CN110030499A - 在线式水下油气泄漏安全监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种在线式水下油气泄漏安全监控装置及方法。所述装置包括：在水下生产设备的油气生产管路上间隔设置的至少两个水下声呐探头，分别设置在各水下声呐探头上的摄像头，与各水下声呐探头和各摄像头连接的控制器，以及与控制器连接的维护装置；控制器，用于根据各水下声呐探头发送的水下声信号以及各摄像头发送的图片，确定泄漏位置；将维护装置的当前位置到泄漏位置的目标行动路线传输给维护装置；维护装置，用于按照目标行动路线，移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作。本发明实施例的技术方案，实现了实时监测并维护水下油气泄漏，保证油气生产安全，避免污染海洋环境。

Description

在线式水下油气泄漏安全监控装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及水下油气生产行业安全监控技术领域，尤其涉及一种在线式水下油气泄漏安全监控装置及方法。

背景技术

随着人类对于海洋深水能源开发活动的不断扩大，水下油气资源泄漏事故的发生频率越来越高。

目前，人们大多利用水下遥控机器人进行定期人工巡检，或者通过油气资源产出流量的变化来阶段性的评估水下生产设备是否发生油气泄漏。但是，现有方法只能判断水下生产设备在一段时间内是否发生泄漏，并不能在水下生产设备发生油气泄漏时立刻发现，也不能检测油气泄露的具体位置，导致在水下生产设备已经发生较长时间的油气泄漏，或者由轻微泄漏在短时间内扩大至严重泄漏时，没有对水下生产设备及时进行维护操作，进而，当人们发现泄漏事故发生时，水下已经沉积了大量的泄漏油气，危害了油气田的生产安全，同时对周边海洋环境造成了严重污染。

发明内容

本发明实施例提供一种在线式水下油气泄漏安全监控装置及方法，以实现实时监测并维护水下油气泄漏，保证油气生产安全，避免污染海洋环境。

第一方面，本发明实施例提供了一种在线式水下油气泄漏安全监控装置，包括：在水下生产设备的油气生产管路上间隔设置的至少两个水下声呐探头，分别设置在各所述水下声呐探头上的摄像头，与各所述水下声呐探头和各所述摄像头连接的控制器，以及与所述控制器连接的维护装置；

所述控制器，用于根据各水下声呐探头发送的水下声信号以及各摄像头发送的图片，确定泄漏位置；将所述维护装置的当前位置到泄漏位置的目标行动路线传输给所述维护装置；

所述维护装置，用于按照所述目标行动路线，移动到泄漏位置进行所述水下生产设备的维护操作。

可选的，所述装置还包括：

在所述油气生产管路上间隔设置的至少两个流量传感器；

所述控制器与各所述流量传感器连接，用于确定泄露位置后，将设置于泄漏位置旁边的流量传感器测量的泄漏流量，设置于泄漏位置旁边的水下声呐探头测量的水下声信号以及设置于泄漏位置旁边的摄像头拍摄的图片的灰度分布输入至拟合方程，获得泄露速度；

其中，所述拟合方程是根据真实泄露位置旁边的泄露流量、水下声信号、图片的灰度分布和真实泄露速度拟合得到的。

可选的，所述装置还包括：

在所述油气生产管路上间隔设置的至少两个管道阀门，相邻两个管道阀门间连接有备用管路；

所述管道阀门用于切换所述油气生产管路和备用管路；

所述控制器与各所述管道阀门连接，用于确定泄露位置后，控制泄露位置两侧的管道阀门切换至备用管路，以及在维护装置完成维护操作后，控制泄露位置两侧的管道阀门切换回油气生产管路。

可选的，所述装置还包括：包括所述控制器的海面平台，以及通过尾部电缆与各所述水下声呐探头和各所述摄像头连接的电子舱；

所述电子舱通过固定件设置在所述水下生产设备上，并通过供电通讯电缆与固定件上的湿插拔电接头插座的一端连接，所述湿插拔电接头插座的另一端连接海面平台；

所述电子舱与各所述管道阀门连接，用于通过湿插拔电接头插座向海面平台发送水下声信号和图片，接收海面平台返回的管道阀门控制信号，并根据管道阀门控制信号控制对应的管道阀门切换管路。

