[发明专利]基于声发射测量的气液段塞流液塞区判别及参数检测方法

说明书

基于声发射测量的气液段塞流液塞区判别及参数检测方法，包括根据环境噪音设定阈值、计算长气泡时长判据、对声发射信号进行采集、每个通道液塞区声信号判别、计算液塞区声信号、计算液塞区声信号参数、液塞频率的计算、液塞运动速度的计算、液塞长度的计算。本发明根据长气泡区声信号明显低于液塞区信号的特征，设定CTEB即长气泡时长判据，当两段连续信号之间低于阈值的时间间隔小于设定的CTEB时间判据时，这两段连续信号被划分为一个波包内，即判定为一个液塞信号；否则这两段信号则被分成两个独立的波包，即判定为两个液塞信号。本发明为海底管道运行人员提供了一种可靠快速的管内气液流动的监控方法，对于管道的流动安全保障具有重要意义。

技术领域

本发明涉及基于声发射测量的气液段塞流液塞区判别及参数检测方法，主要对海洋油田混输管道气液两相段塞流液塞区的声信号进行判别，提取液塞区声信号波包，通过计算液塞区声信号参数，进一步处理获得段塞流动参数，如液塞频率、液塞速度和液塞长度等。

背景技术

段塞流是长距离陆上混输管道系统以及海洋油田混输生产系统中的一种常见的流动现象，管道中液塞与长气泡交替出现，具有间歇性、波动性以及不稳定性的特点。段塞流的流动检测和控制是深水油田开发流动安全保障技术的关键课题，而实时有效的检测技术是解决段塞流的关键性技术之一，也是石油工程多相流研究人员的重要研究方向。

目前在实验室内用于两相流检测的技术有摄像法、电导电容法、超声法以及伽马射线法等。摄像技术受管道材料、气液透光性质影响，且高速摄像设备昂贵；电导电容方法侵入管道进行检测，对管内流动造成干扰，影响测量精确度；超声法需要超声波发射和接收装置同时工作，设备复杂。在上述方法中能够应用于油田现场的只有射线法，但由于伽马射线源的危险性，其应用环境受到较大限制，而且其检测频率较慢，对于快速瞬变的段塞流的测量误差较大，难以满足实际应用要求。因此，开发一种既能在实验室应用，具有较高的检测精度，又方便安装在油田现场钢质管道的段塞流检测方法具有重要意义。

声发射技术灵敏度高，检测信号频率范围广，采用非侵入式检测方法不会对相界面造成干扰，且设备简单，操作灵活，使得声发射检测技术用于段塞流检测具有可行性。US005353627A公布了一种采用非侵入式声发射检测技术检测多相流流型的装置和方法，该方法采用声发射技术采集声信号特征进行分析确定流型，但仅对多相流流型进行初步检测，没有针对段塞流型进行深入研究分析。US005148405A公布了一种对气液段塞流检测的方法，该方法将输出的模拟信号转化为数字信号，通过分析原始波形信号确定段塞流特征，能够区分段塞流和波浪流，人工计算获得了段塞频率、液塞速度和液塞长度。但该方法仅是针对段塞流宏观参数进行检测，没有对段塞流声发射特性进行深入分析，手工分析的方法也不能实现自动检测。

一方面，声发射技术采集频率较高，采集声信号丰富，人工判别信号波形较为困难，信号处理效率低；另一方面，段塞流液塞区与长气泡交替出现，液塞区气泡活动强，释放能量多，产生的声信号强，气泡区流动平稳，基本没有声信号发出，液塞区与长气泡区声信号区分明显。

硕士论文《气液两相水平管流系统声特性研究》和《单气泡与固定液塞声发射特征机理实验研究》中初步研究设定了合理的液塞定义时间LSDT(Liquid Slug DefinitionTime)，来判断两个相邻的声信号波包之间的独立性，然而该现有技术只是提出了一种初步设想，并未给出具体的可行性操作方案，有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的是提供基于声发射测量的气液段塞流液塞区判别及参数检测方法，可根据液塞区与长气泡区的信号特征，实现对段塞流液塞区的实时、精确地检测和判别，从原始声信号中有效提取和计算声参数，从而实现对段塞流液塞频率、液塞长度、液塞速度、含气率等流动结构参数的计算。