管道的监测的制作方法

管道的监测的制作方法
【专利摘要】本申请涉及用于在诸如管线清管器的物体在管道内移动时监测管道，尤其是油或气管线的方法及设备。该方法包括在物体(208)沿管道穿过时使用光纤(202)分布式声传感器(204)监测管道(206)的至少一部分。分析在物体沿管道移动时从至少一个感测位置(203)检测到的声信号，以便辨别在所述感测位置接收到的来自不同位置的声信号。该方法允许单独地识别不同位置对给定感测部分处的声信号的贡献，且即使声源在管道的被监测的区段之外，也可允许检测声源的沿管道的位置。该方法提供泄漏检测方法，其可使管线的监测扩展超过光纤的位置。
【专利说明】管道的监测
【技术领域】
[0001]本发明涉及监测管道，尤其是油气管线，且具体涉及使用物体在管道中的移动来改善监测和辨别能力。
【背景技术】
[0002]管线是输送流体资产(最常见是油和气)的最经济可行的方法，但也存在其它类型的管线。现在，存在很大的管线基础结构负责收集、输送和分送这些自然资源，仅在美国就有超过七十五万公里的油气管线。这些管线的持续正确工作具有很高的重要性，且故障会带来巨大的经济损失、环境影响且还可能带来灾难性的物理破坏。
[0003]因此，进行了较大的努力来维护、监测和检查管线。然而，许多管线网络的尺寸薄以及事实上很多公里的管线由地下或海底设备构成使得有效和高效监测成为难题。
[0004]已经提出了使用光纤分布式声感测来监测管线。国际专利申请公告W02010/020796描述了数十公里的管线可通过沿管线的长度部署光纤和以辐射询问(interrogate)光纤以提供光纤分布式声传感器来监测。该申请教导了通过监测管线对声刺激的声响应，可获得管线的状况轮廓。刺激可为为了获得状况轮廓的目的而有意引入的刺激，或它可在管线的正常工作期间产生，例如，由于〃清管器〃行进穿过管线。
[0005]各种检查和维护工具可插入管线中，且由其中的流体的压力携带穿过管线。存在可使用的多种不同的物体，通常称为"清管器(pig)"。简单的清洁清管器可包括定形成在其穿过管线来提供清洁作用时刷洗或刮擦管线的内壁的物体。智能监测清管器可包括用以执行各种监测任务的各种传感器和机载处理器，且可为很昂贵、很复杂的器械。
[0006]用于检查或清洁的清管器的使用通常称为清管。清管通常利用穿过管线的大体不间断的流体流执行，且因此是有利的，因为不必停止管线流来执行常规检查和维护。
[0007]W02010/020796描述了管线中的突然的泄漏或开裂可产生可检测到的压力脉冲，且对此类自发脉冲的出现的检测可用作泄漏检测和定位的一部分。
[0008]因此，如在W02010/020796中教导的使用光纤分布式声感测来用于管线监测提供了很有用和便利的方式来监测管线的较大的区段。本发明涉及关于管道监测的进一步改
盡
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【发明内容】

[0009]因此，根据本发明，提供了一种管道监测方法，包括:在物体沿管道穿过时使用光纤分布式声传感器来监测管道的至少一部分；以及分析在物体沿管道移动时在至少一个感测位置检测到的声信号，以便辨别在所述感测位置处接收到的来自不同位置的声信号。
[0010]管道可为管线,例如，油或气管线。物体可为管线清管器，例如，清洁或检查清管器。
[0011]本发明的实施例依靠声信号可沿管道传输的事实，例如，在可加压的管道内的流体内传输。因此，在沿管线的一个位置处的声源可产生入射到管线上的声信号。该声信号沿管线传播，例如，在加压流体内传播，达相对较长的距离(且比将经由土地传输的信号更远)。这可导致沿管线的较大长度检测到声信号。在正常管线工作中，在沿管线的任何位置检测到的声信号因此可包括在管线的该位置处从环境接收的声信号，而且还包括由来自沿管线的较远地点的声源引起的且已经沿管线传输的一些声信号。
[0012]如果此类较远的声源相当恒定，则可能不能根据声信号的简单分析来确定声源的准确位置。已知的是通过考虑感测光纤的不同部分处的不同声信号的到达时间来确定声源的位置。然而，如果声源具有相当恒定的输出，则可能难以识别不同信号到达感测光纤的不同部分处。
