофазных микроволновых расходомерах для нефтяных скважин

Московский ордена Трудового Красного Знамени Физико-технический институт

621.317.34

На правах рукописи

ВОИНОВ ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ КОМПОНЕНТ В МНОГОФАЗНЫХ МИКРОВОЛНОВЫХ РАСХОДОМ ЕРАХ ОЛЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях.

Ж

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Долгопрудный - 1997

Работа выполнена в Московском физико-техническом институте Научный руководитель: к.т.н. Андрейчиков Б. И.

Официальные оппоненты: Д.т.н., профессор Шпунтов А. И.

д.ф.-м.н., Москалев И. Н.

Ведущая организация: Институт проблем управления

Российской академии наук

Защита диссертации состоится " 3 " 1997 г. "_" часов на

заседании диссертационного совета К 063.91.08 при Московском физико-техническом институте по адресу 141700, г. Долгопрудный Московской области, Институтский пер., д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института

Автореферат разослан " " -Я 1997 г.

Ученый секретарь диссертационнодхи _

совета К 063.91.08, к.т.н._СМет±__ Дербакова Е. П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

В нефтяной и газовой промышленности находят применение или находятся в стадии разработки разнообразные методы и устройства для измерения многофазовых потоков, к которым предъявляются в соответствии с широким разнообразием характеристик добывающих скважин различные требования. Все более остро ощущается потребность в системе измерений многофазных потоков, позволяющей достичь и непрерывно поддерживать высокую точность измерений и обеспечивающей безопасность в реальных условиях эксплуатации. Более того, маловероятно, что какой-либо один расходомер многофазных потоков сможет стать универсально пригодным для всех случаев измерений многофазных потоков.

Приведем краткую сводку наиболее существенных трудностей, связанных с многофазными измерениями.

Перерабатываемый раствор характеризуется различными режимами потока, которые зависят от регулируемых параметров процесса, а также от рабочего давления и температуры.

Потоки смеси нефти, газа, воды, поступающие от рабочих скважин в течение продуктивной жизни нефтяного промысла, принято называть многофазными потоками. Этот часто бурный и непредсказуемый поток не позволяет использовать стандартные измерительные средства, которые пригодны для потоков отдельно воды или газа, но не пригодны для их смеси.

При управлении нефтеносным пластом для оптимизации выработки, нефтяники должны точно знать количество нефти, газа и воды в потоке от каждой скважины.

Экономические и эксплуатационные преимущества, которые могут быть достигнуты при решении проблем многофазных измерений, потенциально очень значительны. Многофазные измерения обеспечивают по существу непрерывное в темпе процесса слежение за каждой скважиной или кластером, тем самым улучшая управление и увеличивая производительность нефтяного пласта. Увеличение выхода нефти является основной задачей всех нефтяных компаний.

К измерителю многофазных потоков предъявляются два основных требования:

1) определение относительного состава фаз (то есть процент газовой, нефтяной, водяной фракций и, возможно, фракций твердых частиц),

2) определение массового или объемного расхода.

Таким образом, существует необходимость создания метода для определения содержания воды в потоке нефти, который был бы высокоточным, не требовал бы внутреннего устройства и не использовал бы отдельно взятые образцы.

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы являлась разработка методов и алгоритмов определения относительного объемного содержания компонент многокомпонентной смеси, а также исследование точностных характеристик этих методов для увеличения точности результатов определения.

Научная новизна

1. Предложены выводы выражений для комплексной диэлектрической проницаемости смеси для различных структур. Проведен сравнительный анализ полученных выражений, в том числе с известными с помощью математического моделирования.

2. Получены системы уравнений, используемые в работе устройств, определяющих относительное объемное содержание компонент смеси, а также их решения.

3. Впервые проведена оценка точностей определения относительного объемного содержания в зависимости от погрешностей измерения и нестабильности входных сигналов.

4. Предложены рекомендации по выбору структуры и параметров при разработке микроволновых расходомеров для добывающих нефтяных скважин.

Положения, выносимые на защиту

1. На основе изучения зависимости действительной е1 и мнимой б" частей комплексной диэлектрической проницаемости воды от частоты, был сделан вывод о том, что возможно построение системы определения относительного объемного содержания компонент, работающей на нескольких частотах.

