CN108613663B - 基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋观测领域，具体说是一种基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统及方法，两台绞车安装于底层平台上，在顶层平台下表面焊接定滑轮组，承重通讯缆从绞车A引出后绕过定滑轮组后入海，承重通讯缆在经过锚定重物上的动滑轮组后回到另一绞车上，顶层平台下的定滑轮组上垂吊下来定位钢缆，定位钢缆的底端连接在锚定重物上，观测装置附着于承重通讯缆，随其上下运动，并在运动过程中进行数据采集，两台绞车的运动受中控装置的控制。本发明可以在设备定期维护时，更换电池，下载数据；本发明依靠单一观测装置实现海洋全剖面观测，并具有运行稳定可靠和能耗低等特点。

Description

基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统及方法

技术领域

本发明属于海洋观测领域，具体说是一种基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统及方法。

背景技术

二十一世纪是海洋的世纪，同时，海洋也是能源开采的热点。比如，我国南沙海域的石油储量丰富，具有油气开发的良好前景和条件。要在海上开采石油，保障海洋石油平台的安全性，必须对海洋工程设施产生重大作用和影响的海洋环境有充分的了解。实际观测表明，海洋中对海洋工程设施产生重大作用和影响主要是海洋内波和海流等。内波是灾害性海洋环境之一，海洋内波流可产生巨大的水平推力，威胁半潜式及锚定石油平台稳定性，使平台的主体结构和立管系统发生整体推移或扭转。周期性内波的剪切还会导致FPSO(浮式生产储油卸油装置)和浮式平台锚系疲劳破坏，也会使得深吃水浮体、系泊系统或立管系统处于持续不断的流动和尾涡作用之下，产生显著的涡激振动，降低平台装备的操作性能，并会引发碰撞和疲劳断裂，严重威胁系统的作业安全和性能；内波也会影响钻井作业操控。海洋石油平台建设和运行过程中要求掌握这些动态的海洋水文环境变化。

目前，对石油平台周边海洋水文环境变化的监测多采样在平台周边布放潜标，或者在石油平台上人工吊放设备观测，潜标观测很难实现对所有海洋环境要素进行从海面到海底的立体观测，人工吊放设备费时、费力。

发明内容

为了开展对海洋石油平台所处海域海洋水温、盐度和海流等水文环境的观测，本发明的目的在于提供一种基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的观测系统包括顶层平台、定滑轮组、承重通讯缆、底层平台、绞车A、绞车B、定位钢缆、锚定装置、观测装置及中控装置，其中绞车A与绞车B分别安装于底层平台上，并分别与安装在底层平台上的中控装置连接、由该中控装置控制运动；所述顶层平台上设有多个定滑轮组；所述锚定装置包括动滑轮组、提拉架及重物，该提拉架上表面的两侧分别安装有所述动滑轮组，下表面的两侧分别连接有重物；所述承重通讯缆的一端缠绕在绞车A上，另一端分别绕过该绞车A上方的定滑轮组、所述提拉架两侧的动滑轮组，再由所述绞车B上方的定滑轮组绕过后缠绕在该绞车B上；所述提拉架两侧的动滑轮组与各自上方定滑轮组之间的承重通讯缆中间设有定位钢缆，该定位钢缆的一端缠绕在定滑轮组上，另一端与所述提拉架连接，所述定位钢缆一端缠绕的定滑轮组位于绞车A上方的定滑轮组与绞车B上方的定滑轮组之间；在任一侧所述动滑轮组与上方的定滑轮组之间的承重通讯缆上安装有所述观测装置，该观测装置随所述承重通讯缆上下运动，并在运动过程中进行数据采集；

其中：所述定滑轮组包括定滑轮架、定滑轮及定滑轮芯轴，该定滑轮架的一端安装在顶层平台的下表面，另一端连接有所述定滑轮芯轴，所述定滑轮转动安装在该定滑轮芯轴上；

所述提拉架为方管，该方管上铰接有位于两侧所述动滑轮组之间的吊环；

所述动滑轮组包括动滑轮、动滑轮架及动滑轮芯轴，该动滑轮架的一端安装在所述提拉架上，另一端连接有所述动滑轮芯轴，所述动滑轮安装在该动滑轮芯轴上；

所述观测装置包括卡缆板、传感器上半夹、传感器下半夹、观测设备及紧固螺栓，该卡缆板、传感器上半夹与传感器下半夹通过紧固螺栓相连接；所述传感器上半夹的一侧与卡缆板之间夹紧有所述承重通讯缆，所述传感器上半夹的另一侧与传感器下半夹之间夹紧有所述观测设备；