可选的，所述电子舱包括：电磁阀底座总成，电子舱壳体以及电子模块总成；

所述电子舱壳体为圆筒形结构，包括上舱室、下舱室、分隔所述上舱室和所述下舱室的隔板以及设置在所述隔板上的第一电缆穿壁接头；

所述第一电缆穿壁接头用于在上舱室和下舱室之间提供电线连接，并对上舱室和下舱室之间进行防水密封。

可选的，所述电磁阀底座总成包括：电磁阀底座，两位三通电磁阀，压力传感器以及密封圈；

所述两位三通电磁阀设置在电磁阀底座上，用于控制管道阀门的液压促动器；

所述压力传感器用于监测两位三通电磁阀内部输出油路的液压；

所述密封圈为两级密封圈，用于对电磁阀底座与电子舱壳体进行防水密封；

其中，所述电磁阀底座包括：第一接口，第二接口，第三接口，第四接口，第五接口以及第六接口；所述第五接口和第六接口的输入端连接至两位三通电磁阀，输出端连接至液压促动器；

所述第一接口用于输入高压液压；

所述第二接口用于输入低压液压；

所述第三接口用于低压回油；

所述第四接口用于高压回油；

所述第五接口用于输出低液压动力；

所述第六接口用于高压输出高液压动力；

所述两位三通电磁阀用于通过所述第五接口和第六接口输出的液压动力，控制管道阀门的开启和关断。

可选的，所述电子模块总成包括：电源支架，设置在所述电源支架上的电源整流滤波模块和第一变压器，信号采集处理模块，载波通讯模块以及电磁阀控制模块；

所述电源整流滤波模块设置在所述电源支架上，用于对经过第一变压器降压后的电压进行整流、滤波并输出各电子元件所需电压；

所述信号采集处理模块，用于向所述载波通讯模块传输水下声呐探头采集的水下声信号和摄像头拍摄的图片；

所述载波通讯模块用于将水下声信号和图片进行信号调制后发送至海面平台，或者，将海面平台返回的管道阀门控制信号进行解调后传输至电磁阀控制模块；

所述电磁阀控制模块用于驱动控制两位三通电磁阀换向。

可选的，所述海面平台还包括：与控制器连接的上位机、液压动力站和载波通讯单元，以及与所述载波通讯单元连接的第二变压器；

所述控制器用于接收上位机和/或液压动力站的管道阀门控制信号，并将所述管道阀门控制信号传输至载波通讯单元；

所述载波通讯单元用于将管道阀门控制信号调制加载到海面平台交流电信号中，并传输至第二变压器；

所述第二变压器用于将调制后的海面平台交流电信号升压后，传输至第一变压器进行降压。

可选的，所述装置还包括：脐带缆终端；

所述海面平台通过海底脐带缆与所述脐带缆终端连接；

所述脐带缆终端通过电飞缆与所述湿插拔电接头插座，以及通过液压飞线与所述水下生产设备连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种适用于所述的在线式水下油气泄漏安全监控装置的安全监控方法，包括：

接收各水下声呐探头发送的水下声信号，以及各摄像头发送的图片；

如果从各水下声呐探头发送的水下声信号中，检测到多个连续声信号，获取多个所述连续声信号处分别拍摄的多个目标图片；

根据多个目标图片的灰度分布，确定泄漏位置；

计算维护装置的当前位置到所述泄漏位置的目标行动路线，并传输给所述维护装置，以供所述维护装置移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作。

本发明实施例提供了一种在线式水下油气泄漏安全监控装置及方法，根据各水下声呐探头发送的水下声信号以及各摄像头发送的拍摄视角范围内的图片，确定泄漏位置，并通知维护装置按照目标行动路线，移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作，解决了现有技术中由于水下油气泄漏的发现滞后性导致的油气泄漏事故和海洋环境污染问题，实现了实时监测并维护水下油气泄漏，保证油气生产安全，避免对海洋环境造成污染。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图；