2. Вывод и применение оригинального выражения для комплексной диэлектрической проницаемости смеси при зондировании СВЧ сигналом, проходящим через параллельно расположенные слои, для определения относительного объемного содержания компонент смеси.

3. Получены системы уравнений, используемые в работе устройств, определяющих относительное объемное содержание трех компонент смеси по принципу одно и двухчастотного методов. Полученные системы уравнений были разрешены в аналитическом виде относительно неизвестных величин (относительные объемные содержания компонент смеси). Также получены выражения для изучения погрешностей определения относительного объемного содержания компонент в зависимости от погрешностей входных данных для этих двух случаев.

4. Получены точностные характеристики для обоих видов устройств в зависимости от погрешностей входных данных, рабочих частот, а также от изменения различных параметров среды, таких как температура и проводимость. По полученным данным существует возможность построение систем с заданными характеристиками и

точностями. Проведен сравнительный анализ погрешностей для двух методов построения устройств. Предложены методы компенсаций погрешностей, вызванных изменениями параметров среды, в зависимости от алгоритма работы систем.

Практическое значение

1. Разработаны методы и алгоритмы способные обеспечить точный учет добычи нефти и газа.

2. Разработаны устройства непрерывного измерения покомпонентного расхода, что позволит повысить производительность скважины за счет оптимального управления режимом эксплуатации пласта.

3. Полученные результаты могут снизить расходы на геологоразведочные работы, бурение и ввод в эксплуатацию новых скважин.

4. Разработанные устройства способны увеличить срок эксплуатации добывающих скважин за счет повышения выхода нефти в потоке.

5. Возможно более оправданно обосновывать экономическое развитие малых месторождений, особенно для надводных и подводных измерений.

6. Использование предложенных методов позволит упростить взаиморасчеты между добывающими и перерабатывающими предприятиями.

Апробация работы

Теоретические и практические результаты работы обсуждались на отраслевых совещаниях по разработке расходомера для нефтяных и газовых добывающих скважин и использованы в НИОКР АООТ "Импульс".

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 6 статьях.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержит 122 стр. текста в том числе 59 рисунков и диаграмм. Список литературы включает 57 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования и сформулирована цель работы, показана научная новизна.

В первой главе рассматриваются комплексные диэлектрические проницаемости компонент трехкомпонентной смеси, состоящей из воды, нефти и газа.

Существенное значение имеет зависимость комплексной диэлектрической проницаемости воды от температуры среды и частоты зондирования. Используя выражение Коул-Коула можно вывести

формулы для мнимой и действительной частей комплексной диэлектрической проницаемости воды. В этом выводе принято, что вода имеет омическую проводимость, что учтено введением значения проводимости воды а„:

* Б* — £°о /<7 IV {<)

г =£» +----^

1 + 0юг )

где 1 - мнимая единица. Для действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости воды:

eL = б„ +

1 71 1 + (ют ) cos^(l-v)

(2)

1 + (их )2(1"v) + 2 (au )'~v cosy (1 - v)

(3)

siny(l-V)(fflT)'-'[E,-E.]

юе° 1 + (юг )2(1"v) + 2(ют )'"v cosy (1 - v) где

£w - комплексная диэлектрическая проницаемость воды;

С^- действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости

воды;

Е^"- мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости воды; &» - диэлектрическая постоянная воды на бесконечно высокой частоте;

-4 2

Ел = 88.083 — 0.4041/ + 9.2 • 10 t - диэлектрическая постоянная воды

на нулевой частоте, \. - температура воды С ; -12

£0 = 8.854-10 с2к2/кгм3 т, с - время релаксации;

V - эмпирическая константа, которая в общем случае может изменяться от 0 до 1, описывает расширение релаксационной области.

Сырая нефть представляет собой диэлектрик с комплексной диэлектрической проницаемостью:

где £(' - действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости нефти, а £с" - мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости нефти.