所述卡缆板朝向传感器上半夹的一侧及传感器上半夹的一侧分别开设有容置承重通讯缆的弧形槽，所述传感器上半夹的另一侧与传感器下半夹朝向传感器上半夹的一侧分别开设有容置观测设备的弧形槽；

本发明基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统的固定方法为：首先，组合安装所述锚定装置，吊放在底层平台上；根据所述顶层平台到海底的距离，确定所述定位钢缆的长度，所述锚定装置中的提拉架连接于定位钢缆的一端，并将该定位钢缆的另一端固定在位于绞车A上方的定滑轮组与绞车B上方的定滑轮组之间的定滑轮组上；所述承重通讯缆的三分之一缠绕在绞车A上，中间的三分之一绕过该绞车A上方的定滑轮组后，顺着绕过所述锚定装置中的动滑轮组，然后回绕到位于绞车B上方的定滑轮组，最后承重通讯缆剩余的三分之一部分缠绕到绞车B上；启动所述绞车A和绞车B放出承重通讯缆，根据观测水层深度需要刹车后，在所述承重通讯缆上加挂不同的观测装置，如此重复，直到所有观测装置加挂完毕，并将所述锚定装置下放到海底；

在组合安装所述锚定装置时，在提拉架上表面的两侧分别安装动滑轮组，下表面的每侧都由多个重物通过拉紧螺栓串接，形成重块；

本发明基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统的维护方法为：所述中控装置控制绞车B闭合离合器、绞车A松开离合器，绞车B上电回收承重通讯缆至绞车B的滚筒，同时所述绞车A自由旋转放出承重通讯缆；当观测装置露出海面至所述底层平台时，停止转动绞车B，卸下观测装置，下载数据更换电池后，将观测装置重新固定到承重通讯缆上；再启动绞车B回收承重通讯缆，直到下一个观测装置露出海面至所述底层平台，下载数据更换电池后再重新固定到承重通讯缆上；如此反复，直到最下面一个观测装置维护完毕；最后，所述绞车A闭合离合器，绞车B松开离合器，上电转动绞车A，将承重通讯缆往绞车A的滚筒上缠绕，从而使观测装置下沉，直至所有观测装置就位，完成维护。

本发明的优点与积极效果为：

1.系统布放操作方便。本发明具有双绞车成180°扯紧承重通讯缆，使其不容易绞缠，同时，下落过程中重物不会打转；另外，定位钢缆可以确保锚定装置下落海底就位，并根据定位钢缆绷紧和松弛情况，放出承重通讯缆的长度，确保钢缆不至于过于松弛。

2.观测装置维护简易方便。本发明在观测装置维护时无需提升锚定重物，只是将承重通讯缆沿着定滑轮组和动滑轮组向两个不同的绞车进行收放，即可将观测装置拉出水面或者布放水下工作。

附图说明

图1为本发明基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统的整体结构示意图；

图2为本发明定滑轮组的结构示意图；

图3为本发明锚定装置的结构示意图；

图4为本发明动滑轮的结构示意图；

图5为本发明锚定装置中提拉架的结构示意图；

图6为本发明水文观测装置的结构示意图；

其中：1 为顶层平台，2 为定滑轮组，3 为承重通讯缆，4 为底层平台，5 为绞车A，6 为绞车B，7 为定位钢缆，8 为钢缆扎头，9 为锚定装置，10 为观测装置，11 为中控装置；

201 为定滑轮架，202 为定滑轮，203 为轴承，204 为定滑轮芯轴，205 为定滑轮螺母，206 为定滑轮平垫，207 为定滑轮弹垫，208 为开口销，209 为定滑轮挡圈；

