автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Многоэлементные электроемкостные преобразователи для систем управления в нефтедобыче

На ппавах пукописи

Вашуркина Екатерина Сергеевна

МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В НЕФТЕДОБЫЧЕ

05.13.05 Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2013

] ] иш

005061711

Работа выполнена на кафедре "Автоматизация и управление технологическими процессами" федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Стеблев Юрий Иванович

Официальные оппоненты:

Батищев Виталий Иванович, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет», заведующий кафедрой информационных технологий;

Меркулов Алексей Иванович, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)», профессор кафедры электротехники.

Ведущая организация:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Защита состоится 27 июня 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.215.05 созданном на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)» по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ

Автореферат разослан 24 мая 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Доктор технических наук, доцент

С.В.Востокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одна из актуальных проблем нефтедобывающей отрасли — повышение эффективности оперативного учета и контроля добываемой продукции на нефтегазовых скважинах, групповых замерных установках (ГЗУ), дожимных насосных станциях (ДНС) и установках подготовки промысловой нефти.

Кроме нефти в продукции скважины всегда присутствует две других фазы: пластовая вода и газ. Для оценки эффективности эксплуатации скважины и управления процессом нефтедобычи необходимо измерять содержание отдельных фаз в добываемой продукции, то есть количество нефти, воды и газа.

Оперативный контроль обводненности промысловой нефти дает возможность управлять процессом эксплуатации месторождения: следить за продвижением водо - нефтяного контакта в контуре заводнения, организовывать предварительный сброс воды из продукции нефтяных скважин, оптимизировать технологию подготовки промысловой нефти.

В задачах поточной влагометрии промысловой нефти наибольшее распространение получили электромагнитные измерительные преобразователи, входящие в состав двухфазных и трехфазных расходомеров газоводонефтяных потоков, автоматизированных групповых замерных установках (ГЗУ), узлов учета сырой нефти (УУН) и других, предназначенных для измерения дебита нефти и воды.

Вопросами измерения расхода и концентрации многофазных потоков и сред занимались как отечественные, так и зарубежные ученые: М. А. Берлинер, П.П. Кремлевский, Р.Г Джексон и др.

Объектом контроля электромагнитных методов и средств является во-донефтяная эмульсия — сложная дисперсная система, в которой содержание воды может достигать 98% и более. Сложность контроля водонефтяной эмульсии состоит в том, что в зависимости от объемного содержания в ней воды, эмульсия может находиться в двух состояниях: прямая - «нефть в воде» или обратная «вода в нефти». При инверсии смеси, то есть переходе от прямой эмульсии к обратной происходит резкое изменение электрофизических свойств. Это часто приводит к снижению эффективности средств контроля, особенно при больших значениях обводненности.

Кроме того, на результаты контроля значительное влияние оказывает гидродинамическая структура многофазного потока и условия размещения в нем первичных измерительных преобразователей - датчиков.

Диагностика водонефтяной смеси электромагнитным методом возможно по двум параметрам: диэлектрической проницаемости и удельной электрической проводимости. Однако, основной наиболее устойчивой характеристикой является диэлектрическая проницаемость физических сред образованных двухфазными и трехфазными газоводонефтяными потоками.

Для зондирования этих физических сред наиболее целесообразно использовать электромагнитные поля электрического типа, то есть использовать электроемкостные преобразователи - диэлькометрический метод.

В отечественных и зарубежных влагомерах нефти используются в основном двухэлектродные электроемкостные преобразователи с коаксиальными или накладными электродами. Их недостаток - в отсутствии адаптации к состоянию водонефтяной эмульсии (прямая или обратная), жесткая схема электромагнитного зондирования многофазного потока, не позволяющая получать информацию об отдельных зонах этого потока, а следовательно влияние гидродинамической структуры потока на результат измерений.

Таким образом, актуальной задачей электромагнитного контроля продукции нефтегазовых скважин является разработка новых, более эффективных схем построения электроемкостных преобразователей, их комплексирование, многократное увеличение объема измерительной информации о параметрах двухфазных и трехфазных газоводонефтяных потоков, алгоритмов идентификации и контроля водонефтяных эмульсий, позволяющих повысить надежность и достоверность процессов оперативного диагностирования качества промысловой нефти.

Работа выполнялась по следующим научным программам Программа «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК-2007») (Министерство образования и науки Российской Федерации Фонд содействия развитию малых форм предприятия в научно - технической сфере. Федеральное агентство по науке и инновациям. Федеральное агентство по образованию) по теме «Электроемкостная компьютерная томография многофазных потоков»; Государственное задание высшим учебным заведениям на 2012 год (№7.2083.2011) по теме «Разработка методов и средств полнопоточного оперативного контроля продукции нефтедобывающих скважин на основе электроемкостной компьютерной томографии многофазных потоков в трубопрово-дах»;Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» (№14.В37.21.1855 от 04.10.2012) по теме «Разработка нового поколения аппаратно-программных средств полнопоточного контроля для систем управления в нефтедобыче».

Целью работы является повышение эффективности (точности, надежности и достоверности) средств электромагнитного контроля продукции нефтегазовых скважин за счет создания многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП) обеспечивающих возможность электрического сканирования многофазного потока, реализацию комплексирования первичных преобразователей.

В соответствии с целью работы в ней решается следующие задачи:

1. Разработка конструктивных схем многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), обеспечивающих возможность электрического сканирования поперечного сечения многофазного потока, реализацию комплексирования первичных преобразователей, многократное увеличение объема измерительной информации о параметрах контролирующего потока; повышение на этой основе эффективности оперативного диагностирования качества продукции нефтегазовых скважин.

2. Разработка математической модели многоэлектродного электроемкостного преобразователя (МЭП) с целью оптимизации режимов электрического

сканирования поперечного сечения водонефтяных потоков и алгоритмов обработки многомерной измерительной информации.

