水下穿越管道底部冲刷深度预测方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种水下穿越管道底部冲刷深度预测方法及装置，属于水下穿越管道技术领域。本申请实施例提供的技术方案，基于河流中已经被冲刷的第一穿越管道的各项特性参数，获取对应的极限平衡冲刷深度，以及达到冲刷平衡状态的历时，由于上述数据是以实际冲刷数据为依据得出，因此可靠性较高，根据上述数据、第一穿越管道的冲刷时间、冲刷深度以及一级动力学反应方程，可以得到河流中穿越管道的冲坑竖向扩展数学模型，该模型能够反映冲坑深度随冲刷时间变化的规律。基于上述数学模型，可以获取待预测的第二穿越管道在任意的预设冲刷时间的冲刷深度，以便及时加固河床，提高水下穿越管道的安全性和可靠性。管道的安全性和可靠性。管道的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
水下穿越管道底部冲刷深度预测方法及装置


[0001]本申请涉及水下穿越管道
，特别涉及一种水下穿越管道底部冲刷深度预测方法及装置。

技术介绍

[0002]管道运输作为继公路、铁路、水运和航空运输后的第五大运输业，在输水、电、气、油等领域发挥着巨大的作用。在长距离输油气管道建设中，必然会穿过一些山河海流，管道水下穿越技术由于施工周期短、施工难度小，以及能够节省投资，在实际施工中得到了广泛的应用。
[0003]水下穿越管道在长期使用的过程中，由于河床演变、暴雨洪水等因素，使得埋地敷设的管道产生裸露或局部悬空，管道在波浪和水流等复杂水动力条件作用下，极易发生疲劳破坏甚至断裂，给管道的安全运行带来严重隐患。水下穿越管道一旦被冲刷露出至悬空破坏，不仅会带来巨大的财产损失，而且因管道破坏导致的油气泄露会加剧周围河流的污染，给沿线居民造成巨大的生命威胁。
[0004]因此，对水下穿越管道底部河床的冲刷深度进行有效的预测是目前重要的研究方向，对提高水下穿越管道的安全性及可靠性有极大帮助。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种水下穿越管道底部冲刷深度预测方法及装置，能够对水下穿越管道底部河床的冲刷深度进行有效的预测，对提高水下穿越管道的安全性及可靠性有极大帮助。该技术方案如下：
[0006]一方面，提供了一种水下穿越管道底部冲刷深度预测方法，该方法包括：
[0007]对于河流中的第一穿越管道，获取多个不同位置对应的水动力因素参数、管道参数以及河床沙粒特性参数；
[0008]基于该多个不同位置对应的水动力因素参数、管道参数以及河床沙粒特性参数，获取该第一穿越管道对应的极限平衡冲刷深度以及达到冲刷平衡状态的历时；
[0009]对于该第一穿越管道，获取该多个不同位置的冲刷时间和冲刷深度；
[0010]基于一级动力学反应方程，对该冲刷时间和冲刷深度进行拟合，得到该冲刷深度与冲刷时间、极限平衡冲刷深度、达到冲刷平衡状态的历时之间的第一对应关系；
[0011]将该极限平衡冲刷深度以及达到冲刷平衡状态的历时代入该第一对应关系，得到河流中穿越管道的冲坑竖向扩展数学模型；
[0012]将河流中的待预测的第二穿越管道的预设冲刷时间输入该冲坑竖向扩展数学模型，得到该预设冲刷时间对应的冲刷深度。
[0013]在一种可能实现方式中，该水动力因素包括：水深、水流速度和重力加速度；
[0014]该管道参数包括：该管道的外径和埋深；
[0015]该河床沙粒特性参数包括：泥沙的中值粒径和相对密度。
[0016]在一种可能实现方式中，应用下述式1获取该极限平衡冲刷深度：
[0017][0018]式中，h
m
表示极限平衡冲刷深度，m；
[0019]D表示管径，m；
[0020]ψ表示预设拟合关系；
[0021]d
50
表示中值粒径，m；
[0022]D表示管径，m；
[0023]Fr表示弗劳德数，无因次。
[0024]在一种可能实现方式中，应用下述式2获取达到冲刷平衡状态的历时：
[0025][0026]式中，T表示达到冲刷平衡状态的历时，s；
[0027]θ表示希尔兹参数，无因次；
[0028]D表示管径，m；
[0029]g表示重力加速度，m/s2；
[0030]s表示泥沙的相对密度，无因次；
[0031]d
50
表示中值粒径，m。
[0032]在一种可能实现方式中，在得到冲坑竖向扩展数学模型之后，该方法还包括：
[0033]基于该冲坑竖向扩展数学模型，获取冲坑竖向扩展速率；
[0034]基于河流中河床的沙粒水下休止角，以及该冲坑竖向扩展速率，获取冲坑沿管轴方向扩展速率。
[0035]在一种可能实现方式中，在获取冲坑沿管轴方向扩展速率之后，该方法还包括：
[0036]基于该冲坑沿管轴方向扩展速率，以及预设冲刷时间，获取该预设冲刷时间对应的冲刷宽度。
[0037]一方面，提供了一种水下穿越管道底部冲刷深度预测装置，该装置包括：
[0038]数据获取模块，用于对于河流中的第一穿越管道，获取多个不同位置对应的水动力因素参数、管道参数以及河床沙粒特性参数；
