Р ЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Разработана предварительная версия программного обеспечения для КПФК, прототипы интерфейсов для оператора и инженера-конструктора, а также отлажена работа с локальной базой данных.

Программа позволяет производить имитацию тестирования, программирования и калибровки счетчиков с помощью комплекса. Приложение заполняет базу данных тестовыми значениями, на основе которых можно производить проверку производительности

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

152

рабочих станций операторов на предмет работоспособности с большим объемом данных.

Также в программе описаны прототипы функций работы с аппаратным обеспечением комплекса (функции связи с микроконтроллером, функции передачи и получения команд). После того, как комплекс будет изготовлен, эти функции будут отлаживаться и проверяться. Далее предполагается разработать функцию аутентификации оператора, а также начать эксперименты с аппаратной частью прототипа КПФК.

V.

В

ЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Создан прототип программы, необходимой для работы комплекса для тестирования и калибровки счетчиков.

Выбранный подход модульности при разработке позволит в дальнейшем переделать приложение под другие типы счетчиков без необходимости разработки с нуля.

Данное программное обеспечение является неотъемлемой частью всего комплекса. После изготовления прототипа КПФК все необходимые функции данной программы будут экспериментально исследованы. Автоматизация процедуры тестирования, по предварительным оценкам, позволит повысить в 2-3 раза производительность труда при тестирования электросчетчиков, а также существенно повысить достоверность результатов контроля. Дополнительно, за счет осуществления в комплексе функционала по проведению калибровки, планируется увеличение скорости выпуска продукции на 20-30 процентов. Также внедрение КПФК позволит разработать, проверить и внедрить новые методики тестирования, что в перспективе должно положительно сказаться на процессе производства и качестве электросчетчиков.

С

ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Как тестировать электронику на производстве: анализ современных технологий. – [Web-страница],н.д. / 2013. – URL:[https://habrahabr.ru/company/promwad/blog/185356/]

Периферийное сканирование JTAG: тестирование опытных образцов электроники. – [Web-страница], н.д. / 2014. – URL:

[https://habrahabr.ru/company/promwad/blog/216411/]

ADO.NET Entity Framework – [Web-страница], н.д. / 2018. – URL:

[https://ru.wikipedia.org/wiki/ADO.NET_Entity_Framework]

Model-View-ViewModel – [Web-страница], н.д. / 2018. – URL:

[https://ru.wikipedia.org/wiki/Model-View-ViewModel]

ОписаниеDbContext API – [Web-страница], н.д. / 2018. – URL:

[https://professorweb.ru/my/entity-framework/6/level3/3_1.php]

Данилевич Сергей Борисович, доктор технических наук, профессор кафедры стандартизации федерального государственного автономного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования (ФГАОУ ДПО) «Новосибирский филиал Академии стандартизации, метрологии и сертификации», действительный член Академии проблем качества. Область научных интересов - применение статистических методов и методов компьютерного моделирования при разработке эффективных методик контроля и испытаний продукции.

Автор и соавтор более 140 научных и учебно-методических работ.

Третьяк Виталий Владимирович, аспирант факультета автоматики и вычислительной техники Новосибирского Государственного Технического Университета.

Область научных интересов - автоматизация, создание программного обеспечения для проведения тестов, разработка методик контроля и испытаний продукции.

153 978-1-5386-7054-5/18/$31.00 ©2018 IEEE

Преимущества протонного магнитно-

резонансного анализатора свойств скважинной жидкости, сырой нефти и углеводородных

смесей

ОлегВ. Козелков

¹

, РустемС. Кашаев

²

,

1

Казанский государственный энергетический университет, г.Казань, Россия

2

Казанскийгосударственный энергетический университет, г.Казань, Россия

Аннотация – Представлены преимущества применения проточного протонного магнитно-резонансного метода и анализатора (ПМРА) для экспресс-анализа скважинной жидкости, сырой нефти и углеводородных смесей. Описаны стенд для представительного отбора проб, портативный релаксометр ПМР, осуществляющий измерения и анализ результатов измерений, чертежи стационарного ПМРА, по которым может быть создан ПМР-анализатор.

Ключевыеслова –анализатор, измерение, метод, релаксометр, учѐт.

I.

В

ВЕДЕНИЕ

ЗМЕРЕНИЕ и контроль параметров любого технологического процесса – важнейший инструмент управления и оснащенность измерительной техникой определяет научно-технический уровень технологического процесса.

