CN113551102B - 一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，在管道内设置多个监测点，并检测实时压强信号；确定相邻监测点的实时压强差与管道内液体流速的对应关系；确定管道内液体流速与清管器运行速度的对应关系，最后结合采集的历史压强信号样本数据，建立基于压强差的清管器位置跟踪模型；采用模型对清管器在管道内的位置实时定位，同时根据各个监测点的实时压强信号对清管器运行情况进行分析：若各个相邻监测点的实时压强差无变化，继续采用模型预测清管器的实时位置；若存在卡堵情况，则采用压力波定位技术，对模型得出的清管器实时位置进行修正，确定该情况下清管器的实时位置。本发明实施简单，且抗干扰能力强能有效保证清管器的定位精度。

Description

一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法

技术领域

本发明涉及一种实时跟踪定位的方法，具体是一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法。

背景技术

管道作为石油和天然气的主要运输方式，相对于其他的运输方式而言，具有经济、安全、高效等特点。然而，对于管道而言，实施清管作业是油气长输管道投产前和运行中的一项重要且必不可少的工作。定期清管作业具有清除管内杂质、提高管输效率，延缓管道内壁腐蚀速率、延长管道使用寿命，检测分析管道变形、预防和减少事故的发生等作用。为了保证清管器的正常运行，监视清管器的运行位置是清管作业中一项极为重要的内容，可以避免清管器卡堵在管道中，影响管道的安全运行。所以清管器跟踪定位技术是保证管道的安全运行、提高输送效率的关键技术之一。

目前，国内外的清管器跟踪定位产品主要基于机械、放射性以及磁学等原理，其中基于机械式的跟踪定位需要与管道有接触，基于放射性原理对于人体有害，基于磁学原理虽是主流，但容易受周边磁场干扰导致跟踪定位精度降低，另外还有采用人工跟踪方法，但是该方法需耗费人力且受环境等诸多因素的干扰，导致跟踪定位精度较差。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，其实施简单，并且抗干扰能力强从而有效保证定位精度；另外其无辐射不会对周围人员健康造成影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，具体步骤为：

步骤一、在管道内设置多个监测点，通过压力变送器分别检测各个监测点的实时压强信号，并进行同步存储；

步骤二、通过步骤一监测的各个监测点的历史压强信号样本数据，确定相邻两个监测点的实时压强差与管道内液体流速的对应关系，然后确定管道内液体流速与清管器运行速度的对应关系，从而建立基于压强差的清管器位置跟踪模型；

步骤三、根据步骤二得出的清管器位置跟踪模型，对清管器在管道内的位置实时定位，同时根据各个监测点的实时压强信号对清管器运行情况进行分析：

若各个相邻监测点的实时压强差无变化，则说明清管器在管道内正常运行，继续采用步骤二的清管器位置跟踪模型对清管器进行实时定位；

若存在相邻两个监测点的实时压强差增大，则采用已知方法判断清管器是否发生卡堵；

若判断清管器在这两个监测点之间的管道内出现卡堵情况，则采用已知的压力波定位技术，对清管器位置跟踪模型得出的清管器实时位置进行修正，最终确定在该情况下的清管器实时位置；

若判断未出现卡堵情况，则说明清管器在这两个监测点之间的管道内运行速度变慢，则继续采用步骤二的清管器位置跟踪模型并根据采集的实时压强信号，更新清管器实时位置；此时清管器实时位置变为：L₁＝L+v₂×t₂；

其中，L为清管器本次变慢之前距离起始点的长度；v₂为清管器本次变慢后的运行速度；t₂为本次变慢后的运行时间；从而确定在该情况下的清管器实时位置。

进一步，所述步骤二的具体过程为：

对于等直径水平管道相邻两个监测点的压强差与管道内液体流速的对应关系，由伯努利方程得出为：

其中，v为管内流体流速，p1,p2为相邻两个监测点的压强，l为等直径水平管道的长度，d为管道内径，ρ为流体密度，λ为沿程阻力系数；g为重力加速度；其中，l、d、ρ、λ和g均为已知值；

根据上式得出管道内液体流速为：

所述管道内液体流速和清管器的运行速度的对应关系，表述为：

v₁＝f(v)

其中,v₁为清管器的运行速度，v为管内流体流速，f为两者之间的函数关系；其中清管器在正常稳定工况下，由于其运行速度与管内液体流速之间存在的相关关系，可以近似描述为线性关系，因此设定其运行速度与管内液体流速之间为线性关系，然后根据清管器的实时运行速度与管内液体实时流速辨识得出具体的线性函数，即v₁＝a×v+b，其中，a，b为辨识出的常数；最终确定清管器实时位置为：

L＝v₁×t

其中，L为清管器距离起始点的长度；t为清管器从起始点在管道内的运行时间；从而完成基于压强差的清管器位置跟踪模型。

进一步，所述步骤三中采用压力波定位技术，对清管器位置跟踪模型得出的清管器实时位置进行修正，具体过程为：设A、B为相邻两个压力监测点，M为A和B的中点，X为卡堵位置；则压力波卡堵定位技术表述为：