图3a是本发明实施例三中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图；

图3b是本发明实施例三中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图；

图3c是本发明实施例三中的一种电子舱的结构示意图；

图3d是本发明实施例三中的一种电磁阀底座总成的结构示意图；

图3e是本发明实施例三中的一种电磁阀底座的结构示意图；

图3f是本发明实施例三中的一种电子模块总成的结构示意图；

图3g是本发明实施例三中的一种电子模块总成的结构示意图；

图3h是本发明实施例三中的一种电子模块底座的结构示意图；

图3i是本发明实施例三中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图；

图4是本发明实施例四中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图；

图5是本发明实施例五中的一种在线式水下油气泄漏安全监控方法的流程图。

其中，100、油气生产管路；110、水下声呐探头；120、摄像头；130、控制器；140、维护装置；101、备用管路；121、流量传感器；131、海面平台；141、管道阀门；150、电子舱；151、尾部电缆；152、供电通讯电缆；153、湿插拔电接头插座；154、总支架；155、U形夹具；156、底板；160、固定件；2510、电磁阀底座总成；2520、电子舱壳体；2530、电子模块总成；2511、电磁阀底座；2512、两位三通电磁阀；2513、压力传感器；2514、密封圈；2501、第一接口；2502、第二接口；2503、第三接口；2504、第四接口；2505、第五接口；2506、第六接口；2531、电源支架；2532、电源整流滤波模块；2533、第一变压器；2534、信号采集处理模块；2535、载波通讯模块；2536、电磁阀控制模块；2537、电子模块底座；2538、印制电路板支架；2539、密封圈；2540、第二电缆穿壁接头；2541、液压堵头；170、上位机；180、液压动力站；190、载波通讯单元；200、第二变压器；2542、带通滤波器；2543、数模信号转换器；2544、水下微控单元；190、载波通讯单元；220、电源模块；260、脐带缆终端；261、海底脐带缆；262、电飞缆；263、液压飞线；264、液压促动器；265、水下生产设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图，本实施例可适用于实时监控水下生产设备的油气生产管路100，以确定泄露位置，并进行油气生产管路100的安全维护的情况，该装置可采用软件和硬件结合的方式实现。

如图1所示，本实施例的装置具体包括：在水下生产设备(未示出)的油气生产管路100上间隔设置的水下声呐探头110，分别设置在各水下声呐探头110上的摄像头120，与各水下声呐探头110和各摄像头120连接的控制器130，以及与控制器130连接的维护装置140。

其中，水下生产设备可以包括水下采油树、管汇以及管汇终端等设备，水下声呐探头110的设置位置是指水下生产设备的油气生产管路100上经常或者容易产生油气泄露的位置，水下声呐探头110的设置方式包括但不限于活动安装或者一体浇筑等方式，用于实时采集设置位置上的水下声信号，并将采集到的水下声信号发送至控制器130。

摄像头120采用活动安装或者一体浇筑等方式分别设置在各水下声呐探头110上，拍摄视角可朝向油气生产管路100，用于拍摄视角范围内的海水图片，并将拍摄的图片发送至控制器130。

控制器130，用于根据各水下声呐探头110发送的水下声信号以及各摄像头120发送的拍摄视角范围内的图片，确定泄漏位置。

本实施例中，控制器130实时获取各水下声呐探头110发送的水下声信号以及各摄像头120发送的其拍摄视角范围内的水下图片，利用在油气生产管路100中产生油气泄漏时，油气经泄漏位置的缝隙喷射形成湍流与油气生产管路100的管壁撞击产生连续声信号的原理，通过判断各水下声信号中是否存在连续声信号，确定油气生产管路100是否存在油气泄露。具体而言，如果从各水下声信号中检测到连续声信号，确定油气生产管路100存在油气泄露；如果未检测到连续声信号，确定油气生产管路100不存在油气泄露。一般情况下，由于油气生产管路100上间隔设置有至少两个水下声呐探头110，如果存在油气泄露，会检测到多个连续声信号。

考虑到水下声呐探头110采集的水下声信号受干扰比较多，例如海水流动带来的干扰，生物活动带来的干扰等，导致难以准确预测泄露位置。但是，油气泄露处的海水颜色较正常海水颜色深，利用此原理，当控制器130确定油气生产管路100存在油气泄露，即检测到多个连续水下声信号后，控制器130获取多个连续声信号处分别拍摄的多个目标图片，并对多个目标图片分别进行图像灰度处理；根据处理后的多个目标图片的灰度值分布，进一步确定油气生产管路100的具体泄露位置。

可选的，控制器130可以通过以下两种可选实施方式确定油气泄露位置。

第一种可选实施方式，控制器130从多张经过灰度处理的目标图片中选取灰度均值大于海水灰度值的目标图片，将拍摄所选目标图片的摄像头的拍摄视角范围当作油气泄露的预估范围，然后取该预估范围的中心区域作为油气泄露位置。其中，海水灰度值为正常海水的灰度值。

第二种可选实施方式，控制器130从多张经过灰度处理的目标图片中选取灰度值最大的目标图片，并将所选目标图片中灰度值最高的区域所对应的位置作为油气泄露位置。

控制器130在确定泄漏位置后，计算维护装置140的当前位置到所述泄漏位置的目标行动路线，并传输给所述维护装置140。

可选的，确定泄露位置之后，为了能够指示维护装置140准确移动到泄露位置进行维护操作，控制器130先获取维护装置140的当前位置，然后以维护装置140的当前位置为起点，以泄露位置为终点，规划目标行动路线，并将该目标行动路线传输给维护装置140。

