油气田地面工程第26卷第3期(2007 3) 11
长输管道水压试验中几个重要公式计算
赵传海
1 前言
随着西气东输管道工程的施工, 国外长输管道的先进施工技术和施工方法引入国内长输管道市场, 引领了国内长输管道施工技术的革命, 使国内长输管道施工技术达到了与国外接轨, 同时也给国
内长输管道施工企业带来了一个巨大的挑战。长输管道的水压试验作为长输管道施工过程中的重要工序, 其施工技术和施工方法在这次技术革命中也有了巨大的改善, 从原来单纯用2块压力表作为检测仪表的试验方法发展到目前的用2块压力表、2支自动压力记录仪和1台压力天平(活塞压力计) 作为检测仪表的试验方法, 并辅以差压流量计和自动温度记录仪进行注水量和注水温度的测量来验证水压试验的试验结果, 进一步保证了试验结果的真实性和可靠性。在目前的长输管道水压试验施工方法中, 有七个重要的公式计算对水压试验的施工起着重要的指导作用, 下面就对这七个重要的公式计算进行简要的介绍。
(大庆油田建设集团管道工程公司)
s = 2t/
式中 s 为钢管最小屈服强度(M Pa) ; 为钢材最小
屈服强度(M Pa) ; t 为钢管壁厚(mm ) ; 为钢管外径(mm) 。
2 2 不同规格钢管允许高差计算公式根据水压试验试压段落最高点的试验压力必须达到管道的强度试验压力, 最低点的试验压力不允许超过90%钢管最小屈服强度的要求, 得出不同规格钢管允许高差计算公式。
H =(0 9 s -P ) /( g)
式中 H 为最高点与最低点允许高差(m) ; s 为钢管最小屈服强度(MPa) ; P 为管道强度试验压力(M Pa) ; 为水的密度(kg/m ) ; g 为重力加速度
(m /s 2) 。
2 3 注水泵扬程的计算公式
在管道注水过程中, 由于管内水流均匀, 流速慢, 可在水力光滑区模式下采用列宾公式进行沿程水力损失计算。
21 750 25
h r =d
3
2 长输管道水压试验重要公式计算
2 1 钢管最小屈服强度计算公式
钢管最小屈服强度是长输管道水压试验段落划分的重要依据。
表1 暂堵剂的耐酸、碱及抗盐性
时间(min) 60120
粘度下降(%)
15%盐酸中
02
1%氢氧化钠中
815
2%氯化钠中
35
式中h r 为管段磨阻(m ) ; r 为管道半径(m ) ; v 为水流速度(m/s) ; d 为管道直径(m ) ; L 为试压管段的长度(m) 。
故注水泵扬程的计算公式为
形成有效堵塞, 暂堵率98%以上, 暂堵剂破胶后渗透率恢复率高于85%。
表2 岩心暂堵前后实验结果
序号1234
渗透率K ( m 2) K w 01 2152 3320 5245 322
K w 10 0090 0390 0030 101
K w 21 0841 9890 4644 612
P
(M Pa) 13 712 913 212 5
D
(%) 99 398 399 498 1
H
(%) 89 285 388 586 6
(2) 岩心实验。实验程序如下: 用地层水
或总矿化度为8000mg /L 的标准盐水饱和岩心; 正向测岩心水相渗透率K w 0; 将配制好的暂堵液正向驱入岩心, 在实验温度下放置6h; 正向驱替测岩心突破压力 P 及水相渗透率K w 1, 求出暂堵率(D =[(K w 0-K w 1) /K w 0 100%]) ; 72h 后反向驱替测暂堵剂破胶后的水相渗透率k w 2, 求出渗透率恢复率(H =[K w 2/K w 0 100%]) 。实验结果数据见表2。
3 结论
该暂堵剂成胶强度高, 成胶时间适宜, 破胶彻底, 对地层污染小, 具有较高的耐酸碱性及抗盐性, 可广泛用于堵水调剖、酸化解堵施工作业中。目前, 已现场应用4口井, 成功率100%。
12 油气田地面工程第26卷第3期(2007 3)
H =h s +h r
式中H 为注水泵的扬程(m ) ; h s 为试压段落的高差(m) ; h r 为管段磨阻(m) 。
2 4 试压头椭圆封头壁厚的计算公式 =P c D i /(2[ ] -0 5P c )