[0013]如果声源位于管线的由分布式光纤传感器监测的部分中，则有可能根据声干扰的相对强度来确定声源的位置，但这不总是可能。此外，如果在不同位置处存在若干不同声源，则所得的强度模式将取决于各种声源的位置和相对强度，以及出现在管线的不同部分处衰减。另外，声源可位于管线的未由分布式声传感器监测的区段中，且因此强度信息不可用，因为在源处不存在光纤的相关感测部分。
[0014]然而，本发明人意识到，可分析在清管器移动穿过管线时检测到的声信号，以辨别从不同位置接收到的声信号。当清管器沿管线和相关感测部分在声源之间移动时，其将用于增大声信号的衰减。实际上，清管器将基本阻挡声信号沿管线进一步传播，或至少显著减小任何此类信号的强度。因此，考虑在沿管线的第一位置处的分布式声传感器的感测部分和在第一位置下游的(按照管线流且因此按照清管器的行进)第二位置处的声源。在正常工作中，来自声源的声信号可从第二位置沿管线行进至第一位置，且因此可在第一位置处例如作为噪音被检测到。换言之，由源产生的声信号在第二位置处入射到管线上，且沿管线传播至第一位置。当在第一位置的上游引入清管器时，其将不影响源于第二位置处的源的声信号。如W02010/020796中所述，当清管器沿管线向下行进时，其可产生压力波，但如本文献中所述，此类压力脉冲将趋于间隔地出现，且具有特定的特征，且所以可容易地被检测到和特征化。不久之后，清管器将到达和经过第一位置。此时，清管器在管线中位于感测部分(在第一位置处)与声源(在第二位置处)之间。清管器的存在将用于显著地衰减来自第二位置处的源的声信号或阻挡其到达第一位置。因此，由第一位置处的感测部分检测到的声信号将突然失去来自第二位置处的声源的声贡献。直到清管器已经经过第二位置，且因此第二位置处的声源和第一位置处的感测部分又在清管器的同一侧，来自第二位置处的源的声信号才又在第一位置处被检测到。
[0015]因此，管线中的清管器的存在有效地将管线分成在清管器上游和下游的两个单独的区段，且衰减来自上游区段的信号或阻挡其传播至下游区段，且反之亦然。因此，位于清管器上游的感测部分大体上将仅从管线的在清管器上游的其它部分接收声信号，且同样任何下游感测部分将大体上仅从管线的下游区段接收声信号。
[0016]当清管器移动时，沿管线有效地扫描管线的在清管器上游和下游的相关区段，从而允许从管线的不同区段辨别声源。例如，该方法可包括定位声源的沿管线的位置。
[0017]如上文所述，如果来自声源的信号在第一感测位置处被接收到，直到清管器经过不再接收到信号的那个位置，则可以确定相关的声源在感测位置的下游。然而，一旦清管器经过声源的位置，则将又检测到信号。因此，清管器在这时的位置指出了源的位置。然而，如果声源在感测部分的上游，则发生相反的情况，在清管器经过源的位置时信号将消失(即，在给定感测部分处停止被检测到)，且一旦清管器已经经过感测部分，则信号才再出现(即，又检测到)。因此，通过分析声信号来确定检测到或未检测到特定声信号的时间点，相关声源的位置可通过了解此时的清管器位置来确定。因此，该方法可包括识别第一声信号和识别何时第一声信号开始被检测到和/或停止被到停止。该方法可包括识别第一信号何时停止被检测到和再开始被检测到。
[0018]第一信号可为相对恒定或重复的信号，S卩，非瞬态信号。将认识到的是，DAS传感器可检测到由被监测的位置上的各种事件引起的瞬态信号。此类瞬态声事件将产生被检测到且然后停止被检测到的信号。本发明的方法不关心瞬态信号，而是关心在没有物体在管线中移动的情况下相对持续或重复的信号。
[0019]因此，识别何时预先存在的信号停止被检测到可用于指出清管器在感测部分的位置与清管器之间已经移动。如前文所述，对于在感测位置上游的声源，清管器在这时的位置因此给出了声源的位置(沿管线)。同样，对于下游源，信号开始被检测到的(或被重新检测到)的时间点指出了清管器已经移动超过源的位置，且因此清管器在这时的位置指出了源的位置。因此，该方法可包括确定物体在检测到或未检测到特定声信号的时间点的位置。
[0020]在一些情况下，清管器的位置可通过清管器上或管线内的跟踪装置获知，但在一些实施例中，清管器的位置可根据在清管器沿管线在由分布式声传感器监测的管线部分中移动时清管器产生的声信号来确定。国际专利公告W02010/020795描述了分布式声感测可如何用于跟踪清管器在管线中的运动。