维护装置140，用于按照目标行动路线，移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作。可选地，维护装置140对泄露位置处的油气生产管路100进行回收、关断或者修补。

本发明实施例提供的在线式水下油气泄漏安全监控装置包括至少两个水下声呐探头110、设置在各水下声呐探头上的摄像头120、控制器130和维护装置140。其中，控制器130根据各水下声呐探头110发送的水下声信号以及各摄像头120发送的拍摄视角范围内的图片，能够立刻发现油气泄露情况，并准确确定泄漏位置；此外，控制器130还通知维护装置140按照目标行动路线，移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作，解决了现有技术中由于水下油气泄漏的发现滞后性导致的油气泄漏事故和海洋环境污染问题，实现了水下油气泄漏的实时检测，并维护水下生产设备的油气生产管路100，保证油气生产安全，避免对海洋环境造成污染。

实施例二

在上述实施例的各可选实施方式的基础上，本实施例对水下油气泄露安全监控装置进一步优化，以在油气泄露时，及时、准确地获得泄露速度，以便采集合适的维护方式。

图2是本发明实施例二中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图，结合图2，在线式水下油气泄漏安全监控装置还包括：在油气生产管路100上间隔设置的至少两个流量传感器121；其中，流量传感器121可以包括测量天然气流量的传感器或者测量石油流量的传感器。可以是全部流量传感器121的设置位置与水下声呐探头110的设置位置相同或不同，也可以是部分流量传感器121的设置位置与水下声呐探头110的设置位置相同，部分不同。图2中，全部流量传感器121的设置位置与水下声呐探头110的设置位置不同。

可选的，控制器130与各流量传感器121连接，用于确定泄露位置后，将设置于泄漏位置旁边的流量传感器121测量的泄漏流量，设置于泄漏位置旁边的水下声呐探头110测量的水下声信号以及设置于泄漏位置旁边的摄像头120拍摄的图片的灰度分布输入至拟合方程，获得泄露速度。

其中，泄露位置旁边的流量传感器121、水下声呐探头110和摄像头120分别指距离泄露位置最近一侧或者两侧的流量传感器121、水下声呐探头110和摄像头120。例如图2中，泄露位置用实心圆圈标出，泄露位置旁边的流量传感器121、水下声呐探头110和摄像头120用虚线矩形框框出。

该拟合方程可以是线性拟合方程也可以是非线性拟合方程。例如线性拟合方式如式(1)所示：

Ax₁+Bx₂+Cx₃+η＝y；(1)

式(1)中，x₁是泄漏流量，x₂是水下声信号，x₃是灰度值分布，y是泄露速度，A、B和C分别是对应参数的权重，η是常量。

将根据真实泄露位置旁边的泄露流量、水下声信号、图片的灰度分布和真实泄露速度输入至式(1)所示的拟合方程中，采用最小二乘法等估计方法，估计出A、B、C和η，最终拟合得到上述拟合方程。

值得说明的是，流量传感器121虽然也能检测泄露速度，但是泄露速度的检测精度受流量传感器121与泄露位置的距离所影响，而现实场景中，油气生产管路100的任何位置均可能发生油气，导致有时候流量传感器121与泄露位置的距离不够接近，泄露速度的检测精度不高。发明人在实践过程中创造性地发现泄露速度不仅与泄露流量相关，还与水下声信号和灰度值分布相关，基于此，为了提高泄露速度的检测精度，创造性地提出了上述采用拟合方程得到泄露速度的方案，综合泄露流量、水下声信号和灰度值分布这三个相关因素，准确得到泄露速度。实验证明，本实施例拟合出的泄露速度与真实泄露速度的误差在1％以内，精度较高。

实施例三

在上述实施例的各可选实施方式的基础上，本实施例对水下油气泄露安全监控装置进一步优化，以通过管道阀门141快速阻止油气泄露，同时保证油气的正常生产和传输。图3a是本发明实施例三中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图，结合图3a，在线式水下油气泄漏安全监控装置还包括：在油气生产管路100上间隔设置的至少两个管道阀门141，相邻两个管道阀门141间连接有备用管路，管道阀门141的设置位置可以为容易产生油气泄露的位置的两侧。

管道阀门141用于切换油气生产管路100和备用管路101，即相邻两个管道阀门141可以通过同时截断油气生产管路100，并连通备用管路101的方式，实现由油气生产管路100到备用管路101的切换操作；也可以通过同时连通油气生产管路100，并截断备用管路101的方式，实现由备用管路101到油气生产管路100的切换操作。