901 为动滑轮组，902 为提拉架，903 为重物，904 为拉紧螺栓；

90101 为动滑轮，90102 为动滑轮架，90103 为动滑轮挡圈，90104 为动滑轮芯轴，90105 为动滑轮螺母，90106 为动滑轮平垫；

90201 为方管，90202 为吊环；

1001 为卡缆板，1002 为传感器上半夹，1003 为传感器下半夹，1004 为观测设备，1005 为紧固螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明的基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统包括顶层平台1、定滑轮组2、承重通讯缆3、底层平台4、绞车A5、绞车B6、定位钢缆7、锚定装置9、观测装置10及中控装置11，其中绞车A5与绞车B6分别安装于底层平台4上，并分别与安装在底层平台4上的中控装置11(本发明的中控装置11为现有技术)连接、由该中控装置11控制运动；在顶层平台1的下表面焊接有多个定滑轮组2；本实施例的定滑轮组2为三个，位于两侧的定滑轮组2分别在绞车A5和铰车B6的上方。承重通讯缆3的一端缠绕在绞车A5上，另一端从绞车A5引出后绕过该绞车A5上方的定滑轮组2后入海，再绕过提拉架902两侧的动滑轮组901、绞车B6上方的定滑轮组2后，缠绕在绞车B6上。顶层平台1下表面位于中间的定滑轮组上垂吊下来定位钢缆7，定位钢缆7的底端连接在锚定装置9上。观测装置10附着于任一侧动滑轮组901与上方的定滑轮组2之间的承重通讯缆3上，观测装置10采用平台吊挂方式进行安装。观测装置10随承重通讯缆3上下运动，并在运动过程中进行数据采集。

如图2所示，定滑轮组2包括定滑轮架201、定滑轮202、轴承203、定滑轮芯轴204、定滑轮螺母205、定滑轮平垫206、定滑轮弹垫207、开口销208及定滑轮挡圈209，该定滑轮架201的一端焊接在顶层平台1的下表面，另一端插接有定滑轮芯轴204，定滑轮202的内孔套装两个轴承203，定滑轮芯轴204穿过两个轴承203的轴心后用定滑轮螺母205、定滑轮平垫206、定滑轮弹垫207和开口销208固定在定滑轮架201上，并在两个轴承203的外侧分别用定滑轮挡圈209加以限位。

如图3所示，锚定装置9包括动滑轮组901、提拉架902及重物903，该提拉架902上表面的两侧分别安装有动滑轮组901，下表面的两侧分别连接有重物903；每侧的重物903均为多个，由拉紧螺栓904串接后固接到提拉架902上，构成重块。如图4所示，动滑轮组901包括动滑轮90101、动滑轮架90102、动滑轮挡圈90103、动滑轮芯轴90104、动滑轮螺母90105及动滑轮平垫90106，该动滑轮架90102的一端焊接在提拉架902上，另一端插接有动滑轮芯轴90104，并用动滑轮螺母90105及动滑轮平垫90106固定在动滑轮架90102上，在动滑轮90101套在动滑轮芯轴90104上，并在动滑轮90101的两侧分别用动滑轮挡圈90103加以限位。如图5所示，提拉架902为方管90201，该方管90201上铰接有位于两侧动滑轮组901之间的两个吊环90202，定位钢缆7的底端由这两上吊环90202穿过，并通过钢缆扎头8固定。

如图6所示，观测装置10包括卡缆板1001、传感器上半夹1002、传感器下半夹1003、观测设备1004及紧固螺栓1005，该卡缆板1001、传感器上半夹1002与传感器下半夹1003通过紧固螺栓1005相连接。卡缆板1001朝向传感器上半夹1002的一侧及传感器上半夹1002的一侧分别开设有容置承重通讯缆3的弧形槽，传感器上半夹1002的一侧与卡缆板1001之间夹紧承重通讯缆3。传感器上半夹1002的另一侧与传感器下半夹1003朝向传感器上半夹1002的一侧分别开设有容置观测设备1004的弧形槽，传感器上半夹1002的另一侧与传感器下半夹1003之间夹紧观测设备1004。

