输油管道悬空管段应力计算

输油管道经常穿越特殊地段,管道有可能在洪水或地震等作用下产生悬空管段。悬空的管段在各种力的作用下可能会失效,严重时会出现断裂现象,给管道公司带来严重的损失。因此,有必要采取科学方法计算管道的应力,评估油气管道悬空管段的可靠性,制定措施,缓解事故后果的影响程度。在分析悬空管道受力模型和强度校核模型的基础上,计算并分析了某输油管道悬空管段的应力和可靠性,同时采用应力集中检测仪检测了该管段下游端50 m内的管道应力变化情况。结果表明,此悬空管段存在运行风险,清空管内存油有助于降低管道失效概率。对于浮管,水浮力缓解了管道的垂直方向受力情况,但增加了管道横向冲击力,会增加悬空管道的振动频率。应力集中检测仪现场测试数据表明：越靠近土壤端,悬空管道的应力值越大,该悬空管段的最危险点应该处于土壤区内。     

基于管内主动激励的管道悬空检测模拟分析

天然气管线悬空段的出现会对管线安全造成极大威胁。为了检测管线是否出现悬空段,基于ADAMS动力学分析软件,采用模态分析的方法,分析了基于管内主动激励下天然气管道悬空段与敷设段的动力响应特性,研究了激励参数及环境参数的变化对管道1阶共振频率的影响规律。研究结果表明:悬空段长度对管道的1阶共振频率有较大影响,悬空段长度越长,共振频率越低;随着悬空段长度的增加,共振频率逐渐减小,出现共振频率的平移现象,可通过振动频响函数图中的第1阶共振频率的改变来判断管道的悬空状况。所得结论有助于推动管道悬空内检测技术的发展。     

油气管道内检测新技术与装备的开发及应用

油气管道内检测是保障油气管道安全的最有效的技术措施之一,而近年来出现的高碳钢、大管径、高压力、高流速油气管道对内检测技术与装备提出了新的挑战。为此,在调研电磁内检测新技术、极低频微弱瞬态信号检测新技术以及油气管道内检测新装备工程应用的基础上,基于电磁信号的主动发射与接收实现金属缺陷的检测,研发出电磁控阵检测器新技术与装备;基于杜芬混沌振子对含噪信号进行检测,实现对噪声中的极低频信号的检测,研发出极低频瞬态微弱信号检测新方法与装备,并开展了实际检测工程验证。研究结果表明:(1)研发的电磁控阵内检测新技术,利用直流励磁磁场和高频激励磁场协同作用的机理,仅用小信号激励即可实现响应的摄动效果;(2)引入采集信息成分的压缩采样,可突破内检测器的速度瓶颈,使电磁控阵检测器的检测速度达到创世界记录的8 m/s;(3)研发的基于混沌的极低频微弱瞬态信号检测新方法,可突破高速运动条件下内检测器管外跟踪定位过程中接收信号微弱且持续时间短暂的技术瓶颈,将微弱瞬态信号实时检测的信噪比降低到-10 dB以下。结论认为,该新装备的优越性能已经在实际运行的油气管道检测工程中得到了检验,将为国内主干油气管道的安全运行提供技术支撑和设备保障。     

井下钻柱振动信号的测量及振动激励源研究

为深入认识钻井过程中井下钻柱振动的特征、明确振动激励源,利用ESM存储式测量系统对某超深井旋转钻进过程中的振动信号进行了测量,并分析了钻柱粘滑和涡动的主要特征;以此为基础,分别采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对钻柱振动信息进行频域和时频分析,确定了引起钻柱振动的主要频率,进而明确了其振动激励源。研究发现:钻柱发生粘滑运动时,三轴加速度呈同步周期性变化,其周期为10 s,主要频率成分为0.1 Hz;钻柱发生涡动时,三轴加速度均呈杂乱无章的不规则波动,主要振动频率为钻头转速的2倍频、转盘转速的1～5倍频。实例分析结果表明,引起钻柱涡动的激励源主要有钻头与地层的相互作用、稳定器或Power-V系统与井壁的摩擦等,为制定减振措施提供了理论依据。      