[0021]该方法还可包括分析来自光纤的一个以上的感测部分的返回。沿管线传输的信号可由光纤的若干不同感测部分检测到，且可在各个感测部分中具有类似特征。在不同感测部分中检测到/不再检测到信号也可用于识别源的位置。例如，考虑三个邻接的感测部分。所有三个感测部分都可接收到沿管线传输自下游源或上游源的声信号。如果源在所有三个感测部分的上游，则在清管器经过源的位置时，信号将在大致相同的时间(考虑声信号在管线中的传播速度)在三个感测部分中停止被检测到。然后，当清管器经过各个感测部分时，信号将又在三个感测部分中被检测到。感测部分下游的源则相反，那么，当清管器经过感测部分时，相关信号继而又将停止从各个感测部分被检测到，但然后在清管器后续经过源时将又在所有三个部分中大致同时地被检测到。比较若干感测区段的响应可有助于识别特定声源引起的特定声信号。
[0022]应当注意的是，本发明允许确定声源的沿管线的位置，即使声源不在管线的由分布式声传感器监测的区段中。在相关声信号停止或恢复时清管器的位置如论如何都是相关源的位置(可能要针对声信号传播至感测部分花费的时间进行调整)。因此，本发明的方法大体上提供了扩展沿管道的区段部署(例如，扩展至部署的光纤的上游和/或下游的位置)的分布式声传感器的感测能力的方法。
[0023]该方法可实现在管线中的泄漏检测的方法。尽管W02010/020796描述了突然的泄漏或开裂可产生可检测到的压力脉冲，但只有在泄漏位置在由分布式声传感器监测的管线部分内且压力脉冲足够强时才可清楚地确定位置。即使存在至原点的相对较强的压力脉冲，也不可确定出现在管线的被监测部分外的泄漏。另外，一些泄漏可导致噪音水平的总体增大，即，持续咝咝声(hiss)类型的噪音，且可能不导致压力脉冲。本发明的方法可允许检测持续噪音的源的位置，且因此可提供识别管线中的泄漏位置的方法。[0024]差值分析(Differential analysis)可应用于在不同清管器位置处获得的声信号，以便使噪音信号和声源的位置更好地特征化。因此，该方法可包括将差值分析应用于在物体处于一个位置的情况下获得的来自给定感测位置的声信号和在物体在至少一个其它位置处和/或管道中没有物体的情况下获得的来自所述感测位置的声信号。例如，在管线中没有清管器的情况下获得的基准信号可与在清管器略微在相关感测位置的上游的情况下获得的信号相比较，且进一步与在清管器略微在相关感测位置的下游的情况下获得的信号相比较，以将来自所有声源的信号与仅来自下游源的信号和仅来自上游源的信号相比较。信号处理领域中的技术人员将知道可应用于此类信号的一些处理技术，以确定关于声源的分布和强度的有用信息。
[0025]因此，该方法允许通过检测在清管器穿过时某些贡献何时被阻挡来辨别对在给定感测处的声信号的各种贡献。这还允许完全不受清管器的穿过影响的任何信号特征化为在此时直接源于环境的其余部分(即，不是沿管线传输的信号)。
[0026]以上论述集中于行进穿过管线的单个清管器。在一些管线中，有可能在管线内一次具有一个以上的清管器。例如，考虑两个清管器在大约300m的间隔内插入管线中。这将有效地将管线分成三个区段，在两个清管器上游的区段、在两个清管器下游的区段，以及在清管器之间的区段。尽管这将不会对由分布式声传感器监测的管线部分之外的声源提供任何提高的辨别能力，但其可允许在由分布式声传感器监测的管线部分内进行附加的辨别。
[0027]已经在清管器在管线中的移动方面描述本发明的实施例，但将认识到的是，该思想大体上适用于管道和任何物体在管道中的移动，物体具有与管道大致相同的形状/直径，即，将用于阻挡声信号传播经过管道中的物体或显著地衰减声信号。
[0028]尽管在获得声信号时可实时完成数据处理，但当然将认识到的是，可在清管操作期间获得数据和然后在后续进行分析。因此，该方法大体上涉及在物体沿管道穿过时使用光纤分布式声传感器来从管道的至少一部分得到数据；以及分析在物体沿管道移动时在至少一个感测位置检测到的声信号，以便辨别在所述感测位置处接收到的来自不同位置的声信号。
[0029]通过连接适合的询问和处理设备，沿管道的路径延伸的现有光纤可用于感测目的。例如，较大比例的管线将具有沿管线的路径延伸的预先存在的长度的光纤。这些通常为通信线缆，且/或用于出于明显的物流原因与管线同时铺设的管线SCADA(监控和数据采集)。在此情况下，由于可使现有的线缆形成监测设备的一部分，故可监测相对较长的跨度的管线，其中仅对管需要有限的通路。
