Дисертація доктора філософії. Меренько Богдан Іванович. Комп’ютерна система контролю параметрів нафтової емульсії за спектром комплексних коефіцієнтів передачі

Реєстраційний номер

0826U001741, Дисертація доктора філософії

На здобуття

Доктор філософії

Дата захисту

24-06-2026

Статус

Наказ про видачу диплома

Назва роботи

Комп’ютерна система контролю параметрів нафтової емульсії за спектром комплексних коефіцієнтів передачі

Здобувач

Меренько Богдан Іванович,

Керівник Кропивницька Віталія Богданівна
Опонент Возна Наталія Ярославівна
Опонент Дяченко Григорій Григорійович
Рецензент Мануляк Ірина Зіновіївна
Рецензент Стрілецький Юрій Йосипович

Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Опис

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.

Дата реєстрації

2026-05-17

Додано/оновлено в НРАТ

2026-05-18 / 2026-07-15