К преимуществам расходомера и анализатора состава и параметров скважинной жидкости, сырой нефти и многофазных потоков любых углеводородных (УВ) жидкостей и их смесей на основе протонного магнитного резонанса (ПМР) – анализатора ПМР (ПМРА) - можно отнести следующие:

1. Универсальность и полная автоматизация анализа, легкая встраиваемость в технологические линии и неразрушающий контроль технологических параметров водород содержащих жидкостей;

2. Большое число контролируемых параметров и показателей продукции: скорости потока (общей и покомпонентной в диапазоне от 0 до 10 м/сек), концентрации воды W, концентрации нефти О, газонасыщенности G(в диапазоне 0-98%), плотности  (в диапазоне 400 – 1100 кг/м³), вязкости  (в диапазоне 1 – 600 мПас), содержание водорода Н (0 – 100%), концентрации парафина П, асфальтенов А, смол С (в диапазоне 0 – 20 %), серы (в диапазоне 0 – 10 %), фазовый состав;

3. Отсутствие контакта расходомера и анализатора с исследуемой жидкостью и разрушающего действия агрессивных сред на оборудование;

4. Отсутствие потребности в расходных материалах;

5. Наличие системы встроенной автоматической калибровки.

II.

П

ОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Пробоотбор и контроль физико-химических параметров (ФХП) скважинной жидкости (СКЖ) и регулирование электропривода (ЭП) затруднено многообразием входящих в СКЖ компонентов и постоянно меняющихся в ходе добычи их свойств, агрессивностью, токсичностью, взрывоопасностью среды. Существующие методы контроля и анализа не обладают достаточной представительностью пробоотбора, осуществляются номенклатурой анализаторов, не обладая оперативностью.

Одним из таких методов является метод ядерного (протонного) магнитного резонанса (ПМР), который относится к методам квантовой радиофизики.

Уникальные возможности ЯМР связаны с тем, что квантово-магнитные свойства ядер (протонов) не зависят от морфологии исследуемого объекта, инверсии фаз, и в то же время параметры релаксации протонных фаз коррелируют с физико-химическими свойствами (ФХС) объектов исследования. Теория ПМР хорошо развита, что с успехом может быть использовано для анализа нефти.

Экспресс-метод ПМР является бесконтактным, не требует подготовки пробы и автоматизируем, что важно для дистанционного контроля и управления труднодоступных скважин и предупреждения техногенных аварий. Это также один из путей рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.

III.

Т

ЕОРИЯ

Физические процессы ПМР, строго говоря, должны рассматриваться в рамках квантовой механики, но для наглядности вместе с квантовыми представлениями используются и модели классической механики.

Физические основы метода подробно развиты в работах А.Абрагам, Сликтер Ч., Фаррар Т., Беккер Э., А.А.Вашман, И.С.Пронин, Чижик В.И., В.Я Волков.

Многие ядра обладают магнитным и механическим моментами. Механический момент p определяется соотношением:

И

154

p = (h/2)(I(I + 1)

где ħ = h/2, h – постоянная Планка (ħ = 6.62610^-34 Джсек); I – спин (квантовое число), принимающий только целые, полуцелые или нулевые значения. Спин протона (ядра водорода) I = ½.

Магнитный момент ядра связан с механическим p соотношением:

 = p

где – гиромагнитное отношение ядра, т.е. отношение магнитного момента к механическому. Для протона /2

= 42.58 МГц/Тл.

При приложении к ядру постоянного магнитного поля, ядра стремятся ориентироваться вдоль него. В то же время, наличие механического момента придает ядру гироскопические свойства, в результате чего магнитные моменты ядер прецессируют вокруг направления магнитного поля.

Если ядро поместить в постоянное магнитное поле В0, то его магнитный момент  взаимодействует с В0 с энергией взаимодействия:

Е = –(В₀) = –В₀соs = –_ZВ0

где – угол между векторами  и В₀. Поскольку вектор  может принимать только дискретное положения в пространстве, энергия взаимодействия также имеет дискретный спектр 2I +1 значений энергетических уровней:

Еm = –mВ0/I с интервалами между уровнями:

Е = В₀/I

По формуле Лармора излучение и поглощение электромагнитной энергии при реориентации  в магнитном поле В0 происходит на частоте (в Гц):

₀ = Е/h = В₀/2π

Или в единицах круговой частоты (в радианах):

₀ = В₀

Поглощение электромагнитной энергии ядерными магнитными моментами на частоте 0 и представляет собой явление ЯМР

Явление ЯМР наблюдалось Е.К.Завойским в 1941 г. в Казанском госуниверситете. Но из-за нестабильности сигнала вследствие неоднородности магнита, Евгений Константинович не опубликовал результаты по ЯМР, но в 1944 г. открыл аналогичное явление – электронный парамагнитный резонанс(ЭПР) на свободных электронах, за что получил Ленинскую премию. Но Нобелевская премия ему присуждена не была. В 1946 г.

