【技术实现步骤摘要】
本专利技术总的说来是涉及一项检测设备。特别涉及监测密闭空间内，是否存在气体物质的一种新颖而有用的方法及其所使用的设备。至少有一根内套管和一根外套管的隔热的管状结构为公众所知所用，例如可以在油井或管路中作为隔热的蒸汽注射管以输送经过加热的或低温的流体。这种管路在授予Alexandru et al的美国专利3，574，357和授予Owens et al的美国专利3，397，345中作了公开。众所周知，在内套管和外套管之间的环形空间中造成真空，就可为蒸汽注入管路提供一个热的绝缘层。由于隔热的效果有赖于真空的维持，所以设法取得一个信号-以指明环形空间内的气体压力状态是很重要的。由于管路内环形空间所固有的不可接近性，要做到这点就比较困难。本专利技术的目的是利用既无破坏性、又不妨碍管路工作的简单设备，以探明密闭空间是否已失去了真空。作为这类密闭空间的例子的，可以是油田隔热蒸汽注入管的内套管和外套管之间的环形空间。本专利技术的另一个目的是，提供一套装置，该装置具有设计简单、结构坚固、造价低廉的优点。标志着本专利技术各种新颖的特点的，已详细地列在所附的
【技术保护点】
检测在一个以内外套管为界的环形密闭空间内是否存在气体物质的方法。内容包括：在套管壳体的第一点发出声波，从而使得至少有第一部份声波能在套管体内传播，而第二部份声波有可能通过环形空间所存在的气体而传播；在套管壳体上选择第二点，第二点与第 一点之间被环形空间所隔离；确定是否有上述第二部份声波，通过环形空间的气体传播到第二点。
【技术特征摘要】
书中，并组成本发明的一部分。为了更好地了解本发明-它的操作优点和通过使用它所要达到的特殊目的，可参照本文附图和有关说明-它们详细地说明了本发明的最佳实施例。图中图1是表示实施本发明的一个装置的简图，该装置用来测试隔热的蒸汽注入管路(以剖视图表示)环形空间中的压力状态。图2是装置的横向剖面图。图中表明了装置中两个传感器的位置。图3是一个方块图，表示体现本发明的一种测试设备的配置。图4是一个流程图，说明根据本发明检测压力状态时，计算机程序的各个步骤。现在具体地谈一下图。图1用图解说明了用来监测隔热的蒸汽注入管道10的环形空间12中压力状态的一个装置。环形空间12处在内套管14和外套管16之间，一端以密封装置为界，密封装置可以是环形密封塞或密封组件18;在管道10的另一端，环形空间以另一个密封装置例如以一个连接体为界，连接体将内套管和外套管相连，材料与套管14和套管16的材料相同或类似。虽然本发明不必对环形空间12的任一末端的结构有任何特殊性能要求，但最好至少有一端，其结构能使声波在其中以可预测速度传播。由于本发明所使用的基本原理是声波只能在有空气或其它气体的空间中传播。本发明用用的设备是用来产生和/或处理声波的。上述装置本身包括一个第一传感器2和第二传感器4。第一和第二传感器都装在一个固定装置上。该固定装置6通常由一对臂22和24组成。这一对臂用铰链26将其铰合在一起。拉簧28使两个传感器2和4靠紧。如图2所示传感器4与外套管16的外表面在第二个点5相接触，其表面为凹面。传感器2与内套管的内表面在第一个点3相接触，其表面为凸面。第一个点3与第二个点5被空间12所隔开。就该装置操作而言，为克服弹簧28的拉力，使臂22和臂24张开，传感器2和4就可夹在隔热的蒸汽注入管道10的内外表面上。为了保证传感器和管道之间有良好的声耦合，传感器与管道接触的表面可涂以适用的油脂。脉冲发生器30所产生的高压电脉冲，被送到两个传感器中的一个例如第一传感器2上，该传感器将电脉冲转换为超声波脉冲。另一个传感器4接在放大和滤波电路32上。检测器是一台示波器34。它的第一输入线36用来接收与来自传感器4的声波成比例的信号，它的第二输入线接收来自脉冲发生器30的信号，以便对每一个操作循环产生一个示波器触发扫描信号。由于内外套管14、16、环形塞18、以及连接体20的材料是已知的，声波在这些材料中的传播速度也就已知。这个速度可与示波器34的扫描速度发生连系，使声波通过管道10和连接体20沿着图上所说的路径40传来的预期的信号能被示波器记录下来。不管环形空间12中是否存在着气体，至少这部份检测到的声信号，能在示波器34上显示出来。一般说来，由于管道是由金属制成的，声波通过金属体传播，其速度比通过气体时要快(若在空间b中有气体的话)。所以传感器在管道中的位置最好这样来选使得声波通过管体材料和连接体20所走的路径40，比之于声波穿过空间b所走的路径42要长得多。对声波传播的路径作了这样的选择之后，再考虑声波在气体和在管材中传播速度，就有可能保证使通过空间(由于空间中有气体)沿着路径42传来的这部份声波，比通过管道沿着路径40传来的声波，要先到达检测传感器4。知道了声波通过空间沿着路径42传播所需时间，就可用示波器34来确定是否有这部份声波，以及有多大量的声波通过了空间12。空间12通常具有的真空度是使声波传不过去的。