3. Экспериментальные исследования закономерностей формирования выходных сигналов и характеристик МЭП при контроле водонефтяных потоков. Разработка алгоритмов идентификации и контроля водонефтяных эмульсий в широком диапазоне водосодержания в условиях комплексирования электроемкостных преобразователей.

4. Разработка установки с многоэлектродным электроемкостным преобразователем, реализующий основные алгоритмы комплексирования, идентификации и контроля водонефтяных потоков.

Научная новизна проведенных в диссертационной работе исследований заключается в следующем:

1. Предложен способ измерения параметров водонефтяного потока с использованием многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), обеспечивающих возможность электрического сканирования поперечного сечения многофазного потока, реализацию комплексирования первичных преобразователей, многократное увеличение объема измерительной информации о параметрах контролирующего потока, что позволяет повысить эффективность поточной влагометрии нефти.

2. Разработана математическая модель МЭП, позволяющая оценить размеры зон контроля при различных схемах электрического зондирования многофазного потока, рассчитать выходные сигналы МЭП в квазистатическом приближении и разработать алгоритмы обработки измерительной информации.

3. Установлены на основе экспериментальных исследований закономерности формирования функции преобразования МЭП - зависимостей его выходных сигналов от фазового состава водонефтяной смеси в диапазоне водосодержания от 0 до 100%, при различных режимах работы преобразователя и состояниях водонефтяной эмульсии: прямая («нефть в воде»)-обратная («вода в нефти»),

4. Разработаны алгоритмы идентификации и контроля параметров водонефтяных эмульсий:

- алгоритм автоматической идентификации типа водонефтяной эмульсии: обратная - прямая и вида физической среды в зоне контроля МЭП (газ, жидкость);

- алгоритмы калибровки и обработки выходных сигналов МЭП, позволяющий определить фазовый состав контролируемого потока во всем диапазоне обводненности с погрешностью не более 1%.

Практическая ценность.

1. Конструкция шестиэлектродного электроемкостного преобразователя, функциональные и принципиальные электрические схемы блока коммутации и управления процессом измерения выходных сигналов МЭП.

2. Методики обработки выходных сигналов МЭП с использованием разработанных алгоритмов идентификации, позволяющие более чем в 2 раза повысить точность измерения влажности нефти в потоке.

б

3. Методика экспериментальных исследований выходных сигналов и характеристик МЭП в функции фазового состава двухфазной смеси «нефть - вода» при различных режимах работы преобразователя.

4. Алгоритм температурной коррекции показаний влагомера в заданном диапазоне температур многофазной среды при сплайн - аппроксимации статических функций преобразования МЭП.

Внедрение результатов работы. Представленные в работе исследования и разработки реализованы и внедрены в следующих организациях: ОАО «Гипровостокнефть», ООО «Сервис - центр - Автоматика», что подтверждено актами внедрения.

Основные результаты диссертационной работы используются в лекционных курсах, в лабораторном практикуме, в курсовом и дипломном проектировании в Самарском государственном техническом университете на кафедре «Автоматизация и управление технологическими процессами».

Апробация работы проводилась на следующих конференциях, семинарах, форумах:Четвертая международная научная конференция «Математическое моделирование и краевые задачи» г. Самара, 29-31 мая 2007 год; Международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» г. Пенза, 17-19 апреля 2007год; Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. «Современные техника и технологии» г. Томск, 26-30 марта 2007год; Международная научно - практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», г. Сочи, 1-5 октября 2007год; Конкурс инновационных проектов молодых ученых Самарской области. 1-3 декабря 2011 год; Всероссийский молодежный форум «Селигер-2012», смена «Инновации-2012» . 1-10 июля 2012 год. Конкурс инновационных проектов «Умник на Старт» г. Рязань, 9-14 сентября 2012 год.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 8 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций, в том числе патент на способ и устройство по влагометрии водонефтяной эмульсии.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня используемых источников, приложений. Работа содержит 220 страниц машинописного текста. 40 таблиц, 50 иллюстраций, 9 страниц библиографического списка из 98 наименований и 6 страниц приложений

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1 Конструктивные схемы многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), реализующих комплексирование первичных преобразователей, электрического сканирования различных областей многофазного потока.

2. Математическая модель МЭП, позволяющая оптимизировать режимы электрического сканирования контролируемых потоков и алгоритмы обработки многомерной измерительной информации.

3. Экспериментально установленные закономерности формирования выходных сигналов и характеристик МЭП при контроле водонефтяных потоков.

4. Алгоритмы идентификации и контроля водонефтяных эмульсий в широком диапазоне водосодержания в условиях комплексирования электроемкостных преобразователей.

5. Устройство с многоэлектродным электроемкостным преобразователем, реализующее основные алгоритмы комплексирования, идентификации и контроля водонефтяных потоков, позволяющее повысить эффективность контроля продукции нефтегазовых скважин.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, формулируются цели и задачи исследования, характеризуется научная новизна полученных результатов, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе Проведен обзор и анализ электромагнитных методов и средств контроля продукции нефтедобывающих скважин в потоке.

Показано, что для зондирования физических сред, образованных двухфазными и трехфазными газоводонефтяными потоками наиболее целесообразно использовать диэлькометрический метод.

Проведен сравнительный анализ характеристик и схем построения датчиков известных отечественных и зарубежных электромагнитных средств контроля обводненности промысловой нефти.

Дан анализ современных приборов для поточной влагометрии нефти, разработанные а ОАО «Саратовнефтегаз», ОАО «Нефтеавтоматика» (г.Уфа) и др., а так же аппаратура известных зарубежных производителей: Petroleum Software Ltd. (Великобритания), FlcrwSys (Франция), AGAR CORPORATION (США) и др.

Рассмотрены методы обработки данных при поточной влагометрии нефти. Отмечены достоинства и недостатки различных средств электромагнитного контроля, показана необходимость повышения эффективности этих средств.

Вторая главл посвящена математическому моделированию зондирующих электромагнитных полей и выходных сигналов многоэлектродных электроемкостных преобразователей.