[0039]数据处理模块，用于基于该多个不同位置对应的水动力因素参数、管道参数以及河床沙粒特性参数，获取该第一穿越管道对应的极限平衡冲刷深度以及达到冲刷平衡状态的历时；
[0040]数据获取模块，还用于对于该第一穿越管道，获取该多个不同位置的冲刷时间和冲刷深度；
[0041]对应关系获取模块，用于基于一级动力学反应方程，对该冲刷时间和冲刷深度进行拟合，得到该冲刷深度与冲刷时间、极限平衡冲刷深度、达到冲刷平衡状态的历时之间的第一对应关系；
[0042]扩展模型获取模块，用于将该极限平衡冲刷深度以及达到冲刷平衡状态的历时代入该第一对应关系，得到河流中穿越管道的冲坑竖向扩展数学模型；
[0043]冲刷深度获取模块，用于将河流中的待预测的第二穿越管道的预设冲刷时间输入该冲坑竖向扩展数学模型，得到该预设冲刷时间对应的冲刷深度。
[0044]在一种可能实现方式中，该水动力因素包括：水深、水流速度和重力加速度；
[0045]该管道参数包括：该管道的外径和埋深；
[0046]该河床沙粒特性参数包括：泥沙的中值粒径和相对密度。
[0047]在一种可能实现方式中，应用下述式1获取该极限平衡冲刷深度：
[0048][0049]式中，h
m
表示极限平衡冲刷深度，m；
[0050]D表示管径，m；
[0051]ψ表示预设拟合关系；
[0052]d
50
表示中值粒径，m；
[0053]D表示管径，m；
[0054]Fr表示弗劳德数，无因次。
[0055]在一种可能实现方式中，应用下述式2获取达到冲刷平衡状态的历时：
[0056][0057]式中，T表示达到冲刷平衡状态的历时，s；
[0058]θ表示希尔兹参数，无因次；
[0059]D表示管径，m；
[0060]g表示重力加速度，m/s2；
[0061]s表示泥沙的相对密度，无因次；
[0062]d
50
表示中值粒径，m。
[0063]在一种可能实现方式中，该装置还包括扩展速率获取模块，用于：
[0064]基于该冲坑竖向扩展数学模型，获取冲坑竖向扩展速率；
[0065]基于河流中河床的沙粒水下休止角，以及该冲坑竖向扩展速率，获取冲坑沿管轴方向扩展速率。
[0066]在一种可能实现方式中，该冲刷深度获取模块，还用于：
[0067]基于该冲坑沿管轴方向扩展速率，以及预设冲刷时间，获取该预设冲刷时间对应的冲刷宽度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下穿越管道底部冲刷深度预测方法，其特征在于，所述方法包括：对于河流中的第一穿越管道，获取多个不同位置对应的水动力因素参数、管道参数以及河床沙粒特性参数；基于所述多个不同位置对应的水动力因素参数、管道参数以及河床沙粒特性参数，获取所述第一穿越管道对应的极限平衡冲刷深度以及达到冲刷平衡状态的历时；对于所述第一穿越管道，获取所述多个不同位置的冲刷时间和冲刷深度；基于一级动力学反应方程，对所述冲刷时间和冲刷深度进行拟合，得到所述冲刷深度与冲刷时间、极限平衡冲刷深度、达到冲刷平衡状态的历时之间的第一对应关系；将所述极限平衡冲刷深度以及达到冲刷平衡状态的历时代入所述第一对应关系，得到河流中穿越管道的冲坑竖向扩展数学模型；将河流中的待预测的第二穿越管道的预设冲刷时间输入所述冲坑竖向扩展数学模型，得到所述预设冲刷时间对应的冲刷深度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水动力因素包括：水深、水流速度和重力加速度；所述管道参数包括：所述管道的外径和埋深；所述河床沙粒特性参数包括：泥沙的中值粒径和相对密度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，应用下述式1获取所述极限平衡冲刷深度：式中，h
m
表示极限平衡冲刷深度，m；D表示管径，m；ψ表示预设拟合关系；d
50
表示中值粒径，m；D表示管径，m；Fr表示弗劳德数，无因次。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，应用下述式2获取达到冲刷平衡状态的历时：式中，T表示达到冲刷平衡状态的历时，s；θ表示希尔兹参数，无因次；D表示管径，m；g表示重力加速度，m/s2；s表示泥沙的相对密度，无因次；d
50
表示中值粒径，m。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到冲坑竖向扩展数学模型之后，所述方法还包括：基于所述冲坑竖向扩展数学模型，获取冲坑竖向扩展速率；
基于河流中河床的沙粒水下休止角，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明楠，何沫，李施奇，刘春艳，魏源良，张锦涛，孔波，林冬，陈涵，宋亮，陈虹锦，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：