本發(fā)明涉及裂縫參數(shù)分析，具體為基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法。

背景技術(shù)：

1、壓力瞬變可造成埋管、管配件和管附件產(chǎn)生小得看不見的裂紋，甚至?xí)斐蓢?yán)重的管道破裂。目前主要是通過在管道關(guān)鍵位置安裝水錘監(jiān)測儀進(jìn)行監(jiān)測，采集壓力瞬變信號，進(jìn)行壓力瞬變(水錘)分析。

2、公開號為cn116981828a的中國專利公開了一種用于根據(jù)在停止將壓裂液泵入井中(關(guān)井)之后進(jìn)行的井內(nèi)壓力測量來確定水力壓裂的特性的方法，其包括確定關(guān)井后的第一時間，此后測量壓力的降低是由裂縫中的流體泄漏引起的。確定關(guān)井后的第二時間，此后壓力的降低是由流體泄漏、裂縫增長和裂縫中的流體壓力平衡引起的。確定關(guān)井后的第三時間，此后壓力的降低是由流體泄漏、裂縫增長、裂縫中的流體壓力平衡和近井眼區(qū)域的壓降引起的。所確定的流體效率、最小應(yīng)力和凈壓力的值使得相對于時間的計算的壓力在預(yù)定閾值內(nèi)與壓力測量值相匹配。

3、上述專利在實際使用過程中，并不能分析裂縫的數(shù)量以及裂縫的尺寸和位置，進(jìn)而導(dǎo)致不能根據(jù)裂縫的具體參數(shù)來判斷管道的風(fēng)險情況；因此，不滿足現(xiàn)有的需求，對此我們提出了基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，可以預(yù)測水管在不同條件下的承受能力，從而避免水管因水錘效應(yīng)而破裂，可以評估水利設(shè)施的安全性能，確保其長期穩(wěn)定運行，減少維護(hù)成本，減少意外損壞和維修成本，能夠了解水錘效應(yīng)的原理和影響，可以提前準(zhǔn)備應(yīng)對策略，減少緊急情況下的損失，解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，包括以下步驟：

3、s1：在井口安裝數(shù)據(jù)采集模塊，利用數(shù)據(jù)采集模塊采集停泵時的水錘相關(guān)參數(shù)，并獲得水錘壓力波動信號；

4、s2：使用分解降噪模塊對水錘壓力波動信號中存在的各種隨機(jī)噪聲和固定頻率噪聲進(jìn)行消除；

5、s3：利用水錘相關(guān)參數(shù)對水錘壓力波的波速和水錘的壓力變化量進(jìn)行計算；

6、s4：判斷分析模塊根據(jù)計算結(jié)果判斷管道是否存在裂縫，并對降噪后的水錘壓力波信號進(jìn)行分析，得到裂縫的位置、裂縫的長度、裂縫的寬度以及裂縫的數(shù)量。

7、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊，包括：

8、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取流體的流速和密度、流體的流速變化、管道壁厚和內(nèi)徑、管道的彈性模量以及流體的彈性模量；

9、數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和保護(hù)。

10、優(yōu)選的，所述獲得水錘壓力波動信號，具體包括：

11、通過經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸猥@取具有不同頻率的本征模函數(shù)分量，根據(jù)水錘信號的頻域特性剔除高頻噪聲分量并重構(gòu)信號；

12、建立基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的時間序列預(yù)測模型，獲取水錘沖擊信號，根據(jù)獲取的水錘沖擊信號對循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練和參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；

13、獲取不同流速下的水錘沖擊信號，并將不同流速下的水錘沖擊信號輸入時間序列預(yù)測模型，得到水錘壓力波信號。

14、優(yōu)選的，所述使用對水錘壓力波動信號中存在的各種隨機(jī)噪聲和固定頻率噪聲進(jìn)行消除，具體包括：

15、將帶噪聲的水錘壓力波信號通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解進(jìn)行分解，得到多個內(nèi)蘊模態(tài)函數(shù)分量；

16、對內(nèi)蘊模態(tài)函數(shù)的分量進(jìn)行分析，識別包含噪聲的內(nèi)蘊模態(tài)函數(shù)；

17、根據(jù)分析結(jié)果，選擇保留包含有效水錘壓力波信號的內(nèi)蘊模態(tài)函數(shù)分量，同時去除主要由噪聲組成的內(nèi)蘊模態(tài)函數(shù)分量；

18、將選定的內(nèi)蘊模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行重構(gòu)，得到降噪后的水錘壓力波信號。

19、優(yōu)選的，所述分解降噪模塊，包括

20、分解模塊，用于將帶噪聲的水錘壓力波信號通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解進(jìn)行分解和分析；

21、降噪模塊，用于根據(jù)分析結(jié)果內(nèi)蘊模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行降噪和重構(gòu)，得到降噪后的水錘壓力波信號。

