izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-5-52-60izmertech-1707Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSМногопараметрический проточный измерительный комплекс для экспресс-контроля качества нефти методом протонной магнитно-резонансной релаксометрииMultiparametric measuring f ow complex for express control of oil quality by the method of proton magnetic resonance relaxometryhttps://orcid.org/0000-0001-8582-1577КашаевР. С.КаshaevR. S.

Рустем Султанхамитович Кашаев

Казань

Rustem S. Каshaev

Kazan

kashaev2007@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1736-4671КозелковаВ. О.КоzelkovaV. O.

Bалерия Олеговна Козелкова

Казань

Valeriya O. Коzelkova

Kazan

https://orcid.org/0000-0002-8150-6251ОвсеенкоГ. А.ОvseenkoG. A.

Галина Анатольевна Овсеенко

Казань

Galina A. Оvseenko

Kazan

 

https://orcid.org/0000-0002-7443-5790КарачинВ. И.КаrachinV. I.

Вячеслав Игоревич Карачин

Казань

Vyacheslav I. Каrachin

Kazan

https://orcid.org/0000-0001-6067-8719КозелковО. В.КоzelkovO. V.

Олег Владимирович Козелков

Казань

Оleg V. Коzelkov

Kazan

Казанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation202308062023055260Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1707

Рассмотрены проблемы, возникающие при контроле качества сырья (скважинной жидкости, сырой нефти и водонефтяных эмульсий) в процессах их добычи, подготовки к транспортировке и переработке. Показано, что существующие средства экспресс-контроля качества нефти имеют невысокую точность и недостаточную скорость измерения её характеристик. Для обеспечения качества нефти и чистоты отделяемой балластной воды необходима их дополнительная очистка. Для экспресс-контроля характеристик (свойств) нефти при добыче, подготовке и транспортировке разработан протонный магнитно-резонансный релаксометр и многопараметрический проточный измерительный комплекс, включающий систему представительного пробоотбора. Описаны метод ядерной (протонной) магнитно-резонансной релаксометрии, конструкция и алгоритм функционирования измерительного комплекса, а также структура и работа протонного магнитно-резонансного релаксометра. Получены формулы, связывающие технические, электромагнитные и схемотехнические параметры релаксометра. Проведены метрологические испытания релаксометра в составе измерительного комплекса при экспресс-контроле свойств образцов нефти. Получены погрешности измерений следующих характеристик скважинной жидкости, сырой нефти, водонефтяных эмульсий и отделяемой от нефти балластной воды: концентрации воды в нефти в диапазоне 0–100 % (±1 % отн.); концентрации солей в воде в диапазоне 0–10 г/л (±0,2 мг/л); концентрации серы в нефти в диапазоне 0,1–8,0 % абс. (±0,3 % отн.); плотности нефти в расширенном диапазоне 700–1100 кг/м3 (±1,47 кг/м3); кинематической вязкости нефти в диапазоне 0–350 мм2/с (±0,13 мм2/с). Нефтяные образцы охарактеризованы лабораторными аналитическими методами. Представленный измерительный комплекс даёт возможность верификации данных по нескольким параметрам, полученным методом протонно-магнитно-резонансной релаксометрии. Разработанный многопараметрический проточный измерительный комплекс можно использовать при управлении многофункциональной автоматической цифровой интеллектуальной скважиной, установками отделения воды из водонефтяных эмульсий и очистки пластовых вод. 

