CN104061442B - 管道状态的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种管道状态的检测装置及检测方法。该检测装置包括：激光器，用于发射激光脉冲；太赫兹波检测探头，环绕管道设置，通过第一光纤传输装置与激光器连接，用于接收由激光器发射的激光脉冲以生成并向管道的外周壁发射太赫兹波，并且接收反射的太赫兹波；分析装置，通过第二光纤传输装置与太赫兹波检测探头连接，用于接收并分析从太赫兹波检测探头传输来的反射太赫兹波，以获得管道的状态信息。根据本发明实施例，可以对管道泄漏点进行准确的定位，并对泄漏点的穿孔深度、位置、大小进行精确的检测。另外，本发明实施例采用光纤传输，增强了现场适应能力，使得管道泄漏的检测更加可靠，并能抵抗各种恶劣环境的干扰。

Description

管道状态的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及管道状态的检测，尤其是一种利用太赫兹时域光谱技术的井下油管状态的检测装置及检测方法。

背景技术

油气运输是石油工业的重要环节。在诸多的输运方式中，管道运输具有平稳连续、安全性好、运输量大、能保证质量且节能经济等特点，已成为油气运输的首选方式。此外，油气运输管道一般都铺设在地下，占地较少，且能适应各种恶劣的气候环境。因此，管道运输在石油及天然气的实际生产及运输中被广泛的采用。

随着石油管道运输在世界范围内的迅速发展，对管道的实际输运情况、效率和故障等进行有效的检测受到了越来越高的重视。油气泄漏是输油管道运行的主要故障。管道的腐蚀穿孔、突发的自然灾害都会造成输油管道的泄漏。近年来，油气泄漏的事故时有发生，不仅严重影响了正常的油气生产，更对国民经济和人身安全造成了很大的损失和损害。因此，对油管运输的有效检测和监控是保障油气安全生产和安全运输的关键。

现有的油管泄漏的检测方法主要有流量平衡法、压力分析法、动态模型法及声波法等。但现有的检测方法在灵敏度、准确度和可靠性方面均存在着较多的不足，特别是对井下管道漏油事故的实时在线检测。因此，面对非常重要但又非常复杂的检测任务，有必要发展一种新型的高精度、高可靠度的管道泄漏在线实时检测技术。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种采用光纤及太赫兹时域光谱技术的管道状态的检测装置及检测方法，以提高管道泄漏检测的准确性和可靠性。

本发明的一个方面提供一种管道状态的检测装置，该检测装置包括：激光器，用于发射激光脉冲；太赫兹波检测探头，环绕管道设置，通过第一光纤传输装置与所述激光器连接，用于接收由所述激光器发射的激光脉冲以生成并向所述管道的外周壁发射太赫兹波，并且接收由所述管道的外周壁反射的反射太赫兹波；分析装置，通过第二光纤传输装置与所述太赫兹波检测探头连接，用于接收从所述太赫兹波检测探头传输来的所述反射太赫兹波，并对所述反射太赫兹波进行分析，以获得所述管道的状态信息。

本发明的另一个方面提供一种使用前述检测装置来检测管道状态的方法，该方法包括以下步骤：由所述激光器向所述太赫兹波检测探头发射激光脉冲，以使所述太赫兹波检测探头生成并向所述管道的外周壁发射太赫兹波；所述太赫兹波检测探头接收由所述管道的外周壁反射的反射太赫兹波，并传输给所述分析装置；所述分析装置对所接收到的反射太赫兹波进行分析，以获得所述管道的状态信息。

本发明提供的管道状态的检测装置及检测方法，通过发射并接收从管道外周壁反射的太赫兹波，从而获得管道的泄漏状态信息。根据本发明，可以对管道的泄漏点进行准确的定位，并对泄漏点的穿孔深度、位置、大小有精确的检测。另外，本发明中激光的传输以及反射太赫兹波的传输均采用光纤传输，增强了现场适应能力，使得管道泄漏的检测更加可靠，并能抵抗各种恶劣环境的干扰。

附图说明

图1为例示本发明实施例的用于检测井下管道的状态的检测装置的示意结构图；

图2A-2C为示出本发明实施例的太赫兹波检测探头的构成的示意结构图；

图3为示出太赫兹波检测探头工作时的太赫兹波发射/接收过程的示意局部截面图；

图4为例示本发明实施例的管道状态的检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的各种实施方式做进一步说明。这些实施方式只是示例性的，只用于解释本发明，不作为对本发明的限制。

图1为例示根据本发明一个实施例的用于检测井下管道的状态的检测装置的示意结构图。

如图1所示，检测装置10包括激光器11、太赫兹波检测探头12以及分析装置15。

激光器11例如可以是光纤激光器或固体激光器，本发明对此不做限制。

太赫兹波检测探头12可以环绕设置在井下管道19上，并通过固定架16固定。太赫兹波检测探头12可以分别通过第一光纤传输装置17、第二光纤传输装置18与例如放置在地面上的激光器11、地面工作站中的分析装置14相连接。