Следует отметить, что величины £(' и £д" лишь в малой мере меняются в зависимости от источника нефти и практически не зависят от частоты, поэтому их можно считать за константы равные:

е^=2.0ч-2.5, (5)

Ео" = 0.01. (6)

Газ представляет собой наиболее простую компоненту, так как действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости газа равна:

е;=1 (7)

и не зависит от частоты, а мнимая часть -

£/=0. (8)

Во второй главе приведены выводы выражений для комплексных диэлектрических проницаемостей смеси при различных ее структурах.

Существует несколько подходов для определения комплексной диэлектрической проницаемости смеси. В данной работе рассматриваются два метода, применяемых для изучения диэлектрических смесей: диэлектрическая смесь в конденсаторе и зондирование смеси электромагнитными СВЧ сигналами. Предполагается, что смесь состоит из трех компонент. В данной работе рассмотрены два предельных случая расположения слоев диэлектрика относительно пластин конденсатора и направления распространения волны: параллельное и перпендикулярное расположения, а также -однородные дисперсные структуры [1].

Для различных вариантов комплексные диэлектрические проницаемости смеси равны:

1. Слои диэлектрика параллельны обкладкам конденсатора

*

1

е'=--. (Ю)

v v + ~ * ^ +

ees

S О

2. Слои диэлектрика перпендикулярны обкладкам конденсатора

Е* =VgK+VoZo+Vyw. (11)

3. Слои диэлектрика перпендикулярны распространению волны

. , И/2 -1/2 е = + упг

'1/\2

4. Слои диэлектрика параллельны распространению волны

е* - + + ^} (13)

5. Хаотически ориентированные сферические диэлектрические частицы в диэлектрической среде

компоненты "о" и "д" распределены в компоненте

Б = С,.

1 + 2 V -—-—^т + V

-в*+2в* х8: + 2В:

1-У -у

(14)

компоненты д и Чу распределены в компоненте о / . . , \

1 + 2

£ * + 2е *

+ V,

Е = Е,

(15)

1-V..

е: + 2Е*

Е„ - Б

й —1-—

8£; + 2Е;

компоненты о и Чу распределены в компоненте д

1 + 2 0 • ^

( Е*-Е* Е * - Е * ^

+ 2| У ° 8 !

в' + 2Е

Т+V.

е: + 2е;

Б = Е ,

J.

(16)

1- V.

Б* + 2Б

т ~ у„

е: + 2Е;

уо: " относительные объемные содержания газа, нефти и воды соответственно.

Следует отметить, что в случае выражений для диэлектрических сфер, помещенных в диэлектрическую среду, существует предел плотности упаковки сфер. Представим, что они равны по размеру и упакованы в кубической симметрии, тогда предел, после которого сферы

71,

начнут срастаться, равен У-^Аесли считать> что объем куба равен

1. Отсюда видно, что выражения (14-16) будут верны в случае, когда объемное содержание одной из компонент будет больше 0.4.

В третьей главе с помощью математического моделирования проведен анализ выражений полученных, в предыдущей главе. Как видно из графиков, построенных по приведенным выше выражениям (рис.1, 2),

г

\

график выражения (12) вне зависимости от объемного содержания компонент занимает среднее положение среди графиков остальных выражений, что наводит на мысль о дальнейшем использовании этого выражения при построении систем определения относительных объемных содержаний компонент и исследования точностей по их определению.

е'=Г|У№)

90 -| 80 -70 60 -50 40 30 20 -10 0

V»

Рис. 1 £"=г(у»|

Ур. 10

» - 11

- 12

- 13

—х~ -- 14

• -- 15

Рис. 2

Также видно, что при значениях объемных содержаний компонент в пределах 0.3 - 0.8 значения действительных и мнимых частей комплексных диэлектрических прошщаемостей, полученных с помощью различных выражений, значительно разнятся. Некоторая

сходимость графиков наблюдается на краях интервала 0-1, поэтому следует рассмотреть эти зависимости в интервале 0-0.1 более подробно.

При детальном изучении графиков для малого содержания компонент видно, что в зависимости от содержания смеси графики, полученные с помощью выражений для комплексной диэлектрической проницаемости смеси, состоящей из сферических частиц (14-16), лежат очень близко от графиков, полученных с помощью выражений для слоистых структур (10, 11). Взаимное расположение этих графиков можно оценить в процентном отношении: разница между величинами действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости для выше описанных случаев не превышает 3%. Такой результат приводит к следующим выводам. В первую очередь следует отметить, что при малом содержании одной из компонент случаи смесей, состоящих из слоистых структур, являются частными случаями смесей, состоящих из сферических частиц, то есть при работе с малыми концентрациями можно использовать выражения (10-12), что значительно упрощает вычисления по сравнению с выражениями (14-16).