可选的，控制器130与各管道阀门141连接，用于确定泄露位置后，控制泄露位置两侧的管道阀门141切换至备用管路101，以及在维护装置完成维护操作后，控制泄露位置两侧的管道阀门141切换回油气生产管路100。

图3b是本发明实施例三中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图，如图3b所示，在线式水下油气泄漏安全监控装置还包括：包括控制器130的海面平台131，以及通过尾部电缆151与各水下声呐探头110和各摄像头120连接的电子舱150。为了方便展示，图3b中仅示出了一个水下声呐探头110和设置在其上的摄像头120，其它水下声呐探头110以及设置在其上的摄像头120未示出。

电子舱150通过固定件160设置在水下生产设备上，并通过供电通讯电缆152与固定件160上的湿插拔电接头插座153的一端连接，湿插拔电接头插座153的另一端连接海面平台131。

其中，如图3b所示，固定件160包括总支架154、U形夹具155和底板156，总支架154通过焊接或者螺栓连接的方式设置于水下生产设备上，U形夹具155设置在总支架154上，电子舱150通过U形夹具155设置在总支架154上，湿插拔电接头插座153设置在总支架154的底板156上，供电通讯电缆152的一端连接至电子舱150底部，另一端连接至湿插拔电接头插座153，海面平台131通过海底脐带缆或电飞缆连接至湿插拔电接头插座153，用于给本实施例中的安全监控装置供电以及提供双向通讯。

可选的，电子舱150与各管道阀门141连接，用于通过湿插拔电接头插座153向海面平台131发送水下声信号和图片，接收海面平台131返回的管道阀门控制信号，并根据管道阀门控制信号控制对应的管道阀门141切换管路。

图3b示出的装置，通过电子舱的形式实现海上平台131对水下电子舱的供电以及双向通讯。电子舱150以及湿插拔电接头153的设置提高了供电的安全性和双向通讯的可靠性。

图3c是本发明实施例三中的一种电子舱的结构示意图。结合图3c，电子舱150包括：电磁阀底座总成2510，电子舱壳体2520以及电子模块总成2530。

本实施例中，电子舱壳体2520为圆筒形结构，但不限于此，还可以为长方体结构或者球形结构；包括上舱室(未示出)、下舱室(未示出)、分隔上舱室和下舱室的隔板(未示出)以及设置在隔板上的第一电缆穿壁接头(未示出)。

电磁阀底座总成2510置于上舱室中，电子模块总成2530置于下舱室中。第一电缆穿壁接头用于在上舱室和下舱室之间提供电线连接，并对上舱室和下舱室之间进行防水密封，以防止电磁阀底座总成2510工作时产生的液压油泄漏至电子模块总成2530，造成在线式水下油气泄漏安全监控装置失效。

可选的，如图3d所示，电磁阀底座总成2510包括：电磁阀底座2511，两位三通电磁阀2512，压力传感器2513以及密封圈2514。

两位三通电磁阀2512设置在电磁阀底座2511上，用于控制管道阀门141的液压促动器；本实施例中设置有两个两位三通电磁阀2512，分别用于控制水下生产设备的生产主阀和生产翼阀的液压促动器(未示出)，当水下生产设备只设置一个管道阀门141时，设置其中一个两位三通电磁阀2512为备用电磁阀。

压力传感器2513用于监测两位三通电磁阀2512内部输出油路的液压。

密封圈2514为两级密封圈，用于对电磁阀底座2511与电子舱壳体2520进行防水密封。

其中，如图3e所示，电磁阀底座2511包括：第一接口2501，第二接口2502，第三接口2503，第四接口2504，第五接口2505以及第六接口2506；第五接口2505和第六接口2506的输入端连接至两位三通电磁阀2512，输出端连接至液压促动器。

第一接口2501用于输入高压液压；第二接口2502用于输入低压液压；第三接口2503用于低压回油；第四接口2504用于高压回油；第五接口2505用于输出低液压动力；第六接口2506用于高压输出高液压动力；两位三通电磁阀2512用于通过第五接口2505和第六接口2506输出的液压动力，控制管道阀门141的开启和关断。

可选的，当检测到油气泄漏，将报警信号传输至海面平台131，并接收海面平台131的工作人员发送的紧急关断命令后，两位三通电磁阀2512泄压，第五接口2505和第六接口2506失压，与之连接的液压促动器失压，管道阀门141随之关闭。