2|dM-dX|＝v|t_A-t_B|

其中，t_A为压力波传播至A点的时间，t_B为压力波传播至B点的时间，v为压力波传播速度，dM为起始点至M点的距离，dX为起始点至X点的距离；最终得出在卡堵情况下清管器的实时位置，并将该实时位置替换原清管器位置跟踪模型得出的A、B两个监测点内清管器的实时位置，完成在卡堵情况下对清管器的实时位置修正。

进一步，所述相邻监测点的间距不大于40km，能保证压强信号的强度，从而保证清管器实时定位的精确度。

进一步，所述压力变送器的监测精度不低于0.065％。

进一步，所述清管器的类型为泡沫清管器、皮碗清管器和直板清管器其中之一。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明通过基于压差法的清管器实时跟踪定位技术其原理简单、算法简单易用，经济高效。

二、利用压差法，建立清管器位置跟踪模型，对清管器位置进行监视，不需要安装其他的硬件设备，节约成本，且可较为准确并及时地监视到清管器的运行位置信息；而且其抗干扰能力强从而有效保证定位精度；另外其无辐射不会对周围人员健康造成影响。

三、本发明能分工况对清管器的定位方法进行选择；在正常运行工况下，通过建立的清管器位置跟踪模型进行清管器实时位置定位；当监测的任意两个相邻监测点的压强差增大时，即清管器在这两个监测点之间的管道内发生卡堵情况，能结合现有的压力波卡堵定位技术，对处于该段管道内清管器的实时位置进行修正，从而进一步提高清管器定位精度。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

本发明的具体步骤为：

步骤一、在管道内设置多个监测点，通过压力变送器分别检测各个监测点的实时压强信号，并进行同步存储；

步骤二、通过步骤一监测的各个监测点的历史压强信号样本数据，确定相邻两个监测点的实时压强差与管道内液体流速的对应关系，然后确定管道内液体流速与清管器运行速度的对应关系，从而建立基于压强差的清管器位置跟踪模型；其原理为：由于清管器在管道内跟随液体的流动而运动，正常情况下，清管排量稳定时清管器运行速度一定，清管器后端压力和前端压力趋于稳定，且液体的流速和清管器的运行速度具有良好的相关关系，非正常情况下如管壁不够光滑，清管器的速度与液体流速有一定的差距，此时，清管器前后的压差变大；所以可以通过收集历史的清管器运行数据，根据压力差与管道内液体流速的对应关系以及液体的流速和清管器的运行速度的对应关系，从而建立清管器位置跟踪模型，进而实现清管器位置跟踪定位；

步骤三、根据步骤二得出的清管器位置跟踪模型，对清管器在管道内的位置实时定位，同时根据各个监测点的实时压强信号对清管器运行情况进行分析：

若各个相邻监测点的实时压强差无变化，则说明清管器在管道内正常运行，继续采用步骤二的清管器位置跟踪模型对清管器进行实时定位；

若存在相邻两个监测点的实时压强差增大，则采用已知方法判断清管器是否发生卡堵；

若判断清管器在这两个监测点之间的管道内出现卡堵情况，则采用已知的压力波定位技术，对清管器位置跟踪模型得出的清管器实时位置进行修正，最终确定在该情况下的清管器实时位置；

若判断未出现卡堵情况，则说明清管器在这两个监测点之间的管道内运行速度变慢，则继续采用步骤二的清管器位置跟踪模型并根据采集的实时压强信号，更新清管器实时位置；此时清管器实时位置变为：L₁＝L+v₂×t₂；

其中，L为清管器本次变慢之前距离起始点的长度；v₂为清管器本次变慢后的运行速度；t₂为本次变慢后的运行时间；从而确定在该情况下的清管器实时位置。

进一步，所述步骤二的具体过程为：

对于等直径水平管道相邻两个监测点的压强差与管道内液体流速的对应关系，由伯努利方程得出为：

其中，v为管内流体流速，p1,p2为相邻两个监测点的压强，l为等直径水平管道的长度，d为管道内径，ρ为流体密度，λ为沿程阻力系数；g为重力加速度；其中，l、d、ρ、λ和g均为已知值；

根据上式得出管道内液体流速为：

所述管道内液体流速和清管器的运行速度的对应关系，表述为：

v₁＝f(v)

其中,v₁为清管器的运行速度，v为管内流体流速，f为两者之间的函数关系；其中清管器在正常稳定工况下，由于其运行速度与管内液体流速之间存在的相关关系，可以近似描述为线性关系，因此设定其运行速度与管内液体流速之间为线性关系，然后根据清管器的实时运行速度与管内液体实时流速辨识得出具体的线性函数，即v₁＝a×v+b，其中，a，b为辨识出的常数；最终确定清管器实时位置为：

