一种使用脉冲压力波检测压力管道内堵塞情况的方法与流程

本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种使用脉冲压力波检测压力管道内堵塞情况的方法。

背景技术：

随着全球化石能源的日渐枯竭以及人类对油气资源开发利用的深化，人类对油气资源的开发逐渐由陆地转入了海洋，因此作为最主要的油气输送方式，海底管道的里程也不断增长，在海洋油气的开发中，海底管道的运行状况直接关系到海上油气田的安全，而管道在运行过程中，可能会由于石蜡、沥青等固体的堆积以及天然气水合物固体的生成等各种原因造成堵塞；

当管道堵塞发生后，快速实现堵塞位置和堵塞程度的检测，及时解堵以降低堵塞造成的经济损失成为石油公司越来越迫切的需求；目前常见的管道堵塞检测方法有声波检测、伽玛射线检测以及压力信号分析等方法，声波检测的操作方法是将声学传感器成对布置于监测区形成阵列，当管道内发生堵塞时，流道截面积的变化会引起压力波动，从而产生声波，堵塞区两侧的传感器接收到信号进行分析，确定堵塞的位置，但是这一方法容易受到背景噪声的干扰，影响定位的精度与准确性；γ射线法是利用γ射线的穿透特性对堵塞位置进行定位，结果较为准确，但该方法主要的局限在于当堵塞在海底管道时，操作较为麻烦，成本较高；压力信号分析法是根据管道内压力信号随管线和事件变化特点来判断堵塞位置和堵塞程度，这种方法操作简单，但检测精度很差。

技术实现要素：

为解决现有管道堵塞检测方法或容易受干扰、或成本较高、或检测精度差的问题，本发明提供了一种使用脉冲压力波检测压力管道内堵塞情况的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种使用脉冲压力波检测压力管道内堵塞情况的方法，包括以下步骤：

(1)利用电磁阀在压力管道入口处发射一段脉冲压力波；

(2)在压力管道入口处设置高频动态压力传感器a，高频动态压力传感器a记录下压力管道入口处的脉冲压力波信号s1，在距离压力管道入口处l距离的位置设置高频动态压力传感器b，高频动态压力传感器b记录下距离压力管道入口处l距离的位置处的脉冲压力波信号s2；

(3)分析脉冲压力波信号s1与脉冲压力波信号s2，获得脉冲压力波传播速度c和脉冲压力波衰减系数η；

(4)分析脉冲压力波信号s2，获取堵塞情况。

进一步的，所述脉冲压力波为单峰负压力波，宽度小于50ms，高频动态压力传感器a和高频动态压力传感器b的信号采集频率高于10khz。

进一步的，所述分析脉冲压力波信号s1与脉冲压力波信号s2具体为获得脉冲压力波信号s1的第一个入射波为d1，d1的第一个突变点记为特征点1，则特征点1的时间为t1，d1的压力波动最值为p1；获得脉冲压力波信号s2的第一个入射波为d2，d2的第一个突变点记为特征点2，则特征点2的时间为t2，d2的压力波动最值为p2。

进一步的，所述获得脉冲压力波传播速度c和脉冲压力波衰减系数η具体为通过波速公式计算得到脉冲压力波传播速度c，通过衰减系数定义计算得到脉冲压力波衰减系数η；所述波速公式为：

所述衰减系数定义为：

进一步的，所述步骤(4)具体为：

当在s2的入射波后出现了压力波动值更小的反射波，则压力管道内出现堵塞段；

若反射波为单个负脉冲压力波，则堵塞情况为出现短堵塞段；

若反射波为单个负脉冲压力波且后面跟随有单个正脉冲压力波，则堵塞情况为出现长堵塞段。

进一步的，还包括步骤(5)获得堵塞段的堵塞位置为x、堵塞率为s，当堵塞情况为出现长堵塞段时，获得堵塞段长度为l；此时由堵塞段产生的第一个负脉冲压力波为d3，d3的第一个突变点记为特征点3，则特征点3的时间为t3，d3的压力波动最值为p3；当堵塞情况为出现长堵塞段时，则第一个负脉冲压力波后面跟随有第一个正脉冲压力波，第一个正脉冲压力波为d4，d4的第一个突变点记为特征点4，则特征点4的时间为t4，d4的压力波动最值为p4。

