CN109580363A - 一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法 - Google Patents

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CN109580363A CN201811185671.4A CN201811185671A CN109580363A CN 109580363 A CN109580363 A CN 109580363A CN 201811185671 A CN201811185671 A CN 201811185671A CN 109580363 A CN109580363 A CN 109580363A
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封辉
杨明
尚臣
吉玲康
胡美娟
李鹤
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China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
CNPC Tubular Goods Research Institute
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Abstract

本发明公开了一种基于全尺寸爆破试验的天然气减压波曲线计算方法，通过对高钢级管线钢全尺寸爆破试验中压力传感器数据进行计算处理，得到减压过程中天然气减压波波速度随压力变化规律，即天然气减压波曲线，利用得到的天然气减压波曲线可对已有气体减压行为研究模型进行修正。本发明天然气减压波曲线基于试验过程中采集数据计算所得，真实可靠；试验过程中采用多个动态压力传感器，其计算减压波速度更为准确；采用本发明可获得气体减压过程中任一压力值对应的气体减压波速度，即气体减压波曲线，该曲线可表征测试气体减压行为。

Description

一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法
技术领域
本发明属于天然气减压行为研究技术领域，具体涉及一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法。
背景技术
天然气管道的安全运行一直是国内外油气行业关注的焦点。随着高压富气管线的应用，裂纹止裂研究更加引起研究人员的重视。输气管道一旦开裂，管道内高压气体不能立刻排空，而是由起裂点向管道两侧各产生一个减压波并向远端传播。若天然气减压波速度低于管道裂纹扩展速度，则裂纹持续扩展；反之，裂纹将止裂，因此天然气的减压行为研究对于输气管道安全运行具有重要意义。
目前国内外对于天然气减压行为的研究主要依据理论计算，并建立了相应的模型，然而基于试验的天然气减压行为研究却少见报道，通过检索，CN105352810A公开了一种高压输气金属管内减压波速测试方法，但采用该方法仅能得到气体减压波平均速度(文中示例384m/s)。本发明通过对高钢级管线钢全尺寸爆破试验中压力传感器数据进行计算处理，得到减压过程中天然气减压波速度随压力变化规律，即天然气减压波曲线，该曲线可用于已有气体减压行为研究模型的修正。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，为已有气体减压行为研究模型的修正提供依据。
本发明采用以下技术方案：
一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，通过对高钢级管线钢全尺寸爆破试验中压力传感器数据进行数学处理，得到天然气减压波曲线，利用得到的天然气减压波曲线对已有气体减压行为研究模型进行修正。
具体的，包括以下步骤：
S1、设计全尺寸爆破试验，起裂点位于管串中心，在管串一侧布置动态压力传感器，动态压力传感器与数据采集系统相连接，爆破试验后获得压力随时间变化曲线；
S2、从压力-时间曲线中读取每个动态压力传感器在初始压力条件下的对应时间，并进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度；
S3、降压并从压力-时间曲线中读取每个压力传感器对应时间；并进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度；
S4、以压力为纵坐标，计算所得天然气减压波速度为横坐标做曲线，即为试验用天然气减压波曲线。
进一步的，步骤S1中，动态压力传感器至少为3个，且布置在管串一侧的不同距离。
更进一步的，动态压力传感器的采样频率大于10kHz。
进一步的，步骤S2中，初始压力为10～15MPa。
进一步的，步骤S3中，压力每降低x MPa，x≤0.5，读取每个压力传感器对应时间。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，通过对高钢级管线钢全尺寸爆破试验中压力传感器数据进行数学处理，得到天然气减压波曲线，利用得到的天然气减压波曲线对已有气体减压行为研究模型进行修正，天然气减压波曲线基于试验数据计算所得，真实可靠
进一步的，2个压力传感器之间的距离除以两个压力传感器达到某一压力值的时间差即为该压力下气体减压波速度，本发明要求至少3个压力传感器，这样可以得到两个气体减压波速度，可以消除单一测量值带来的误差，使测试结果更加准确，布置在管串一侧目的及好处：管道开裂后，裂纹在气体压力作用下向两侧扩展，传感器布置在裂纹扩展的一侧，其数据才有相关性，才可用于计算减压波速度；布置在不同距离的目的及好处：传感器间距是计算气体减压波的重要参数，因此传感器需间隔分布。
