CN105627980B - 一种海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置，于海洋油气藏资源开采技术领域。该装置包括主框架、自动上浮装置、传感监测装置、北斗定位模块和电缆线。数字拖缆和由水压传感器与倾角传感器组成的传感监测装置可实现数据采集与传输的功能。底座、浮体和配重块组成的自动上浮装置实现监测装置的自动上浮和回收。北斗定位模块在拖缆意外断裂的情况下实现监测装置的回收。该监测装置可应用于深度为0‐2000m水深的海底沉积层变形监测，对沉降的测量精度为10mm，对地层倾斜的测量精度为0.02°，量程为±30°。能实时监测海底的沉降、倾斜变形，并能自动上浮，方便回收，结构简单，操作方便，可多次使用。

Description

一种海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置

技术领域

本发明涉及一种海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置，属于海洋油气藏资源开采技术领域。

背景技术

海洋天然气水合物蕴藏量丰富，是一种继石油、天然气之后的潜在能源。由于海洋天然气水合物开采可能会带来一定的海洋地质风险和环境影响，因此目前全世界范围内还没有对海洋天然气水合物开展商业化开采。

海洋天然气水合物在开发过程中随着水合物的分解会生成游离水气，使孔隙压力增大、地层胶结强度降低，造成沉积层抗剪强度整体下降，从而产生地层的沉降和倾斜变形。一旦这种变形达到失稳状态，坐落在地层之上的海洋平台桩基就会发生沉降甚至倾覆，造成平台事故。因此，有效监测开采过程中地层的变形是天然气水合物安全高效开采的重要环节之一。由于全世界还没有海洋天然气水合物规模化开采的先例，针对天然气水合物开采过程的地层变形监测技术还处在空白阶段。目前也仅有日本的MH21计划项目开展了先导性研究，并且由于项目的保密性，其关键技术没有得到公开。

发明内容

本发明针对海洋天然气水合物开采过程的地层变形监测技术空白，提供一种海洋天然气水合物开采地层变形监测装置，可以实现海洋天然气水合物开采过程对地层沉降、倾斜的实时监测。

本监测装置的工作原理是通过水压传感器和倾角传感器得到海底水压和地层表面倾角的变化分析出地层沉降和倾斜的情况，从而实现海洋天然气水合物开采过程对地层沉降、倾斜的实时监测。

本发明的技术方案：

一种海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置，包括主框架、自动上浮装置、传感监测装置、北斗定位模块和电缆线。

所述的主框架的主体为“H”型结构，由耐腐蚀材料构成，用于支撑和固定其他装置。在主框架的顶部均设有挂钩，在下沉阶段，挂钩用于连接吊车上的缆绳。

所述的自动上浮装置由浮箱、配重块、底座和电磁继电器组成；浮箱位于“H”型主框架中间的横梁上，由耐高压防腐蚀材料构成的箱体结构，承受2000m深海底的水压，其内部为中空结构，一方面保护各部件不受海水侵蚀，另一方面为装置提供足够的浮力以便回收。底座固定于主框架一端，其底部上设有多块配重块和电磁继电器，电磁继电器位于底座中间，用于连接底座和主框架。

所述的传感监测装置由水压传感器和倾角传感器组成，水压传感器安装在浮箱内，其探头与海水接触，测得浮箱所在位置的水压并保证水压传感器不完全浸泡在海水里；倾角传感器安装在浮箱内底端中间的位置，用于测量监测装置的倾角从而得到地层的倾斜变形情况。

所述的北斗定位模块安装在浮箱顶部，用于提供监测装置的定位信号。

所述的电缆线一端与传感监测装置相连，另一端与开采平台上的数据采集和控制装置相连；电缆线内有两路信号线，一路信号线用于传递控制装置的指令，另一信号线路用于传输传感监测装置测得数据。

本发明的有益效果：根据传感器的量程和精度，监测装置可应用于深度为0‐2000m深的海底，地层沉降的测量精度为10mm(0.1kPa)，地层倾斜的测量精度为0.02°，量程为±30°。

附图说明

图1是一种海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置的结构图。

图2是本发明的具体实施例的示意图。

图中：1浮箱；2北斗定位模块；3电缆线；4传感监测装置；41水压传感器；42倾角传感器；5主框架；6自动上浮装置；61配重块；62电磁继电器；63底座。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如图2所示，该海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置的具体使用实施过程包括：

(1)投放过程：在钻井平台附近，使用吊车将检测装置投放到要被监测的海底。

(2)工作过程：在装置就位后，钻井平台发射开始指令，由电缆线传输指令给传感监测装置，传感监测装置开始工作并将采集信号回传到钻井平台。

(3)回收过程：天然气水合物开采完成后，钻井平台发出回收指令，指令传达到传感监测装置，触发电磁继电器释放底座，监测装置在浮力的作用下开始自主上浮。检测装置浮出水面后，钻井平台完成回收。

(4)若在极端海况下，电缆线发生断裂后，电源被切断，此时电磁继电器会自动断开，底座被释放，监测装置在浮力的作用下开始上浮。此时北斗定位模块开启，为装置提供定位功能。装置浮出水面后，打捞船在北斗定位信号的引导下，对监测装置进行回收。

Claims (1)

1.一种海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置，其特征在于，该海洋天然气水合物开采地层变形实时监测装置包括主框架、自动上浮装置、传感监测装置、北斗定位模块和电缆线；

所述的主框架的主体为“H”型结构，由耐腐蚀材料构成，用于支撑和固定其他装置；在主框架的顶部均设有挂钩，在下沉阶段，挂钩用于连接吊车上的缆绳；

所述的自动上浮装置由浮箱、配重块、底座和电磁继电器组成；浮箱位于“H”型主框架中间的横梁上，由耐高压防腐蚀材料构成的箱体结构，承受2000m深海底的水压，其内部为中空结构；底座固定于主框架一端，其底部上设有多块配重块和电磁继电器，电磁继电器位于底座中间，用于连接底座和主框架；

所述的传感监测装置由水压传感器和倾角传感器组成，水压传感器安装在浮箱内，其探头与海水接触，测得浮箱所在位置的水压并保证水压传感器不完全浸泡在海水里；倾角传感器安装在浮箱内底端中间的位置，用于测量监测装置的倾角，从而得到地层的倾斜变形情况；

所述的北斗定位模块安装在浮箱顶部，用于提供监测装置的定位信号；

所述的电缆线一端与传感监测装置相连，另一端与开采平台上的数据采集和控制装置相连；电缆线内有两路信号线，一路信号线用于传递控制装置的指令，另一信号线路用于传输传感监测装置测得数据。