进一步的，所述堵塞位置的计算公式为：

所述堵塞段长度的计算公式为：

进一步的，所述堵塞率的计算公式为：

其中：k为堵塞位置处反射波和入射波的压力波动最值比。

进一步的，所述堵塞位置处反射波和入射波的压力波动最值比的计算公式为：

其中xs为冲击波行程距离，e为自然常数。

进一步的，所述冲击波行程距离的计算公式为：

其中：β为非线性系数，μ0为入射波质点运动速度，t为脉冲压力波宽度，π为圆周率。

本发明的有益效果是：通过快速开闭电磁阀在管道内主动发射一段脉冲压力波，分析其入射波和反射波中的有效信息，能准确判断堵塞段的个数和类型，并且可以获得堵塞位置、堵塞率和堵塞长度，操作简便，精度高。

附图说明

图1为本发明压力波曲线图的示意图。

具体实施方式

一种使用脉冲压力波检测压力管道内堵塞情况的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)快速开闭位于管道入口处的电磁阀在压力管道入口处向压力管道内发射一段脉冲压力波；

(2)在压力管道入口处设置高频动态压力传感器a，高频动态压力传感器a记录下压力管道入口处的脉冲压力波信号s1，在距离压力管道入口处l距离的位置设置高频动态压力传感器b，高频动态压力传感器b记录下距离压力管道入口处l距离的位置处的脉冲压力波信号s2；优选的，l取50m；

(3)通过脉冲压力波信号s1与脉冲压力波信号s2建立压力波曲线图，分析脉冲压力波信号s1与脉冲压力波信号s2，获得脉冲压力波传播速度c和脉冲压力波衰减系数η；

(4)分析脉冲压力波信号s2，获取堵塞情况。

所述脉冲压力波为单峰负压力波，宽度小于50ms，高频动态压力传感器a和高频动态压力传感器b的信号采集频率高于10khz。

所述分析脉冲压力波信号s1与脉冲压力波信号s2具体为获得脉冲压力波信号s1的第一个入射波为d1，d1的第一个突变点(即动态压力信号开始突变的拐点)记为特征点1，则特征点1的时间为t1，d1的压力波动最值为p1；获得脉冲压力波信号s2的第一个入射波为d2，d2的第一个突变点记为特征点2，则特征点2的时间为t2，d2的压力波动最值为p2；使用压力波曲线图能更直观，提升工作效率。

所述获得脉冲压力波传播速度c和脉冲压力波衰减系数η具体为通过波速公式计算得到脉冲压力波传播速度c，通过衰减系数定义计算得到脉冲压力波衰减系数η；所述波速公式为：

所述衰减系数定义为：

其中：ln为自然对数符号。

所述步骤(4)具体为：

当在s2的入射波后出现了压力波动值更小的反射波，则压力管道内出现堵塞段；

若反射波为单个负脉冲压力波，则说明管道在某一段管径变小，且这一段长度较短，可判断堵塞情况为出现短堵塞段；

若反射波为单个负脉冲压力波且后面跟随有单个正脉冲压力波，则说明管道在某一段管径变小，且过一段距离后管径变大，可判断堵塞情况为出现长堵塞段；

若反射波包含为以上两种情况的两个或多个组合的形式，则可判断堵塞情况也为以上两种情况的两个或多个组合的形式。

还包括步骤(5)获得堵塞段的堵塞位置为x、堵塞率为s，当堵塞情况为出现长堵塞段时，获得堵塞段长度为l；此时由堵塞段产生的第一个负脉冲压力波反射波为d3，d3的第一个突变点记为特征点3，则特征点3的时间为t3，d3的压力波动最值为p3；当堵塞情况为出现长堵塞段时，则第一个负脉冲压力波后面跟随有第一个正脉冲压力波，第一个正脉冲压力波为d4，d4的第一个突变点记为特征点4，则特征点4的时间为t4，d4的压力波动最值为p4。

所述堵塞位置的计算公式为：

所述堵塞段长度的计算公式为：

所述堵塞率的计算公式为：

其中：k为堵塞位置处反射波和入射波的压力波动最值比。

所述堵塞位置处反射波和入射波的压力波动最值比的计算公式为：

其中xs为冲击波行程距离，e为自然常数。

脉冲压力波在传播过程中会形成冲击波，所述冲击波行程距离的计算公式为：

其中：β为非线性系数，μ0为入射波质点运动速度，t为脉冲压力波宽度，π为圆周率。

本实施例的方法是一种利用脉冲压力波传播特性对压力管道内堵塞情况进行检测的方法，通过快速开闭电磁阀在管道内主动发射一段脉冲压力波，该脉冲压力波沿管道进行传播，遇到堵塞时会发生反射，然后提取其入射和反射信号，分析其入射波和反射波中的有效信息，从而准确判断堵塞段的个数和类型，通过计算得到堵塞位置、堵塞率和堵塞长度，操作简便，精度高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。