izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-6-52-59izmertech-1614Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSМультифазный ядерно-магнитный расходомер-релаксометр для контроля состояния и быстроизменяющихся расходов нефтяных смесейMultiphase nuclear-magnetic flowmeter-relaxometer for control of condition and rapidly changing expenditures of oil mixtureshttps://orcid.org/0000-0001-9530-4805ДавыдовВ. В.DavydovV. V.

Вадим Владимирович Давыдов

Санкт-Петербург; р. п. Большие Вяземы, Московская обл.

Vadim V. Davydov

St. Petersburg; Bolshye Vyazyomy, Moscow Region

davydov_vadim66@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9423-9068МязинН. С.MyazinN. S.

Никита Сергеевич Мязин

Санкт-Петербург

Nikita S. Myazin

St. Petersburg

myazin.n@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1958-4221ДавыдовР. В.DavydovR. V.

Роман Вадимович Давыдов

Санкт-Петербург

Roman V. Davydov

St. Petersburg

romanvproze@gmail.comСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологииРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic University; All Russian Research Institute of PhytopathologyRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-БруевичаРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic University;The Bonch-Bruevich St. Petersburg State University of TelecommunicationRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202213052023065259Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1614

Обоснована необходимость улучшения первичной очистки (сепарации) нефти в условиях буровой станции или морской платформы и описаны возникающие при этом проблемы. Определены условия повышения эффективности первичной очистки нефтяной смеси. Для измерения расхода и контроля состояния нефтяной смеси, поступающей из скважины, рассмотрены возможности использования оптических приборов и расходомеров различных конструкций, в частности, ядерно-магнитных расходомеров-релаксометров. Описана конструкция промышленного ядерно-магнитного расходомера-релаксометра M-Phase 5000, который применяется для контроля расхода и качества нефти и нефтепродуктов, и установлены проблемы, не позволяющие его использовать в условиях буровой установки или морской платформы. Разработана конструкция ядерно-магнитного расходомера-релаксометра, в которой реализованы различные модуляционные методики для измерения расхода и времён продольной и поперечной релаксаций нефтяной смеси. Использование этих методик и предложенных технических решений позволяет применять данный прибор на буровой станции и морской платформе. Представлены результаты исследований различных сред разработанным прибором.

The necessity of improving the primary purification of oil in the conditions of a drilling station or an off shore platform is substantiated. The problems that arise in these situations are noted. One of the conditions for increasing the efficiency of the primary treatment (separation) of an oil mixture. The possibilities of using different designs offlowmeters to measure the flow rate q of the oil mixture coming from the well and various devices for monitoring its condition are considered. The analysis of designs of nuclear-magnetic flowmeters-relaxometers is carried out. The design of the industrial nuclear magnetic flowmeter-relaxometer M-Phase 5000, which is used to control the flow and quality of oil and oil products, is considered in detail. Problems have been identified that do not allow the use of a nuclear magnetic flowmeter - the M-Phase 5000 relaxometer in a drilling rig or offshore platform. A new design of a nuclear magnetic flowmeter-relaxometer has been developed, in which modulation methods for measuring q, T1 and T2 are implemented. The use of these techniques and various technical solutions makes it possible to use this device at a drilling station or offshore platform. The results of studies of various media are presented.