可选的，如图3f所示，电子模块总成2530包括：电子模块底座2537，印制电路板支架2538，电源支架2531，第一变压器2533以及密封圈2539。

其中，电子模块底座2537用于固定各电子元件；密封圈2539为设置在电子模块底座2537上的两级密封圈，用于对电子模块底座2537与电子舱壳体2520进行防水密封；印制电路板支架2538和电源支架2531分别通过螺栓连接的方式设置于电子模块底座2537上，印制电路板支架设置有两组，每组可独立拆卸维护；第一变压器2533安装在电源支架2531的远离印制电路板支架2538的一面，用于将海面平台131传输的高压电力降压至装置工作电压。

可选的，如图3g所示，电子模块总成2530包括：设置在电源支架2531上的电源整流滤波模块2532和第一变压器2533，信号采集处理模块2534，载波通讯模块2535以及电磁阀控制模块2536。

电源整流滤波模块2532设置在电源支架2531上，用于对经过第一变压器2533降压后的电压进行整流、滤波并输出各电子元件所需电压。

信号采集处理模块2534，用于向载波通讯模块2535传输水下声呐探头110采集的水下声信号和摄像头120拍摄的图片。

其中，信号采集处理模块2534在向载波通讯模块2535传输水下声信号之前，先滤除水下声信号中包括的海底背景噪声及水下生产设备各部件工作产生的各类噪声。

载波通讯模块2535用于将水下声信号和图片进行信号调制后发送至海面平台131，或者，将海面平台131返回的管道阀门控制信号进行解调后传输至电磁阀控制模块2536；电磁阀控制模块2536用于驱动控制两位三通电磁阀换向，进而控制管道阀门141的开启和关断。

其中，载波通讯模块2535还接收海面平台131返回的对水下声呐探头110采集的水下声信号和摄像头120拍摄的图片的日常维护信号、检验信号以及校核信号等其他控制信号，并将其他控制信号传输至信号采集处理模块2534，以对水下声信号和图片进行对应的操作。

可选的，如图3h所示，电子模块底座2537还包括：第二电缆穿壁接头2540以及两个液压堵头2541；

第二电缆穿壁接头2540和液压堵头2541分别设置在电子模块底座2537上，第二电缆穿壁接头2540用于将印制电路板和其他电子元件的线缆分别与尾部电缆151和供电通讯电缆相连，其采用高压水密插头，可以在海底静水压力下密封海水，防止海水进入装置内部；液压堵头2541用于密封电子舱150，防止电子舱150内部的惰性气体泄露，其中，惰性气体是在组装在线式水下油气泄漏安全监控装置时吹进电子舱150内部的，用于降低电子舱150内部空气中水蒸气含量。

如图3i所示，海面平台131还包括：与控制器130连接的上位机170、液压动力站180和载波通讯单元190，以及与载波通讯单元190连接的第二变压器200。

控制器130用于接收上位机170和/或液压动力站180的管道阀门控制信号，并将管道阀门控制信号传输至载波通讯单元190。海面平台交流电通过滤波、整流、稳压后，输出直流24V电源至海面平台131设置的载波通讯单元190。载波通讯单元190用于将管道阀门控制信号调制加载到海面平台交流电信号中，并传输至第二变压器200。

第二变压器200用于将调制后的海面平台交流电信号升压后，传输至海底安装的第一变压器2533进行降压；继而传输至电源模块220进行滤波和整流。然后，传输至在线式水下油气泄漏安全监控装置内的载波通讯模块2535，由载波通讯模块2535对其进行解调，将其中的控制信号解调出来。若解调出的控制信号中有管道阀门控制信号，则输送至电磁阀控制模块2536，控制信号中的日常维护信号、检验信号以及校核信号等其他控制信号则发送至信号采集处理模块2534，以通过信号采集处理模块2534对水下声呐探头110在线采集的声信号和摄像头120拍摄的图片进行日常维护、检验、校核等操作。

相应的，水下声呐探头110和摄像头120将采集到的声信号和拍摄的图片发送至信号采集处理模块2534，信号采集处理模块2534内部设置有带通滤波器2542、数模信号转换器2543和水下微控单元2544，其中，带通滤波器2542对声信号进行滤除噪声信号，数模信号转换器2543将模拟量信号转换为数字量信号，水下微控单元2544将处理后的声信号以及图片发送至载波通讯模块2535。控制信号经载波通讯模块2535调制后，经电源模块220和第一变压器2533升压后传输至海面平台131，通过海面平台131设置的载波通讯单元190对调制信号进行解调，将解调出的控制信号最终输送至上位机170人机界面进行报警，平台操作人员确认消息后，如需进行紧急关断，则发送控制信号至电磁阀控制模块2536以驱动装置内的电磁阀换向，水下生产设备内的液压促动器随之泄压，管道阀门141关闭，实现海洋油气田水下生产设备油气泄漏的在线监测及自动关断，保障生产安全。