L＝v₁×t

其中，L为清管器距离起始点的长度；t为清管器从起始点在管道内的运行时间；从而完成基于压强差的清管器位置跟踪模型。

进一步，所述步骤三中采用压力波定位技术，对清管器位置跟踪模型得出的清管器实时位置进行修正，具体过程为：设A、B为相邻两个压力监测点，M为A和B的中点，X为卡堵位置；则压力波卡堵定位技术表述为：

2|dM-dX|＝v|t_A-t_B|

其中，t_A为压力波传播至A点的时间，t_B为压力波传播至B点的时间，v为压力波传播速度，dM为起始点至M点的距离，dX为起始点至X点的距离；最终得出在卡堵情况下清管器的实时位置，并将该实时位置替换原清管器位置跟踪模型得出的A、B两个监测点内清管器的实时位置，完成在卡堵情况下对清管器的实时位置修正。

进一步，所述相邻监测点的间距不大于40km，能保证压强信号的强度，从而保证清管器实时定位的精确度。

进一步，所述压力变送器的监测精度不低于0.065％。

进一步，所述清管器的类型为泡沫清管器、皮碗清管器和直板清管器其中之一。

Claims (5)

1.一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、在管道内设置多个监测点，通过压力变送器分别检测各个监测点的实时压强信号，并进行同步存储；

步骤二、通过步骤一监测的各个监测点的历史压强信号样本数据，确定相邻两个监测点的实时压强差与管道内液体流速的对应关系，然后确定管道内液体流速与清管器运行速度的对应关系，从而建立基于压强差的清管器位置跟踪模型，具体过程为：

对于等直径水平管道相邻两个监测点的压强差与管道内液体流速的对应关系，由伯努利方程得出为：

其中，v为管内流体流速，p1,p2为相邻两个监测点的压强，l为等直径水平管道的长度，d为管道内径，ρ为流体密度，λ为沿程阻力系数；g为重力加速度；其中，l、d、ρ、λ和g均为已知值；

根据上式得出管道内液体流速为：

所述管道内液体流速和清管器的运行速度的对应关系，表述为：

v₁＝f(v)

其中，v₁为清管器的运行速度，v为管内流体流速，f为两者之间的函数关系；其中清管器在正常稳定工况下，设定其运行速度与管内液体流速之间为线性关系，然后根据清管器的实时运行速度与管内液体实时流速辨识得出具体的线性函数，即v₁＝a×v+b，其中，a，b为辨识出的常数；最终确定清管器实时位置为：

L＝v₁×t

其中，L为清管器距离起始点的长度；t为清管器从起始点在管道内的运行时间；从而完成基于压强差的清管器位置跟踪模型；

步骤三、根据步骤二得出的清管器位置跟踪模型，对清管器在管道内的位置实时定位，同时根据各个监测点的实时压强信号对清管器运行情况进行分析：

若各个相邻监测点的实时压强差无变化，则说明清管器在管道内正常运行，继续采用步骤二的清管器位置跟踪模型对清管器进行实时定位；

若存在相邻两个监测点的实时压强差增大，则采用已知方法判断清管器是否发生卡堵；

若判断清管器在这两个监测点之间的管道内出现卡堵情况，则采用已知的压力波定位技术，对清管器位置跟踪模型得出的清管器实时位置进行修正，最终确定在该情况下的清管器实时位置；

若判断未出现卡堵情况，则说明清管器在这两个监测点之间的管道内运行速度变慢，则继续采用步骤二的清管器位置跟踪模型并根据采集的实时压强信号，更新清管器实时位置；此时清管器实时位置变为：L₁＝L+v₂×t₂；

其中，L为清管器本次变慢之前距离起始点的长度；v₂为清管器本次变慢后的运行速度；t₂为本次变慢后的运行时间；从而确定在该情况下的清管器实时位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，其特征在于，所述步骤三中采用压力波定位技术，对清管器位置跟踪模型得出的清管器实时位置进行修正，具体过程为：设A、B为相邻两个压力监测点，M为A和B的中点，X为卡堵位置；则压力波卡堵定位技术表述为：

2|dM-dX|＝v|t_A-t_B|

其中，t_A为压力波传播至A点的时间，t_B为压力波传播至B点的时间，v为压力波传播速度，dM为起始点至M点的距离，dX为起始点至X点的距离；最终得出在卡堵情况下清管器的实时位置，并将该实时位置替换原清管器位置跟踪模型得出的A、B两个监测点内清管器的实时位置，完成在卡堵情况下对清管器的实时位置修正。

3.根据权利要求1所述的一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，其特征在于，所述相邻两个监测点的间距不大于40km。

4.根据权利要求1所述的一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，其特征在于，所述压力变送器的监测精度不低于0.065％。

5.根据权利要求1所述的一种用于管道内清管器实时跟踪定位的方法，其特征在于，所述清管器的类型为泡沫清管器、皮碗清管器和直板清管器其中之一。