22、優(yōu)選的，所述利用水錘相關(guān)參數(shù)對水錘壓力波的波速和水錘的壓力變化量進(jìn)行計算，具體包括：

23、根據(jù)獲取的流體的密度、管道壁厚和管道內(nèi)徑、管壁的彈性模量以及流體的彈性模量計算水錘壓力波的波速；

24、根據(jù)獲取的流體的密度、流速和流體的流速的變化以及計算得到水錘壓力波的波速計算水錘的壓力變化量。

25、優(yōu)選的，所述水錘壓力波波速的計算公式如下：

26、

27、其中，vω為水錘壓力波波速，k為流體的彈性模量，ρ為流體密度，t為管道壁厚，r為管道內(nèi)徑，e為管壁的彈性模量；

28、水錘的壓力變化量的計算公式如下；

29、δp＝vω*s*δs*ρ*10-5

30、其中，δp為水錘的壓力變化量，s為流體的流速，δs為流體流速的變化。

31、優(yōu)選的，所述判斷分析模塊，包括：

32、判斷模塊，用于根據(jù)水錘壓力波波速和水錘的壓力變化量的計算結(jié)果判斷管道是否存在裂縫，若存在裂縫則判斷裂縫的位置以及數(shù)量；

33、分析模塊，用于根據(jù)水錘壓力波信號的分析結(jié)果確定管道裂縫的長度以及裂縫的寬度。

34、優(yōu)選的，所述判斷模塊，具體包括：

35、利用水錘壓力波信號進(jìn)行頻譜分析，得到裂縫位置的壓力波波動傳播到井口的時間，即響應(yīng)時間；

36、將響應(yīng)時間和壓力波波速以及水錘的壓力變化量相乘，計算得到裂縫所在位置；

37、計算不同時間段的水錘壓力波波速和水錘的壓力變化量，并根據(jù)計算結(jié)果分析停泵水錘的壓力波反射和衰減；

38、分析壓力波反射的壓力波形變化，根據(jù)水錘的壓力波反射的壓力波形變化和衰減判斷水錘停泵后裂縫數(shù)量。

39、優(yōu)選的，所述分析模塊，具體包括

40、利用快速傅里葉變換獲得水錘壓力波信號的頻譜圖，將水錘壓力波信號的頻譜圖中時間域的信號轉(zhuǎn)換到頻率域，分析頻譜圖中的頻率分布和主要頻率成分；

41、分析水錘壓力波信號的頻譜圖中不同頻率成分的幅度大小，進(jìn)而分析水錘壓力波信號的幅度變化；

42、識別水錘壓力波信號頻譜圖中與水錘效應(yīng)相關(guān)的頻率成分，記錄水錘壓力波信號頻譜圖中特定頻率成分的起始和結(jié)束位置，得到水錘壓力波信號的持續(xù)時間；

43、根據(jù)水錘壓力波信號的頻率、幅度變化以及持續(xù)時間分析裂縫的長度和寬度。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

45、本發(fā)明通過通過對裂縫參數(shù)進(jìn)行分析，能夠了解裂縫的長度和寬度，以及確定裂縫的位置和數(shù)量，可以預(yù)測管道在不同條件下的承受能力，從而避免管道因水錘效應(yīng)而破裂，通過精確測量水錘裂縫的尺寸和數(shù)量，可以評估水利設(shè)施的安全性能，確保其長期穩(wěn)定運行，減少維護(hù)成本，準(zhǔn)確的尺寸和數(shù)量測量可以幫助預(yù)測水利設(shè)施的維護(hù)需求，從而合理安排維護(hù)計劃，減少意外損壞和維修成本，能夠了解水錘效應(yīng)的原理和影響，可以提前準(zhǔn)備應(yīng)對策略，減少緊急情況下的損失。

技術(shù)特征：

1.基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集模塊，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述獲得水錘壓力波動信號，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述使用對水錘壓力波動信號中存在的各種隨機(jī)噪聲和固定頻率噪聲進(jìn)行消除，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述分解降噪模塊，包括

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述利用水錘相關(guān)參數(shù)對水錘壓力波的波速和水錘的壓力變化量進(jìn)行計算，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述水錘壓力波波速的計算公式如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述判斷分析模塊，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述判斷模塊，具體包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，其特征在于：所述分析模塊，具體包括

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于停泵水錘效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，屬于涉及裂縫參數(shù)分析技術(shù)領(lǐng)域?；谕１盟N效應(yīng)的裂縫參數(shù)分析方法，包括以下步驟：S1：采集停泵時的水錘相關(guān)參數(shù)和水錘壓力波動信號；S2：對水錘壓力波動信號進(jìn)行噪聲消除；S3：計算水錘壓力波的波速和壓力變化量；S4：判斷管道是否存在裂縫，并對降噪后的水錘壓力波信號進(jìn)行分析。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)不能分析裂縫的數(shù)量以及裂縫的尺寸和位置的問題，本發(fā)明通過可以預(yù)測管道在不同條件下的承受能力，從而避免管道因水錘效應(yīng)而破裂，減少維護(hù)成本，減少意外損壞和維修成本，能夠了解水錘效應(yīng)的原理和影響，可以提前準(zhǔn)備應(yīng)對策略，減少緊急情況下的損失。

技術(shù)研發(fā)人員：谷萬強,陳志菻,薄鵬飛,姚吉,王冰,宋奕飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：勝利油田勝華實業(yè)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2