实施例四

在上述实施例的各可选实施方式的基础上，本实施例对水下油气泄露安全监控装置进一步优化，增加了脐带缆终端，以提高海上平台与海下装置之间电力和信号传输的安全性和可靠性。图4是本发明实施例四中的一种在线式水下油气泄漏安全监控装置的结构示意图，结合图4，在线式水下油气泄漏安全监控装置还包括：脐带缆终端260。

其中，海面平台131通过海底脐带缆261与脐带缆终端260连接；脐带缆终端260通过电飞缆262与湿插拔电接头插座153相连，以及通过液压飞线263与水下生产设备265连接。

海面平台131通过海底脐带缆261连接至水下生产设备265附近设置的脐带缆终端260，脐带缆终端260通过两端带有电接头插头的电飞缆262连接至在线式水下油气泄漏安全监控装置的电子舱150的湿插拔电接头插座153，脐带缆终端260还通过液压飞线263连接至水下生产设备265，并由其内部液压管线连接至电磁阀底座2511的油路接口以及水下生产设备265上的液压促动器264。由此，海面平台131输送的电力、液压动力可通过海底脐带缆261、脐带缆终端260、电飞缆262和液压飞线263最终输送至在线式水下油气泄漏安全监控装置，并与之进行双向信号传输。

实施例五

图5是本发明实施例五中的一种在线式水下油气泄漏安全监控方法的流程图，本实施例提供的方法可适用于上述任一实施例所述的在线式水下油气泄漏安全监控装置，并适用于实时监控水下生产设备的油气生产管路100，以确定泄露位置，并进行油气生产管路100的安全维护的情况，该方法可以由本发明实施例提供的在线式水下油气泄漏安全监控装置来执行，该装置可采用软件和硬件结合的方式实现。如图5所示，本实施例的方法具体包括：

步骤510、接收各水下声呐探头110发送的水下声信号，以及各摄像头120发送的图片。

步骤520、如果从各水下声呐探头110发送的水下声信号中，检测到多个连续声信号，获取多个所述连续声信号处分别拍摄的多个目标图片。

步骤530、根据多个目标图片的灰度分布，确定泄漏位置。

步骤540、计算维护装置140的当前位置到所述泄漏位置的目标行动路线，并传输给所述维护装置140，以供所述维护装置140移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作。

本发明实施例中，根据各水下声呐探头110发送的水下声信号以及各摄像头120发送的拍摄视角范围内的图片，能够立刻发现油气泄露情况，并准确确定泄漏位置；此外，控制器130还通知维护装置140按照目标行动路线，移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作，解决了现有技术中由于水下油气泄漏的发现滞后性导致的油气泄漏事故和海洋环境污染问题，实现了水下油气泄漏的实时检测，并维护水下生产设备的油气生产管路100，保证油气生产安全，避免对海洋环境造成污染。

可选地，在步骤530之后，还包括：将设置于泄漏位置旁边的流量传感器测量的泄漏流量，设置于泄漏位置旁边的水下声呐探头测量的水下声信号以及设置于泄漏位置旁边的摄像头拍摄的图片的灰度分布输入至拟合方程，获得泄露速度。

可选地，在步骤530之后，还包括：控制泄露位置两侧的管道阀门切换至备用管路，以及在维护装置完成维护操作后，控制泄露位置两侧的管道阀门切换回油气生产管路100。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种在线式水下油气泄漏安全监控装置，其特征在于，包括：在水下生产设备的油气生产管路上间隔设置的至少两个水下声呐探头，分别设置在各所述水下声呐探头上的摄像头，与各所述水下声呐探头和各所述摄像头连接的控制器，以及与所述控制器连接的维护装置；

所述控制器，用于根据各水下声呐探头发送的水下声信号以及各摄像头发送的图片，确定泄漏位置；将所述维护装置的当前位置到泄漏位置的目标行动路线传输给所述维护装置；

所述维护装置，用于按照所述目标行动路线，移动到泄漏位置进行所述水下生产设备的维护操作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

在所述油气生产管路上间隔设置的至少两个流量传感器；

所述控制器与各所述流量传感器连接，用于确定泄露位置后，将设置于泄漏位置旁边的流量传感器测量的泄漏流量，设置于泄漏位置旁边的水下声呐探头测量的水下声信号以及设置于泄漏位置旁边的摄像头拍摄的图片的灰度分布输入至拟合方程，获得泄露速度；

其中，所述拟合方程是根据真实泄露位置旁边的泄露流量、水下声信号、图片的灰度分布和真实泄露速度拟合得到的。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