В четвертой главе рассмотрен вопрос нахождения относительного объемного содержания компонент трехкомпонентной смеси, основанный на СВЧ методах.

1. Неизвестными величинами являются [2, 3]:

относительные объемные содержания компонент Уд, уа, газа, нефти и воды, соответственно. Для этих неизвестных мы должны получить системы уравнений такие, чтобы окончательным решением являлись уд, у0,

2. Входными данными нашей системы выступают величины:

ф и у - фаза и затухание волны, прошедшей через трехкомпонентную смесь, замеренные на частоте <в;

- температура среды Т, которая используется для определения

*

комплексной диэлектрической проницаемости воды

- проводимость воды ст„

3. Предполагается, что частоты зондирования и температура воды являются параметрами. Считается, что при изменении относительного объемного содержания компонент происходит изменение только фазовой постоянной и коэффициента затухания волны.

Рассмотрим несколько способов определения относительного объемного содержания компонент.

Настоящий метод предполагает использование

сверхвысокочастотных антенн - приемных и передающих. Эти элементы необходимы для определения сдвига фаз волны ср и затухания у, которые в свою очередь необходимы для нахождения действительной и мнимой

частей комплексной диэлектрической проницаемости смеси *

нефть/вода/газ £ , с помощью которой можно определить относительное объемное содержание компонент. Также используется температурный

датчик для определения температуры смеси, так как было показано в главе первой данной работы, комплексная диэлектрическая проницаемость компоненты "w" значительно зависит от температуры.

Измеренное значение фазы в градусах ф пересчитывается в фазовую постоянную волны а, имеющую размерность рад/м, следующим

ТС ф

образом: ОС =----(17)

180 /

В свою очередь, безразмерная величина затухания волны у переводится в коэффициент затухания волны (5, имеющий размерность непер/м, выражением:

Р =jlny. (18)

I - это параметр измерительной системы, отражающий расстояние между приемной и передающей антеннами, то есть расстояние, пройденное волной.

Принимая во внимание формулы электродинамики, можно получить для электромагнитных волн, проходящих некоторое расстояние в среде, следующие зависимости, связывающие величины а и Р с мнимой и действительной частями комплексной диэлектрической проницаемости среды:

Ц/2

СО

(19)

а =

Р =

с

1/2

ю

-. (20) С

Также, следует отметить, что относительные объемные содержания компонент объединены выражением:

(21)

В дальнейшем будем применять выражение для комплексной диэлектрической проницаемости смеси в виде (12)

Особое место в данной работе также занимает вопрос оценки влияния погрешности измерения затухания и сдвига фаз на алгоритм определения относительного объемного содержания компонент. Речь идет об инструментальных погрешностях измерения. Здесь рассматривается диапазон этих погрешностей и их влияние на погрешности определения относительного объемного содержания компонент.

Поскольку, как говорилось выше, измеряемыми величинами являются ф и у, мы будем рассматривать погрешности именно этих величин в виде абсолютной погрешности по ф - Дф и относительной погрешности по у -5у. Так как выражения (19, 20) содержат в себе

величины а и р, пересчитываемые в <р и у выражениями (17, 18), следует также получить выражения для пересчета погрешностей:

тс Аф

Да =

180 /

АР = Ьп(1+5у)

(22)

(23)

Рассмотрим случай зондирования смеси волнами одной частоты. Входные данные: а, р, со, Т, а11Г Система уравнений, используемая для нахождения основных искомых, будет определяться выражениями (19, 20, 21).