Проведен сравнительный анализ конструктивных схем электроемкостных преобразователей влагомеров нефти с цилиндрическими коаксиальными и плоскими или сегментными электродами с точки зрения информативности измерительных сигналов и точности определения влажности нефти в потоке.

Показано, что использование многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), позволяет реализовать комплексирование первичных преобразователей, многократно повысить количество измерительной информации о параметрах многофазного потока, что и позволяет обеспечить более высокую точность и надежность работы поточного влагомера нефти. Так для N- электродной системы МЭП число независимых измерений в одном цикле опроса

электродов преобразователя составляет п= для число независи-

мых измерений равно 15.

9

Рисунок 1 - Схема шестиэлектродного (N=6) преобразователя с сегментными электродами: 1-6-измерительные электроды, 7- конструктивный зазор между электродами; 8 - направление движения контролируемого потока;9 - блок обработ-

ки сигналов

Рассмотрены условия применимости квазистатического приближения для расчета электромагнитных полей и параметров МЭП при полнопоточном контроле водонефтяных эмульсий. Использовался следующий критерий квазистатического приближения: /<0,1?ц где I - определяющий размер МЭП; X - длина волны в системе измерительных электродов преобразователя с водонефгяной эмульсией.

Для оценки длины волны в системе электродов МЭП рассмотрена модель возбуждения электромагнитного поля между параллельными идеально - проводящими плоскостями, возбуждающими источником переменного напряжения. Указанная модель сводится к решению системы уравнения Максвелла в форме, учитывающей способ возбуждения поля:

е . относительная комплексная диэлектрическая проницае-

' аиг0

мость среды - эмульсии, ось Ъ - направлена вдоль электродов.

Показано, что определяющим размером «I» МЭП является длина измерительных электродов, вдоль которых возможно распространение электромагнитных волн Е - типа (поперечные магнитные волны). На основе решения уравнений электромагнитного поля для рассматриваемой модели электродов, получено выражение для длины волны X, учитывающее удельную электрическую проводимость о и относительную даэяеетрическую проницаемость 8 водонефгяной эмульсии.

Установлено, что в диапазоне частот от 1,0 кГц до 2,0 МГц компонентой газоводонефтяной смеси, определяющей конструктивные ограничения на МЭП является пластовая вода. Причем с ростом минерализации пластовой воды I резко уменьшается и на частотах 1,0 и 2,0 МГц составляет 1,22м и 0,61м соответственно при минерализации 5%. Это необходимо учитывать при создании полнопоточных влагомеров нефти на диаметры трубопроводов от 90 до 500мм. Так, при минерализации пластовой воды 5% уже на частоте 100,0 кГц и Х=3,86м длина электродов МЭП не может превышать 386мм.

Применение квазистатического приближения позволяет свести расчет переменных электрических полей и параметров МЭП к решению ряда электростатических задач, оперируя при этом комплексными величинами: векторами по-

дНУ • г

(1)

' 3£ . •

ля, диэлектрической проницаемостью, комплексной емкостью и проводимостью между электродами.

Расчетно - теоретические модели МЭП определяются соответствующими схемами электрического зондирования контролируемого потока, поскольку каждая пара измерительных электродов представляет собой электроемкостнои преобразователь, создающий свое зондирующее^ электрическое поле и позволяющий получить независимый информационный сигнал.

Так, расчет электрических полей для схем поперечно - сквозного зондирования может быть сведен к решению задачи Дирихле для замкнутого контура, составленного из электродов преобразователя, потенциала которых имеют определенные, заданные значения. При этом предполагается, что осевой размер МЭП стремиться к бесконечности, а конструктивные зазоры между соседними электродами стремятся к нулю. При тех же ограничениях эта модель может бьпь использована в случае продольного азимутально - локального зондирования.

Для расчетной модели МЭП с N - электродами различных размеров получено выражение для электрического потенциала и(р,9) в рабочей области в цилиндрической системе координат (р,0):

лГ1

Здесь Я - радиус преобразователя, а; - угловые координаты электродов.

В случае N - электродного преобразователя с разноразмерными электродами выражение для потенциала получено в виде:

(3)

ии>,0) = -£""' и

К ¡-о

По найденному потенциалу определены компоненты напряженности зондирующего электрического поля в цилиндрических координатах:

При расчете выходных сигналов МЭП уравнения (2-4) дополняются алгоритмом исключения особых точек математических моделей - острых кромок на

границах электродов.

Для оценки осевых размеров зоны контроля между торцевыми границами соседних электродов используется расчетная модель в виде двух цилиндрических оболочек. Из общего решения этой задачи, известного в электронной оптике для 2-х бесконечно длинных цилиндрических электродов радиуса Я с бесконечно - узкой щелью между ними, получено выражение для напряженности электрического поля вдоль оси Ъ\

ди 2ИЛ ^МЛрЬз

(5)

Где 2и0 - напряжение между электродами, Щ,р) - модифицированная функция Бесселя 1-го рода нулевого порядка.

Расчет зондирующих электрических полей измерительных электродов МЭП позволяет: определить выходные сигналы МЭП при полнопоточном контроле водонефтяных эмульсий; оценить размеры зоны контроля при различных схемах электрического зондирования потока; оптимизировать конструктивные параметры МЭП и алгоритмы офабэтки данных при контроле многофазных потоков.

Так, по эквипотенциальному изображению структуры электрического поля в зоне контроля МЭП (рис.2) можно оценить размеры этой зоны и распределение напряженности поля в ней.

Показано, что осевой размер зоны контроля для схемы поперечного радиального - локального зондирования потока составляет примерено один диаметр МЭП. Так, на расстоянии от центра зазора по оси МЭП напряженность электрического поля уменьшается в 3,4 раза относительно максимального значения. Показано, что для электродов с меньшими угловыми размерами, эта величина может служить оценкой сверху размеров зон электрического зондирования контролируемого потока.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям МЭП и алгоритмов идентификации и контроля параметров водонефтяных эмульсий.