式中 为封头计算厚度(m m) ; P c 为2P w 计算压力值(MPa) ; P w 为管道的工作压力值(M Pa) ; D i 为 -2 封头内径(m m) ; 为封头外径(mm) ; [ ]t 为材料的许用应力(16MnR 为163M Pa) ; 为焊接接头系数, 通常选为0 9。
2 5 试验压力增加对应注水量增加的理论计算公式
在管道升压过程中, 通过下列公式计算出单位试验压力增加的理论注水量, 画出理论P -V 曲线图。单位试验压力增加对应注水量增加的理论计算公式:
d v =Vd p [(D/Et) (1- ) +1/k]
式中d v 为增加的水量(m ) ; V 为试压管道的容积(m 3) ; d p 为增加的压力(kPa ) ; D 为管道外径(mm ) ; E 为阳式弹性系数(2 10) ; t 为管道壁厚(mm ) ; 为泊松系数(0 3) ; k 为水性模数(2343961kpa) 。
再通过流量计测量出单位试验压力增加的实际注水量, 画出实际P -V 曲线图, 通过理论P V 曲线与实际P V 曲线对照分析, 可及时发现管道是否有泄漏或管中是否存在大量的空气, 并采取相应措施保证水压试验的顺利进行。
2 6 温度变化对应试验压力变化的计算公式对于暴露在外界环境中的试压管段(如定向钻穿越和站场工艺试压管段) , 由于试压用水温度受外界环境温度的影响较大, 故在强度和严密性试验稳压过程中, 通过下列公式计算出单位温度变化产生的理论试验压力变化。
d p =( -2 ) /[(D/Et ) (1- ) +1/k]
式中d p 为每摄氏度的压力变化(kPa) ; 为水的热膨胀系数,
3
28
3
2t
2 7 差压流量计孔板通径的计算公式在管道注水过程中, 采用差压流量计对管道的实际注水量进行测量, 通过实际注水量与理论注水量相比较, 来验证试压管段内的存气量。在管道升压过程中, 采用差压流量计对管道的实际注水量进行测量, 通过实际注水量与理论注水量相比较, 画出理论P V 曲线与实际P V 曲线图。在管道注水和升压过程中, 由于注水量和注水压力不同, 采用的孔板通径也有较大差异, 通过下列公式计算孔板通径。
(1) 确定孔板的通径。
d = D
式中d 为孔板的通径(m m) ; 为孔板开孔的直径比; D 为工作状态下管道内径(mm ) 。
(2) 确定工作状态下管道内径D 。
D =( -2 ) [1+ D (t -20) ]
式中 为注水管道内径(mm ) ; 为注水管道壁厚
(mm ) ; D 为管道材料(20#钢) 的线性膨胀系数(11 16 10
-6
mm /mm ) ; t 为工作介质温度
( ) 。
(3) 确定孔板开孔的直径比 。
雷诺系数Re Dch 的计算:
Re Dch =353 10 M ch /(D )
式中M c h 为平均注水流量(kg/h) ; 为水的粘度m s
-6
-3
kg 。
( 2) 的计算:
( 2) =M ch /[0 01251 D 2 ( h ch ) 1/2]式中 为水的密度(1 0 10kg/m ) ; h ch =1 0 104 (M ch /M max ) (kg/h) 。
根据Re Dch 和( ) 的计算数值, 查化学工业出版社出版的 化工测量及仪表 (第二版) 中角接取压标准孔板速算图确定孔板开孔的直径比 。
(4) 将D 和 代入d = D 公式即可计算出孔板的通径d 。
22
3
3
(mm ) ; M max 为最大注水流量
(-64 26+17 105T -0 203T +
6
-5
2
0 0016048T ) /10; T 为试压水温度( ) ; 为钢的线性膨胀系数(-1 17 10) ; D 为管道外径
(mm ) ; E 为阳式弹性系数(2 108) ; t 为管道壁厚(mm ) ; 为泊松系数(0 3) ; k 为水性模数(2343961kPa) 。
通过对比实际试验压力变化和单位温度变化产生的理论试验压力变化, 可分析出试验压力变化是3 结论
以上七个重要公式计算的应用, 为长输管道水压试验提供了重要的理论数据, 灵活地掌握和使用这几个公式计算可为长输管道水压试验安全顺利地完成打下坚实的理论基础。
油气田地面工程第26卷第3期(2007 3) 11
长输管道水压试验中几个重要公式计算