Подставляя выражение (12) в эту систему и делая соответствующие преобразования, можно получить линейную систему уравнений относительно относительных объемных содержаний компонент в смеси:

а = ( Яе^) + ) + V, Ке^)) ®

1 =

Г. (24)

Решение данной системы будет иметь вид:

=оЛ] + р51+С1 ^ У0 = аА2 + р.#2 + С2 у„=аА3 + Щ+С3)

(25)

Из системы уравнений для относительных объемных содержаний можно получить систему для определения их абсолютных погрешностей в зависимости от абсолютных погрешностей Ла и Др,

Далее рассмотрим влияние изменения проводимости ст на точность определения относительного объемного содержания, то есть определим погрешность ДУ, вызванную тем, что мы при измерении используем фиксированное значение а.

Взяв частную производную по а от выражения

у= Ах +ДЗ +С,

получим следующее выражение:

Ду = (

+

В

)

11е(,/0 Ы^) 4с8

гДст.

Следует также рассмотреть другие варианты нахождения относительного объемного содержания компонент смеси. Необходимость рассмотрения других вариантов возникает из-за того, что:

1. Введение коррекции по проводимости требует дополнительных затрат на ее периодические замеры и затрудняет калибровку изделия или требует перекалибровку;

2. Требуется наложение строгих требований в точности замера затухания у по сравнению с точностью определения сдвига фаз (р.

Рассмотрим случай зондирования смеси, аналогичный предыдущему пункту, но при этом, исключая из входных данных величины затухания волн (входные данные: а¡, (0?, а2, к>2, Т, ан™). При этом используется система уравнений для нахождения искомых - Уд, уа, уш в виде:

М-

+ V, + V.

= 1

/ с

/ с

(26)

СО

Ю

При подстановке выражения (12) в систему (26) получаем систему линейных уравнений:

а2 = (V,+ уа) +

-"1 с

с

=1

Г (27)

где е и е Ш2 - комплексные диэлектрические проницаемости

компоненты "ш" на частотах Ш; и со2 соответственно.

Решая систему (27) относительно V, получим:

у0 = аЛ +а-2В2+С2 К = +а-2Вз+сг

(28)

Как и в предыдущем пункте, зададимся абсолютной погрешностью фазы Дер, пересчитываемой в Да по формуле (22)

Из системы уравнений для относительных объемных содержаний можно получить систему для определения их абсолютных погрешностей в зависимости от Да

Рассмотрим влияние изменения проводимости воды на точность определения относительных объемных содержаний. Взяв частную производную от выражения

у= Аах + Ва2 +С

по а, получим

АУ= (А-Си" _ +В-_(29)

|в*2|Ке(д/г*2) 4се0

В главе пятой проведен анализ оптимальных точностных характеристик одно- и двухчастотного методов зондирования смеси. По полученным данным сделан вывод, что с ростом частоты точность определения относительного объемного содержания возрастает. Также, на точность имеет значительное влияние чувствительность нашей системы, то есть возможность приема сигнала при большем затухании. По полученным данным можно оптимально подобрать параметры системы для получения необходимой точности.

В шестой главе изучены сравнительные точностные характеристики одно- и двухчастотного методов зондирования смеси, сведенные в приведенную ниже таблицу

ТочностьХМетод I II

Дф = 0.33 Дф = 3°, Дф = 3°, Дф = 0.33 Дф = 3°

о г 5у=4.6% 5у= 10% о

5у=4.6%

Л^ % 0.3 0.33 0.7 0.3 3

Ду0, % 5 5.3 11 5 45

Д ^ % 4.7 5 10 4.7 42

Влияние Значительное, требуется Незначительное

проводимости , ст коррекция

ДУ, % 270 0

Влияние Значительное Значительное

температуры, Т

Ду, % 76 94

Данная таблица содержит в себе: Метод I - зондирование на одной частоте с использованием ср и у; Метод II - зондирование на двух частотах с использованием ф и без использования у.

Системы рассматриваются при нормальных условиях, то есть Т=20°С, а=1.75 1/ом-м.

Рабочие характеристики системы следующие:

метод I: рабочая частота /=10 ГГц, коэффициент затухания у¿¡¡ = 120 дБ, расстояние проходимое волной / = 0.03 м;

метод II: первая рабочая частота // = 5 ГГц, вторая рабочая частота /2= 10 ГГц, коэффициент затухания уйв=120 дБ, расстояние проходимое волной ¡ = 0.03 м.

Влияние проводимости и температуры представлено значениями погрешности в определении относительного объемного содержания компонент во всем диапазоне изменения этих величин ст= 1н-3.5 1/ом-м, Г =0-н70 °С.