Разработана экспериментальная установка для исследования выходных сигналов и характеристик МЭП в функции фазового состава двухфазной смеси «нефть - вода», включающая: макетный образец, шестиэлектродного преобразователя (N=6); устройство, моделирующее турбулентный режим многофазного потока с равномерным перемешиванием фаз; установку для реализации двух режимов работы преобразователя - режима К1, при котором водонефтяная смесь не заземлена, то есть гальванически изолирована от корпусной точки измерительного устройства и режима К2, при котором контролируемая смесь заземлена, то есть соединена с корпусной точной измерительного устройства. Экспериментальная установка включает такие необходимые измерительные приборы и аппаратно - программное обеспечение для обработки данных.

Экспериментально получены и исследованы функции преобразования МЭП — зависимости его выходных сигналов от фазового состава водонефтяной смеси в диапазоне водосодержания а от 0 до 100% (Рисунок 3).

водонефтяной смеси в различных областях зоны контроля: а) Режим К1; б) Режим К2

Установлено, что статические функции преобразования МЭП имеют существенно различный характер в двух диапазонах изменения водосодержания а: при ае[0;0,7] и ае[0,8;1,0], так в диапазоне аб[0;0,7], соответствующем обратной эмульсии («вода в нефти») интегральная чувствительность МЭП к водосо-держанию а велика и соответствует от 3-х до 10-и относительных единиц как в режиме К1, так и в режиме К2. В диапазоне ае[0.8;1,0], соответствующим прямой эмульсии («нефть в воде»), интегральная чувствительность МЭП к изменениям а значительно различается в режимах К1 и К2: в режиме К1 чувствительность низка и составляет от 0,02 до 0,011 относительных единиц; в режиме К2 чувствительность составляет от 0,2 до 19 относительных единиц, то есть превышает на два и более порядка чувствительность режима К1.

В результате анализа экспериментальных данных и установленных закономерностей изменения выходных сигналов МЭП разработаны следующие алгоритмы идентификации и контроля параметров водонефтяных эмульсий: -Алгоритм автоматической идентификации типа водонефтяной эмульсии: обратная «вода в нефти» или прямая «нефть в воде»;

-Алгоритм идентификации вида физической среды в зоне контроля МЭП: газ (воздух) или жидкость (нефть, вода, водонефтяная эмульсия);

- Алгоритм калибровки МЭП;

- Алгоритм обработки выходных сигналов МЭП в рабочем режиме и определение фазового состава контролируемых потоков.

Проведена оценка эффективности многоэлектродного преобразователя как комплексного измерительного устройства.

Показано, что комплексирование электроемкостных преобразователей при контроле обводненности нефти в потоке позволяет повысить точность измерений по меньшей мере в раз, где Мо—число независимых измерений элементов МЭП.

Выполнен анализ влияния мешающих факторов: давления температуры и наличия свободного газа в водонефтяной эмульсии на результаты измерений МЭП. Показано, что изменение давления в трубопроводе в диапазоне от

1,0МПа до 6,0МПа погрешность измерения обводненности нефти не превосходит 0,5% в диапазоне влагосодержания а, от 0,2 до 1,0.

Разработан алгоритм температурной коррекции показаний влагомера в заданном диапазоне температур при сплайн — аппроксимации статических функций преобразования МЭП. При этом температурные испытания совмещаются с калибровкой прибора на образцовой установке типа УПВН (установка поверки влагомеров нефти)

Рисунок 4 - Алгоритм автоматической идеи- Рисунок 5 - Структурная схема устройства тификации типа водонефтяной эмульсии: с многоэлекгродным электроемкостным

обратная «вода в нефти» или прямая преобразователем

«нефть в воде»

- четвертая глава посвящена разработке установки для контроля параметров водонефтяных эмульсий в потоке. Разработана структурная схема микропроцессорного измерительного устройства с шестиэлектродным электроемкостным преобразователем, позволяющая реализовать:

- комплексирование первичных электроемкосных преобразователей;

- электрическое сканирование водонефтяного потока в различных его зонах, областях и направлениях;

-алгоритмы автоматической идентификации водонефтяной эмульсии в потоке.

Разработаны функциональные и принципиальные электрические схемы блока коммутации и управления процессом измерения выходных сигналов МЭП, в том числе: схемы подключения измерительных электродов МЭП к блоку формирования и аналоговой обработки сигналов в процессе коммутации; схемы измерения межэлектродных емкостей МЭП и алгоритмы логического управления коммутационно — измерительной системы прибора.

Разработана конструкция многоалегародного элсктроемкосп юго преобразователя.

Проведены стендовые испытания разработанного аппаратного — программного комплекса, включающего: многоэлектродный электроемкостной преобразователь (МЭП) с блоком аналоговой и микропроцессорной обработки сигнала, блок питания, блок вторичной обработки сигналов с ЖК индикатором, ЭВМ типа PC Pentium III (Note Book), линия связи между МЭП и вторичным блоком ЭВМ, программное обеспечение управления процессом измерения и обработки информации.

В результате испытаний показано, что погрешность измерения фазового состава водонефтяных эмульсий во всем диапазоне обводненности от 0 до 100% не превышает 1,0%.