ЯМР заново открыли Парселл, Тори и Паунд, и Блох, Хансен и Паккард, получив за открытие Нобелевскую премию.

Если поместить вещество в постоянное магнитное поле, оно окажется в состоянии с неравновесным

распределением спинов по энергетическим уровням и соответственно с суммарной намагниченностью М0, направленной вдоль вектора внешнего магнитного поля:

М0 = I = nmzm

где суммирование ведется от 1 до N₀ – числа спинов (ядер) в единице объема, n_m – число спинов, имеющих

_zm компоненту намагниченности на каждом m-м энергетическом уровне из 2I +1. Можно показать, что:

М0 = {(I+1)/I} N₀²B₀/3kT

Если ввести вещество в магнитное поле, его намагниченность будет приходить в равновесие между

«спин-системой» и «решеткой» - системой ионов, атомов и молекул за время, которое для z- ой компоненты М (вдоль поля В0) называют временем спин-решеточной Т1, а для х-й и у-й (поперечных к В0) компонент временем спин-спиновой Т2 релаксации, характеризующим время установления равновесия внутри спин-системы, причем Т2Т₁.

Вектор намагниченности изменяется по классическим уравнениям, которые описывают движение магнитного момента в магнитном поле. Действительно, момент сил L , действующий на намагниченность М под влиянием поля В есть производная от момента количества движения Р:

L= dР/dt = [М,В], или:

dМ/dt = [М,В] Для вращающейся системы координат:

(dМ/dt)_ВР = [М,В] + [М,]

То есть вектор Мпрецессирует с угловой скоростью _о

= -В_о.

Представленное уравнение описывает макроскопический вектор как механистическую модель, в то время, как явление ЯМР подчиняется квантовомеханическим законам.

В уравнении надо учесть процессы релаксации и в него следует добавить соответствующие члены, которые описывали бы стремление вектора намагниченности установиться вдоль вектора постоянного магнитного поля. То есть стремления векторов к МzМ_o; Мх 0;

Му 0. Соответственно ур. (1.13) преобразуется по компонентам Мz; Мх; Му:

dМ_Z/dt= –(Мz–Мo)/Т1

dМ_Х/dt=–|Мx|/Т2

dМ_Y/dt= –|Мy|/Т2

В общем случае, когда В содержит переменную составляющую (в виде непрерывного переменного или импульсного радиочастотного поля В1В₀, под воздействием которого манипулируют намагниченностью М), вектор Мбудет вращаться вокруг Вэфф = В0 + / + В1. При резонансе / в точности

155

компенсируется В0 и M взаимодействует только с полем В1, при этом за время t_P действия поля В1, угол , на который повернется M будет:

 = В₁t_P

Так как переменное поле В1 можно записать через его компоненты:

Вx = В1cost, Вy = –В1sint, В_z = В0, для временного поведения х, у и z компонент намагниченности M получим уравнения:

dМ_Z /dt = – (М_x В₁sint + М_y В₁cost) – (М_z – Мo)/Т1dМ_Х /dt = (М_YВZ – МzВ1sint) –М_x/Т2

dМY /dt =  (Мz В1cost – МxВz) –Мy/Т2

Это уравнения Блоха. Более общие уравнения были получены в 50-х гг. Иваном Григорьевичем Шапошниковым в КГУ.

Для жидкости, текущей с пространственно меняющейся скоростью vкомпоненты намагниченности МХ, МY,Мz(во вращающейся системе координат) будут задаваться видоизмененными уравнениями Блоха Awojogbe, Dada, Boubaker, Adesola:

dМ_x /dt = vgradМ_x + М_x/t =–М_x/Т2

dМ_Y /dt = vgradМ_y + Мy/t =МzВ1(x) –М_y/Т2

dМ_Z /dt = vgradМ_y+ М_z/t =– (М_xВ1 (x) – (Мz – Мo)/Т1

Здесь В₁(x) = gx, где g– градиент магнитного поля.

Дифференциальное уравнение второго порядка для потока будет иметь вид:

d²МY/dt² + (T_o/v)dМ_Y /dt+ [S(x)/v²]Мy = (Мo/v²Т1)В₁(x) где To = 1/Т1 + 1/Т2, S(x) = ²В12(x) + 1/Т1Т2.

То есть для теоретического описания потока следует использовать данные уравнения.

No documento TECHNICAL CONFERENCE ON ACTUAL PROBLEMS OF ELECTRONIC INSTRUMENT (páginas 153-157)