Рассмотрим вопрос компенсации погрешностей вызванных изменением значений температуры и проводимости среды. Способы компенсации этих погрешностей могут быть различны и зависят от алгоритма работы изделий, описанных выше.

Компенсирование погрешностей [4, 5]

I. В систему заложен алгоритм вычисления относительных объемных содержаний компонент по системам уравнений, приведенным выше (24, 27). Коррекция погрешностей, возникающих при изменении проводимости и температуры, происходит на прямую, то есть задается допустимая погрешность Д V, по которой определяется возможные изменения ДТ и Дст, при которых необходимо вводить коррекцию. Коррекция проводится следующим образом:

- происходит периодический замер Т и ст;

- при превышении модулем разности соседних замеров величины ДТ или Дст Происходит подстановка в систему уравнений новых измеренных значений Т и ст.

II. Система построена на основе первоначальной калибровки, когда в памяти вычислительного модуля хранится массив значений ф и у, по которым определяются относительные объемные содержания компонент. Калибровка происходит по пяти параметрам: три параметра -относительные объемные содержания компонент, проводимость и температура. Коррекция происходит как и в предыдущем случае: замеряются Т и ст, при слишком большом изменении Т или ст поиск в массиве смещается на соответствующую дискрету по Т или по ст.

В сельмой главе в подтверждение теории, предложенной в данной работе, был проведен ряд экспериментов для обоснования теоретических выводов полученных выше. Рассматривались два устройства для определения относительного объемного содержания компонент: микроволновый и радиоволновый датчики.

Микроволновый расходомер [6], показанный на рис. 3, состоит из зондирующего блока ЗБ, СВЧ-блока, смонтированного непосредственно на ЗБ, электронного блока ЭБ, первичного блока питания и компьютера, связанного с ЭБ линией 1^3-232.

Зондирующий блок ЗБ представляет собой отрезок стального трубопровода с диэлектрическими гермоокнами, через которые впотай

на внутренней поверхности расположены одна передающая ПЕРА и три приемные антенны ПРА1, ПРА2, и ПРАД.

микроволновый трехкомпонентный расходомер для нефтяных скважин

-СВЧ-6/10К-

Передатчик. Опорный и приемные СВЧ—каналы приемник«

электронный елок

ПРИЕМНИК И ГЕТЕРОДИН

Измерители ФЛОЫ, «мплитуоы и ЧАСТОТЫ Допплсра

(ПЕРВИЧНАЯ ОБРЯВОТКЯ)

НАСХОд НЕФТИ I I Расход глол Расход воды

Л 1А.Г.Ы

I управлявшие еигиллы

Рис. 3

В случае радиоволнового датчика определение относительного содержания воды в жидкости (вода плюс нефть) производится с помощью радиоволнового датчика (РВД), предложенного в ИПУ РАН. Он представляет собой объемный резонатор, работающий в диапазоне высокочастотных электромагнитных колебаний.

В результате проведения эксперимента были получены данные для двух типов устройств для определения относительного объемного содержания компонент смеси. Эти устройства представляли собой разные по конструктивным параметрам и заложенной в них теории изделия:

- микроволновый датчик

- радиоволновой датчик (резонатор). Сравнение экспериментальных данных данной работе, показали хорошее совпадение для обоих типов устройств

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Проведено теоретическое изучение комплексной диэлектрической проницаемости воды, основанное на выражениях полученных с помощью формулы Коул-Коула, а также экспериментальных данных для воды.

2. В данной работе рассматривалось несколько подходов для определения комплексной диэлектрической проницаемости смеси. Были применены два метода, используемые при изучении диэлектрических смесей: диэлектрическая смесь в конденсаторе и зондирование смеси электромагнитными СВЧ сигналами. Предполагалось, что смесь состоит

с теориеи, предложенной в

из трех компонент. В данной работе были рассмотрены два предельных случая расположения слоев диэлектрика относительно пластин конденсатора и направления распространения волны: параллельное и перпендикулярное расположения, а также - однородные дисперсные структуры. Была получена оригинальная формула (12) для волны проходящей через параллельно расположенные слои - перпендикулярные распространению волны.