[0030]在各种不同实施例中，用于分布式感测的感测光纤可位于管道内部、在管道的外表面上，直接埋入管道附近或在单独的相邻管道中。同一光纤可至少部分地位于管道内且至少部分地在管道外。不存在用于感测光纤的规定位置，只要其位置使得它能检测到对管道内的压力脉冲的充分的响应。由于光纤感测中可能的高灵敏度的原因，由此引起的相位差可使用干涉技术来测得，故用于定位光纤的潜在范围或用于选择现有光纤的范围很大。然而，一般来说，优选的是光纤定位在流体传送管道的大约3m处或大约3m内，且更优选是在离被监测的管道的中心线大约1.5m处或大约1.5m内。
[0031]分布式光纤感测的空间分辨率在许多实施例中小于或等于30m，且在某些实施例中小于或等于20m或10m。在某些实施例中，询问光纤，以在大于或等于20km的距离上提供感测数据，且可在其它实施例中实现大于或等于30km或40km的距离。
[0032]如上文所述，该方法还涉及扩展管道监测传感器的范围或感测能力的方法，管道监测传感器包括光纤分布式声传感器，光纤分布式声传感器具有沿管道的第一区段部署的光纤线缆，该方法包括分析在物体行进穿过管道的第二区段(第二区段不同于第一区段)时在关注的至少一个感测部分处的声信号。
[0033]本发明还涉及用于实施上文所述的方法的计算机程序。
[0034]在本发明的另一方面，提供了一种管道传感器，其包括分布式声传感器和处理器，处理器构造成在物体沿管道穿过时得到从所述光纤分布式声传感器获得的数据；以及分析在物体沿管道移动时在至少一个感测位置检测到的声信号，以便辨别在所述感测位置处接收到的来自不同位置的声信号。
[0035]上文所述的方法和设备使用物体在管道中的移动，例如，清管器在管线中的移动，以辨别可对在DAS传感器的给定感测部分处检测到的信号有贡献的各种声源的位置。此外或作为备选，物体在管道中的移动还可用于检测光纤部署中的任何异常，例如，任何光纤环的存在和/或程度。
[0036]本领域的技术人员将认识到的是，DAS传感器在发射询问辐射来限定光纤的各种感测部分之后的已知时间对来自光纤内的反向散射的辐射采样。然而，感测部分相对于管线的位置取决于光纤的部署。在许多情况下，光纤(即，包含感测光纤的光纤线缆)的准确部署可能不是准确已知的，而是可假定光纤沿与管线相同的路径部署，光纤的此给定长度密切地对应于相同的管线长度。
[0037]然而，在一些情况下，尤其是在使用预先安装且原来并非旨在用于分布式声感测的光纤时，光纤偶尔可相当显著地偏离此类对应的部署。当铺设用于通信的光纤时，可能存在部署备用光纤的一些位置，即，将更多的光纤部署在简单地跟随管线的路径所需要的位置中。例如，备用光纤可提供来允许在必要时拼接到光纤中。存在备用光纤的这些位置有时称为光纤环，且沿管线的长度可存在一个或多个此类光纤环。
[0038]因此，在管线的给定区段中，存在这样一个区段，即其中光纤的路径密切地对应于管线的路径，例如，对于每IOm的管线存在大致IOm的光纤。然而，在光纤环的位置处，可存在40m的备用光纤，且因此对于给定的IOm管线区段，可存在50m的光纤。
[0039]在光纤沿管线的部署中存在此类光纤环或其它异常可导致给定感测部分的预期位置与实际位置之间有误差。
[0040]因此，该方法可包括监测在物体移动穿过管道时由物体产生的声信号，以及检测所述声信号沿光纤的感测部分的移动中的任何间断。
[0041]该方法依靠这样的事实，S卩，物体在管道中的移动产生的声信号，例如，由在管线中移动的清管器产生的压力脉冲(如，W02010/020796中所述)将在管线中以大体恒定的速度行进。因此，如果光纤沿紧密地对应于管线的路径的路径部署，则由物体产生的声信号将以相对恒定的速率从一个感测部分平稳地行进至下一个感测部分。同样，物体自身在管道中的移动将相当有规则，且因此，物体自身(即，声信号源)将显得在感测部分之间有规则地移动。
[0042]然而，如果光纤环存在，则管道内的声信号将以恒定速率行进，但当信号从感测光纤的一个区段行进经过备用光纤而到达感测光纤的下一个区段上时，穿过各种感测部分的信号的明显的前进将经历突然的间断。对于物体自身的移动也是这样。该间断可被检测到，且用作光纤的部署中的异常的指示。