在所述油气生产管路上间隔设置的至少两个管道阀门，相邻两个管道阀门间连接有备用管路；

所述管道阀门用于切换所述油气生产管路和备用管路；

所述控制器与各所述管道阀门连接，用于确定泄露位置后，控制泄露位置两侧的管道阀门切换至备用管路，以及在维护装置完成维护操作后，控制泄露位置两侧的管道阀门切换回油气生产管路。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：包括所述控制器的海面平台，以及通过尾部电缆与各所述水下声呐探头和各所述摄像头连接的电子舱；

所述电子舱通过固定件设置在所述水下生产设备上，并通过供电通讯电缆与固定件上的湿插拔电接头插座的一端连接，所述湿插拔电接头插座的另一端连接海面平台；

所述电子舱与各所述管道阀门连接，用于通过湿插拔电接头插座向海面平台发送水下声信号和图片，接收海面平台返回的管道阀门控制信号，并根据管道阀门控制信号控制对应的管道阀门切换管路。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电子舱包括：电磁阀底座总成，电子舱壳体以及电子模块总成；

所述电子舱壳体为圆筒形结构，包括上舱室、下舱室、分隔所述上舱室和所述下舱室的隔板以及设置在所述隔板上的第一电缆穿壁接头；

所述第一电缆穿壁接头用于在上舱室和下舱室之间提供电线连接，并对上舱室和下舱室之间进行防水密封。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电磁阀底座总成包括：电磁阀底座，两位三通电磁阀，压力传感器以及密封圈；

所述两位三通电磁阀设置在电磁阀底座上，用于控制管道阀门的液压促动器；

所述压力传感器用于监测两位三通电磁阀内部输出油路的液压；

所述密封圈为两级密封圈，用于对电磁阀底座与电子舱壳体进行防水密封；

其中，所述电磁阀底座包括：第一接口，第二接口，第三接口，第四接口，第五接口以及第六接口；所述第五接口和第六接口的输入端连接至两位三通电磁阀，输出端连接至液压促动器；

所述第一接口用于输入高压液压；

所述第二接口用于输入低压液压；

所述第三接口用于低压回油；

所述第四接口用于高压回油；

所述第五接口用于输出低液压动力；

所述第六接口用于高压输出高液压动力；

所述两位三通电磁阀用于通过所述第五接口和第六接口输出的液压动力，控制管道阀门的开启和关断。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电子模块总成包括：电源支架，设置在所述电源支架上的电源整流滤波模块和第一变压器，信号采集处理模块，载波通讯模块以及电磁阀控制模块；

所述电源整流滤波模块设置在所述电源支架上，用于对经过第一变压器降压后的电压进行整流、滤波并输出各电子元件所需电压；

所述信号采集处理模块，用于向所述载波通讯模块传输水下声呐探头采集的水下声信号和摄像头拍摄的图片；

所述载波通讯模块用于将水下声信号和图片进行信号调制后发送至海面平台，或者，将海面平台返回的管道阀门控制信号进行解调后传输至电磁阀控制模块；

所述电磁阀控制模块用于驱动控制两位三通电磁阀换向。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述海面平台还包括：与控制器连接的上位机、液压动力站和载波通讯单元，以及与所述载波通讯单元连接的第二变压器；

所述控制器用于接收上位机和/或液压动力站的管道阀门控制信号，并将所述管道阀门控制信号传输至载波通讯单元；

所述载波通讯单元用于将管道阀门控制信号调制加载到海面平台交流电信号中，并传输至第二变压器；

所述第二变压器用于将调制后的海面平台交流电信号升压后，传输至第一变压器进行降压。

9.根据权利要求4-8任一项所述的装置，其特征在于，还包括：脐带缆终端；

所述海面平台通过海底脐带缆与所述脐带缆终端连接；

所述脐带缆终端通过电飞缆与所述湿插拔电接头插座，以及通过液压飞线与所述水下生产设备连接。

10.一种适用于权利要求1-9任一项所述的在线式水下油气泄漏安全监控装置的安全监控方法，其特征在于，包括：

接收各水下声呐探头发送的水下声信号，以及各摄像头发送的图片；

如果从各水下声呐探头发送的水下声信号中，检测到多个连续声信号，获取多个所述连续声信号处分别拍摄的多个目标图片；

根据多个目标图片的灰度分布，确定泄漏位置；

计算维护装置的当前位置到所述泄漏位置的目标行动路线，并传输给所述维护装置，以供所述维护装置移动到泄漏位置进行水下生产设备的维护操作。