CN109211081A - 水下装备环境地层位移数据探测系统 - Google Patents

水下装备环境地层位移数据探测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水下装备环境地层位移数据探测系统，发射单元的发射器埋设于海底地层深处的基岩层；发射单元的信号发生电路、模拟开关、功放电路集成，与接收单元一起位于海底设备；接收单元对由发射器产生并穿过基岩层及其上方地层的磁场进行探测；DSP单元设有DSP处理器，与模拟开关信号连接，提供驱使模拟开关动作的信号，控制发射器产生磁场；DSP单元还从接收单元获取与所探测磁场对应的数据进行分析；PC机从DSP处理器获取对应于发射器所产生磁场的数据及对应于接收单元所探测磁场的数据来进行比较，分析磁场变化来得到发射器与接收器的相对位置信息，进而得到地层的位移数据，及时对海底油气田的安全进行评估和采取预防措施，避免事故发生。

Description

水下装备环境地层位移数据探测系统
技术领域
本发明涉及一种水下装备环境地层位移数据探测系统。
背景技术
目前探测海底地层的工作主要探测油气田阶段，探测的方法有可控源电磁（MCSEM）法，通过此方法测量到反映海底地层结构的电磁场，由此再推断地下导电率空间分布，进而确定油气藏的位置。或者为研究海底地震而进行断层探测，路域根据覆盖层的厚度和物性的差异及断层的规模及性质等的不同，常用高密度电法、高分辨率地震勘探、地质雷达、微重力测量、高精度磁测及放射性气体探测等，随着工程项目领域的不断拓展，海底地层探测也逐渐成为我们工作的一个重要组成部分。
海洋油气田生产中，在作业海底，往往存在软弱夹层、不均匀地层、埋藏古河道、海底滑坡、浅层高压气等特殊地层和灾害地质，可能引发自升式平台桩腿不均匀沉降、平台倾斜滑移、海底管道悬跨断裂、钻井平台井喷等生产事，安装完之后的水下设备周围的环境需要随时监控，防止其遭到自然或人为因素的破坏，影响海底油气田的安全生产。
现有的地层位移监测设备基本都只应用于陆地隧道工程，隧道壁的位移变性，多采用激光位移计或是钻孔多点位移计进行监测，在海底环境之中因压力，密封等因素这些技术都未能应用于海底地层的监测。而海底地层的测量也只是在勘探油气田前期进行油层的探测时通过声呐测线的方法，测绘出海底地层的形貌。后续在设备安装完之后的监测也只能是在生产期间间断的进行监测，不能够及时地了解地层的位移变化。
发明内容
本发明提供一种水下装备环境地层位移数据探测系统，用于实时监测海底设备周围环境中的因各种因素导致的地层位移数据，从而及时对海底油气田的安全进行评估和采取预防措施，避免发生油气田重大事故。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种水下装备环境地层位移数据探测系统，其包含：
发射单元，其设有依次信号连接的信号发生电路、模拟开关、功放电路、发射器；其中，所述发射器埋设于海底地层深处的基岩层中；所述信号发生电路、模拟开关、功放电路集成在一起，设置在海底设备中；
接收单元，也设置在所述海底设备中，对由发射器产生并穿过基岩层及其上方地层的磁场进行探测；
DSP单元，设置有DSP处理器，与所述模拟开关信号连接，来提供驱使模拟开关执行开关动作的信号，以控制发射器来产生磁场；所述DSP单元还与所述接收单元信号连接，从接收单元获取与所探测磁场对应的数据，在DSP处理器处进行分析；
PC机，与所述DSP处理器信号连接，获取对应于发射器所产生磁场的数据及对应于接收单元所探测磁场的数据来进行比较，分析磁场变化来得到发射器与接收器的相对位置信息，进而得到地层的位移数据。
可选地，所述信号发生电路、模拟开关、功放电路集成设置在海底设备的控制系统模块中。
可选地，所述发射器通过电缆，与集成设置的信号发生电路、模拟开关、功放电路信号连接。
可选地，所述接收单元包含依次信号连接的接收器、放大电路、滤波电路、相敏检波模块；所述接收器进行磁场探测；所述相敏检波模块与所述DSP单元信号连接。
可选地，所述DSP单元包含与所述接收单元信号连接的A/D电路，将对应于所探测磁场的数据进行模数转换后，提供给与该A/D电路信号连接的DSP处理器。
可选地，所述PC机还向DSP处理器发送检测指令，以控制DSP单元来提供驱使模拟开关执行开关动作的信号，来控制发射器产生磁场。
可选地，PC机设有数据读取端口与水下机器人信号连接。
可选地，所述发射单元的磁场发射源采用直流脉冲磁场，其电流通过海底设备中的供电单元提供。
有益技术效果：
本发明将电磁跟踪技术用于海底地层位移数据监测，在油气生产过程中能实时监测地层位移情况，保障海底油气田的安全作业，收集到的数据可提供海洋地层的运动情况，为海洋地质研究提供有力的数据。
本发明的发射单元中，发射器固定于深层基岩中，并通过电缆与其它部件连接，而其它电路和接收单元全部集成在一起安装于海底设备的控制系统模块（SCM）中，如此便能克服水下环境所带来的影响，在PC端增加水下机器人（ROV）数据读取端口，可以直接将检测信号输出，也可通过此端口发射监测指令监测。
附图说明
图1是水下装备环境地层位移数据探测系统的示意图。
具体实施方式
本发明采用电磁跟踪系统的原理，用三轴线圈作为发射源，向其中通入交流或直流脉冲信号，线圈周围会感应出磁场。利用磁传感器探测空间位置磁场变化，就能反映出传感器与磁场发射源的相对位置和方向的变化。