[0043]该方法还可包括使用检测到的声信号来确定在异常的位置上的感测部分的相对间距，且/或忽略(即，省略)未沿管道的长度部署的任何感测部分。如上文所述，由物体的移动产生的声信号通常将以局部恒定的速度传播。因此，预计信号将以相对恒定的速率在各种感测部分之间传播。因此，通过绘制通过DAS传感器的感测部分的声信号的前进-时间(例如，以瀑布图)，声信号的前进将预计大致为线性的。然而，在间断的情况下，可能存在突然的跳跃，其中例如，在光纤环的情况下，声信号可接近立即或比之前更快地明显前进穿过若干感测部分。通过调整异常区段中的感测部分的相对间距，或仅仅忽略此类返回，则总体前进可调整为线性的，且因此校准掉间断的影响。
[0044]应当注意的是，针对不一致的光纤部署进行校准的这个方法代表本发明的另一个方面，且因此在该方面，提供了一种校准分布式声传感器的方法，该传感器部署成监测管道，方法包括监测在物体移动穿过管道时由物体产生的声信号，以及检测所述声信号沿光纤的感测部分的移动中的任何间断。
[0045]本发明扩展到大致如本文参照附图描述的方法、设备和/或使用。
[0046]本发明的一个方面中的任何特征都可以以任何适合的组合应用于本发明的其它方面。具体而言，方法方面可应用于设备方面，且反之亦然。
[0047]此外，硬件中实施的特征大体上可在软件中实施，且反之亦然。应当相应地理解这里任何提到的软件和硬件特征。
【专利附图】

【附图说明】
[0048]现在仅通过举例的方式参照附图来描述本发明的优选特征，在附图中:
图1示出了分布式光纤传感器的基本构件；
图2示出了沿管线的长度布置的光纤传感器；
图3示出了从管线获得的数据；以及 图4a和图4b示出了包括光纤环的光纤部署和所得的瀑布图。
【具体实施方式】
[0049]图1示出了分布式光纤感测布置的示意图。一定长度的感测光纤104 (可为如在远程通信应用中使用的标准光纤)在一端处连接到询问器106上。来自询问器106的输出传递至信号处理器108和可选的用户界面，用户界面实际上可通过适合的指定PC来实现。感测光纤可为几千米的长度，且在该实例中为大约40km长。
[0050]询问器发射询问光学信号到感测光纤中，光学信号例如可包括具有所选的频率模式的一系列脉冲。反向散射导致输入光纤中的光的一些部分反射回询问器，在询问器处，其被检测以提供输出信号，输出信号代表光纤附近的声干扰。光学输入的形式和检测方法允许单个连续光纤在空间上分解成分立的感测长度。即，在一个感测长度处感测到的声信号可大致独立于相邻长度处的感测信号来提供。在本实例中的空间分辨率为大约10m，从而导致询问器的输出采取4000个独立数据通道的形式。
[0051]例如，分布式声传感器可为如在英国专利申请公告第2，442，745号中描述的分布式声传感器，该申请的内容通过弓I用并入本文中。如GB2, 442，745中描述的分布式声传感器为有用的传感器，其使用Rayleigh反向散射，但其它类型的分布式声传感器是已知的，且可替代使用。
[0052]以此方式，单个感测光纤可提供感测数据，其类似于布置在线性路径中的相邻传感器的多路复用阵列，线性路径取决于应用而为直的或弯曲的。
[0053]图2示出了使用根据本发明的方法的布置，由此感测光纤202(和相关询问器和/或处理器204)沿管道的路径布置，在该实例中，该管道为管线206。光纤优选为布置成大致跟随管线的路径。以此方式，光纤的各种分立的感测部分直接地对应于管的纵向区段。然而，可使用其它光纤布置，在此情况下，可能需要知道光纤相对于管线的布置，以允许在管线内进行跟踪。光纤可定位在管道之内或之外。
[0054]已经证实了高达和超过40km的光纤长度中的分布式声感测。因此，单个分布式声传感器可在40km的管线内提供清管器的跟踪。一系列分布式声传感器可布置成在较长的管线长度上提供跟踪。对于大约80km的管线的长度，单条光纤可沿光纤的长度使用，其中分布式声传感器布置在光纤的各端处。然而，对于较短的管线长度，光纤路径可沿管线对折，以提供附加的传感器来用于监测。
[0055]回头参看图2，声源205可位于沿管线的第一位置处。在一些实施例中，声源205可由管线中的泄漏引起，且可由从管线漏出的高压流体造成，但在其它实施例中，可为相对恒定或重复的声信号的任何源。
