粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力确定方法与流程

本发明属于非金属复合管性能测试，具体涉及粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力确定方法。

背景技术：

1、增强热塑性塑料连续管(也称rtp管、柔性复合管、盘卷管等)因其连续成型，单根可达数百米、接头少，柔性好、抗冲击性能优良，重量轻、运输成本低，安装快速简单等一系列优点，在国内外油气田得到广泛推广应用，成为最具有发展潜力的非金属复合管材之一。增强热塑性塑料连续管按照截面结构可分为非粘结型复合管和粘结型复合管。非粘结型复合管由分层的热塑性塑料内衬层、增强层和外保护层逐层包覆构成，变形时各层之间可产生相对位移。非粘结型复合管在服役过程中，溶解在石油介质中的各类气体如ch4、h2s、co2等，会在热塑性塑料内衬层表面发生吸附、扩散等渗透现象。由于内衬层和增强层相互独立，夹层间隙空间大，界面几乎无结合，渗透进入热塑性塑料内衬层和增强层之间夹层的气体会逐渐积聚。在管道停运、内压波动或突然负压时，积聚在夹层内的气体产生的外压会造成热塑性塑料内衬层坍塌失效。

2、为了提升增强热塑性塑料连续管内衬层的抗坍塌性能，粘结型复合管应运而生。如图1所示，该类型管材同样分为内衬层24、增强层25和外保护层26三层结构，但其突出特点为各结构层之间粘结为一体。其中，内衬层为热塑性塑料挤出管，与输送介质接触，起到防腐、阻隔、耐温作用；增强层为纤维增强热塑性塑料带(cfrt)缠绕、加热熔融、冷却粘结成型，起到承载(内压、拉伸等)作用；外保护层采用挤出包覆成型，起到外保护、抗磨损作用。

3、虽然粘结型复合管各结构层相互粘结为一体形成实壁结构，但一方面由于气体渗透仍不可避免地存在，另一方面复合材料管材仍不可避免地存在气孔或空隙，因此渗透进入复合管壁厚方向的气体同样会积聚在复合管增强层的薄弱位置如气孔、空隙或界面处。苛刻的油气集输工况条件，如高温、高压环境，会加剧气体渗透的影响，广大油田用户仍会质疑粘结型复合管的内衬层径向坍塌问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力确定方法，能够确定粘结型复合管的临界气体运行压力，以此指导优化管道的运行压力参数，控制气体渗透到增强层内的总量，进而可从源头上避免粘结型复合管的内衬层发生坍塌失效。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力确定方法，包括：

4、获取粘结型复合管的增强层孔隙率体积、粘结型复合管的运行温度、粘结型复合管的运行时间以及粘结型复合管的输送气体组分；

5、根据所述运行温度和所述输送气体组分，分别测试所述粘结型复合管内衬层的气体渗透系数、所述粘结型复合管增强层的气体渗透系数和所述粘结型复合管外保护层的气体渗透系数；

6、将所述增强层孔隙体积、所述运行温度、所述运行时间、所述内衬层的气体渗透系数、所述增强层的气体渗透系数和所述外保护层的气体渗透系数输入预先构建的粘结型复合管增强层孔隙渗透压力模型中，得到所述粘结型复合管增强层孔隙渗透压力；

7、确定所述粘结型复合管内衬层的径向坍塌压力；

8、将所述增强层孔隙渗透压力和所述内衬层的径向坍塌压力输入预先构建的临界坍塌失效判据模型，得到所述粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力。

9、进一步地，所述增强层孔隙渗透压力模型具体为：

10、

11、其中，

12、式中，pi为增强层孔隙渗透压力；p1为临界气体运行压力；p2为大气压；r为摩尔气体常数；t为管道运行温度；v为粘结型复合管增强层孔隙体积；l1为内衬层壁厚；c1为内衬层的气体渗透系数；d1为内衬层直径；l2为增强层壁厚；c2为增强层的气体渗透系数；d2为增强层直径；l3为外保护层壁厚；c3为外保护层的气体渗透系数；d3为外保护层直径；t为运行时间。

13、进一步地，所述临界坍塌失效判据模型具体为：

14、pi＝p1+pc

15、式中，pc为粘结型复合管内衬层的径向坍塌压力。

16、进一步地，所述根据所述运行温度和所述输送气体组分，分别测试所述粘结型复合管内衬层的气体渗透系数、所述粘结型复合管增强层的气体渗透系数和所述粘结型复合管外保护层的气体渗透系数，具体包括：