Основные технические характеристики устройства

1. Диапазон измерения влажности нефш, обьемшя ¡щ % 0....100

2 Предел основной абапюп юй погрешности, обьемшя дай, % в д итак обюдеянхшог0до100% небслзе1,0

3. Д иапазон измерения содржания нефш в газонефшюм гогоке, обьашая доля,% 0....100

411режл основной абсалотной пограпносш имерения ссадисаниянгфшв газонефганом потоке, обвею ия доля, % в диапазоне содержания нефш от 0 до 100% не более 1,5

5.РабснеедаювЕвтрубопровсдаМПа небатее4,0

&Д®паэш'гемпера13рияпрсширусмойсред.1,1Ь от+5до-КЮ

7. Диапаюнтемперацрокружаощгйтрубопровод срезы, °С ог40до+70

& Диамяр трубы нефтепровода (макетбыть измен» потребованной мм 100

9. Условный проходной диаметр первичного измерительного преобразователя, мм 54

10. Объемный разюд килралируаной жидкости через первичный гфеобра-эоватепь.л'с не менее 1,5

И. Режим работа прнбэра непрерывный

IX Вт индикащи имеряемого параметра цифровой вводе ЭВМ, в силему техмианики

!3. Форма регистрации измеряемого гара\*яра «прерывная или дажрепвя с заданным пфщдам

14. Питающее наряжение; В, Гц 220,50

Показано, что базой для сравнения разработанного устройства являются

поточные электроемкостные влагомеры сырой нефти, предназначенные для оперативного контроля продукции на скважинах, ГЗУ, ДНС и установках подготовки промысловой нефти.

Сравнительный анализ приборов с электроемкостными преобразователями, например, влагомеры сырой нефти типа ВСН показал, что основная абсолютная погрешность в объемных долях разработанного прибора в поддиапазоне обводненности нефти от 0 до 60% в 2-2,5 раза, а при обводненности свыше 60% до 100% - в 4 раза меньше чем у известных электроемкостных влагомеров нефти, построенных по классической схеме.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Предложены конструктивные схемы многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), обеспечивающие возможность электрического сканирования поперечного сечения многофазного потока, реализацию ком-плексирования первичных преобразователей, многократное увеличение объе-

ма измерительной информации о параметрах контролируемого потока, что и позволяет получить более высокую точность и надежность работы поточного влагомера нефти. Показано, что при использовании многоэлектродного электроемкостного преобразователя (МЭП) число независимых измерений в одном цикле опроса электродов составляет п=М(Ы-1)/2, где N - число измерительных электродов преобразователя.

2. Разработана математическая модель МЭП, позволяющий оценить размеры зоны контроля при различных схемах электрического зондирования многофазного потока, рассчитать выходные сигналы многоэлектродного преобразователя в квазистатическом приближении, разработать алгоритмы обработки измерительной информации.

3. Установлены, на основе экспериментальных исследований, закономерности формирования функций преобразования МЭП - зависимостей его выходных сигналов от фазового состава водонефтяной смеси в диапазоне водосо-держания от 0 до 100% при различных режимах работы преобразователя и состояниях водонефтяной эмульсии: прямая — обратная

4. Разработаны алгоритмы идентификации и контроля параметров водонеф-тяных эмульсий:

- Алгоритм автоматической идентификации типа водонефтяной эмульсии: обратная - «вода в нефти» или прямая - «нефть в воде»;

- Алгоритм идентификации вида физической среды в зоне контроля МЭП: газ (воздух) или жидкость (нефть, вода, эмульсия);

- Алгоритм калибровки иобработки выходных сигналов МЭП в рабочем режиме и определение фазового состава контролируемых потоков

5. Проведен анализ погрешностей результатов измерений МЭП в условиях воздействия ряда мешающих факторов: давления в трубопроводе, наличия свободного газа в эмульсии, а так же температуры контролируемой среды в диапазоне от 2+5°С до 60°С. Разработан алгоритм температурной коррекции показаний устройства с МЭП в заданном диапазоне температур многофазной среды при сплайн аппроксимации статических функций преобразования многоэлектродного преобразователя.

6. Разработана структурная схема микропроцессорного измерительного устройства с многоэлектродным электроемкостным преобразователем, реализующая основные схемы электрического зондирования контролируемого потока, алгоритмы комплексирования идентификации и контроля водонефтяной смеси в широком диапазоне водосодержания; конструкция шестиэлектродно-го электроемкостного преобразователя, функциональные и принципиальные электрические схемы блока коммутации и управления процессом измерения выходных сигналов МЭП. Логика управления процессом коммутации и комплексирования первичных преобразователей.

7. Проведены стендовые испытания разработанного устройства с многоэлектродным электроемкостным преобразователем (МЭП). Показано, что основная абсолютная погрешность в объемных долях разработанного устройства в диапазоне обводненности от 0 до 100% более чем в 2 раза меньше чем у

известных электроемкостных влагомеров нефти, построенных по классической схеме.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах.

Публикации в изданиях из перечня ВАК:

1. Вашуркина, Е.С. Полнопоточные средства оперативного контроля продукции нефтедобывающих скважин [Текст]/ Е.С.Вашуркина, Ю.И.Стеблев, С.В.Сусарев, Д.А.Туманова // Экспозиция нефть газ. №6/Н (19).-2011 .-С.45-48.

2. Нефедова, Е.С. Анализ конструктивных схем электроемкостных преобразователей поточных влагомеров нефти [Текст]/ Е.С.Нефедова, Ю.И.Стеблев // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки.-№1(19).- 2007.-С.101-106.

3. Вашуркина, Е.С. Оптимизация конструктивных параметров многоэлектродных электроемкостных преобразователей влагомеров нефти [Текст]/ Е.С.Вашуркина, Ю.И.Стеблев // Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки.-№1(29).-2011.- С.115-123.

4. Вашуркина, Е.С. Многоэлементные электроемкостные преобразователи для полнопоточной влагометрии нефтяных эмульсий [Текст]/ Е.С.Вашуркина, Ю.И.Стеблев // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. №3,- 2012,- С.27-31.

5. Вашуркина, Е.С. Математическое моделирование" электрических полей многоэлектродных электроемкостных преобразователей при поперечно-сквозном зондировании потока [Текст]/ Е.С.Вашуркина, Ю.И.Стеблев, СЛЗ.Сусарев // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки. №4 (36).-2012.- С.189-196.