3. Проведен сравнительный анализ выведенных выражений для комплексной диэлектрической проницаемости смеси, в том числе с известными. При детальном изучении графиков, построенных по этим выражениям, видно, что в зависимости от содержания смеси графики, полученные с помощью выражений для комплексной диэлектрической проницаемости смеси, состоящей из сферических частиц (14-16), лежат очень близко от графиков, полученных с помощью выражений для слоистых структур (10, 11, 12). Взаимное расположение этих графиков можно оценить в процентном отношении: разница между величинами действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости для выше описанных случаев не превышает 3%. Такой результат приводит к следующим выводам:

в первую очередь следует отметить, что при малом содержании одной из компонент случаи смесей, состоящих из слоистых структур, являются частными случаями смесей, состоящих из сферических частиц, то есть при работе с малыми концентрациями можно использовать выражения (10, 11, 12), что значительно упрощает вычисления по сравнению с выражениями (14-16);

- также анализируя полученные графики, можно увидеть, что графики, построенные по выражению (12), занимают промежуточное положение между остальными графиками, отсюда можно сделать вывод о использовании данного выражения как основного при дальнейшем исследовании.

4. Получены и разрешены системы уравнений, используемые в работе устройств, определяющих относительное объемное содержание трех компонент смеси по принципу одно и двухчастотного методов.

5. Получены точностные характеристики для обоих видов устройств в зависимости от погрешностей входных данных, рабочих частот, а также от изменения различных параметров среды, таких как температура и проводимость. По полученным данным существует возможность построения систем с заданными характеристиками и точностями.

6. Проведен сравнительный анализ погрешностей для двух методов построения устройств. Предложены методы компенсаций погрешностей вызванных, изменениями параметров среды, в зависимости от алгоритма работы систем.

7. Проведен эксперимент для двух типов устройств: микроволнового и радиоволнового датчиков определения относительного

объемного содержания компонент смеси. Полученные данные достаточно хорошо совпадают с предложенной теорией.

8. Результаты диссертационной работы были внедрены в НИОКР: "Разработка макетного образца трехкомпонентного радиочастотного расходомера для нефтяных эксплуатационных скважин", "Разработка, изготовление и испытания макетных образцов трехкомпонентного радиочастотного расходомера для нефтяных эксплуатационных скважин" по ТЗ корпорации "Роснефть", "Разработка расходомера для нефтяных и газовых добывающих скважин" в интересах Миннауки РФ.

РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андрейчиков Б. И., Войнов В. В. Точностные характеристики определения относительного объемного содержания компонент газожидкостных смесей методом зондирования вещества на двух частотах в СВЧ диапазоне // Моделирование процессов управления и обработки информации: Междувед. сб. / МФТИ. М. 1996.

2. Войнов В. В. Определение относительного объемного содержания компонент газожидкостных смесей методом микроволнового зондирования вещества // Известия ТРТУ N 3. Таганрог, 1996. С. 284

3. Андрейчиков Б. И., Войнов В. В. Исследование комплексной диэлектрической проницаемости трехкомпонентных смесей // Физические основы жидкостных и твердотельных измерительных систем и устройств обработки информации: Междувед. сб. / МФТИ. М., 1996. С. 118-124

4. Войнов В. В. Оценка физических параметров трехкомпонентных газожидкостных смесей // Известия ТРТУ N 3. Таганрог, 1996. С. 283

5. Андрейчиков Б. И., Войнов В. В. Оценка предельных точностных характеристик определения относительного объемного содержания компонент 3-х компонентных газожидкостных смесей методом микроволнового зондирования вещества. // Физические основы жидкостных и твердотельных измерительных систем и устройств обработки информации: Междувед. сб. / МФТИ. М., 1994. С. 182-192

6. Андрейчиков Б. И., Шубладзе А. М., Лункин Б. В., Войнов В. В., Тимонин В. А., Кашин Ф. А., Согач В. Е., Шпунтов А. И., Мартынов Ю. С. Микроволновые и радиоволновые трехкомпонентные расходомеры для нефтяных и газовых добывающих скважин. Сборник трудов II международного конгресса «Высокие технологии. Москва-850». М., 1997 (в печати)