Observed the problems arising in the quality control of raw (oil-well liquid, crude oil and oil-water emulsions) quality in the processes of their production, preparation for transportation and convertion. Was shown, that existing instruments of the crude oil quality control have low accuracy and unsuffi cient speed of measurements of oil characteristics. To ensure the quality of oil and purity of the separated ballast water, their additional purifi cation is necessary. For the express control of characteristics (properties) of oil during mining and preparation for transportation, relaxometer of proton magnetic resonance and multiparametric fl ow measuring complex, including the system of representative sampling has been elaborated. Described the method of nuclear (proton) magnetic resonance relaxometry, сonstruction and algorithm of functioning for measurement complex, as well as the structure and work of proton magnetic resonance relaxometer. Were received equations, describing technical, electromagnetic and schemotechnik parameters of relaxometer. Performed the metrological tests of relaxometer, forming a part of measurement complex with the alternative control of crude oil samples properties by laboratory analytic methods. Were received the following characteristics of oil-well liquid, crude oil, oil-water emulsions and separated from oil stratum water properties: water concentration in the rang 0–100 % with the error ±1 % rel., concentration of salts in water in the range 0–10 g/l with error ±0.2 mg/l, mass concentrations of sulfur S in the range 0.1–8.0 % with error ±0.3 % rel., density ρ in the extended range 700–1100 kg/m3 with error ±1.47 kg/m3, kinematic viscosity in the range 0–350 mm2/s with error ±0,13 mm2/s in the oil samples. Presented measurement complex gives the opportunity for data verifi cation using several PMR-parameters. Elaborated сomplex can be used for control and management of oil mining multifunctional digital automated oil-well, installations for water separation from oil-water emulsions and sewage waters purifi cation. 