6. Вашуркина, Е.С. Условия применимости квазистатического приближения для расчета электромагнитных полей в водонефтяной эмульсии [Текст]/ Е.С.Вашуркина, Ю.И.Стеблев, С.В.Сусарев // Естественные и технические науки. № 6(62).- 2012,- С.473-476.

7. Вашуркина, Е.С. Схемы электрического зондирования контролируемого многофазного потока многоэлектродным электроемкостным преобразователем [Текст]/ Е.С.Вашуркина, С.В.Сусарев, С.В.Пантеровский, Д АТуманова, В J3 .Рыжова// Естественные и технические науки. №6(62).-2012- С.477-479.

8. Вашуркина, Е.С. Алгоритм обработки выходных сигналов многоэлектродного электроемкостного преобразователя в рабочем режиме и определение фазового состава контролируемых потоков [Текст]/ Е.СЛЗашуркина, Ю.И.Стеблев, СВ.Сусарев, ДАТуманова // Экспозиция нефть газ. №7/Н (25).- 2012- С 4144.

Публикации в других изданиях:

9. Патент Российской Федерации 2383885 Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке и устройство для его осуществления [Текст]/Стеблев Ю.И.. Нефедова Е.С., М. Кл. G01N27/22, 2008

10. Нефедова, Е.С. Синтез электрических полей при электроемкостной компьютерной томографии многофазных потоков [Текст]/ Е.С. Нефедова, Ю.И Стеблев // Сб. трудов четвертой Всероссийской научной конференции с между-

народным участием Математическое моделирование и краевые задачи: Часть 4. «Информационные технологии в математическом моделировании». 2007-С.100-102.

11. Нефедова, Е.С. Электроемкостная компьютерная томография многофазных потоков [Текст]/ Е.С.Нефедова, Ю.И. Стеблев // Сб. трудов международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах». 2007.- С.31-35.

12. Нефедова, Е.С. Средства контроля продукции газонефтяных скважин [Текст}/ ЕСНефздова, КЖСгебпав. Учебное пособие с грифам УМОАМ. 2007. - 173с.

13. Нефедова, Е.С. Математическое моделирование электроемкостного преобразователя поточного влагомера нефти [Текст]/ Е.С.Нефедова // Сб. трудов XIII Международной научно-практической конференция студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии СТТ». 2007.-С.215-217.

14. Нефедова, Е.С. Технические требования к поточным влагомерам нефти [Текст]/ Е.С.Нефедова// Автоматизация, диагностика и контроль технологических процессов и оборудования. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 7.- 2007,- С.18 - 27.

15. Нефедова, Е.С. Электроемкостные преобразователи для диагностики многофазных потоков [Текст]/ Е.С.Нефедова// Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики. Тр. X Меж-дун. науч.-практ. конф. Секция Приборостроение. 2007.- С. 202-207.

16. Вашуркина, Е.С. Полнопоточные средства оперативного контроля продукции нефтедобыващих скважин [Текст]/ Ю.И.Стеблев, С.В.Сусарев, Е.С.Вашуркина, Д.А. Туманова// Сборник работ победителей отборочного тура Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направлениям. 2011.-С213-216.

17. Вашуркина, Е.С. Контроль обводненности промысловой нефти с учетом газовой фазы [Текст]/ Е.С.Вашуркина, Д.С.Туманова// Информационные, измерительные и управляющие системы(ИИУС-2012):Материалы III Международной научно-технической конференции. 2012.- С.3-7.

18. Вашуркина, Е.С. Информационно измерительная система с многоэлементными электроемкостными преобразователями для контроля водонефтя-ной эмульсии[Текст]/ Е.С.Вашуркина //Информационные, измерительные и управляющие системы(ИИУС-2012)¡Материалы III Международной научно-технической конференции. 2012.-С.204-207.

♦Фамилия автора изменена с Нефедовой Е.С. на Вашуркину Е.С. в соответствии со свидетельством о регистрации брака №856470 от 23 апреля 2010г.

Подписало в печать 21.05.2012 Заказ №437. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе.

ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет Отдел типографии и оперативной печати 443100 г. Самара ул. Молодогвардейская, 244

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

На правах рукописи

04201360562

Вашуркина Екатерина Сергеевна

МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В НЕФТЕДОБЫЧЕ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Стеблев Ю.И.

Самара - 2013

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................... 5

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В ПОТОКЕ. ОСОБЕННОСТИ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ........................ 12

1.1. Электроемкостные преобразователи как элементы системы управления и контроля продукции нефтегазовых скважин..................... 12

1.2. Анализ электромагнитных средств контроля продукции нефтегазовых скважин в потоке........................................................... 20

1.3. Выводы и постановка задач диссертационной работы................ 45

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗОНДИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ШЛЕЙ И ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ МНОГОЭЛЕКТРОДНЫХ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ....................................................................................................................49

2.1. Сравнительный анализ конструктивных схем электроемкостных преобразователей поточных влагомеров нефти............................... 49

2.2. Условия применимости квазистатического приближения для расчета электромагнитных полей в водонефтяной эмульсии............. 63

2.3. Расчет электрических полей и выходных сигналов МЭП............ 78

2.3.1. Схемы электрического зондирования контролируемого потока многоэлектродным электроемкостным преобразователем................ 78

2.3.2. Расчет электрических полей и параметров МЭП при поперечно -сквозном зондирование потока.................................................. 82

2.3.3. Расчет электрических полей МЭП при локальном зондировании потока................................................................................. 95

2.4. Выводы......................................................................... 105

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОЭЛЕКТРОДНЫХ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (МЭП) И АЛГОРИТМОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ

ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ............................................... 109

3.1 Оптимизация конструктивных параметров МЭП влагомеров нефти методом физического моделирования........................................... 106

3.2. Разработка экспериментальной установки и исследование выходных сигналов МЭП в турбулентном режиме.................................. 128

3.3 Разработка алгоритмов идентификации и контроля параметров во-донефтяной эмульсии............................................................ 141

