priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-4-335-341pribor-98Research ArticleПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙINSTRUMENTS AND METHODS FOR MONITORING THE NATURAL ENVIRONMENT, SUBSTANCES, MATERIALS AND PRODUCTSВопросы разработки оптоволоконного кюветного измерителя концентрации метана в воздухе в нефтегазовом производствеIssues of developing a fiber-optic cuvette meter for the concentration of methane in the air in oil and gas industryЧобанзадеИ. Г.ChobanzadeI. G.

Имран Гора Оглы Чобанзаде - менеджер

Баку

Imran G. Chobanzade - Manager

Baku

ichobanzada@slb.comБабахановА. Э.BabakhanovA. E.

Имран Гора Оглы Чобанзаде — менеджер

Баку

Aslan E. Babakhanov - Post-Graduate Student

Baku

babakhan2000@yahoo.comНациональное аэрокосмическое агентство Азербайджанской РеспубликиNational Aerospace Agency of the Azerbaijan RepublicГосударственная нефтяная компания Азербайджанской РеспубликиState Oil Company of the Azerbaijan Republic202326112024664335341Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/98

Статья посвящена разработке оптоволоконного кюветного измерителя концентрации метана в нефтегазовом производстве. Предметом исследования является разработка теоретических основ оптимизации конструкции такого измерителя, при которой основной режимный показатель измерителя достигает экстремальной величины. Цель работы заключается в исследовании возможности нахождения оптимальной взаимосвязи между основными режимными показателями, при которой выбранный критерий оптимизации достигает максимального значения. Составлена задача безусловной оптимизации, в которой дополнительно используемое условие присоединяется к функционалу оптимизации с помощью множителя Лагранжа. Получена такая форма функциональной связи между основными режимными показателями, при которой функционал цели достигает минимальной величины. Обнаруженная взаимосвязь между основными показателями охарактеризована как наихудшая, которой на практике следует избегать.  

The article is devoted to the development of a fiber-optic cuvette meter of methane concentration at oil and gas enterprises. The subject of the study is the development of theoretical foundations for optimizing the design of such a meter in which the main operating indicator of the meter reaches an extreme value. The purpose of the work is to investigate the possibility of finding the optimal relationship between the main regime indicators, at which the selected optimization criterion reaches the maximum value. An unconstrained optimization problem is formulated, in which an additional condition is added to the optimization functional using the Lagrange multiplier. A form of functional connection between the main regime indicators has been obtained, in which the goal functional reaches a minimum value. The found relationship between the main indicators is characterized as the worst, which should be avoided in practice. 

