Registration Number
0826U001741, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
24-06-2026
popup.evolution
o
Title
Computer System for Monitoring Oil Emulsion Parameters Based on the Spectrum of Complex Transfer Coefficients
Author
Bohdan Merenko,
popup.head Vitaliia Kropyvnytska
popup.opponent Nataliia Y. Vozna
popup.opponent Hryhorii H. Diachenko
popup.review Iryna Z. Manuliak
popup.review Yurii Y. Striletskyi
popup.rada
Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas
Description
Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню задачі створення комп’ютерної системи контролю параметрів нафтової емульсії за спектром комплексних коефіцієнтів передачі для ідентифікації стану багатошарового середовища «нафта–емульсія–вода». Актуальність дослідження зумовлена потребою підвищення точності й оперативності контролю багатокомпонентних рідин у нафтогазовій галузі, де пряме вимірювання ускладнене агресивністю середовища, паразитними параметрами тракту, обмеженнями дискретизації та неінформативною волатильністю сигналів.
Запропоновано підхід, за якого стан середовища визначається не через пряме досягнення точки апаратного балансу, а на основі багаточастотного аналізу електрофізичних відгуків, цифрового моделювання та нейромережевого перетворення вимірювальної інформації. Об’єктом є інформаційні процеси формування й опрацювання спектру електрофізичних відгуків у системі оцінки розшарування багатофазного середовища. Предметом є моделі, методи й алгоритми визначення параметрів багатошарового середовища за спектральними відгуками копланарного ємнісного перетворювача, а також оцінювання ідентифікованості, генерація синтетичних даних, нейромережеве перетворення та апаратно-програмна реалізація тракту. Мета — розроблення та вдосконалення комп’ютерної системи оцінки параметрів гравітаційного розшарування за спектром комплексних коефіцієнтів передачі копланарного ємнісного перетворювача.
Проаналізовано фізико-хімічні основи розділення системи «нафта–пластова вода», методи вимірювання товщини нафтової плівки, прискорення розділення, ємнісні методи та наявні системи моніторингу. Обґрунтовано доцільність багаточастотного імпедансного зондування з копланарним ємнісним перетворювачем для безперервного контролю тонких шарів нафти в промислових сепараторах. Розроблено інформаційну модель підсистеми первинного перетворення сигналів, цифровий двійник системи збору даних та математичні й комп’ютерні моделі багатошарового середовища. Це дало змогу дослідити простір станів методом Монте-Карло, визначити межі апаратної інформативності вхідних потоків, проаналізувати матрицю Якобі, матрицю інформації Фішера, обумовленість задачі та сформувати ознаки для оберненої задачі ідентифікації. Досліджено комплексні коефіцієнти передачі, глибину зондування, RC-неоднозначність, спектри й діаграми Найквіста та обґрунтовано нейромережевий перехід від електрофізичних вимірювань до фізичних параметрів шару.
Наукові результати: вперше запропоновано безрозмірний комплексний коефіцієнт передачі як інформаційно-вимірювальний параметр, що визначається компенсаційним методом із використанням копланарного ємнісного перетворювача з ізольованими електродами та забезпечує безперервне зчитування сигналів без прямого контакту сенсора з агресивним середовищем. Удосконалено метод ідентифікації параметрів багатофазного середовища на основі матричної моделі електричних вузлових потенціалів копланарного перетворювача, що дало змогу сформувати синтетичний набір даних без фізичного експерименту та використати його для попереднього навчання нейромережі. Набув подальшого розвитку двокаскадний нейромережевий компонент: перший каскад, навчений на синтетичних даних, відображає спектральний відгук у простір оцінок стану середовища, а другий, дотренований на обмежених натурних даних, забезпечує перехід до абсолютних фізичних параметрів і скорочує адаптацію алгоритму. Розвинено метод кількісної оцінки інформативності вимірювального параметра на основі приросту ентропії Шеннона для визначення власного впливу кожного параметра на вихідний сигнал незалежно від функціонального зв’язку та міжпараметричних взаємодій.
Практичне значення результатів полягає у створенні апаратно-програмного рішення для автоматизованого моніторингу просторового розподілу багатофазних рідин, доведеного до інженерної реалізації та алгоритмічного забезпечення мікроконтролерних систем. Розроблено структуру й топологію вимірювального зонда, запропоновано гібридну копланарно-стрижневу конструкцію первинного перетворювача, яка масштабує динамічний діапазон приладу та усуває «сліпі зони» поверхневих датчиків. Створено алгоритмічне забезпечення вимірювального тракту для ARM Cortex-M/STM32: автоматичне балансування, адаптивний пошук нульового струму, синхронне детектування, компенсацію фазових зсувів і цифрове накопичення сигналу. Показано, що масштабування напруги збудження, лінійна інтерполяція диференційних струмів та оверсемплінг підвищують роздільну здатність каналу за обмежень 12-бітних ЦАП. Синтезовано нейромережеву модель оберненої задачі спектроскопії для вбудованих систем з обмеженими ресурсами. На основі комплексних коефіцієнтів передачі, температури та гідростатичної висоти система в реальному часі визначає товщини шарів нафти й емульсії та обчислює кінетичну швидкість розшарування емульсії. Результати можуть застосовуватися для контролю гравітаційного розділення, оцінювання ефективності реагентів, підвищення інформативності вимірювань і зменшення впливу паразитних параметрів та завад.
Registration Date
2026-05-17
popup.nrat_date
2026-05-18 / 2026-07-15