[0056]泄漏的位置可超过如图所述的感测光纤202的端部。在常规分布式声感测中，泄漏的位置将不可检测。然而，声信号可在管线内行进较大的距离，比将行进穿过土地(用于埋设管线)的信号远得多。因此，来自泄漏205的噪音可沿管线行进，以在感测光纤的位置203处的光纤的第一感测部分处感测到(实际上，信号将被检测为沿感测光纤的长度来自感测光纤的端部的噪音，直到衰减过大且信号已经消退到可检测水平以下)。
[0057]图2也示出了物体(在此情况下，清管器208)定位在管线内，使得其在管线内被管线内的流体流的作用沿方向210推进。清管器可在管线(未示出)的设计成用于插入清管器的区段处插入管线中。
[0058]用于不同目的的各种类型的清管器是已知的。例如，清洁球是简单的清管器的一个实例。这些包括材料球，其设计成被推进穿过管线且有效地刮擦管线的内壁的材料，以移除管的内壁上的烃的累积。复杂的检查清管器也是已知的。检查清管器可为复杂数据采集设备，其适于检查管线的可导致管线的故障的迹象或破坏或退化。
[0059]清管器插入管线的上游区段中，且大体上被管线传送的流体的作用推进穿过管线。因此，可在不显著中断管线工作的情况下执行管线的检查或清洁。然后，清管器收集在管线(未示出)的清管器取回区段处，且被移除。
[0060]如上文提到的那样，清管器的通过通常意图在不中断管线的工作的情况发生。因此，需要清管器穿过管线从插入点前进到取出点。
[0061]清管器将对从声源205传播的声信号具有显著影响。实际上，清管器将阻挡任何信号沿管线行进得超过清管器(在该实例中，在上游)，或至少显著地衰减信号。
[0062]当清管器首先引入感测部分203的上游时，在该感测位置处的源205对声信号不存在影响。因此，感测部分203的声响应将包括由声源205产生的信号造成的贡献。[0063]然而，当清管器行进至相关感测部分203下游的位置212时，其将用于阻挡声信号。因此，当清管器移动至位置212时，由源205引起的声信号将停止对来自感测部分203的响应作贡献。在来自源205的声信号相对较强的情况下，这可导致检测到的响应中有阶梯变化。此外或作为备选，来自源205的声信号可具有突然停止被检测到的特征，如频率。清管器将持续在管线内移动，且将持续阻挡来自源205的声信号到达感测部分203，直到其行进到源的更下游，例如，至位置214。当清管器经过声源205的位置时，声信号不再被阻挡，且因此将又对在感测部分203处检测到的响应做贡献。因此，在清管器移动时的一定时间内的信号可用于辨别声源的位置。
[0064]因此，将看到的是，在没有清管器的情况下，光纤的给定感测部分可接收直接来自局部环境的信号，且还接收来自沿管线定位且传输通过管线自身的任何声源的信号。当清管器引入管线中且穿过管线的至少一部分时，其有效地阻挡来自清管器的相对侧的信号到达给定的感测部分，或至少衰减信号。当清管器移动时，其因此有效地扫描了在给定感测部分上的声源的各种可能位置。在此情况下，先前存在的信号因此将在给定的感测部分处检测到。然后，信号将在清管器在源与感测部分之间时消失。这可相对较快地发生。然后，当清管器经过源与感测部分之间的距离时，特定的信号可在一定时期内保持未被检测到，但一旦清管器不再在源与感测部分之间，则信号将再出现，这再一次可能相对较快。
[0065]预先存在的信号消失且然后在给定感测部分的响应中再出现的这个特征因此可用作检测由于声信号沿管线的传输引起的信号的特征，这假定了清管器实际上经过相关感测部分的位置。在此情况下，信号的消失和/或再现与经过相关感测部分的位置的清管器的位置的关联还可用于检测给定信号正被/曾经被清管器阻挡。因此，寻找在清管器经过感测部分时出现/消失的特征信号，这可用于识别由较远的源引起的信号。在此情况下，在信号消失/再现时的清管器的位置然后可用于确定源沿管线的位置，且如所述，即使在位置在管线的由DAS传感器监测的区段外时这也适用。当然，这需要知道清管器的位置，但这可通过清管器自身上的位置跟踪模块来确定，且/或通过基于在清管器穿过管线的监测区段时检测到的运动推算清管器的位置来确定。
[0066]然而，将认识到的是，清管器不需要实际上穿过管线的监测区段，S卩，由感测光纤监测的区段。所需要的是清管器从位于相关的源与管线中的感测位置之间移动至不位于源与感测部分之间(或反之亦然)。