измерительконцентрацияметанкюветаоптимизацияфункционалmeterconcentrationmethanecuvetteoptimizationfunctionalReferencesXian Q., Lv H., Yao Y., Cheng C., Zhou Z. Fabrication and application of 1653.7 nm methane sensor // IEEE Photonics journal. 2022. Vol. 14, N 5. October.Xian Q., Lv H., Yao Y., Cheng C., Zhou Z. Fabrication and application of 1653.7 nm methane sensor // IEEE Photonics journal. 2022. Vol. 14, N 5. October.Cheng W., Han J., Wu Y. Design of a methane concentration detector based on spectrum absorption // Sensors. Switzerland. 2012. Vol. 12. Р. 12729—12740. DOI:10.3390/s120912729.Cheng W., Han J., Wu Y. Design of a methane concentration detector based on spectrum absorption // Sensors. Switzerland. 2012. Vol. 12. Р. 12729—12740. DOI:10.3390/s120912729.Xu S., Chen M. Design and modeling of non-linear infrared transducer for measuring methane using cross-correlation method // Meas. J. Intern. Meas. Confed. 2012. Vol. 45. Р. 325—332. DOI:10.1016/j.measurement.2011.11.015.Xu S., Chen M. Design and modeling of non-linear infrared transducer for measuring methane using cross-correlation method // Meas. J. Intern. Meas. Confed. 2012. Vol. 45. Р. 325—332. DOI:10.1016/j.measurement.2011.11.015.Gao Q., Zhang Y., Yu J., Wu S., Zhang Z., Zheng F. Tunable multi-mode diode laser absorption spectroscopy for methane detection // Sensors Actuators A Phys. 2013. Vol. 199. Р. 106—110. DOI:10.1016/j.sna.2013.05.012.Gao Q., Zhang Y., Yu J., Wu S., Zhang Z., Zheng F. Tunable multi-mode diode laser absorption spectroscopy for methane detection // Sensors Actuators A Phys. 2013. Vol. 199. Р. 106—110. DOI:10.1016/j.sna.2013.05.012.Bekele W., Guinguina A., Zegeye A., Simachew A., Ramin M. Contemporary methods of measuring and estimating methane emission from ruminants // Methane. 2022. Vol. 1. Р. 82—95. https://doi.org/10.3390/methane1020008Bekele W., Guinguina A., Zegeye A., Simachew A., Ramin M. Contemporary methods of measuring and estimating methane emission from ruminants // Methane. 2022. Vol. 1. Р. 82—95. https://doi.org/10.3390/methane1020008Lomov V. A. Methods for instrumental assessment of methane emission in reservoirs // IOP. Conf. Series: Earth and environmental science. 2021. Vol. 834. Р. 012032. DOI:10.1088/1755-1315/834/1/012032.Lomov V. A. Methods for instrumental assessment of methane emission in reservoirs // IOP. Conf. Series: Earth and environmental science. 2021. Vol. 834. Р. 012032. DOI:10.1088/1755-1315/834/1/012032.Thalasso F., Anthony K. W., Irzak O., Chaleff E., Barker L., Anthony P., Hanke P., Gonzalez-Valencia R. Technical note: Mobile open dynamic chamber measurement of methane macroseeps in lakes // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2020. Vol. 24. Р. 6047—6058. https://doi.org/10.5194/hess-24-6047-2020.Thalasso F., Anthony K. W., Irzak O., Chaleff E., Barker L., Anthony P., Hanke P., Gonzalez-Valencia R. Technical note: Mobile open dynamic chamber measurement of methane macroseeps in lakes // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2020. Vol. 24. Р. 6047—6058. https://doi.org/10.5194/hess-24-6047-2020.Siegenthaler A., Welch B., Pangala S. R., Peacock M., Gauci V. Technical note: Semi-rigid chambers for methane gas flux measurements on tree stems // Biogeosciences. 2016. Vol. 13. Р. 1197—1207 [Электронный ресурс]: <www.biogeosciences.net/13/1197/2016/>.Siegenthaler A., Welch B., Pangala S. R., Peacock M., Gauci V. Technical note: Semi-rigid chambers for methane gas flux measurements on tree stems // Biogeosciences. 2016. Vol. 13. Р. 1197—1207 [Электронный ресурс]: <www.biogeosciences.net/13/1197/2016/>.Riddick S. N., Ancona R., Mbua M., Bell C. S., Duggan A., Vaughn T. L., Bennett K., Zimmerle D. J. A quantitative comparison of methods used to measure smaller methane emissions typically observed from superannuated oil and gas infrastructure // Atmos. Meas. Tech. 2022. Vol. 15. Р. 6285—6296. https://doi.org/10.5194/atm-15-6285-2022.Riddick S. N., Ancona R., Mbua M., Bell C. S., Duggan A., Vaughn T. L., Bennett K., Zimmerle D. J. A quantitative comparison of methods used to measure smaller methane emissions typically observed from superannuated oil and gas infrastructure // Atmos. Meas. Tech. 2022. Vol. 15. Р. 6285—6296. https://doi.org/10.5194/atm-15-6285-2022.Mitchell A. L., Tkacik D. S., Roscioli J. R., Herndon S. C., Yacovitch T. I., Martinez D. M., Vaughn T. L., Williams L. L., Sullivan M. R., Floerchinger C., Omara M., Subramanian R., Zimmerle D., Marchese A. J., Robinson A. L. Measurements of methane emissions from natural gas gathering facilities and processing plants: Measurement results // Environmental Science & Technology. 2015. Vol. 49, N 20. Р. 12602. DOI: 10.1021/acs.est.5b04018.Mitchell A. L., Tkacik D. S., Roscioli J. R., Herndon S. C., Yacovitch T. I., Martinez D. M., Vaughn T. L., Williams L. L., Sullivan M. R., Floerchinger C., Omara M., Subramanian R., Zimmerle D., Marchese A. J., Robinson A. L. Measurements of methane emissions from natural gas gathering facilities and processing plants: Measurement results // Environmental Science & Technology. 2015. Vol. 49, N 20. Р. 12602. DOI: 10.1021/acs.est.5b04018.Schoonbaert S. B., Tyner D. R., Johnson M. R. Remote ambient methane monitoring using fiber-optically coupled optical sensors // Applied Phys. B. 2015. Vol. 119. Р. 133—142. DOI:10.1007/s00340-014-6001-0.Schoonbaert S. B., Tyner D. R., Johnson M. R. Remote ambient methane monitoring using fiber-optically coupled optical sensors // Applied Phys. B. 2015. Vol. 119. Р. 133—142. DOI:10.1007/s00340-014-6001-0.Roy S., Desikan R., Duttagupta S. P. A novel, compact optical device for estimating the methane emissions in geological environment. November 2016 [Электронный ресурс]: <https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1611/1611.08797.pdf>.Roy S., Desikan R., Duttagupta S. P. A novel, compact optical device for estimating the methane emissions in geological environment. November 2016 [Электронный ресурс]: <https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1611/1611.08797.pdf>.Cao F., Liu D., Lin J., Hu B., Liu D. Absorption measurement of methane gas with boardband light source using fiber sensor system // Front. Optoelectron. China. 2010. Vol. 3, N 4. Р. 394—398.Cao F., Liu D., Lin J., Hu B., Liu D. Absorption measurement of methane gas with boardband light source using fiber sensor system // Front. Optoelectron. China. 2010. Vol. 3, N 4. Р. 394—398.Cubillas A. M., Lopez M. S., Lazaro J. M., Conde O. M., Petrovich M. N., Higuera J. M. L. Detection of methane at 1670-nm band with a hollow-core photonic bandgap fiber // Photonic Crystal Fibers II. 2008. Proc. SPIE. Vol. 6990. DOI:10.1117/12.780587.Cubillas A. M., Lopez M. S., Lazaro J. M., Conde O. M., Petrovich M. N., Higuera J. M. L. Detection of methane at 1670-nm band with a hollow-core photonic bandgap fiber // Photonic Crystal Fibers II. 2008. Proc. SPIE. Vol. 6990. DOI:10.1117/12.780587.Wen-Qing W., Lei Z., Wei-Hua Z. Analysis of optical fiber methane gas detection system // Procedia Engineering. 2013. Vol. 52. P. 401—407.Wen-Qing W., Lei Z., Wei-Hua Z. Analysis of optical fiber methane gas detection system // Procedia Engineering. 2013. Vol. 52. P. 401—407.

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