CN101466916A - 钻孔内气体监测设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种独立的钻孔内气体监测(IGM)设备(8)，其包括用于测量气体变量的检测器和配置成自动定期地使用检测器来测量气体变量的控制器(54)。
Description
发明领域
本发明涉及钻孔内气体监测(in-borehole gas monitor)(IGM)设备和方法。
发明背景
由填埋场和相关场所产生的气体浓度，特别是甲烷和二氧化碳的监测由于这些气体引起的潜在问题例如爆炸和转移到建筑物中的危险而正变成更普遍的立法要求。目前，大多数填埋场气体分析通过现场取样或通过使用巨大昂贵的固定位置监测站来实现。近来已认识到，气体生成和转移受环境因素例如大气压力和地下水运动的控制，且现场取样的附随实现(accompanying realisation)通常错过这样的变化。
本发明的优选实施方式的目的是处理、克服或消除现有技术的缺点，不管这样的现有技术或缺点是否在这里或以另外的方式被提到。
发明概述
在第一方面根据本发明，提供了一种独立的(self-contained)钻孔内气体监测(IGM)设备，其包括用于测量气体变量(gas variable)的检测器和配置成自动定期地使用检测器来测量气体变量的控制器。
气体变量可没有限制地为特定气体的存在或不存在、气体浓度水平、气体压力、气体温度等之一。
适当地，IGM设备进一步包括直通的通气管(through vent pipe)和用于可控制地打开通气管的排气阀，该通气管在打开时提供到达IGM设备外部的气体流动路径。在使用中，这提供了用于钻孔气体被排放到大气以及钻孔气体与大气气体保持平衡的机制。适当地，IGM设备配置成自动定期地打开排气阀。
适当地，IGM设备配置成实质上可定位在钻孔衬管(borehole liner)内。适当地，IGM设备被配置成由此IGM设备的大部分体积可定位在钻孔衬管内。适当地，IGM设备被配置成由此IGM设备的超过75％的体积可定位在钻孔衬管内。适当地，IGM设备被配置成由此IGM设备的超过90％的体积可定位在钻孔衬管内。适当地，IGM设备包括定位在钻孔衬管内的主体部分，该主体部分不超过50mm宽。
适当地，IGM设备包括动力电池。
适当地，IGM设备包括从气体入口区域到气体变量检测器(gas variabledetector)的气体流动路径。适当地，气体压力传感器配置成测量气体流动路径中的气体压力。适当地，气体流动路径是从气体入口区域到气体入口区域。也就是说，在使用中被测试的气体再循环回到钻孔。适当地，IGM设备包括配置成控制气体流入气体流动路径中的入口阀(entry valve)。适当地，IGM设备包括配置成控制气体流出气体流动路径的出口阀(exitvalve)。适当地，IGM设备包括配置成将气体从IGM设备的气体入口区域抽吸到气体变量检测器的泵。适当地，泵配置成泵送被测试的气体远离气体变量检测器。
适当地，IGM设备包括配置成在使用中测量大气压力的压力传感器。
适当地，IGM设备进一步包括配置成检测在IGM设备中或附近的液态水的水检测器(water detector)，且由此控制器配置成如果检测到液态水就采取水检测响应。水检测响应可能是关闭IGM设备、传输警告信号、照亮警告灯或其他的等。
适当地，IGM设备进一步包括储存由IGM设备所产生的数据的单板存储器(on-board memory)。
适当地，IGM设备进一步包括在进入气体流动路径之前用于过滤一种或更多种微粒和湿气的过滤器。
适当地，IGM设备进一步包括用于将IGM设备固定到钻孔内衬(borehole lining)的钻孔盖(borehole cap)。适当地，在钻孔盖和钻孔内衬之间设置有气密性密封物。应认识到，“气密性”密封物可能不能完全防止所有气体的泄漏，而是将它们减少到不显著影响测量的程度。
适当地，IGM设备包括从气体入口区域到气体变量传感器的气体流动路径、用于控制气体进入气体流动路径的入口阀、用于控制气体从气体流动路径的远离气体入口的端部离开的出口阀，以及用于将钻孔气体抽吸到气体变量传感器中的泵。
适当地，IGM设备配置成同时进行大气压力读取和钻孔压力读取。应认识到，“同时”读取可能不是确切地同时，而是为了分析目的，在足够接近的时间窗内允许压力被考虑为同时的。
适当地，IGM设备包括用于在所述设备的外部传递数据的装置。
适当地，IGM设备是便携式的。就“便携式”来说，意指可由用户用手携带。
适当地，IGM设备包括水位检测器。适当地，水位检测器包括有线压力变送器(wired pressure transducer)。适当地，水位检测器连接到IGM设备的底部，以在使用中被悬挂在钻孔中。
在第二方面根据本发明，提供了一种独立的钻孔内气体监测(IGM)方法，其包括配置成自动定期地测量气体变量的控制器。
附图简述
现在仅通过举例、参考接下来的附图来描述本发明；其中：
图1是具有根据本发明的钻孔内气体监测的钻孔位置的示意图。
图2是根据本发明的钻孔内气体监测设备的示意性截面图。
优选实施方式的描述
参考附图中的图1，其示出由填埋场地点所组成的土地中的钻孔2。钻孔2由衬管4支撑，多个侧孔6位于衬管4内，以允许取样。
参考附图中的图2，其示出包括盖10的钻孔内气体监测(IGM)设备8。盖10包括用于接纳IGM设备8的内孔12。盖10包括用于啮合衬管4上的相应内螺纹(未示出)的外螺纹14。可选地，盖可被制造为框架的部分。密封物16被设置成当待使用的盖10不可利用适当的螺纹时将IGM设备8装配在钻孔中。