[0067]以上论述集中于考虑来自光纤的单个感测部分的返回，但实际上可以以相同方式分析来自多个不同感测部分的返回，且可分析和/或关联在清管器移动经过相关感测位置时被检测到或停止被检测到的各种信号，以协助检测由较远的源造成的那些信号。
[0068]另外，频率分析和/或其它关联技术可应用于识别出现、停止和然后再出现的给
定信号。
[0069]图3示出了在清管操作期间沿管线的长度来自光纤传感器的实际数据。数据示为瀑布类型的图，沿X轴线有沿光纤离端部的距离而沿y轴线有时间，其中强度由亮度表示。
[0070]可以看到的是，在图的左下角存在一些噪音。这代表在光纤的端部的噪音源，其影响光纤的端部处的所有感测通道。在时间21:45处，在清管器经过噪音源时切断了噪音。噪音保持被切断，直到清管器然后沿通道(沿左上部的对角线)行进。通过考虑对角线的斜率，可确定清管器的速度，其可向后推算至噪音切断的时间，以确定声源的位置。[0071]以上论述假定了光纤沿与管线相同的路径部署，使得感测部分沿光纤的长度的位置对应于沿管线的长度的相同位置(或光纤的感测部分与沿管线的位置的映射在其它情况下是已知的)。
[0072]然而，在一些情况下，尤其是在预先存在的光纤用于分布式声感测的情况下，光纤在管线路径上的准确部署可能不是已知的。例如，光纤可大体沿管线的路径部署，但可存在有光纤环的一个或多个区段，备用光纤在部署期间无意中或有意地位于该处，以易于接近或允许进行后续的再次规划路线。图4a示出了管线206，其中感测光纤202与DAS询问器204 一起使用来提供DAS传感器。
[0073]在该实例中，光纤202的第一区段401大致沿管线的路径部署。然而，第二区段402包括光纤环，且因此对于管线的较小区段存在相对较大的光纤长度。在第三区段403中，光纤又沿管线的路径部署。
[0074]在该实施例中，第一区段中的光纤中的长度良好地对应于沿管线的长度(允许连接至询问器204的光纤长度)。然而，对于区段403，感测部分相对于管线的位置取决于光纤环402的长度。如果存在，则环402的位置和长度是不确定的，这可关于管线的哪部分在区段403中被监测导致较大的不确定性。
[0075]然而，在本发明的实施例中，由清管器208在管线中的运动产生声信号用于检测光纤部署中的任何异常。当清管器移动时，其将产生声信号，例如，在其经过管线的焊接点时产生压力脉冲。这些声信号将沿管线传播较大的距离，且可通过光纤的感测部分检测到。
[0076]图4b示出了声信号如何可被检测到，且又示出了时间-感测部分的瀑布类型的图。当声信号将以大致恒定的速度行进时，则在其中感测部分对应于管线的路径的区段中，则声信号将在感测部分之间有规则地移动，以便产生线性图，其中梯度取决于传播速度。然而，在光纤环处，在区段403处恢复如前文的相同线性前进之前，信号将似乎很快地传播穿过若干感测部分。
[0077]因此，可以看到的是，通过监测清管器的移动产生的声信号，可检测到光纤部署中的任何间断。此外，通过考虑间断之前和之后的梯度，在间断的区域中的感测部分可被调整(在间距方面)或省略，以便总体特征保持规则传播。因此，如图4b中所示，对应于光纤环402的感测部分可被省略，以有效地校准由对应于经校准响应的箭头和虚线指出的后续感测部分的位置。
[0078]描述以及(在适当情况下)权利要求和附图中公开的各个特征可独立地提供或以任何适合的组合提供。
【权利要求】
1.一种管道监测方法，包括: 在物体沿所述管道穿过时使用光纤分布式声传感器来监测管道的至少一部分；以及 分析在所述物体沿所述管道移动时在至少一个感测位置处检测到的声信号，以便辨别在所述感测位置接收到的来自不同位置的声信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管道为管线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物体为管线清管器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，分析声信号的步骤包括定位声源的沿所述管线的位置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，分析声信号的步骤包括确定在什么时间点检测到或未检测到特定声信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括识别第一声信号，以及识别所述第一声信号何时开始被检测到和/或停止被检测到。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括识别所述第一信号何时停止被检测到和所述第一信号何时再开始被检测到。