нефтяная смесьпотокрасходсостояние средыпримесиочисткатрубопроводядерный магнитный резонансвремя продольной релаксациивремя поперечной релаксацииотношение сигнал/шумпогрешность измеренияoil mixturestreamexpendituremedium stateimpuritiescleaningpipelinenuclear magnetic resonancelongitudinal T1 and transverse T2 relaxation timessignal-to-noise ratiomeasurement errorИсследование выполнено при поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-32-90012.The study was supported by the Russian Foundation for Basic Research within the framework of research project no. 20-32-90012.ReferencesChen Z., Wang L., Wei Z., Wang Y., Deng J., Energy, 2022, vol. 244, 123147. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123147Chen Z., Wang L., Wei Z., Wang Y., Deng J., Energy, 2022, vol. 244, 123147. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123147Xu Y., Lun Z., Pan Z., Zhao C., Zhang D., Journal of Petroleum Science and Engineering, 2022, vol. 211, 110183. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110183Xu Y., Lun Z., Pan Z., Zhao C., Zhang D., Journal of Petroleum Science and Engineering, 2022, vol. 211, 110183. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110183De Robbio R., Cameretti M. C., Mancaruso E., Fuel, 2022, vol. 317, 123519. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123519De Robbio R., Cameretti M. C., Mancaruso E., Fuel, 2022, vol. 317, 123519. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123519Rosa-Santos P., Taveira-Pinto F., Energy Conversion and Management, 2019, vol. 186, pp. 556–569. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.02.050Rosa-Santos P., Taveira-Pinto F., Energy Conversion and Management, 2019, vol. 186, pp. 556–569. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.02.050Gizatullin B., Gafurov M., Murzakhanov F., Mattea C., Stapf S., Langmuir, 2021, vol. 37 (22), pp. 6783–6791. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c00882Gizatullin B., Gafurov M., Murzakhanov F., Mattea C., Stapf S., Langmuir, 2021, vol. 37 (22), pp. 6783–6791. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c00882Dimitriadis A., Meletidis G., Pfi sterer U., Kubička D., Bezergianni S., Fuel Processing Technology, 2022, vol. 230, 107220. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2022.107220Dimitriadis A., Meletidis G., Pfi sterer U., Kubička D., Bezergianni S., Fuel Processing Technology, 2022, vol. 230, 107220. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2022.107220Qu B., Yang C., Shao Q., Liu Y., Chu H., Fuel, 2022, vol. 315, 123218. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123218Qu B., Yang C., Shao Q., Liu Y., Chu H., Fuel, 2022, vol. 315, 123218. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123218Li Y., Wang D., Xu G., Zhang X., Liang X., Frontiers in Chemistry, 2021, vol. 9, 810861. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.81086Li Y., Wang D., Xu G., Zhang X., Liang X., Frontiers in Chemistry, 2021, vol. 9, 810861. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.81086Jafarinejad S., Esfahani M. R., Separations, 2021, vol. 8, no. 11, 206. https://doi.org/10.3390/separations8110206Jafarinejad S., Esfahani M. R., Separations, 2021, vol. 8, no. 11, 206. https://doi.org/10.3390/separations8110206Klingensmith W. C., Mays D. C., Journal of Environmental Engineering (United States), 2018, vol. 144, 05018004. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001415Klingensmith W. C., Mays D. C., Journal of Environmental Engineering (United States), 2018, vol. 144, 05018004. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001415Yang Y., Ha W., Zhang C., Zhang X., Wang D., Flow Measurement and Instrumentation, 2022, vol. 84, 102142. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2022.102142Yang Y., Ha W., Zhang C., Zhang X., Wang D., Flow Measurement and Instrumentation, 2022, vol. 84, 102142. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2022.102142Wang Y., Li H., Liu X., Hu J., Deng G., Sensors, 2016, vol. 16, no. 10, 1703. https://doi.org/10.3390/s16101703Wang Y., Li H., Liu X., Hu J., Deng G., Sensors, 2016, vol. 16, no. 10, 1703. https://doi.org/10.3390/s16101703Kumar A., Ridha S., Narahari M., Ilyas S. U., Expert Systems with Applications, 2021, vol. 183, 115409. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2021.115409Kumar A., Ridha S., Narahari M., Ilyas S. U., Expert Systems with Applications, 2021, vol. 183, 115409. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2021.115409Сафонов А. В. Опыт применения ультразвуковых преобразователей расхода в составе системы измерений количества и показателей качества нефти // Измерительная техника. 2014. № 4. С. 59–61 [Safonov A. V., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 4, рр. 458–460. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0477-1].Сафонов А. В. Опыт применения ультразвуковых преобразователей расхода в составе системы измерений количества и показателей качества нефти // Измерительная техника. 2014. № 4. С. 59–61 [Safonov A. V., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 4, рр. 458–460. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0477-1].Марусина М. Я., Базаров Б. А., Галайдин П. А., Марусин Н. П., Силаев А. А., Закемовская Ю. Е., Мустафаев Ю. Н. Синтез градиентной системы мультифазного расходомера // Измерительная техника. 2014. № 5. С. 68–72 [Marusina M. Y., Bazarov B. A., Galaidin P. A., Marusin M. P., Silaev A. A., Zakemovskaya E. Y., Mustafaev Y. N., Measur ement Techniques, 2014, vol. 57, no. 5, pp. 580–586. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0501-5].Марусина М. Я., Базаров Б. А., Галайдин П. А., Марусин Н. П., Силаев А. А., Закемовская Ю. Е., Мустафаев Ю. Н. Синтез градиентной системы мультифазного расходомера // Измерительная техника. 2014. № 5. С. 68–72 [Marusina M. Y., Bazarov B. A., Galaidin P. A., Marusin M. P., Silaev A. A., Zakemovskaya E. Y., Mustafaev Y. N., Measur ement Techniques, 2014, vol. 57, no. 5, pp. 580–586. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0501-5].Im S. H., Kim K. Y., Park G. S., Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, 2021, vol. 70, pp. 1460–1466. https://doi.org/10.5370/KIEE.2021.70.10.1460Im S. H., Kim K. Y., Park G. S., Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, 2021, vol. 70, pp. 1460–1466. https://doi.org/10.5370/KIEE.2021.70.10.1460Dasgupta S., Tm – Technisches Messen, 2021, vol. 88, no. 9, pp. 508–518. https://doi.org/10.1515/teme-2021-0011Dasgupta S., Tm – Technisches Messen, 2021, vol. 88, no. 9, pp. 508–518. https://doi.org/10.1515/teme-2021-0011Давыдов В. В., Мязин Н. С., Кирюхин А. В. Ядерно-магнитные расходомеры-релаксометры для контроля расхода и состояния теплоносителя и питательной воды на АЭС // Атомная энергия. 2019. Т. 127. № 5. С. 250–255 [Davydov V. V., Myazin N. S., Kiryukhin A. V., Atomic Energy, 2020, vol. 127, no. 5, pp. 274–279. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00623-5].Давыдов В. В., Мязин Н. С., Кирюхин А. В. Ядерно-магнитные расходомеры-релаксометры для контроля расхода и состояния теплоносителя и питательной воды на АЭС // Атомная энергия. 2019. Т. 127. № 5. С. 250–255 [Davydov V. V., Myazin N. S., Kiryukhin A. V., Atomic Energy, 2020, vol. 127, no. 5, pp. 274–279. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00623-5].O’Neill K. T., Brancato L., Stanwix P. L., Fridjonsson E. O., Johns M. L., Chemical Engineering Science, 2019, vol. 202, pp. 222–237. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.03.018O’Neill K. T., Brancato L., Stanwix P. L., Fridjonsson E. O., Johns M. L., Chemical Engineering Science, 2019, vol. 202, pp. 222–237. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.03.018Fridjonsson E. O., Stanwix P. L., Johns M. L., Journal of Magnetic Resonance, 2014, vol. 245, 110. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2014.06.004Fridjonsson E. O., Stanwix P. L., Johns M. L., Journal of Magnetic Resonance, 2014, vol. 245, 110. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2014.06.004Davydov V. V., Optics and Spectroscopy, 2016, vol. 121, no. 1, pp. 18–24. https://doi.org/10.1134/S0030400X16070092Davydov V. V., Optics and Spectroscopy, 2016, vol. 121, no. 1, pp. 18–24. https://doi.org/10.1134/S0030400X16070092Zargar M., Johns M. L., Aljindan J. M., Noui-Mehidi M. N., O’Neill K. T., SPE Production and Operations, 2021, vol. 36, no. 2, pp. 423–436. https://doi.org/10.2118/205351-PAZargar M., Johns M. L., Aljindan J. M., Noui-Mehidi M. N., O’Neill K. T., SPE Production and Operations, 2021, vol. 36, no. 2, pp. 423–436. https://doi.org/10.2118/205351-PABilgic A. M., Kunze J. W., Stegemann V., Cerioni L., Zoeteweij M., Tm – Technisches Messen, 2015, vol. 82, no. 11, pp. 539–548. https://doi.org/10.1515/teme-2015-0082Bilgic A. M., Kunze J. W., Stegemann V., Cerioni L., Zoeteweij M., Tm – Technisches Messen, 2015, vol. 82, no. 11, pp. 539–548. https://doi.org/10.1515/teme-2015-0082Weissenbrunner A., Fiebach A., Schmelter S., Thamsen P. U., Lederer T., Flow Measurement and Instrumentation, 2016, vol. 52, pp. 25–39. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2016.07.011Weissenbrunner A., Fiebach A., Schmelter S., Thamsen P. U., Lederer T., Flow Measurement and Instrumentation, 2016, vol. 52, pp. 25–39. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2016.07.011Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Малогабаритный меточный ядерно-магнитный расходомер для измерения быстроменяющихся расходов жидкости // Измерительная техника. 