基于声发射的油气管道腐蚀检测

目前常用的油气管道腐蚀检测大多采用无损检测技术,包括超声检测、涡流探伤、漏磁检测等。这类无损检测方法需要对管道进行逐段式扫描,而油气管道距离长,进行无损检测有一定困难。在油气管道的腐蚀过程中,一直会产生声发射信号,油气管道不同的腐蚀形式、腐蚀强度,将会产生不同频率、幅值的声发射信号。因此,通过检测油气管道腐蚀时所释放的声发射信号,分析信号的特征,提取出跟油气管道腐蚀状态相关的信号特征数据,就可以判断出油气管道的腐蚀损伤状态。根据计算得到对应的声发射信号的时域特征参数,观察油气管道在不同的腐蚀条件、腐蚀性质及强度下的各参数的变化情况,从而确定正确的管道维护策略,以预防油气管道发生泄漏等事故。     

浅议应用DNV-RP-F105计算海底管道允许跨度

海底管道悬跨是危害海底管道安全的重大隐患。悬跨的海底管道，由于受到浪和流的影响，会将涡旋传递到管道的薄弱部位；如果涡旋脱落的频率接近管道振动的自然频率，涡旋脱落频率会迅速达到悬跨管道振动的自然频率，这种共振频率引起的振动会很快积聚管道疲劳并破坏管道。该研究主要根据DNV-RP-F105讨论使用顺流VIV开始值准则和横流VIV算海底管道允许跨度的方法，作为工程设计的参考。计算结果为，顺流允许悬跨长度41m；横流允许悬跨长度44m。     

小波函数在往复泵故障诊断中的应用

小波变换是目前学术界和工程界的热点理论及应用研究课题。将它应用于往复泵的故障诊断中，可将往复泵液力端与动力端的故障特征同时分割在5个不同尺度的小流变换结果之上。依据这些尺度上小波变换结果的变化，就有可能同时对三缸往复泵各部分的运行状态有一个全面的了解。研究发现，尺度1反映了原始信号中的高频信息，在原始信号的采样频率大于7680Hz时，由尺度1上的小波变换结果的变化可分析三缸往复泵动力端滚动轴承的运行状态；而在一般采样频率大于2560Hz时，尺度5的小波变换结果则能反映三缸往复泵液力端的运行状态；而尺度3上的小波变换结果可分析三缸往复泵动力端齿轮的运行状态。     

基于同步挤压改进短时傅里叶变换的谱分解应用

随着油气勘探开发深度的增加以及地震数据采集受外界的干扰严重,使得地震资料处理解释人员对于含油气层的识别也变得更加困难。基于时频分析的地震谱分解技术已经广泛应用于油气储层预测中;但由于短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville分布等传统时频分析方法受自身窗函数的约束,使得它们的时频聚焦性不高或交叉项干扰,导致油气检测结果存在很大的误差。针对这一难题,为了实现准确的储层预测,通过对短时傅里叶窗函数进行拓展,并且对拓展后的短时傅里叶变换结果执行挤压,将挤压结果重排放置于信号的瞬时频率处,提出了同步挤压改进短时傅里叶变换。信号分析表明同步挤压改进短时傅里叶变换具有更高的时频聚焦能力。将同步挤压改进短时傅里叶变换与地震谱分解技术结合,并将其运用于实际地震资料,结果表明,该方法可以对含油气层进行精细刻画,频率异常特征十分显著,对于含油气性检测具有很强的实用性。     

内输高温高压流体海底悬跨管道的非线性涡激振动响应分析

海底管道内输的高温高压流体会引起管内较大的轴力,从而诱发管道的整体屈曲。发生屈曲的管道凸出海床表面,出现部分管道悬跨的现象,进而在海流的作用下会形成涡激振动现象。本文研究因热屈曲引起初始竖向变形的海底悬跨管道在内外流耦合作用下的涡激振动响应。首先,采用Euler-Bernoulli梁模型来模拟海底管道,通过对管道单元和内部流体单元进行受力分析,建立悬跨管道运动学平衡方程,确定内输高温流体管道的热屈曲平衡状态。然后,在方程中引入尾流振子模型,建立内输高温高压流体管道在内外流作用下的耦合动力学方程,采用Newmark-β方法对离散的涡激振动响应方程进行逐步求解,得到管道时程的振动位移、速度及加速度,确立了有初始变形管道振动的非线性振动时域预报方法。基于该方法进行算例分析,首先对比不同模态下考虑热屈曲和不考虑热屈曲的管道振型,观察热屈曲效应对于不同模态下管道振动形态的影响;通过分析管道振动频率随时间的变化趋势,结合建模过程中刚度矩阵的变化趋势,推导出管道轴力的周期性变化会引起自然频率的周期性变化;改变管道外部流体流速,观察管道振动频率、模态和幅值的变化,分析得出管道从低模态振动转为高阶模态振...     