IGM设备8由主体部分17组成，主体部分17是满足环境等级IP-68，即，本质上防水的独立的单元。IGM设备8包括顶部30、外部管32和多孔渗气的端塞(gas-porous end plug)34。在本实施方式中的管32的外径大约为40mm，从而允许将它插入到一般钻孔衬管中。在本发明的该实施方式中，管32的长度是600mm，但可以更小。
IGM设备8进一步包括由入口阀38控制的气体进口36，该气体进口通向水和微粒过滤器40，用于从进入的气体中去除任何额外的湿气和/或微粒。适当的过滤器是例如可从英国Leamington Spa，Queensway，SovereignHouse的Geotechnical Instruments买到的内嵌式微粒和湿气过滤器(in-lineparticulate and moisture filter)。流体流动路径从过滤器40延伸到气体泵42，到一系列气体变量分析室44、46、48和50，并接着到出口阀52。
每个分析室具有用于测量气体变量的相应的分析仪(未示出)。可测量任何适当的变量，分析仪一般用于监测碳氢化合物(特别是甲烷)、二氧化碳、氧和硫化氢浓度。
IGM设备8进一步包括组合的控制器和存储器54，用于控制设备8和动力电池(电池)56的运行，使设备8的运行是独立的，即，不依赖于与外部源相通信的数据或来自外部源的动力。
气体压力传感器58连接到气体流动路径，用于测量其中的气体压力。另一气体压力传感器60设置成通过顶部30中的孔62测量大气压力。来自两个传感器58和60的气体压力数据被提供到控制器54。
通气管64设置成通过设备8从端塞34延伸到出口66，通过顶部30到大气。通气管阀68为通气管64设置，以控制它是否对大气开放。
还示出了水检测器70，其检测设备中液态水的存在或近程，并在进行这样的检测时将信号传输到控制器54。电导传感器(conductance sensor)用于确定液态水的存在。
进一步地，水位检测器(未示出)可连接到IGM设备的底部，并在使用中在其下悬挂在钻孔内。可使用有线压力变送器。
顶部30包括允许数据与远程设备和部件启动(unit activation)通信的连接器72。此外，压力传感器可连接在这里，用于监测钻孔水位。
IGM设备8安装在钻孔衬管内的钻孔2中，且盖10提供气密性密封。
随着时间的过去，气体将在钻孔2中聚集。IGM设备8特别地通过控制器54的编程配置成自动和定期地测试来自钻孔的气体样品。现在描述进行此的过程。
打开入口阀38和出口阀52，并启动泵42，以通过气体流动路径从钻孔抽吸气体，从而确保气体变量传感器具有来自钻孔的最新的气体样品。端塞34和周围的外部区域是气体入口区域，即，在使用中气体从其进入设备的区域。过滤器40去除湿气和微粒。
通过气体压力传感器58进行气体压力测量，并通过压力传感器60进行大气压力的基准测量。将此数据存储在控制器/存储器54中。
接着关闭入口阀和出口阀38和52。
通过气体传感器实施气体变量测量。可监测任何适当的变量，包括特定气体的存在或不存在、气体浓度水平、气体压力、气体中的湿气含量等等中的一个或多个。将来自气体变量测量的数据存储在控制器/存储器54中。
重置控制器54中的计时器，以便进行随后的定期测量。
存储在控制器/存储器54中的数据可通过经由连接器72的硬线连接或通过无线传输下载。该连接也可用于给控制器54编程，以按需要操作设备8。例如，可设定变量，例如取样的频率，而不管取样是规律的还是不规律的，不管是否应有对大气定期通风，等。
在正在进行的基础上，如果水检测器70检测到设备中水的存在，则水检测信号被发送到控制器54，控制器54可采取适当的步骤，例如使设备8无效、传输警告信号、照亮警告灯等。这可保护设备8不受到损坏，并避免产生污染的读数。
当气体随着时间的过去聚集在钻孔中时，向大气打开钻孔以减小其中的压力，而且实际上也提供通过允许钻孔与大气保持平衡来重新开始取样操作的机会，这可能是有用的。因此，可重新设定对任何监测的基线，并可进行气体变量随着时间过去的变化的分析。设备8可配置成使钻孔定期或在构造时对大气通风。
因此，提供了便携式独立的IGM设备，其可被方便地使用在钻孔中，以在钻孔中进行气体变量的定期数据读取。
注意力指向与关于本申请的本说明书同时提交或以前提交的以及对本说明书的公众检查开放的所有论文和文件，且所有这样的论文和文件的内容通过引用被合并在这里。
本说明书中所公开的所有特征(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)和/或这样公开的任何方法或过程的所有步骤可合并在任何组合中，除了至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合。
在本说明书中公开的每个特征(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)可由服务于相同、等效或类似的目的的可选特征代替，除非另外明确地说明。因此，除非另外明确地说明，所公开的每个特征仅仅是等效或类似特征的一般系列的一个例子。
本发明不限于前述实施方式的细节。本发明扩展到在本说明书中所公开的特征(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)的任何新颖的实施方式或任何新颖的组合，或这样公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的实施方式或任何新颖的组合。
