[发明专利]天然气水合物管路堵塞截面轮廓检测方法及实施该方法的装置

说明书

天然气水合物管路堵塞截面轮廓检测方法及实施该方法的装置，属于油气管道流体流动安全保障领域，用于解决超声波检测天然气水合物管路堵塞截面轮廓的问题，要点是待测管路外圆纵向位置安装声波探头，其与待测管路间距离可调，在待测管路外圆的起始位置，移动声波探头以调整声波探头与声波探头之间的距离，并对超声波信号进行连续采集，以得到声波探头的焦点到达水合物堵塞位置边界时探头发射端与管壁的垂直距离，用以确定待测管路该点处管路内水合物堵塞厚度，效果是实现了确定待测管路该点处管路内水合物堵塞厚度，从而能够描述管道内的水合物轮廓。

技术领域

本发明属于油气管道流体流动安全保障领域，涉及一种天然气水合物管路堵塞截面轮廓检测方法及实施该方法的装置。

背景技术

在油气输送管道中，会因为水合物、蜡等的沉积引起管道堵塞，或因管道腐蚀导致安全问题，从而引发安全事故。自1934年前苏联在天然气输送管道中首次发现水合物堵塞以来，随着油气资源的开发不断向深水领域拓展，由水合物引发的各类安全问题愈加突出，给石油工业带来极大的经济损失。据统计，全世界全年用于水合物防治的费用高达5亿美元，其中一半用于水合物的生成预防。因此，对油气管道中水合物的形成和堵塞过程的研究尤为重要。

目前，现有技术中主要公开了对水合物在管道内的形成和流动的过程研究，然而水合物堵塞在管道中的堵塞形态，尤其是管道堵塞过程中水合物的截面轮廓研对于预防和去除水合物具有重大意义，因而，提供一种能够适应于管道堵塞过程中水合物的截面轮廓检测的装置显得尤为重要。

超声波技术主要用于机械制造、工程建设、石油化工设备等领域，由信号发射、信号接收和波形显示三部份组成。其基本原理是通过超声波探头产生压电效应以发射、接收超声波。探头的核心元件是薄片状压电晶体，通常称为压电晶片。当高频电脉冲施加于探头时，激励压电晶片发生高频振动，产生超声波，经过反射后被接收电路接收，经示波器采集信号并输出接收波形，由此，可以应用超声波技术来测量海底天然气水合物管路堵塞截面轮廓。

发明内容

为了解决超声波检测天然气水合物管路堵塞截面轮廓的问题，本发明提出如下技术方案：

一种天然气水合物管路堵塞截面轮廓检测方法，待测管路外圆纵向位置安装声波探头，其与待测管路间距离可调，在待测管路外圆的起始位置，移动声波探头以调整声波探头与声波探头之间的距离，并对超声波信号进行连续采集，以得到声波探头的焦点到达水合物堵塞位置边界时探头发射端与管壁的垂直距离，用以确定待测管路该点处管路内水合物堵塞厚度。

进一步的，移动声波探头在外圆的位置，使得所述起始位置所在的待测管路的圆周被声波探头检测并得到整个圆周上各测量位置对应的管路内的水合物堵塞厚度，合成每一位置的水合物堵塞厚度，得到管路堵塞截面的轮廓曲线。

进一步的，检测管路内水合物堵塞厚度的方法如下：

由公式(1)计算声波探头所在位置对应的管道内天然气水合物的堵塞厚度：

r＝D-R-s (1)

其中，r是管壁厚度，R是水合物堵塞的厚度，D是声波换能器焦距，s是声波探头的焦点到达水合物堵塞位置边界时声波探头发射端与管壁的垂直距离。

进一步的，s的获取方法是：限定一个声波探头与管壁的起始距离，以该起始距离由声波探头发射超声波信号，并对反射声波信号采集，改变声波探头与管壁的距离，得到多组反射声波信号，其中，具有最大幅值的反射声波信号所对应的声波探头与管壁的距离即为s。

进一步的，对焦距D做出修正，修正公式如下：

其中，D₀表示换能器的本征焦距，是换能器的固有属性，V_water是声波在水中的传播速度，V_medium是声波在实际介质中的传播速度。