2015. № 3. С. 48–51 [Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Y., Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 3, pp. 317– 322. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0707-1].Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Малогабаритный меточный ядерно-магнитный расходомер для измерения быстроменяющихся расходов жидкости // Измерительная техника. 2015. № 3. С. 48–51 [Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Y., Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 3, pp. 317– 322. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0707-1].Deng F., Xiong C., Chen S., Chen G., Wang M., Liu H., Zhang J., Xiao L., Petroleum Exploration and Development, 2020, vol. 47, no. 4, pp. 855–866. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(20)60101-XDeng F., Xiong C., Chen S., Chen G., Wang M., Liu H., Zhang J., Xiao L., Petroleum Exploration and Development, 2020, vol. 47, no. 4, pp. 855–866. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(20)60101-XO’Neill K. T., Klotz, A., Stanwix, P. L. et al., Flow Measurement and Instrumentation, 2017, vol. 58, pp. 104–111. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2017.10.004O’Neill K. T., Klotz, A., Stanwix, P. L. et al., Flow Measurement and Instrumentation, 2017, vol. 58, pp. 104–111. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2017.10.004Meribout M., Azzi A., Ghendour N. et al., Measurement, 2020, vol. 165, 108111. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108111Meribout M., Azzi A., Ghendour N. et al., Measurement, 2020, vol. 165, 108111. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108111Давыдов В. В., Мязин Н. С., Давыдов Р. В. Ядерно-магнитный расходомер-релаксометр для контроля расхода и состояния теплоносителя в первом контуре ядерного ре- актора подвижного объекта // Измерительная техника. 2022. № 4. С. 49–58 [Davydov V. V., Myazin N. S., Davydov R. V., Nuclear-magnetic fl owmeter-relaxometer for control to expenditure and condition transparent liquids of coolant in fi rst circuit of nuclear reactor a moving object, Izmeritel'naya tekhnika, 2022, no. 4, рр. 49–58 (In Russ.)]. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-4-49-58Давыдов В. В., Мязин Н. С., Давыдов Р. В. Ядерно-магнитный расходомер-релаксометр для контроля расхода и состояния теплоносителя в первом контуре ядерного ре- актора подвижного объекта // Измерительная техника. 2022. № 4. С. 49–58 [Davydov V. V., Myazin N. S., Davydov R. V., Nuclear-magnetic fl owmeter-relaxometer for control to expenditure and condition transparent liquids of coolant in fi rst circuit of nuclear reactor a moving object, Izmeritel'naya tekhnika, 2022, no. 4, рр. 49–58 (In Russ.)]. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-4-49-58Leshe A., Nuclear induction, Veb Deustscher Verlag Der Wissenschaften, Berlin, 1963, 864 p.Leshe A., Nuclear induction, Veb Deustscher Verlag Der Wissenschaften, Berlin, 1963, 864 p.Abragam A., The principles of nuclear magnetism, Оxford at the Clarendon Press, Oxford UK, 1961, 646 p.Abragam A., The principles of nuclear magnetism, Оxford at the Clarendon Press, Oxford UK, 1961, 646 p.Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Формирование линии нутации в ядерно-магнитных измерителях с текущим образцом // Письма в журнал технической физи- ки. 2015. № 7. С. 103–110 [Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Yu., Technical Physics Letters, 2015, vol. 41, pp. 355–358. https://doi.org/10.1134/S1063785015040057].Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Формирование линии нутации в ядерно-магнитных измерителях с текущим образцом // Письма в журнал технической физи- ки. 2015. № 7. С. 103–110 [Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Yu., Technical Physics Letters, 2015, vol. 41, pp. 355–358. https://doi.org/10.1134/S1063785015040057].Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю., Вологдин В. А. Особенности применения метода ядерно-магнитной спектроскопии для исследования потоков жидких сред // Жур- нал прикладной спектроскопии. 2015. Т. 82. № 6. С. 936–942 [Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Yu., Vologdin V. A., Journal of Applied Spectroscopy, 2015, vol. 82, no. 6, pp. 1013–1019. https://doi.org/10.1007/s10812-016-0220-6].Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю., Вологдин В. А. Особенности применения метода ядерно-магнитной спектроскопии для исследования потоков жидких сред // Жур- нал прикладной спектроскопии. 2015. Т. 82. № 6. С. 936–942 [Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Yu., Vologdin V. A., Journal of Applied Spectroscopy, 2015, vol. 82, no. 6, pp. 1013–1019. https://doi.org/10.1007/s10812-016-0220-6].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.