另外，需要说明的是，尽管在此是以井下管道19作为检测装置10的应用场景，但容易理解的是，检测装置10的应用并不限于对井下管道的状态检测。

下面参照图2A-2C，对太赫兹波检测探头12的结构进行说明。

如图2A所示，太赫兹波检测探头12整体上呈现环状结构，以便套设在井下管道19上。在该环状结构上，分别沿着环向等间距地布置有太赫兹波发射器阵列13和太赫兹波接收器阵列14。例如，如图2A所示，太赫兹波发射器阵列13包括环向等间距排列的8个太赫兹波发射器131～138。如图2B所示，太赫兹波接收器阵列14包括环向等间距排列的8个太赫兹波接收器141～148。另外，太赫兹波发射器131-138与太赫兹波接收器141-148在轴向上是分别对齐的。

需要说明的是，尽管在图中示出了太赫兹波发射器阵列13位于上方，而太赫兹波接收器阵列14位于下方，但本发明并不限于此。例如，也可以是相反的排布结构，即太赫兹波接收器阵列14位于上方，而太赫兹波发射器阵列13位于下方。

另外，太赫兹波发射器和太赫兹波接收器的数量也不限于8个，而可以是其他数量。

例如，太赫兹波发射器131～138可以为电光晶体(如ZnTe、GaAs、InP、CdTe等)，也可为光电导天线，在超短激光脉冲(如飞秒激光)的照射下可以产生太赫兹波。

例如，第一光纤传输装置17可以是单根光纤。太赫兹波发射器131～138可通过光纤耦合器(未图示)与第一光纤传输装置17相连接，进而与光纤激光器11相连接。

例如，第二光纤传输装置18可以是包括多路光纤的光缆。太赫兹波接收器141～148分别与光缆中的对应光纤相连接，进而与分析装置15相连接。

图3为示出太赫兹波检测探头12工作时的太赫兹波发射/接收过程的示意截面图。

如图3所示，太赫兹波发射器137、133分别向管道19发射太赫兹波，并经过管道19的外周壁反射后进入太赫兹波接收器147、143。其他未图示的太赫兹波发射器/太赫兹波接收器的发射/接收太赫兹波的过程与上述相同，在此不做赘述。

如图3所示，太赫兹波发射器133、137与太赫兹波接收器143、147距管道外壁的距离为L。在本实施例中该距离L选择在0.1m～0.5m之间。本领域的技术人员可以根据测量精度要求对该距离L进行调整，本发明对此不做限制。

调节太赫兹波发射器阵列13与太赫兹波接收器阵列14的间隔距离，可使入射太赫兹波与反射太赫兹波呈一定角度θ。在本实施例中，例如，θ＝90°。本领域的技术人员可对该角度进行调整，本发明对此不做限制。

当检测装置10工作时，光纤激光器11发射的激光脉冲经过第一光纤传输装置17，并通过光纤耦合器(未图示)分别传输到太赫兹波发射器131～138中。太赫兹波发射器131～138被激光脉冲触发后，向管道19的外周壁发射太赫兹波。发射的太赫兹波经过管道19的外周壁反射后，分别进入太赫兹波接收器141～148中。太赫兹波接收器141～148接收的多束反射太赫兹波，分别经由作为第二光纤传输装置18的光缆中的对应光纤，传输到地面的分析装置15中。

分析装置15在接收到经由第二光纤传输装置18传输来的多束反射太赫兹波后，分析装置15对多束反射太赫兹波逐一进行分析。由于管道19的材料对太赫兹波十分敏感，当管道19中存在裂缝、孔洞等泄漏缺陷时，会直接导致太赫兹波传输特性的变化，如振幅衰减、相位延迟、波形畸变等，因此，分析装置15通过对多束反射太赫兹波的逐一分析(例如，与所检测的管道19同样型号及材料的无缺陷的管道的太赫兹波传输特性进行比较)，可以获知管道19的对应位置是否存在裂缝、孔洞等泄漏缺陷。随后，可以对太赫兹波检测探头12进行旋转或者改变太赫兹波检测探头12在管道19的轴向上的位置，进行细化扫描，来完成对管道19的完整检测。