17、将与所述粘结型复合管内衬层相同的原材料制备成第一热塑性塑料薄膜试样，将与所述非粘结型复合管增强层相同的原材料制备成第二热塑性塑料薄膜试样，将与所述非粘结型复合管外保护层相同的原材料制备成第三热塑性塑料薄膜试样；

18、设定气体渗透测试温度为所述运行温度，采用气体渗透仪，测试所述输送气体组分在所述第一热塑性塑料薄膜试样中的气体渗透系数，即为所述粘结型复合管内衬层的气体渗透系数，测试所述输送气体组分在所述第二热塑性塑料薄膜试样中的气体渗透系数，即为所述粘结型复合管增强层的气体渗透系数，测试所述输送气体组分在所述第三热塑性塑料薄膜试样中的气体渗透系数，即为所述粘结型复合管外保护层的气体渗透系数。

19、进一步地，所述第一热塑性塑料薄膜试样的制备工艺与所述粘结型复合管内衬层的制备工艺相同；

20、所述第二热塑性塑料薄膜试样的制备工艺与所述粘结型复合管增强层的制备工艺相同；

21、所述第三热塑性塑料薄膜试样的制备工艺与所述粘结型复合管外保护层的制备工艺相同。

22、进一步地，所述确定所述粘结型复合管内衬层的径向坍塌压力，具体包括：

23、对粘结型复合管试验样品进行环境模拟试验；

24、对粘结型复合管试验样品内衬层进行径向打压试验，记录粘结型复合管样品的增强层与内衬层之间的压力变化；

25、根据粘结型复合管样品的增强层与内衬层之间的夹层压力变化，绘制粘结型复合管样品的增强层与内衬层之间的压力变化曲线；

26、根据压力变化曲线得到所述粘结型复合管内衬层的径向坍塌压力。

27、进一步地，所述对粘结型复合管试验样品内衬层进行径向打压试验时，打压速率控制在0.1mpa/s～0.5mpa/s。

28、进一步地，所述增强层孔隙率体积采用阿基米德排水法测试得到。

29、进一步地，当粘结型复合管中运行压力存在波动或负压时，所述径向坍塌压力应进行修正，修正系数为0.5～0.8。

30、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力确定方法，根据根运行温度和输送气体组分，测试粘结型复合管内衬层的气体渗透系数、粘结型复合管增强层的气体渗透系数和粘结型复合管外保护层的气体渗透系数；将增强层孔隙体积、运行温度、运行时间、内衬层的气体渗透系数、增强层的气体渗透系数和外保护层的气体渗透系数输入预先构建的粘结型复合管增强层的渗透压力模型中，得到粘结型复合管增强层内的渗透压力；确定粘结型复合管内衬层的径向坍塌压力；将增强层渗透压力和径向坍塌压力输入预先构建的临界坍塌失效判据模型，得到粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力。本发明一方面考虑了导致粘结型复合管内衬坍塌的气体渗透问题，另一方面还考虑了粘结型复合管内衬层本身的抗坍塌性能，利用粘结型复合管增强层孔隙内的渗透压力模型得到粘结型复合管增强层的渗透压力，最后利用临界坍塌失效判据模型得到粘结型复合管内衬坍塌的临界气体运行压力，计算结果直观可靠，具有很强的指导性。通过本发明方法计算并判定粘结复合管内衬层运行一段时间后是否存在坍塌失效的风险。本发明通过测试不同输送气体组分在内衬层的气体渗透系数、增强层的气体渗透系数和外保护层的气体渗透系数，可推算实际运行工况条件下，导致内衬管坍塌的不同气体的临界运行分压。

31、本发明粘结型复合管内衬层的径向坍塌压力的测试方法设计合理、测试直观、操作方便，还可最大限度的模拟全尺寸复合管材产品在油气输送工况环境下的服役情况，温度、压力、气体组分、液体介质均可以调整，试验样品可以转动，使用胶粘剂实现热塑性塑料内衬管与钢质管道的粘结，模拟了粘结型复合管内衬层与增强层之间的界面粘结情况，测试得到的pc值更为准确，测试得到的试验数据准确可靠。

32、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。