本发明基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统的固定方法为：

首先，组合安装锚定装置9，在提拉架902上表面的两侧分别安装动滑轮组901，下表面的每侧都由多个重物903通过拉紧螺栓904串接，形成重块，然后将锚定装置9吊放在底层平台4上。顶层平台1到海底的距离，确定定位钢缆7的长度，锚定装置9中的提拉架902连接于定位钢缆7的一端，并将该定位钢缆7的另一端固定在位于绞车A5上方的定滑轮组与绞车B6上方的定滑轮组之间的定滑轮组上(即三个定滑轮组中的中间那一个定滑轮组)；承重通讯缆3的三分之一缠绕在绞车A5上，中间的三分之一绕过该绞车A5上方的定滑轮组后，顺着绕过锚定装置9中的两个动滑轮组901，然后回绕到位于绞车B6上方的定滑轮组，最后承重通讯缆3剩余的三分之一部分缠绕到绞车B6上。启动绞车A5和绞车B6，放出承重通讯缆3，根据观测水层深度需要刹车后，在承重通讯缆3上加挂不同的水文观测装置10，如此重复，直到所有观测装置10加挂完毕，并将锚定装置9下放到海底。

本发明基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统的维护方法为：

绞车B6闭合离合器，绞车A5松开离合器，绞车B6上电回收承重通讯缆3至绞车B6的滚筒，同时绞车A5自由旋转放出承重通讯缆3；当观测装置10露出海面至底层平台4时，停止转动绞车B6，卸下观测装置10，下载数据更换电池后，将观测装置10重新固定到承重通讯缆3上；再启动绞车B6回收承重通讯缆3，直到下一个观测装置10露出海面至底层平台4，下载数据更换电池后再重新固定到承重通讯缆3上；如此反复，直到最下面一个观测装置10维护完毕。最后，绞车A5闭合离合器，绞车B6松开离合器，上电转动绞车A5，将承重通讯缆3往绞车A5的滚筒上缠绕，从而使观测装置10下沉，直至所有观测装置10就位，完成维护。

Claims (9)

1.一种基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统，其特征在于：包括顶层平台（1）、定滑轮组（2）、承重通讯缆（3）、底层平台（4）、绞车A（5）、绞车B（6）、定位钢缆（7）、锚定装置（9）、观测装置（10）及中控装置（11），其中绞车A（5）与绞车B（6）分别安装于底层平台（4）上，并分别与安装在底层平台（4）上的中控装置（11）连接、由该中控装置（11）控制运动；所述顶层平台（1）上设有多个定滑轮组（2）；所述锚定装置（9）包括动滑轮组（901）、提拉架（902）及重物（903），该提拉架（902）上表面的两侧分别安装有所述动滑轮组（901），下表面的两侧分别连接有重物（903）；所述承重通讯缆（3）的一端缠绕在绞车A（5）上，另一端分别绕过该绞车A（5）上方的定滑轮组（2）、所述提拉架（902）两侧的动滑轮组（901），再由所述绞车B（6）上方的定滑轮组（2）绕过后缠绕在该绞车B（6）上；所述提拉架（902）两侧的动滑轮组（901）与各自上方定滑轮组（2）之间的承重通讯缆（3）中间设有定位钢缆（7），该定位钢缆（7）的一端缠绕在定滑轮组（2）上，另一端与所述提拉架（902）连接，所述定位钢缆（7）一端缠绕的定滑轮组（2）位于绞车A（5）上方的定滑轮组与绞车B（6）上方的定滑轮组之间；在任一侧所述动滑轮组（901）与上方的定滑轮组（2）之间的承重通讯缆（3）上安装有所述观测装置（10），该观测装置（10）随所述承重通讯缆（3）上下运动，并在运动过程中进行数据采集；所述绞车A（5）的离合器与绞车B（6）的离合器在进行自动观测系统维护时工作状态相反，即绞车A（5）的离合器闭合/松开时，绞车B（6）的离合器松开/闭合，所述绞车A（5）进行承重通讯缆（3）的收/放时，所述绞车B（6）进行承重通讯缆（3）的放/收。

2.根据权利要求1所述基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统，其特征在于：所述定滑轮组（2）包括定滑轮架（201）、定滑轮（202）及定滑轮芯轴（204），该定滑轮架（201）的一端安装在顶层平台（1）的下表面，另一端连接有所述定滑轮芯轴（204），所述定滑轮（202）转动安装在该定滑轮芯轴（204）上。