赵传海
1 前言
随着西气东输管道工程的施工, 国外长输管道的先进施工技术和施工方法引入国内长输管道市场, 引领了国内长输管道施工技术的革命, 使国内长输管道施工技术达到了与国外接轨, 同时也给国
内长输管道施工企业带来了一个巨大的挑战。长输管道的水压试验作为长输管道施工过程中的重要工序, 其施工技术和施工方法在这次技术革命中也有了巨大的改善, 从原来单纯用2块压力表作为检测仪表的试验方法发展到目前的用2块压力表、2支自动压力记录仪和1台压力天平(活塞压力计) 作为检测仪表的试验方法, 并辅以差压流量计和自动温度记录仪进行注水量和注水温度的测量来验证水压试验的试验结果, 进一步保证了试验结果的真实性和可靠性。在目前的长输管道水压试验施工方法中, 有七个重要的公式计算对水压试验的施工起着重要的指导作用, 下面就对这七个重要的公式计算进行简要的介绍。
(大庆油田建设集团管道工程公司)
s = 2t/
式中 s 为钢管最小屈服强度(M Pa) ; 为钢材最小
屈服强度(M Pa) ; t 为钢管壁厚(mm ) ; 为钢管外径(mm) 。
2 2 不同规格钢管允许高差计算公式根据水压试验试压段落最高点的试验压力必须达到管道的强度试验压力, 最低点的试验压力不允许超过90%钢管最小屈服强度的要求, 得出不同规格钢管允许高差计算公式。
H =(0 9 s -P ) /( g)
式中 H 为最高点与最低点允许高差(m) ; s 为钢管最小屈服强度(MPa) ; P 为管道强度试验压力(M Pa) ; 为水的密度(kg/m ) ; g 为重力加速度
(m /s 2) 。
2 3 注水泵扬程的计算公式
在管道注水过程中, 由于管内水流均匀, 流速慢, 可在水力光滑区模式下采用列宾公式进行沿程水力损失计算。
21 750 25
h r =d
3
2 长输管道水压试验重要公式计算
2 1 钢管最小屈服强度计算公式
钢管最小屈服强度是长输管道水压试验段落划分的重要依据。
表1 暂堵剂的耐酸、碱及抗盐性
时间(min) 60120
粘度下降(%)
15%盐酸中
02
1%氢氧化钠中
815
2%氯化钠中
35
式中h r 为管段磨阻(m ) ; r 为管道半径(m ) ; v 为水流速度(m/s) ; d 为管道直径(m ) ; L 为试压管段的长度(m) 。
故注水泵扬程的计算公式为
形成有效堵塞, 暂堵率98%以上, 暂堵剂破胶后渗透率恢复率高于85%。
表2 岩心暂堵前后实验结果
序号1234
渗透率K ( m 2) K w 01 2152 3320 5245 322
K w 10 0090 0390 0030 101
K w 21 0841 9890 4644 612
P
(M Pa) 13 712 913 212 5
D
(%) 99 398 399 498 1
H
(%) 89 285 388 586 6
(2) 岩心实验。实验程序如下: 用地层水
或总矿化度为8000mg /L 的标准盐水饱和岩心; 正向测岩心水相渗透率K w 0; 将配制好的暂堵液正向驱入岩心, 在实验温度下放置6h; 正向驱替测岩心突破压力 P 及水相渗透率K w 1, 求出暂堵率(D =[(K w 0-K w 1) /K w 0 100%]) ; 72h 后反向驱替测暂堵剂破胶后的水相渗透率k w 2, 求出渗透率恢复率(H =[K w 2/K w 0 100%]) 。实验结果数据见表2。
3 结论
该暂堵剂成胶强度高, 成胶时间适宜, 破胶彻底, 对地层污染小, 具有较高的耐酸碱性及抗盐性, 可广泛用于堵水调剖、酸化解堵施工作业中。目前, 已现场应用4口井, 成功率100%。
12 油气田地面工程第26卷第3期(2007 3)
H =h s +h r
式中H 为注水泵的扬程(m ) ; h s 为试压段落的高差(m) ; h r 为管段磨阻(m) 。
2 4 试压头椭圆封头壁厚的计算公式 =P c D i /(2[ ] -0 5P c )
式中 为封头计算厚度(m m) ; P c 为2P w 计算压力值(MPa) ; P w 为管道的工作压力值(M Pa) ; D i 为 -2 封头内径(m m) ; 为封头外径(mm) ; [ ]t 为材料的许用应力(16MnR 为163M Pa) ; 为焊接接头系数, 通常选为0 9。
