[发明专利]使用光学检测来感测石油、油和气体泄漏的系统和方法

说明书

本发明的主题是“使用光学检测来感测石油、油和气体泄漏的系统和方法”。一种用于远程检测流体从天然气或油管线泄漏的系统，包括：激光光源，所述激光光源用于在沿着多个方向扫掠时检测甲烷泄漏；中波红外(MWIR)检测器，所述MWIR检测器与所述激光光源光耦合；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述激光光源和所述MWIR检测器以用于聚合通过所述激光光源和所述MWIR使用包括计算流体动力学模型的神经形态流检测算法收集到的数据。

技术领域

本公开大体上涉及光谱分析的领域，具体地说，涉及使用激光差分吸收对从天然气和油管线流出的痕量气体的光谱分析。

背景技术

典型地，天然气含有甲烷、乙烷和少量其他气体的混合物。由有机物的分解产生的气体(在下文，被称作沼气)仅含有甲烷。非常希望任何天然气检测方法都能够鉴别由于管线或容留容器故障而释放的气体与流出的沼气，因此避免假警报。

油管线含有大浓度的挥发性溶解气体化合物，包括甲烷、乙烷和丙烷。油管线是在压力下操作；泄漏和所伴随的压力下降会导致挥发性化合物逸出，并且由此提供用于泄漏检测的手段。可以通过各种手段中的任一者将电磁辐射引导到受试对象上。通常，使用激光，但是可以使用其他手段，诸如使用天线来获得无线电和微波电磁能量。

在使用红外相机技术的基于视频的甲烷气体泄漏检测中，已知各种装置。基于视点和视线的感测通常无法检测石油-油-气体设备中的高达60％的显著泄漏。基于操作者的视频泄漏检测(VLD)仅能够将特定场景体积感测-分割成单独“体元素”，这允许泄漏定位和半量化。

对于其既定目的，常规的方法和系统大体上被认为是令人满意的。然而，在本领域中仍需要可靠性和准确性都提高的检测系统和方法。本领域中还仍需要经济上可行的此类系统和方法。本公开可以提供针对这些剩下的挑战中的至少一者的解决方案。

发明内容

一种用于远程检测流体从天然气或油管线泄漏的系统包括：激光光源，所述激光光源用于在沿着多个方向扫掠时检测甲烷泄漏；中波红外(MWIR)检测器，所述MWIR检测器与所述激光光源光耦合；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述激光光源和所述MWIR检测器以用于聚合通过所述激光光源和所述MWIR使用包括计算流体动力学模型的神经形态流检测算法收集到的数据。所述激光光源可以被调谐为3.2μm至3.3μm的吸收峰值。扫描机构可以操作地连接到所述激光光源，所述扫描机构被配置成使所述激光光源沿着第一方向从0到80度扫掠并且使所述激光光源沿着与所述第一方向正交的第二方向从0至50度扫掠。所述MWIR检测器可以联接到谐振扫描镜，所述谐扫描镜被配置成在60Hz下生成视频数据。所述MWIR检测器和所述激光光源均可以联接到飞行器或联接到固定平台。

还可以设想到一种用于远程定量检测流体从天然气或油管线泄漏的方法。所述方法包括：使用被调谐为甲烷吸收峰值的激光光源来扫描包括所述天然气或油管线的区域以便检测甲烷泄漏；使用MWIR检测器来扫描被所述激光光源扫描的所述区域以便检测甲烷泄漏；在成像界面上使用包括对所述激光源扫描和所述MWIR检测器扫描的视频分析、使用激光扫描和所述MWIR扫描进行的甲烷分散建模的算法来使所述甲烷泄漏成像，以便定位流体泄漏；使用包括对所述激光源扫描和所述MWIR检测器扫描的视频分析、使用所述激光扫描和所述MWIR扫描进行的甲烷分散建模的所述算法来量化所述甲烷泄漏，以便定位流体泄漏以及量化甲烷质量流率；以及如果检测到高于预定阈值的流体泄漏，则传送警报。所述方法允许所述泄漏被定位在1米之内并且所述质量流率被量化在每分钟10克之内。所述甲烷成像算法和所述甲烷量化算法包括使用两个不同波长的差分成像并且包括使用第一模型来捕获甲烷射流的出现以及使用第二模型来捕获扩散云的出现。所述方法还包括使用包括相机位姿估计的视觉断层摄影术来估计甲烷浓度。

从结合图式进行的对优选实施方案的以下详细描述中，本公开的系统和方法的这些特征和其他特征将变成本领域的技术人员更容易显而易见的。

附图说明