如图1所示，在水下装备环境地层位移数据探测系统中，包含：发射单元1、接收单元2、DSP单元3、PC机5。图中还示出基岩层200及其上方的盖层100。
所述发射单元1包含依次信号连接的信号发生电路1-1、模拟开关1-2、功放电路1-3、发射器1-4。在实际设计过程，除发射器1-4埋设于基岩层200中之外，发射单元1中的其它部件全部集成在一起，与接收单元2一起固定安装于海底设备中。所述海底设备位于盖层100之上。
即，所述发射器1-4作为基准点在海底设备安装之前放置到地层及岩层，信号发生电路1-1、模拟开关1-2、功放电路1-3设置在海底设备的控制系统模块（SCM）中，与发射器1-4之间通过电缆连接。
所述接收单元2包含依次信号连接的接收器2-1、放大电路2-2、滤波电路2-3、相敏检波模块2-4。所述DSP单元3包含依次信号连接的A/D电路3-1、DSP处理器3-2，能够将接收到的模拟信号转换为数字信号供PC机5进行数据分析及收集。所述PC机5作为数据处理终端，提供收集处理数据和发射操作指令的平台。
PC机5将检测指令发至DSP处理器3-2，DSP处理器3-2可以是一种高性能模数微处理器，其将模拟开关1-2打开，信号发生电路1-1中的电流通过模拟开关1-2及功放电路1-3后，让发射器1-4开始发生磁场。需要说明的是磁场发射源的激励方式，主要有两种方式：交流磁场（AC方式）、直流脉冲磁场（DC方式）。直流脉冲磁场方式采用直流的激励方式，交流磁场采用交流的激励方式。交变磁场会在金属物质内激起涡流，进而干扰磁场源，影响测量精度，故本发明中优选是采用直流脉冲磁场，其电流可以直接通过海底设备中的供电单元提供。
产生的空间磁场经过接收器2-1接收，在接收单元2内传递处理，并传递至DSP单元3后做进一步分析处理，最终PC机5得到发射器1-4和接收器2-1的相对位置信息等，当基岩层200或是海底设备发生位移时，后续的监测数据将与首次监测得到的数据发生变化，从而得到地层的位移数据。为得到更多的位移数据，可以安装多套此系统，以便进行数据对比。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，包含：
发射单元（1），其设有依次信号连接的信号发生电路（1-1）、模拟开关（1-2）、功放电路（1-3）、发射器（1-4）；其中，所述发射器（1-4）埋设于海底地层深处的基岩层（200）中；所述信号发生电路（1-1）、模拟开关（1-2）、功放电路（1-3）集成在一起，设置在海底设备中；
接收单元（2），也设置在所述海底设备中，对由发射器（1-4）产生并穿过基岩层（200）及其上方地层的磁场进行探测；
DSP单元（3），设置有DSP处理器（3-2），与所述模拟开关（1-2）信号连接，来提供驱使模拟开关（1-2）执行开关动作的信号，以控制发射器（1-4）来产生磁场；所述DSP单元（3）还与所述接收单元（2）信号连接，从接收单元（2）获取与所探测磁场对应的数据，在DSP处理器（3-2）处进行分析；
PC机（5），与所述DSP处理器（3-2）信号连接，获取对应于发射器（1-4）所产生磁场的数据及对应于接收单元（2）所探测磁场的数据来进行比较，分析磁场变化来得到发射器（1-4）与接收器（2-1）的相对位置信息，进而得到地层的位移数据。
2.如权利要求1所述水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，
所述信号发生电路（1-1）、模拟开关（1-2）、功放电路（1-3）集成设置在海底设备的控制系统模块中。
3.如权利要求1或2所述水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，
所述发射器（1-4）通过电缆，与集成设置的信号发生电路（1-1）、模拟开关（1-2）、功放电路（1-3）信号连接。
4.如权利要求1所述水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，
所述接收单元（2）包含依次信号连接的接收器（2-1）、放大电路（2-2）、滤波电路（2-3）、相敏检波模块（2-4）；所述接收器（2-1）进行磁场探测；所述相敏检波模块（2-4）与所述DSP单元（3）信号连接。
5.如权利要求1或4所述水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，
所述DSP单元（3）包含与所述接收单元（2）信号连接的A/D电路（3-1），将对应于所探测磁场的数据进行模数转换后，提供给与该A/D电路（3-1）信号连接的DSP处理器（3-2）。
6.如权利要求1所述水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，
所述PC机（5）还向DSP处理器（3-2）发送检测指令，以控制DSP单元（3）来提供驱使模拟开关（1-2）执行开关动作的信号，来控制发射器（1-4）产生磁场。
7.如权利要求1或6所述水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，
PC机（5）设有数据读取端口与水下机器人信号连接。
8.如权利要求1所述水下装备环境地层位移数据探测系统，其特征在于，
所述发射单元（1）的磁场发射源采用直流脉冲磁场，其电流通过海底设备中的供电单元提供。
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