CN107607153A - 一种海域天然气水合物试采点监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海域天然气水合物试采点监测系统及方法，包括控制台以及分别与控制台通讯连接的大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置。监测结构从表层海水、海表大气、试采管道入手，研究该试采区域内甲烷、二氧化碳、含沙量的变化，建立立体监测体系。通过GPS单元接收卫星信号，分离出时间、坐标，与其他传感器所采集的各项数据含量对应起来，绘制多维轨迹图、含量分布图。对比一维数据显示，能直观反映试采区域各项参数指标的变化趋势，建立完整的现场环境监测系统。

Description

一种海域天然气水合物试采点监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种海洋环境监测系统，尤其涉及一种海域天然气水合物试采点监测系统。

本发明同时还涉及一种海洋环境监测方法，尤其涉及一种海域天然气水合物试采点监测方法。

背景技术

天然气水合物在资源方面显得非常重要，但是天然气水合物的开发和利用也会给人类带来一系列环境问题，天然气水合物与温室效应有着密切的联系。空气中的甲烷含量仅为二氧化碳含量的0.5％，但是甲烷的温室效应比二氧化碳要大21倍，甲烷对温室效应的贡献占到了15％，因此甲烷的温室效应是全球变暖的重要原因之一。在自然界，压力和温度的微小变化都会引起天然气水合物的分解，并向大气中释放甲烷气体，在开采天然气水合物过程中，甲烷气体如果泄漏释放到空气中，必然会加剧全球的温室效应。极地温度、海水温度也随之升高，这会引起极地永久冻土带之下或者海底的天然气水合物自动分解，大气的温室效应会进一步加剧，如加拿大福特斯洛普天然气水合物层正在融化就是一个例证。所以研究水合物试采区现场环境监测有助于揭示试采区生态运行规律，对其变化趋势进行预测，挖掘试采区域生态问题变化成因。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种海域天然气水合物试采点监测系统及方法，其能解决天然气水合物试采过程监测不够立体、不够直观的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种海域天然气水合物试采点监测系统，其特征在于，包括控制台以及分别与控制台通讯连接的大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置；

所述的控制台用于接收、分析和展示监测数据；包括数据可视化单元，用于将监测数据进行可视化处理；数据分析单元，用于将监测数据进行分析筛选；通讯单元，用于分别接收大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置发送的监测数据；

所述的大气监测装置用于监测海表大气中的甲烷和二氧化碳浓度并发送至控制台；包括气象数据获取单元，用于获取试采点海表大气的气象数据；痕量气体浓度检测仪，用于获取海表大气中的甲烷和二氧化碳浓度；GPS单元，用于获取试采点的GPS数据，所述的GPS数据包括坐标数据和时间数据；

所述的表层海水监测装置用于监测表层海水的甲烷和二氧化碳浓度并发送至控制台；包括甲烷传感器、二氧化碳传感器和蠕动泵；所述的蠕动泵将浅表的海水吸入甲烷传感器和二氧化碳传感器中；

所述的试采井监测装置安装在试采井管道中，包括甲烷测探仪，用于监测试采井管道中甲烷浓度；温湿传感器，用于监测试采井管道中温度和湿度；浊度计，用于监测试采井管道中气体的含沙量。

优选的，所述的浊度计采用红外光散射法进行含沙量测量。

优选的，所述的数据分析单元结合气象数据和GPS数据对表层海水和海表大气的甲烷、二氧化碳浓度进行分析和筛选。

优选的，所述的数据可视化单元利用Arcgis软件结合GPS数据将监测数据以多维图形界面显示。

一种海域天然气水合物试采点监测方法，其特征在于，在海平面上设置用于监测海表大气甲烷、二氧化碳浓度、气象数据和GPS数据的大气监测装置；设置用于监测表层海水甲烷、二氧化碳浓度的表层海水监测装置；在试采井管道中设置监测试采井管道甲烷浓度、温度、湿度和含沙量的试采井监测装置；分别将大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置的监测数据发送至控制台进行分析、筛选和多维展示。

优选的，所述的含沙量采用红外光散射法进行测量。

优选的，所述的多维展示利用Arcgis软件结合GPS数据完成。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：监测结构从表层海水、海表大气、试采管道入手，研究该试采区域内甲烷、二氧化碳、含沙量的变化，建立立体监测体系。通过GPS单元接收卫星信号，分离出时间、坐标，与其他传感器所采集的各项数据含量对应起来，通过Arcgis软件绘制多维轨迹图、含量分布图。对比一维数据显示，能直观反映试采区域各项参数指标的变化趋势，建立完整的现场环境监测系统。

