[發(fā)明專利]用時間函數(shù)預(yù)測采空區(qū)埋地管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變的方法

在審

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• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113792429A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余東亮;王慶;王愛玲;方迎潮;王彬彬;張海磊;王明波;吳東容;軒恒;劉宇婷
• 申請（專利權(quán)）人: 國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司;國家管網(wǎng)集團西南管道有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/14;G06F119/12;G06F119/14
• 代理公司: 成都中璽知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51233
• 代理人: 邢偉

本發(fā)明提供了一種用時間函數(shù)預(yù)測采空區(qū)埋地管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變的方法。所述方法可用于解決穿越采空區(qū)油氣管道的力學(xué)行為監(jiān)測困難，穿越采空區(qū)埋地管道的監(jiān)測設(shè)備施工危險，管道預(yù)警預(yù)報缺乏依據(jù)、預(yù)測管道穿越不同傾斜煤層狀態(tài)下的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變等問題。所述方法運用Knothe時間函數(shù)預(yù)測采空區(qū)管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變，能夠計算出在水平礦層(例如，水平煤層)逐漸開采和傾斜礦層(例如，傾斜煤層)逐漸開采時管道的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變，為管道的超前預(yù)警預(yù)報提供了有力的數(shù)據(jù)支持，為管道的安全運營和管道應(yīng)力應(yīng)變超前監(jiān)控提供方法支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采空區(qū)油氣管道的應(yīng)力應(yīng)變分析預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體來講，涉及一種用Knothe時間函數(shù)預(yù)測采空區(qū)管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變的方法。

背景技術(shù)

通常來講，埋地管道沿線地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，不可避免的穿越采空區(qū)，而采空區(qū)地表的逐漸變形會對埋地管道造成彎曲破壞，甚至導(dǎo)致破管等狀況，嚴(yán)重威脅到管道的安全運行。為了防止埋地管道的失效破壞以及及時了解管道即將失效的時間狀態(tài)，需要對管道的應(yīng)力應(yīng)變進行預(yù)測分析。管道的應(yīng)力應(yīng)變預(yù)測能夠及時的針對即將發(fā)生失效的管段進行及時治理，對管道的安全運行有著一定的技術(shù)指導(dǎo)價值。

目前，針對采空區(qū)埋地管道進行應(yīng)力應(yīng)變不斷變化的問題，現(xiàn)階段主要是以在管道上貼應(yīng)變片等檢測設(shè)備進行對管道的應(yīng)力應(yīng)變進行實時監(jiān)測，然而，其無法實現(xiàn)對采空區(qū)埋地管道應(yīng)力應(yīng)變的預(yù)測，未能給與管道預(yù)警預(yù)報的實際指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足中的至少一項。例如，本發(fā)明的目的之一在于提供一種適用于預(yù)測水平礦層(例如，水平煤層)的采空區(qū)管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變的方法。

為了實現(xiàn)上述預(yù)測水平礦層或近水平礦層的采空區(qū)管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變目的，本發(fā)明的一方面提供了一種用Knothe時間函數(shù)預(yù)測采空區(qū)埋地管道動態(tài)應(yīng)力的方法，所述方法包括以下步驟：

根據(jù)式2計算得到水平礦層逐漸開采下管道上各個點的動態(tài)下沉應(yīng)力值，

式2中，D為管道外徑，單位為m；M_A為管道下沉左邊界點的彎矩，單位為N/m；l為管道受采空沉陷的長度，單位為m；x為管道上一點與管道下沉左邊界點的距離，單位為m；k為彈性地基系數(shù)，E為管道彈性模量，I為管道慣性矩；σ₁為動態(tài)下沉應(yīng)力值；Φ(t)為分段Knothe時間函數(shù)，

c為時間參數(shù)；τ為地表下沉中間時刻，單位為d；t為時間，單位為d。

另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種適用于預(yù)測傾斜礦層(例如，傾斜煤層)的采空區(qū)管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變的方法。

為了實現(xiàn)上述預(yù)測傾斜礦層的采空區(qū)管道動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變目的，本發(fā)明的另一方面提供了一種用Knothe時間函數(shù)預(yù)測采空區(qū)埋地管道動態(tài)應(yīng)力的方法，所述方法包括以下步驟：

根據(jù)式3計算得到傾斜礦層逐漸開采下管道上各個點的動態(tài)下沉應(yīng)力值，

式3中，D為管道外徑，單位為m；M_A為管道下沉左邊界點的彎矩，單位為N/m；l₁為管道下沉左邊界點到管道最大下沉點的水平距離，l₂為管道下沉右邊界點到管道最大下沉點的水平距離，l₀為管道下沉左邊界點到管道下沉右邊界點的水平距離，單位為m；x為管道上一點與管道下沉左邊界點的距離，單位為m；k為彈性地基系數(shù)，E為管道彈性模量，I為管道慣性矩；σ₁為動態(tài)下沉應(yīng)力值；Φ(t)為分段Knothe時間函數(shù)，

其中，c為時間參數(shù)；τ為地表下沉中間時刻，單位為d；t為時間，單位為d。