下面参照图4，来描述利用检测装置10来检测管道19的状态的检测方法的流程。

步骤S401：激光器11发射激光脉冲，并经由第一光纤传输装置17将激光脉冲传输至井下的太赫兹波检测探头12。

具体地说，经由第一光纤传输装置17传输的激光脉冲由光纤耦合器(未图示)进行分束，进而传入太赫兹波发射器阵列13。

步骤S402：太赫兹发射器阵列13中的太赫兹波发射器131～138在激光脉冲的触发下，分别产生并向管道19的外周壁发射太赫兹波。

步骤S403：太赫兹波检测探头12中的太赫兹波接收器阵列14接收从管道19的外周壁反射的反射太赫兹波。

具体地说，太赫兹波接收器阵列14中的太赫兹波接收器141～148分别接收由太赫兹波发射器131～138发射并经过反射的反射太赫兹波。

步骤S404：太赫兹波接收器阵列14将接收到的反射太赫兹波经由第二光纤传输装置18传输到地面工作站中的分析装置15中。

步骤S405：分析装置15对接收到的反射太赫兹波进行分析，以获得管道19的状态信息。

具体地说，分析装置15对各路反射太赫兹波进行放大并分析，以获得各个检测点的状态信息。具体分析过程如前所述，这里不再赘述。

例如，在做完一次扫描检测之后，可以改变太赫兹波检测探头12在管道19轴向上的位置，对管道19的其他位置进行检测。

在其他实施例中，在做完一次扫描检测之后，还可将太赫兹波检测探头12旋转一定角度，以在管道19的同一轴向位置再进行一次扫描。旋转角度例如可以为10度～30度，优选地为22.5度。

这样，经过两次扫描可以得到管道19同一轴向位置上的16个检测点的状态信息，以便更准确地反映管道的状态。

也可以对太赫兹波检测探头12进行更多次的周向旋转，以得到更多的检测信息点。然后再沿着管道的轴向移动位置，进行下一个区域的检测。

综上所述，本发明采用太赫兹波作为检测管道泄漏信息的载体。由于太赫兹波具有分辨率高、频带宽及辐射能力低等特点，使得通过太赫兹波所反映的泄漏信息更加准确并稳定，能准确得到管道穿孔的大小、深度及方位等信息。另外，本发明利用了光纤的质量轻、传输快、抗干扰能力强等特点，提高了激光脉冲及太赫兹波传播的可靠性及现场适应能力。

以上已通过具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案。本领域普通技术人员，依据这里所揭示的本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改动之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种管道状态的检测装置，其特征在于，该检测装置包括：

激光器，用于发射激光脉冲；

太赫兹波检测探头，环绕管道设置，通过第一光纤传输装置与所述激光器连接，用于接收由所述激光器发射的激光脉冲以生成并向所述管道的外周壁发射太赫兹波，并且接收由所述管道的外周壁反射的反射太赫兹波；

分析装置，通过第二光纤传输装置与所述太赫兹波检测探头连接，用于接收从所述太赫兹波检测探头传输来的所述反射太赫兹波，并对所述反射太赫兹波进行分析，以获得所述管道的状态信息；

所述太赫兹波检测探头包括：

太赫兹波发射器阵列，包括环向等间距排列的多个太赫兹波发射器，所述多个太赫兹波发射器通过光纤耦合器与所述第一光纤传输装置连接，以接收由所述激光器发射的激光脉冲，从而生成并向所述管道的外周壁发射太赫兹波；

太赫兹波接收器阵列，包括环向等间距排列的多个太赫兹波接收器，所述多个太赫兹波接收器通过所述第二光纤传输装置与所述分析装置相连接，用于接收由所述管道的外周壁反射的所述反射太赫兹波，并经由所述第二光纤传输装置传输给所述分析装置；

其中，所述太赫兹波发射器阵列和所述太赫兹波接收器阵列被布置为，在所述管道的轴向上，所述多个太赫兹波发射器和所述多个太赫兹波接收器分别保持对齐，并且使得发射的太赫兹波和反射的太赫兹波成预定角度。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述激光器为光纤激光器或固体激光器。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一光纤传输装置是单根光纤，所述第二光纤传输装置是包括多路光纤的光缆，其中，所述太赫兹波发射器的数量与所述太赫兹波接收器的数量相同，所述太赫兹波接收器的数量与所述第二光纤传输装置中包括的光纤的数量相同。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述太赫兹波发射器、所述太赫兹波接收器与所述管道的外周壁的距离在0.1m～0.5m的范围内。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述预定角度为90度。

6.一种使用权利要求1到5中任一项所述的检测装置来检测管道状态的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)由所述激光器发射激光脉冲，并经由第一光纤传输装置将所述激光脉冲传入所述太赫兹波检测探头中的太赫兹波发射器阵列；

(b)太赫兹波发射器阵列在所述激光脉冲的触发下，生成并向所述管道的外周壁发射太赫兹波；

(c)所述太赫兹波检测探头中的太赫兹波接收器阵列接收由所述管道的外周壁反射的反射太赫兹波；

(d)所述太赫兹波接收器阵列将接收到的所述反射太赫兹波经由第二光纤传输装置传输给所述分析装置；

(e)所述分析装置对所接收到的反射太赫兹波进行分析，以获得所述管道的状态信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分析装置对所接收到的反射太赫兹波进行分析，以获得所述管道的状态信息的步骤包括：

对反射太赫兹波的传输特性进行分析，以获得所述管道的泄露信息。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

在按照步骤(a)至(e)完成一次扫描检测操作之后，将所述太赫兹波检测探头沿周向旋转预定角度，以执行下一次扫描检测。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定角度在10度到30度的范围内。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

在按照步骤(a)至(e)完成一次扫描检测操作之后，改变所述太赫兹波检测探头在所述管道的轴向上的位置，以执行下一次扫描检测。