所以如果确有声波通过了空间，这就表明已有一定量的气体洩漏到该空间中去了，那里的压力至少已经升到了允许声波传播的阈值。实验发现，利用该装置可以检测到低达0.1大气压的压力。可以预料，随着经验的积累，利用本发明的技术和设备，可以检测的压力将更低。由于声波的传播速度，在金属中比在空气中要快约20倍(按洩漏出现概率，空间12中发现的气体通常为空气)，所以最好选择路径40的长度，比路径42大20倍再加上一段距离，以确保声波通过空气路径能比通过金属路径先到达示波器而被检测到。环形空间12的典型间隙为0.4英寸，这时声波通过金属路径的长度40最好选择为1英尺或更多一点。在实施本发明所推荐的方法时，传感器2装在壳体的第1点3上，它发出脉冲宽度较窄的超声波脉冲。超声波脉冲的第一部份，在管状壳体内向各个方向传播，如在空间12中存在着一定数量的空气或其它气体，则第二部份声波就会穿过路径42而传播。虽然不能精确地知道在空间中气体的压力究竟要多大才能使声波能通过空间而传播(气体的这个压力就叫阈值压力)，但是可以相信，阈值压力粗略地相当于能破坏空间隔热效果的压力。在示波器输入线38输入触发脉冲之后只要环形空间中气体压力达到了阈值压力，到达第二点5的第一个脉冲就一定是通过环形空间沿着路径42而来的那一部份声波。该信号的幅值大小取决于环形空间中空气或气体的多少。到达第二点5的第二个脉冲是比第一个脉冲幅度要大得多的一个脉冲(要大1000倍左右)，而且这个脉冲的幅度大小是不变的，因为它对应于声波通过壳体沿着路径40而传播的那一部份。显然，若环形空间中气体压力不到阈值压力，那么示波器所能检测到的，将只有第二个脉冲。虽然在事实上我们将测到第二个脉冲，但对本发明来说，检测第二个脉冲并不是必不可少的。例如若在传感器4上测到的声波，恰恰是在经过计算声波通过环形空间到达传感器4的时刻到达;或检测到有一个或几个声波，其幅度恰恰相应于声波通过环形空间中气态物质所应具有的声波幅度，这都可以表示有部份声波通过了环形空间。由于在油田总是存在着电气干扰或机械噪声，因此当对实际尺寸的隔热蒸汽注入管道测试时，这些噪声可能会成为一个特定的问题，因此，一次试验可能得不出结论。在对声波的第一部份以及更重要的是在对声波的第二部份进行测量时，也可能同时检测到了噪声信号。为了解决这个问题，使脉冲信号在一秒钟内重复几次(例如3次至5次)，检测步骤也以同样频率重复。由于噪声脉冲是不规则的，经过几次重复之后，所要的信号就能与噪声脉冲相区别。虽然这要求在每次重复时，脉冲要有相同的波形，但是典型的电脉冲发生器是可以提供这种具有同样波形的重复脉冲的。在这方面，应该注意根据本发明，为产生脉冲可以使用的设备不限于脉冲发生器30和电子超声波传感器2。机械式的声波发生装置例如一把简单的音锤，可用来产生机械的，并可按所需重复频率敲击的脉冲。根据本发明，传感器2和4可以是压电装置，电磁一声波装置(EMAT)，磁致伸缩装置或其它能在壳体壁上产生声波或振动的装置。此外，检测器可以是一个加速度计或其它能将振动信号变为电信号的装置。图3和图4表明了一个比较复杂的装置和预期用来实现本发明的一套计算机程序。在图3中，定时器44用来产生每秒3～5个电脉冲，这个频率是我们所推荐的。若高于这个频率，则容易发生前面的声波还在套管14和16中回荡时，后面的脉冲又来了，这样就会破坏测试结果。定时器44接到计算机46上，计算机去驱动脉冲发生器48，该脉冲发生器接到传感器2上。传感器4与高增益放大器50和低增益放大器52相接，后两者又接到多路转接器54上并通过该转接器受计算机46的控制。由于通过环形空间传播的这部份声波信号比通过金属路径传播的声波信号要弱得多，故在预期的通过空气路径的声波信号传播期间，由多路转接器54选择使用高增益放大器;而当在预期的通过金属通路的声波信号传播期间则由多路转接器54选择使用低增益放大器。一个峰值检测器和保持电路56接在多路转接器54的输出端，检测并保持空气通路和金属通路检测期间所取得的最高电压信号。这个电路的输出又送给模/数转换器58，它将比例于峰值电压的数字信号送给计算机46，计算机46配有适当的指示装置。这套装置所使用的电路对于本发明所属技术领域里的普通专业人员来说，是公知的。如上所述，图4表明了用来处理和指出检测结果的计算机程序。事实上，由于所发明的方法和设备常用在石油钻井现场，因此它要求尽可能避免使用那些复杂的指示设备和分析设备。为尽可能以简单方式加以显示...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰罗斯伯沃，查理斯W哈蒙德，
申请(专利权)人：巴布科克和威尔科斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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