3.3.1. Алгоритм автоматической идентификации типа водонефтяной эмульсии: обратная «вода в нефти» или прямая «нефть в воде».......... 141

3.3.2. Идентификация вида физической среды в зоне контроля МЭП:

газ (воздух) или жидкость (нефть, вода, водонефтяная эмульсия)........ 143

3.3.3. Алгоритм калибровки МЭП................................................ 147

3.3.4. Алгоритм обработки выходных сигналов МЭП в рабочем режиме и определение фазового состава контролируемых потоков............ 148

3.4 Оценка эффективности комплексирования электроемкостных

преобразователей при контроле водонефтяных эмульсий................ 154

3.4.1. Влияние мешающих факторов на результаты измерений МЭП... 158 3.5. Выводы........................................................................... 170

4. РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В ПОТОКЕ................................. 176

4.1 Структурная схема полнопоточного влагомера нефти с МЭП........ 176

4.2 Блок коммутации измерительных электродов МЭП.................... 180

4.3. Разработка конструкции электроемкостного преобразователя и

н

испытание установки............................................................... 187

4.4 Выводы........................................................................... 197

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................................................................199

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................................206

ПРИЛОЖЕНИЕ А........................................................................................................................................215

ПРИЛОЖЕНИЕ Б........................................................................................................................................218

ПРИЛОЖЕНИЕ В......................................................................................................................................219

ПРИЛОЖЕНИЕ Г........................................................................................................................................220

ВВЕДЕНИЕ

Одна из актуальных проблем нефтедобывающей отрасли -повышение эффективности оперативного учета и контроля добываемой продукции на нефтегазовых скважинах, групповых замерных установках (ГЗУ), дожимных насосных станциях (ДНС) и установках подготовки промысловой нефти.

Кроме нефти в продукции скважины всегда присутствует две других фазы: пластовая вода и газ. Для оценки эффективности эксплуатации скважины и управления процессом нефтедобычи необходимо измерять содержание отдельных фаз в добываемой продукции, то есть количество нефти, воды и газа.

Оперативный контроль обводненности промысловой нефти дает возможность управлять процессом эксплуатации месторождения: следить за продвижением водо - нефтяного контакта в контуре заводнения, организовывать предварительный сброс воды из продукции нефтяных скважин, оптимизировать технологию подготовки промысловой нефти.

В задачах поточной влагометрии промысловой нефти наибольшее распространение получили электромагнитные измерительные преобразователи, входящие в состав двухфазных и трехфазных расходомеров газоводонефтяных потоков, автоматизированных групповых замерных установках (ГЗУ), узлов учета сырой нефти (УУН) и других, предназначенных для измерения дебита нефти и воды.

Вопросами измерения расхода и концентрации многофазных потоков и сред занимались как отечественные, так и зарубежные ученые: М. А. Берлинер, П.П. Кремлевский, Р.Г Джексон и др.

Объектом контроля электромагнитных методов и средств является водонефтяная эмульсия - сложная дисперсная система, в которой содержание воды может достигать 98% и более. Сложность контроля водонефтяной эмульсии состоит в том, что в зависимости от объемного содержания в ней воды эмульсия может находиться в двух состояниях:

прямая - «нефть в воде» или обратная «вода в нефти». При инверсии смеси, то есть переходе от прямой эмульсии к обратной, происходит резкое изменение электрофизических свойств, что часто приводит к снижению эффективности средств контроля, особенно при больших значениях обводненности.

Кроме того, на результаты контроля значительное влияние оказывает гидродинамическая структура многофазного потока и условия размещения в нем первичных измерительных преобразователей - датчиков.

Диагностика водонефтяной смеси электромагнитным методом возможно по двум параметрам: диэлектрической проницаемости и удельной электрической проводимости. Однако основной наиболее устойчивой характеристикой является диэлектрическая проницаемость физических сред образованных двухфазными и трехфазными газоводонефтяными потоками.

Для зондирования этих физических сред наиболее целесообразно использовать электромагнитные поля электрического типа, то есть использовать электроемкостные преобразователи - диэлькометрический метод.

В отечественных и зарубежных влагомерах нефти используются в основном двухэлектродные электроемкостные преобразователи с коаксиальными или накладными электродами. Их недостаток - в отсутствии адаптации к состоянию водонефтяной эмульсии (прямая или обратная), жесткая схема электромагнитного зондирования многофазного потока, не позволяющая получать информацию об отдельных зонах этого потока, а следовательно влияние гидродинамической структуры потока на результат измерений.

Таким образом, актуальной задачей электромагнитного контроля продукции нефтегазовых скважин является разработка новых, более эффективных схем построения электроемкостных преобразователей, их комплексирование, многократное увеличение объема измерительной информации о параметрах двухфазных и трехфазных газоводонефтяных

потоков, алгоритмов идентификации и контроля водонефтяных эмульсий, позволяющих повысить надежность и достоверность процессов оперативного диагностирования качества промысловой нефти.

Работа выполнялась по следующим научным программам:

1. Программа «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК-2007») (Министерство образования и науки Российской Федерации Фонд содействия развитию малых форм предприятия в научно - технической сфере. Федеральное агентство по науке и инновациям. Федеральное агентство по образованию) по теме «Электроемкостная компьютерная томография многофазных потоков»;

2. Государственное задание высшим учебным заведениям на 2012 год (№7.2083.2011) по теме «Разработка методов и средств полнопоточного оперативного контроля продукции нефтедобывающих скважин на основе электроемкостной компьютерной томографии многофазных потоков в трубопроводах»;

3. Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» (№14.В37.21.1855 от 04.10.2012) по теме «Разработка нового поколения аппаратно-программных средств полнопоточного контроля для систем управления в нефтедобыче».

Реализация и внедрение результатов работы:

Представленные в работе исследования и разработки реализованы и внедрены в следующих организациях: : ОАО «Гипровостокнефть», ООО «Сервис - центр - Автоматика» , что подтверждено актами внедрения.

