Многопараметрический проточный измерительный комплекс для экспресс-контроля качества нефти методом протонной магнитно-резонансной релаксометрии

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. 

1. Тихомиров Л. И. Цифровизация: ключевые факторы успеха // ТСР. 2019. № 1-2. С. 36–37.

2. 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.20216408.6423

3. Кашаев 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.

4. 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/s00723-014-0606-7

5. Davydov 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-z

6. Давыдов В. В., Мязин Н. С. Многофункциональный малогабаритный релаксометр ядерного магнитного резонанса // Измерительная техника. 2017. № 2. С. 58–62.

7. Erdogdu 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/S0030403413040077

8. Поляков В. П., Зиннатулин Ф. Ф. Верификация вычислительного процесса информационной системы // Известия вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65. № 8. C. 545–553. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-8-545-553

9. Многофункциональная автоматическая цифровая интеллектуальная скважина: пат. РФ № 2689103 / Р. С. Кашаев, О. В. Козелков, Б. Р. Сафиуллин // Изобретения. Полезные модели. 2019. № 15.

10. 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/S003281621902023X

11. Blumich 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.2007.10.002

12. Чижик В. И. Квантовая радиофизика. СПб.: Издательство СПбГУ, 2004. 689 с.

13. 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/10.31044/1684-5811-2022-23-3-131-137

14. 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).