附图说明

图1为本发明所述一种海域天然气水合物试采点监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：在海平面上设置用于监测海表大气甲烷、二氧化碳浓度、气象数据和GPS数据的大气监测装置。所述的大气监测装置包括气象数据获取单元、痕量气体浓度检测仪和GPS单元；可以高精度检测出空气中甲烷、二氧化碳浓度。由于在一个开采试采海域里面，往往设置多个试采点或试采区，因此需要辅助GPS单元获取卫星信号以将多个传感器或监测装置各自分离区别。

在海平面上设置用于监测表层海水甲烷、二氧化碳浓度的表层海水监测装置。所述的表层海水监测装置包括高精度的甲烷传感器(量程200-1000μatm，分辨率＜1μatm)和二氧化碳传感器(量程0～3000ppm,分辨率可达1ppm)，测量频率1—5s每次。通过蠕动泵将浅表的海水吸入甲烷传感器和二氧化碳传感器，通过甲烷传感器和二氧化碳传感器的RS232串口连接控制台，使用配套软件进行参数设置并采集数据，实时监测记录海水中甲烷、二氧化碳含量等参数。

在试采井管道中设置监测试采井管道甲烷浓度、温度、湿度和含沙量的试采井监测装置。所述的试采井监测装置包括甲烷测探仪、温湿传感器和浊度计；响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好。其中浊度计采用红外光散射法可测出管道气体中含沙量，短距离的RTU无线传输方式或任何地方不限距离的GPRS无线传输方式都可以通过内置无线模块功能将实时的甲烷浓度、含沙量、湿度、温度等数据和报警状态传到控制台。

在试采平台或远端设置控制台，通过有线或无线的方式与上述的大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置进行通讯连接。所述的控制台包括数据可视化单元、数据分析单元和通讯单元。数据分析单元根据各监测数据所对应的时间、坐标以及当时气象环境进行数据筛选，例如遇到台风天气或其他特殊天气时剔除当时采集到的监测数据，使各时段的监测数据保持足够的置信度。剔除部分监控数据后进行异常数据监测，实时获知试采点的异常情况。最后利用Arcgis等软件将监测数据以多维图形界面向用户展示。多维展示的数据包括但不限于表层海水中甲烷、二氧化碳含量，海表大气中甲烷、二氧化碳含量及试采井管道中甲烷、水浓度、含沙量等，还对多维图形界面以色彩对比的方式以提高视觉直观性。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海域天然气水合物试采点监测系统，其特征在于，包括控制台以及分别与控制台通讯连接的大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置；

所述的控制台用于接收、分析和展示监测数据；控制台包括数据可视化单元，用于将监测数据进行可视化处理；数据分析单元，用于将监测数据进行分析筛选；通讯单元，用于分别接收大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置发送的监测数据；

所述的大气监测装置用于监测海表大气中的甲烷和二氧化碳浓度并发送至控制台；大气监测装置包括气象数据获取单元，用于获取试采点海表大气的气象数据；痕量气体浓度检测仪，用于获取海表大气中的甲烷和二氧化碳浓度；GPS单元，用于获取试采点的GPS数据，所述的GPS数据包括坐标数据和时间数据；

所述的表层海水监测装置用于监测表层海水的甲烷和二氧化碳浓度并发送至控制台；表层海水监测装置包括甲烷传感器、二氧化碳传感器和蠕动泵；所述的蠕动泵将浅表的海水吸入甲烷传感器和二氧化碳传感器中；

所述的试采井监测装置安装在试采井管道中，试采井监测装置包括甲烷测探仪，用于监测试采井管道中甲烷浓度；温湿传感器，用于监测试采井管道中温度和湿度；浊度计，用于监测试采井管道中气体的含沙量。

2.根据权利要求1所述的海域天然气水合物试采点监测系统，其特征在于，所述的浊度计采用红外光散射法进行含沙量测量。

3.根据权利要求1所述的海域天然气水合物试采点监测系统，其特征在于，所述的数据分析单元结合气象数据和GPS数据对表层海水和海表大气的甲烷、二氧化碳浓度进行分析和筛选。

4.根据权利要求1所述的海域天然气水合物试采点监测系统，其特征在于，所述的数据可视化单元利用Arcgis软件结合GPS数据将监测数据以多维图形界面显示。

5.一种海域天然气水合物试采点监测方法，其特征在于，在海平面上设置用于监测海表大气甲烷、二氧化碳浓度、气象数据和GPS数据的大气监测装置；设置用于监测表层海水甲烷、二氧化碳浓度的表层海水监测装置；在试采井管道中设置监测试采井管道甲烷浓度、温度、湿度和含沙量的试采井监测装置；分别将大气监测装置、表层海水监测装置和试采井监测装置的监测数据发送至控制台进行分析、筛选和多维展示。

6.根据权利要求5所述的海域天然气水合物试采点监测方法，其特征在于，所述的含沙量采用红外光散射法进行测量。

7.根据权利要求5所述的海域天然气水合物试采点监测方法，其特征在于，所述的多维展示利用Arcgis软件结合GPS数据完成。