Так же основные результаты диссертационной работы используются в лекционных курсах, в лабораторном практикуме, в курсовом и дипломном проектировании в Самарском государственном техническом университете на кафедре «Автоматизация и управление технологическими процессами».

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на расширенном заседании кафедры «Автоматизация

и управление технологическими процессами», а также на следующих конференциях, семинарах, форумах:

1. Четвертая международная научная конференция «Математическое моделирование и краевые задачи» г. Самара, 29-31 мая 2007 год;

2. Международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» г. Пенза, 17-19 апреля 2007год;

3. Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. «Современные техника и технологии» г. Томск, 26-30 марта 2007год;

4. Международная научно - практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», г. Сочи, 1 -5 октября 2007год;

5. Конкурс инновационных проектов молодых ученых Самарской области. 1-3 декабря 2011 год;

6. Всероссийский молодежный форум «Селигер-2012», смена «Инновации-2012» . 1-10 июля 2012 год.

7. Конкурс инновационных проектов «Умник на Старт» г. Рязань, 9-14 сентября 2012 год.

Цель диссертационной работы:

Повышение эффективности (точности, надежности и достоверности) средств электромагнитного контроля продукции нефтегазовых скважин за счет создания многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП) обеспечивающих возможность электрического сканирования многофазного потока, реализацию комплексирования первичных преобразователей.

В соответствии с целью работы в ней решается следующие задачи: 1. Разработка конструктивных схем многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), обеспечивающих возможность

электрического сканирования поперечного сечения многофазного потока, реализацию комплексирования первичных преобразователей, многократное увеличение объема измерительной информации о параметрах контролирующего потока; повышение на этой основе эффективности оперативного диагностирования качества продукции нефтегазовых скважин.

2. Разработка математической модели многоэлектродного электроемкостного преобразователя (МЭП) с целью оптимизации режимов электрического сканирования поперечного сечения водонефтяных потоков и алгоритмов обработки многомерной измерительной информации.

3. Экспериментальные исследования закономерностей формирования выходных сигналов и характеристик МЭП при контроле водонефтяных потоков. Разработка алгоритмов идентификации и контроля водонефтяных эмульсий в широком диапазоне водосодержания в условиях комплексирования электроемкостных преобразователей.

4. Разработка установки с многоэлектродным электроемкостным преобразователем, реализующий основные алгоритмы комплексирования, идентификации и контроля водонефтяных потоков.

Методы исследования; базируются на теории электромагнитного поля и электронных цепей, дифференциального и интегрального исчислений, теории информационно - измерительных и управляющих систем.

Научная новизна работы:

1. Предложен способ измерения параметров водонефтяного потока с использованием многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), обеспечивающих возможность электрического сканирования поперечного сечения многофазного потока, реализацию комплексирования первичных преобразователей, многократное увеличение объема измерительной информации о параметрах контролирующего потока, что позволяет повысить эффективность поточной влагометрии нефти.

2. Разработана математическая модель МЭП, позволяющая оценить размеры зон контроля при различных схемах электрического зондирования

многофазного потока, рассчитать выходные сигналы МЭП в квазистатическом приближении и разработать алгоритмы обработки измерительной информации.

3. Установлены на основе экспериментальных исследований закономерности формирования функции преобразования МЭП зависимостей его выходных сигналов от фазового состава водонефтяной смеси в диапазоне водосодержания от 0 до 100%, при различных режимах работы преобразователя и состояниях водонефтяной эмульсии: прямая («нефть в воде»)- обратная («вода в нефти»),

4. Разработаны алгоритмы идентификации и контроля параметров водонефтяных эмульсий:

- алгоритм автоматической идентификации типа водонефтяной эмульсии: обратная - прямая и вида физической среды в зоне контроля МЭП (газ, жидкость);

- алгоритмы калибровки и обработки выходных сигналов МЭП, позволяющий определить фазовый состав контролируемого потока во всем диапазоне обводненности с погрешностью не более 1%.

Практическая ценность работы:

1. Конструкция шестиэлектродного электроемкостного преобразователя, функциональные и принципиальные электрические схемы блока коммутации и управления процессом измерения выходных сигналов МЭП.

2. Методики обработки выходных сигналов МЭП с использованием разработанных алгоритмов идентификации позволяющие более чем в 2 раза повысить точность измерения влажности нефти в потоке.

3. Методика экспериментальных исследований выходных сигналов и характеристик МЭП в функции фазового состава двухфазной смеси «нефть -вода» при различных режимах работы преобразователя.

4. Алгоритм температурной коррекции показаний влагомера в заданном диапазоне температур многофазной среды при сплайн - аппроксимации статических функций преобразования МЭП.

Основные положения, выносимые на защиту;

1 Конструктивные схемы многоэлектродных электроемкостных преобразователей (МЭП), реализующих комплексирование первичных преобразователей, электрического сканирования различных областей многофазного потока.

2. Математическая модель МЭП, позволяющая оптимизировать режимы электрического сканирования контролируемых потоков и алгоритмы обработки многомерной измерительной информации.

3. Экспериментально установленные закономерности формирования выходных сигналов и характеристик МЭП при контроле водонефгяных потоков.

4. Алгоритмы идентификации и контроля водонефтяных эмульсий в широком диапазоне водосодержания в условиях комплексирования электроемкостных преобразователей.

5. Устройство с многоэлектродным электроемкостным преобразователем, реализующее основные алгоритмы комплексирования, идентификации и контроля водонефтяных потоков, позволяющее повысить эффективность контроля продукции нефтегазовых скважин.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 8 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций, в том числе патент на способ и устройство по влагометрии водонефтяной эмульсии.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав. Заключения, перечня используемых источников, приложений. Работа содержит 220 страниц машинописного текста, 40 таблиц, 50 иллюстраций, 9 страниц библиографического списка из 98 наименований и 6 страниц приложений.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В ПОТОКЕ. ОСОБЕННОСТИ

ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ.

1.1. Элект