时频连续小波变换检测含气储层及其在苏里格气田的应用

由于地层含气,地层对高频成分吸收增强、对低频成分吸收减弱,从而在油气储集层下方形成强能量瞬时低频率区域,为利用时频分析方法直接预测含气储层提供了一定的理论依据。时频连续小波变换是对连续小波变换的改进,变换的结果是时频域,避免了尺度一频率转换过程中能量交叠的情况,因此该方法有更好的时频聚焦性。首先介绍了时频连续小波变换的基本原理,进而论述了该方法计算的关键步骤,最后理论信号试算结果与苏里格气田应用实例都证实了利用该方法检测含气厚砂岩具有一定的可行性。     

基于小波包理论的往复泵故障特征提取研究

特征提取是往复泵状态监测及故障诊断的关键环节。小波包变换是时间频率的局部化分析，尤其适合于非平稳信号。应用小波包变换，将往复泵振动信号分解到8个不同的频带，对各频带内的信号进行统计分析，形成包含待诊断部件故障信息的频带能量值作为故障诊断的特征指标。实例中，将小波包变换应用于往复泵泵阀故障分析，提取到了弹簧断裂时的频带能量特征指标，为往复泵故障诊断奠定了可靠的基础。     

稀疏广义S变换及其在储层地震低频异常检测中的应用

时频分析(TF)是地震资料处理与解释中非常重要的方法之一，时频分辨率是高精度储层预测的关键参数。常规S变换及广义S变换的时频分辨率已难以满足高精度储层预测的需求。为此，将稀疏约束的思想引入TF中，在利用广义S变换参数可灵活调节的基础上，通过优化窗矩阵构建一种稀疏广义S变换方法。合成信号的对比分析结果表明，稀疏广义S变换方法能够获得时频分辨率更高、能量聚集性更好的时频分布，在高频和低频部分均能保持较高的时间分辨率。在实际地震数据的低频阴影检测中，该方法能更清楚地刻画油气储层的空间展布，有利于减小油气储层检测的多解性。     

组合频率衰减属性预测致密含气砂岩储层

对地震波信号进行时频分析,从而获得地震波的吸收衰减梯度,可以用于储集层含油气性的检测,可是当地震记录中的高频或低频成分受干扰较强时,单一的吸收衰减就不能很好地用于检测油气。采用时频分析较为准确的小波变换用以求取地震波的低频带和高频带吸收衰减梯度,运用组合频率衰减梯度属性预测含油气性。正演模拟和应用的实际结果表明,采用组合频率衰减梯度预测致密含气砂岩储层效果不错,能够准确地指示油气富集区。     

输油管道挂桥动态应力及振动特性测试与分析

胜利黄河大桥建设时,主桥上敷设了4条Q529×8挂桥输油管线.1994年,由山东省公路桥梁检测中心检测发现:挂桥管道底面普遍存在点状锈斑及起皮,管道承托支座有位移、悬空、缺损现象.为了消除挂桥输油管道对大桥使用安全的隐患,对挂桥输油管线行车活载作用的动应力及振动响应特性进行测试与分析,并对挂桥管线与承托支柱间垂直位移与水平位移值进行测量,确定了合理的管线整改措施和管道安全运行监控方案.     