Claims (30)
1.一种独立的钻孔内气体监测(IGM)设备，其包括用于测量气体变量的检测器和配置成自动定期地使用所述检测器来测量气体变量的控制器。
2.如权利要求1所述的IGM设备，其中所述IGM设备进一步包括直通的通气管和用于可控制地打开所述通气管的排气阀，所述通气管在打开时提供到达所述IGM设备外部的气体流动路径。
3.如权利要求2所述的IGM设备，其中所述IGM设备配置成自动定期地打开所述排气阀。
4.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备配置成实质上可定位在钻孔衬管内。
5.如权利要求4所述的IGM设备，其中所述IGM设备被配置成由此所述IGM设备的大部分体积可定位在钻孔衬管内。
6.如权利要求5所述的IGM设备，其中所述IGM设备被配置成由此所述IGM设备的超过75％的体积可定位在钻孔衬管内。
7.如权利要求6所述的IGM设备，其中所述IGM设备被配置成由此所述IGM设备的超过90％的体积可定位在钻孔衬管内。
8.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括定位在钻孔衬管内的主体部分，所述主体部分不超过50mm宽。
9.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括动力电池。
10.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括从气体入口到气体变量检测器的气体流动路径。
11.如权利要求10所述的IGM设备，其中气体压力传感器配置成测量所述气体流动路径中的气体压力。
12.如权利要求10或11所述的IGM设备，其中所述气体流动路径是从气体入口区域到气体入口区域。
13.如权利要求10-12中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括配置成控制气体流入所述气体流动路径中的入口阀。
14.如权利要求10-13中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括配置成控制气体流出所述气体流动路径的出口阀。
15.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括配置成将气体从所述IGM设备的气体入口区域抽吸到气体变量检测器的泵。
16.如权利要求15所述的IGM设备，其中所述泵配置成泵送被测试的气体远离所述气体变量检测器。
17.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括配置成在使用中测量大气压力的压力传感器。
18.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备进一步包括配置成检测在所述IGM设备中或附近的液态水的水检测器，且由此所述控制器配置成如果检测到液态水就采取水检测响应。
19.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述设备进一步包括储存由所述IGM设备所产生的数据的单板存储器。
20.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备进一步包括在进入所述气体流动路径之前用于过滤一种或更多种微粒和湿气的过滤器。
21.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备进一步包括用于将所述IGM设备固定到钻孔内衬的钻孔盖。
22.如权利要求21所述的IGM设备，其中在所述钻孔盖和所述钻孔内衬之间设置有气密性密封物。
23.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括从气体入口区域到气体变量传感器的气体流动路径、用于控制气体进入所述气体流动路径的入口阀、用于控制气体从所述气体流动路径的远离气体入口的端部离开的出口阀，以及用于将钻孔气体抽吸到所述气体变量传感器中的泵。
24.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备配置成同时进行大气压力读取和钻孔压力读取。
25.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括用于在所述设备的外部传递数据的装置。
26.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备是便携式的。
27.如前述权利要求中任一项所述的IGM设备，其中所述IGM设备包括水位检测器。
28.如权利要求27所述的IGM设备，其中所述水位检测器包括有线压力变送器。
29.如权利要求27或28所述的IGM设备，其中所述水位检测器连接到所述IGM设备的底部，以在使用中被悬挂在钻孔中。
30.一种独立的钻孔内气体监测(IGM)方法，其包括配置成自动定期地测量气体变量的控制器。
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