2 5 试验压力增加对应注水量增加的理论计算公式
在管道升压过程中, 通过下列公式计算出单位试验压力增加的理论注水量, 画出理论P -V 曲线图。单位试验压力增加对应注水量增加的理论计算公式:
d v =Vd p [(D/Et) (1- ) +1/k]
式中d v 为增加的水量(m ) ; V 为试压管道的容积(m 3) ; d p 为增加的压力(kPa ) ; D 为管道外径(mm ) ; E 为阳式弹性系数(2 10) ; t 为管道壁厚(mm ) ; 为泊松系数(0 3) ; k 为水性模数(2343961kpa) 。
再通过流量计测量出单位试验压力增加的实际注水量, 画出实际P -V 曲线图, 通过理论P V 曲线与实际P V 曲线对照分析, 可及时发现管道是否有泄漏或管中是否存在大量的空气, 并采取相应措施保证水压试验的顺利进行。
2 6 温度变化对应试验压力变化的计算公式对于暴露在外界环境中的试压管段(如定向钻穿越和站场工艺试压管段) , 由于试压用水温度受外界环境温度的影响较大, 故在强度和严密性试验稳压过程中, 通过下列公式计算出单位温度变化产生的理论试验压力变化。
d p =( -2 ) /[(D/Et ) (1- ) +1/k]
式中d p 为每摄氏度的压力变化(kPa) ; 为水的热膨胀系数,
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2 7 差压流量计孔板通径的计算公式在管道注水过程中, 采用差压流量计对管道的实际注水量进行测量, 通过实际注水量与理论注水量相比较, 来验证试压管段内的存气量。在管道升压过程中, 采用差压流量计对管道的实际注水量进行测量, 通过实际注水量与理论注水量相比较, 画出理论P V 曲线与实际P V 曲线图。在管道注水和升压过程中, 由于注水量和注水压力不同, 采用的孔板通径也有较大差异, 通过下列公式计算孔板通径。
(1) 确定孔板的通径。
d = D
式中d 为孔板的通径(m m) ; 为孔板开孔的直径比; D 为工作状态下管道内径(mm ) 。
(2) 确定工作状态下管道内径D 。
D =( -2 ) [1+ D (t -20) ]
式中 为注水管道内径(mm ) ; 为注水管道壁厚
(mm ) ; D 为管道材料(20#钢) 的线性膨胀系数(11 16 10
-6
mm /mm ) ; t 为工作介质温度
( ) 。
(3) 确定孔板开孔的直径比 。
雷诺系数Re Dch 的计算:
Re Dch =353 10 M ch /(D )
式中M c h 为平均注水流量(kg/h) ; 为水的粘度m s
-6
-3
kg 。
( 2) 的计算:
( 2) =M ch /[0 01251 D 2 ( h ch ) 1/2]式中 为水的密度(1 0 10kg/m ) ; h ch =1 0 104 (M ch /M max ) (kg/h) 。
根据Re Dch 和( ) 的计算数值, 查化学工业出版社出版的 化工测量及仪表 (第二版) 中角接取压标准孔板速算图确定孔板开孔的直径比 。
(4) 将D 和 代入d = D 公式即可计算出孔板的通径d 。
22
3
3
(mm ) ; M max 为最大注水流量
(-64 26+17 105T -0 203T +
6
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0 0016048T ) /10; T 为试压水温度( ) ; 为钢的线性膨胀系数(-1 17 10) ; D 为管道外径
(mm ) ; E 为阳式弹性系数(2 108) ; t 为管道壁厚(mm ) ; 为泊松系数(0 3) ; k 为水性模数(2343961kPa) 。
通过对比实际试验压力变化和单位温度变化产生的理论试验压力变化, 可分析出试验压力变化是3 结论
以上七个重要公式计算的应用, 为长输管道水压试验提供了重要的理论数据, 灵活地掌握和使用这几个公式计算可为长输管道水压试验安全顺利地完成打下坚实的理论基础。