Kohonen神经网络方法在埋地管道防护层检测中的应用

利用恒电流瞬态响应和小幅度正弦电流激励技术对埋地管道防护层进行现场测试 ,建立了Kohonen神经网络方法评价防护层状态的适合于现场检测的智能模型 ,对恒电流瞬态响应以多分辨分析方法滤除噪声后 ,按指数形式提取特征向量作为神经网络输入 ,对于小幅度正弦电流激励技术以幅值比作神经网络输入 ,对埋地模拟管道及大港油田港沧输气管线管道防护层状态进行了检测和判断 ,验证了方法的准确性     

基于双励磁场的管道应力内检测工程应用研究

超声、射线、磁记忆等方法可以检测管道的表面应力，但是在管道在线应力内检测上暂无应用。基于漏磁内检测器的结构，提出不同励磁强度的2节磁化内检测器在管道内检测的应用方法。通过试验及实际工程检测结果对应力检测的有效性进行了验证，对比了磁记忆、矫顽力检测管道应力的有效性。应用结果表明：双励磁场管道内检测器能够有效地进行长输油气管道的在线检测，通过一次检测得到管道的体积缺陷与应力损伤信息；体积缺陷可以通过漏磁检测进行识别，应力异常可以通过弱磁检测进行识别；在进行管壁应力验证时，矫顽力检测与双磁场应力内检测方法的结果有较高的一致性。磁记忆检测能够识别管道防腐层剥除后未打磨前的管道原始应力分布，检测结果与双磁场应力内检测方法有较好的一致性。研究结果可为管道应力内检测提供参考。     

基于希尔伯特-黄变换的地震信号时频谱分析

希尔伯特-黄变换（Hilbert—Huang Transform,HHT）是分析非线性、非稳定信号的一种新方法,能清晰地刻画地震信号的时频能量分布。首先将信号分解为有限数量的固有模态函数IMF,再对这些IMF求解瞬时频率,进而获得信号的时频谱。应用理论模型和实际地震道数据进行了试算,并与S变换谱进行了对比,证明该方法比S变换具有更好的时频域刻画能力。对实际二维地震剖面做HHT变换求得希尔伯特谱,提取分频剖面分析认为,HHT瞬时谱具有一定的油气检测能力。     

用S变换做精细时变滤波

在地震记录中如何精确地去除干扰波而又不损失有效信号，目前是地震勘探行业内广泛研究的问题，各种新型算法被应用于这个领域，这些算法各有优劣。S变换是一种新出现的数学变换方法，已被广泛应用于各种信号的时频分析，但还未用于去除地震记录中的噪音方面。文章对S变换的应用作了推广，给出了用S变换定点清除地震记录中噪音的方法。针对地震资料的特点提出了应用S变换消除干扰的具体计算方法。首先将地震资料用S变换方法变换到时间-频率域；然后利用地震信号与噪音在时间-频率域的差异，精确滤除信号中所含噪音；最后将去噪后的地震数据利用S反变换变换到时间域，以获得所需要的有效信号。大量的理论模型计算表明，S变换确为一种定点去除不同时段、不同频率噪音的有效方法，几个地区的实际地震资料试算也表明了该方法的有效性。     

油井出砂高频振动信号采集监测系统

油井在生产过程中适度出砂开采可以降低成本、提高开发效率和油井产能。通过室内模拟油井出砂环境实验，研发了一套对油井出砂产生的高频振动信号进行实时监测的系统。该系统通过对不同粒径的砂粒撞击管壁产生的高频振动信号进行时频分析，确定了砂粒撞击管壁产生的振动信号所在的频率段为10 000～20 000 Hz，得到了油井出砂状态下砂粒的振动特征频率，进而获得了不同出砂量与信号时域幅值和自功率谱幅值的关系曲线，实现了对油井出砂量的实时检测，验证了高频振动信号监测油井出砂的可行性。     

基于CEL方法的管道内检测器过弯机理分析

针对管道内检测器在管道内运行的通过性问题,采用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法,建立了管道内检测器运行的流-固耦合有限元模型,同时采用Mooney-RivLin模型描述皮碗超弹性、非线性行为。研究了双舱段管道内检测器通过弯管道时的复杂力学行为,探索了管道内检测器通过性的动力学响应规律。分析了双节管道内检测器在曲率半径1.5D及3D弯管内的运行情况,同时分析了双舱段管道检测器在管道运行过程中,万向节长度对检测器管内运行角度的影响规律。结果表明:随着万向节设计长度的增加,检测器的轴线夹角最大值呈现先增大后减小的趋势;且在运行过程中,检测器通过的管道曲率越小,万向节角度波动峰值越大,波动的变化率越大。因此,合理设计万向节长度,对检测器运行状态以及检测设备的稳定性具有重要的影响。