8.根据权利要求5至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定所述物体在检测到或未检测到特定声信号的时间点的位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述物体上的位置跟踪装置来确定所述物体的位置。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过监测在所述物体沿所述管道移动时由所述物体产生的声信号来确定`所述物体的位置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述管道的未使用光纤分布式声传感器来监测的区段中识别声源的沿所述管道的位置。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过以下来识别管线中的泄漏的位置:识别与泄漏相关联的声信号，以及识别在清管器在所述管线中行进时与所述泄漏相关联的声信号何时停止被检测到和/或开始被检测到。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括将差值分析应用于在所述物体在一个位置的情况下获得的来自给定感测位置的声信号，以及应用于在所述物体在至少一个其它位置和/或物体不在所述管道中的情况下获得的从所述感测位置获得的声信号。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括分析在至少两个物体在所述管道内移动时获得的声信号。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括分析由所述物体在所述管道中的移动产生的声信号，以检测光纤部署中的任何异常。
16.一种管道监测方法，包括: 在物体沿所述管道穿过时使用光纤分布式声传感器来得到从管道的至少一部分获得的数据；以及 分析在物体沿管道移动时在至少一个感测位置检测到的声信号，以便辨别在所述感测位置处接收到的来自不同位置的声信号。
17.一种扩展包括光纤分布式声传感器的管道监测传感器的范围或感测能力的方法，所述光纤分布式声传感器具有沿所述管道的第一区段部署的光纤线缆，所述方法包括分析在物体行进穿过所述管道的第二不同区段时在关注的至少一个感测部分处的声信号。
18.一种计算机程序，其在适合的计算机上运行时执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
19.一种管道传感器,包括: 分布式声传感器；以及 处理器，其构造成在物体沿所述管道穿过时得到从所述光纤分布式声传感器获得的数据；以及分析在物体沿管道移动时在至少一个感测位置检测到的声信号，以便辨别在所述感测位置处接收到的来自不同位置的声信号。
20.一种校准部署来监测管道的分布式声传感器的方法，包括监测在物体移动穿过所述管道时由所述物体产生的声信号，以及检测所述声信号沿所述光纤的感测部分的移动中的任何间断。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法包括监测在物体移动穿过所述管道时由所述物体产生的声信号，以及检测所述声信号沿所述光纤的感测部分的移动中的任何间断。
22.根据权利要求20或权利要求21所 述的方法，其特征在于，所述方法包括使用检测到的声信号来确定在异常的位置上的感测部分的相对间距，和/或忽略未沿所述管道的长度部署的任何感测部分。
【文档编号】G01M11/08GK103733040SQ201280040679
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2011年6月20日
【发明者】C.明托, A.戈德弗里 申请人:光学感应器控股有限公司