нефтьэкспресс-контрольрелаксометрметодядерная (протонная) магнитно-резонансная релаксометрияизмерительный комплекскачество сырьяoilexpress-controlrelaxometernuclear (proton) magnetic resonance relaxometryraw qualitymultiparametric flow measuring complexReferencesТихомиров Л. И. Цифровизация: ключевые факторы успеха // ТСР. 2019. № 1-2. С. 36–37.Тichomirov L. I. Cifrovizaciya: klyuchevye factory uspekha. TSR, 2019, no. 1-2, pp. 36–37. (In Russ.)Мешалкин В. П. Научные методы инжиниринга энергоресурсоэффективных химико-технологических систем в условиях цифровой экономики // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. В. 8. С. 6–63. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216408.6423Meshalkin V. P. Enginering scientifi c methods of energy аnd resource effective intensive chemical process systems in digital economy conditions. Izvestiya vuzov. Chimiya i chimicheskaya technologiya, 2021, vol. 64, no. 8, pp. 6–63. (In Russ.) https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216408.6423Кашаев Р. С., Козелков О. В., Кубанго Б. Э. Проточные протонные магнитно-резонансные анализаторы для контроля скважинной жидкости по ГОСТ Р 8.615-2005 ГСИ // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19. № 1-2. С. 137–151.Каshaev R. S., Kozelkov O. V., Kubango B. E. On-line fl ow proton magnetic resonance analysers for oil-well liquid control on GОSТ Р 8.615-2005 GSI. Power engineering: research, equipment, technology, 2017, vol. 19, no. 1-2, pp. 137–151. (In Russ.)Alexandrov A. S., Archipov R. V., Ivanov A. A., Gnezdilov O. I., Gafurov M. R., Skirda V. D. Applied magnetic resonance, 2014,vol. 45, no. 11, рр.1275–1287. https://doi.org/10.1007/s00723-014-0606-7Alexandrov A. S., Archipov R. V., Ivanov A. A., Gnezdilov O. I., Gafurov M. R., Skirda V. D. Applied Magnetic Resonance, 2014, vol. 45, no. 11, рр. 1275–1287. https://doi.org/10.1007/s00723-014-0606-7Davydov V. V., Dudkin V. I., Vysoczky M. G., Myazin N. S . Applied Magnetic Resonance, 2020, vol. 51, no. 7, рр. 653–666. https://doi.org/10.1007/s00723-020-01207-zDavydov V. V., Dudkin V. I., Vysoczky M. G., Myazin N. S. Applied Magnetic Resonance, 2020, vol. 51, no. 7, рр. 653–666. https://doi.org/10.1007/s00723-020-01207-zДавыдов В. В., Мязин Н. С. Многофункциональный малогабаритный релаксометр ядерного магнитного резонанса // Измерительная техника. 2017. № 2. С. 58–62.Davydov V. V., Myazin N. S. Measurement Techniques, 2017, vol. 60, no. 2, pp. 183–189. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1171-xErdogdu Y., Manimaran D., Güllüoglu M. T., Amalanathan M., Hubert Joe I., Yurdakul S. FT-IR, FT-Raman, NMR spectra and DFT simulations of 4-(4-Fluoro-phenyl)-1H-imidazole // Оптика и спектроскопия. 2013, vol. 114, no. 4, pp. 573–584. https://doi.org/10.7868/S0030403413040077Erdogdu Y., Manimaran D., Güllüoglu M. T., Amalanathan M., Hubert Joe I., Yurdakul S. Optics and Spectroscopy, 2013, vol. 114(4), pp. 525–536. https://doi.org/10.1134/S0030400X13040073Поляков В. П., Зиннатулин Ф. Ф. Верификация вычислительного процесса информационной системы // Известия вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65. № 8. C. 545–553. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-8-545-553Polyakov V. P., Zinatullin F. F. Computing process verifi cation in information system. J. Instrument Engineering, 2022, vol. 65, no. 8, pp. 545–553. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-8-545-553Многофункциональная автоматическая цифровая интеллектуальная скважина: пат. РФ № 2689103 / Р. С. Кашаев, О. В. Козелков, Б. Р. Сафиуллин // Изобретения. Полезные модели. 2019. № 15.Patent RF no. 2689103, Каshaev R. S., Коzelkov O. V., Safi ullin B. R. Inventions. Utility Models, no. 15 (2019).Кашаев Р. С., Темников А. Н., Тунг Ч. В., Киен Н. Т., Козелков О. В. Релаксометр протонного магнитного резонанса // Приборы и техника эксперимента. 2019. № 2. С. 145–148 . https://doi.org/10.1134/S003281621902023XКаshaev R. S., Теmnikov А. N., Тung C. V., Кien N. T., Коzelkov O. V. Instruments and Experimental Techniques, 2019, no. 2, pp. 145–148. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S003281621902023XBlumich B., Perlo J., Casanova F. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 2008, vol. 52(4), pp. 197– 269. https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2007.10.002Blumich B., Perlo J., Casanova F. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 2008, vol.52(4), pp. 197– 269. https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2007.10.002Чижик В. И. Квантовая радиофизика. СПб.: Издательство СПбГУ, 2004. 689 с.Chizhik V. I. Quantum radiophysics. St. Petersburg, SPbGU Publ., 2004. 689 p. (In Russ.)Козелков О. В., Михайлов А. Г., Козелкова B. О., Овсеенко Г. А., Tran Van Tung, Nguyen ChiKien, Кашаев Р. С. Технологии экспресс-контроля и очистки нефти от примесей в мехатронной установке с управлением от приборно-программного комплекса на базе ПМР-релаксометрии // Химическая технология. 2022. Т. 23. № 3. С. 131–137. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2022-23-3-131-137Коzelkov O. V., Мichailov А. G., Коzelkova V. О., Оvseenko G. А., Tran Van Tung, Nguyen Chi Kien, Каshaev R. S. Теchnologies of express-control and purifi cation of oil in mechatronik installation with management by instrument-programm complex on the base of PMR-relaxometry. Chimicheskaya Technologiya, 2022, no. 3, pp. 261–266. (In Russ.)Козелков О. В. Методы и средства экспресс-контроля характеристик скважинной жидкости и нефти на базе протонной магнитной резонансной релаксометрии: автореф. дисс. доктора техн. наук (Казань, КГЭУ, 2021).Коzelkov O. V. Doctoral dissertation Technical Sciences (Каzan, Каzan State Power Engineering University, 2021).

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