3.根据权利要求1所述基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统，其特征在于：所述提拉架（902）为方管（90201），该方管（90201）上铰接有位于两侧所述动滑轮组（901）之间的吊环（90202）。

4.根据权利要求1所述基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统，其特征在于：所述动滑轮组（901）包括动滑轮（90101）、动滑轮架（90102）及动滑轮芯轴（90104），该动滑轮架（90102）的一端安装在所述提拉架（902）上，另一端连接有所述动滑轮芯轴（90104），所述动滑轮（90101）安装在该动滑轮芯轴（90104）上。

5.根据权利要求1所述基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统，其特征在于：所述观测装置（10）包括卡缆板（1001）、传感器上半夹（1002）、传感器下半夹（1003）、观测设备（1004）及紧固螺栓（1005），该卡缆板（1001）、传感器上半夹（1002）与传感器下半夹（1003）通过紧固螺栓（1005）相连接；所述传感器上半夹（1002）的一侧与卡缆板（1001）之间夹紧有所述承重通讯缆（3），所述传感器上半夹（1002）的另一侧与传感器下半夹（1003）之间夹紧有所述观测设备（1004）。

6.根据权利要求5所述基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统，其特征在于：所述卡缆板（1001）朝向传感器上半夹（1002）的一侧及传感器上半夹（1002）的一侧分别开设有容置承重通讯缆（3）的弧形槽，所述传感器上半夹（1002）的另一侧与传感器下半夹（1003）朝向传感器上半夹（1002）的一侧分别开设有容置观测设备（1004）的弧形槽。

7.一种权利要求1至6任一权利要求所述基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统的固定方法，其特征在于：首先，组合安装所述锚定装置（9），吊放在底层平台（4）上；根据所述顶层平台（1）到海底的距离，确定所述定位钢缆（7）的长度，所述锚定装置（9）中的提拉架（902）连接于定位钢缆（7）的一端，并将该定位钢缆（7）的另一端固定在位于绞车A（5）上方的定滑轮组与绞车B（6）上方的定滑轮组之间的定滑轮组上；所述承重通讯缆（3）的三分之一缠绕在绞车A（5）上，中间的三分之一绕过该绞车A（5）上方的定滑轮组后，顺着绕过所述锚定装置（9）中的动滑轮组（901），然后回绕到位于绞车B（6）上方的定滑轮组，最后承重通讯缆（3）剩余的三分之一部分缠绕到绞车B（6）上；启动所述绞车A（5）和绞车B（6）放出承重通讯缆（3），根据观测水层深度需要刹车后，在所述承重通讯缆（3）上加挂不同的观测装置（10），如此重复，直到所有观测装置（10）加挂完毕，并将所述锚定装置（9）下放到海底。

8.根据权利要求7所述的固定方法，其特征在于：在组合安装所述锚定装置（9）时，在提拉架（902）上表面的两侧分别安装动滑轮组（901），下表面的每侧都由多个重物（903）通过拉紧螺栓（904）串接，形成重块。

9.一种权利要求1至6任一权利要求所述基于海洋石油平台的海洋垂直剖面自动观测系统的维护方法，其特征在于：所述中控装置（11）控制绞车B（6）闭合离合器、绞车A（5）松开离合器，绞车B（6）上电回收承重通讯缆（3）至绞车B（6）的滚筒，同时所述绞车A（5）自由旋转放出承重通讯缆（3）；当观测装置（10）露出海面至所述底层平台（4）时，停止转动绞车B（6），卸下观测装置（10），下载数据更换电池后，将观测装置（10）重新固定到承重通讯缆（3）上；再启动绞车B（6）回收承重通讯缆（3），直到下一个观测装置（10）露出海面至所述底层平台（4），下载数据更换电池后再重新固定到承重通讯缆（3）上；如此反复，直到最下面一个观测装置（10）维护完毕；最后，所述绞车A（5）闭合离合器，绞车B（6）松开离合器，上电转动绞车A（5），将承重通讯缆（3）往绞车A（5）的滚筒上缠绕，从而使观测装置（10）下沉，直至所有观测装置（10）就位，完成维护。

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