进一步的，X＝0.5时，即压力每降低0.5MPa，对应一个减压波速度值，整个减压过程约有20个减压波速度值，可以描绘一条减压波曲线。X值越大，减压波速度值越少，减压波曲线越不精确；X值越小，减压波速度值越多，减压波曲线越精确。
进一步的，采用本发明可获得气体减压过程中任一压力值对应的气体减压波速度，即气体减压波曲线，而并非减压波速度平均值，该曲线可表征测试气体减压行为。
综上所述，本发明天然气减压波曲线基于试验过程中采集数据计算所得，真实可靠；试验过程中采用多个动态压力传感器，其计算减压波速度更为准确。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为压力传感器测得压力-时间曲线示意图；
图2为采用线性拟合计算初始压力条件下天然气减压波速度示意图；
图3为试验用天然气减压波曲线示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，通过对高钢级管线钢全尺寸爆破试验中压力传感器数据进行数学处理，得到天然气减压波曲线，该曲线可用于已有气体减压行为研究模型的修正。
本发明一种基于全尺寸爆破试验的天然气减压波曲线计算方法，用于研究天然气减压行为，包括以下步骤：
S1、设计全尺寸爆破试验，起裂点位于管串中心，在管串一侧不同距离布置至少3个动态压力传感器，传感器采样频率宜大于10kHz，传感器距离起裂点距离分别为d1、d2、d3和d4；传感器与数据采集系统相连接，爆破试验后获得压力随时间变化曲线；
S2、从压力-时间曲线中读取每个压力传感器在初始压力条件下对应时间t11、t12、t13、t14；通过对(t11，d1)、(t12，d2)、(t13，d3)、(t14，d4)进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度v1；
S3、压力每降低x MPa(x≤0.5)从压力-时间曲线中读取每个压力传感器对应时间tn1、tn2、tn3、tn4；通过对(tn1，d1)、(tn2，d2)、(tn3，d3)、(tn4，d4)进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度vn；
S4、以压力为纵坐标，计算所得天然气减压波速度vn为横坐标做曲线，即为试验用天然气减压波曲线。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明用于获得天然气减压波曲线的试验步骤如下：
1)设计管串长度为130m的全尺寸爆破试验，起裂点位于管串中心，在管串一侧不同距离布置4个动态压力传感器，传感器采样频率为20kHz，传感器距离起裂点距离分别为d1＝15.6m、d2＝26.3m、d3＝36.3m、d4＝46.5m；传感器与数据采集系统相连接，爆破试验后获得压力随时间变化曲线，如图1所示；
2)从图1所示压力-时间曲线中读取每个压力传感器在初始压力(13MPa)条件下对应时间t11、t12、t13、t14；通过对(t11，d1)、(t12，d2)、(t13，d3)、(t14，d4)进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度v1，如图2所示；
3)压力每降低0.3MPa从图1所示压力-时间曲线中读取每个压力传感器对应时间tn1、tn2、tn3、tn4；通过对(tn1，d1)、(tn2，d2)、(tn3，d3)、(tn4，d4)进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度vn；
4)以压力为纵坐标，计算所得天然气减压波速度vn为横坐标做曲线，即为试验用天然气减压波曲线，如图3所示。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于全尺寸爆破试验的天然气减压波曲线计算方法，其特征在于，通过对高钢级管线钢全尺寸爆破试验中压力传感器数据进行计算处理，得到减压过程中天然气减压波波速度随压力变化规律，即天然气减压波曲线，利用得到的天然气减压波曲线可对已有气体减压行为研究模型进行修正。
2.根据权利要求1所述的一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设计全尺寸爆破试验，起裂点位于管串中心，在管串一侧布置动态压力传感器，动态压力传感器与数据采集系统相连接，爆破试验后获得压力随时间变化曲线；
S2、从压力-时间曲线中读取每个动态压力传感器在初始压力条件下的对应时间，并进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度；
S3、降压并从压力-时间曲线中读取每个压力传感器对应时间；并进行线性拟合，得到斜率为该压力所对应天然气减压波速度；
S4、以压力为纵坐标，计算所得天然气减压波速度为横坐标做曲线，即为试验用天然气减压波曲线。
3.根据权利要求2所述的一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，其特征在于，步骤S1中，动态压力传感器至少为3个，且布置在管串一侧的不同距离。
4.根据权利要求3所述的一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，其特征在于，动态压力传感器的采样频率大于10kHz。
5.根据权利要求2所述的一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，其特征在于，步骤S2中，初始压力为10～15MPa。
6.根据权利要求2所述的一种基于全尺寸爆破试验天然气减压波曲线的计算方法，其特征在于，步骤S3中，压力每降低x MPa，x≤0.5，读取每个压力传感器对应时间。
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