CN112127872B - 一种可燃冰开采过程中的安全监测系统 - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
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Abstract
本发明公开了一种可燃冰开采过程中的安全监测系统，解决了可燃冰开采过程中的泄漏问题，其技术方案要点是本公开所述的可燃冰开采过程中的安全监测系统包括中央处理器、界面显示模块、通信模块、温度传感器、气体传感器和气泡检测装置。其中气体传感器包括二氧化碳传感器、氧气传感器和天然气传感器，用于监测可燃冰层二氧化碳、氧气和天然气含量的变化；气泡检测装置为超声波检测装置，用于监测可燃冰开采过程中使用的饱和盐水中的微气泡的体积和数量，与气体传感器组合使用实现可燃冰开采过程中的安全监测。
Description
技术领域
本公开涉及安全监测领域,尤其涉及一种可燃冰开采过程中的安全监测系统。
背景技术
可燃冰分布在深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。目前全球已探明可燃冰的资源量相当于传统石燃料碳总量的两倍，且其天然气含量是天然气资源量的60倍，具有重大的开采价值。因可燃冰的形成条件为高压低温，一旦失压或温度升高，可燃冰就会变成气体，现在开采可燃冰一般利用可燃冰在升温时分解的特性，使其由固态分解出天然气蒸汽，从而完成对可燃冰的开采。
由于天然气与氧结合会生成二氧化碳，若海底巨大的可燃冰层持续释放出大量的天然气，并与海水中氧结合生成大量的二氧化碳使海水变暖，会造成巨大的生态破坏。因而在可燃冰开采过程中的安全泄漏问题尤其关键。
发明内容
本公开的目的是提供一种可燃冰开采过程中的安全监测系统，以解决可燃冰开采过程中的安全泄漏问题。
本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种可燃冰开采过程中的安全监测系统，包括中央处理器、界面显示模块、通信模块、温度传感器、气体传感器和气泡检测装置，所述中央处理器与所述界面显示模块、所述通信单元、所述温度传感器和所述气泡检测装置连接，所述气体传感器通过所述通信模块与所述中央处理器连接。
进一步地，所述气体传感器包括二氧化碳传感器、氧气传感器和天然气传感器。
进一步地，所述气泡检测装置为超声波检测装置，包括超声波发射器、超声波接收器和容纳腔。
优选地，所述超声波接收器包括第一接收器、第二接收器和第三接收器，所述第一接收器、第二接收器和第三接收器与所述中央处理器连接。
优选地，所述第一接收器接收气泡的长度为小于1μm；所述第二接收器接收气泡的长度为大于等于1μm、且小于1mm；所述第三接收器接收气泡的长度为大于等于1mm。
进一步地，所述安全监测系统还包括摄像模块和水下定位模块，所述摄像模块和所述水下定位模块通过所述通信单元与所述中央处理器连接。
优选地，所述摄像模块包括水下摄像机、水下照明灯、水下以太网电缆和水下安装支架。
优选地，所述水下定位模块为基线定位模块。
优选地，所述基线定位模块包括长基线定位模块、短基线定位模块和/或超短基线定位模块。
综上所述，本公开的有益效果在于：设置气体传感器为二氧化碳传感器、氧气传感器和天然气传感器，用于监测可燃冰层二氧化碳、氧气和天然气含量的变化；设置气泡检测装置为超声波检测装置，用于监测可燃冰开采过程中使用的饱和盐水中的微气泡的体积和数量，与气体传感器组合使用实现可燃冰开采过程中的安全监测。
附图说明
图1是为本公开系统框架图；
图2为超声波检测装置结构示意图。
图中：超声波发射器-1；第一接收器-21；第二接收器-22；第三接收器-23；容纳腔-3。
具体实施方式
以下结合附图对本公开作进一步详细说明。
需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，仅是用来区分不同的组成部分。
另外，需要说明的是，除非另有明确的规定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本公开可燃冰的开采方法为：使用微界面发生器产生天然气微气泡，再将天然气微气泡注入到混合器主体，与混合器主体内的饱和盐水充分混合反应，将反应后的饱和盐水加热输送至海底可燃冰层完成开采。
其中，微界面发生器为为气泡破碎器和/或液滴破碎器，包括机械微结构和/或湍流微结构，通过微通道作用方式、场力作用方式以及机械能作用方式，或者这三种方式的任意组合，将多相反应介质中的气相和/或液相破碎成直径为微米级的微气泡和/或微液滴。微通道作用方式是通过构造流道的微结构，使通过微流道的气相和/或液相破碎成微气泡和/或液滴；场力作用方式是利用外场力作用以非接触的方式为流体输入能量，使其破碎成微气泡或微液滴；机械能作用方式是利用流体的机械能，将其转换成气泡或液滴的表面能，使气泡或液滴破碎成微气泡或微液滴。
另外，混合器主体为气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固多相反应介质的混合腔室，混合器主体包括釜式混合器、管式混合器、塔式混合器、固定床混合器或流化床混合器等。
本公开所述的可燃冰开采过程中的安全监测系统，包括中央处理器、界面显示模块、通信模块、温度传感器、气体传感器和气泡检测装置，其中，中央处理器与界面显示模块、通信单元、温度传感器和气泡检测装置连接，气体传感器通过通信模块与中央处理器连接。
气体传感器包括二氧化碳传感器、氧气传感器和天然气传感器，用来监测海底可燃冰层二氧化碳、氧气和天然气的浓度。气泡检测装置超声波检测装置，包括超声波发射器、超声波接收器和容纳腔；其中超声波接收器包括第一接收器、第二接收器和第三接收器，所述第一接收器、第二接收器和第三接收器与中央处理器连接。
设定第一接收器接收气泡的长度为小于1μm；第二接收器接收气泡的长度为大于等于1μm、且小于1mm；第三接收器接收气泡的长度为大于等于1mm。这样设定的原因在于微界面发生器产生的微气泡的直径范围为大于等于1μm、且小于1mm。因而需要设定三种接收器接收不同长度范围的微气泡，将不同长度微气泡的数量反馈给中央处理器。
当第一接收器和/或第三接收器接收气泡的数量超过设定的阈值时，中央处理器应及时反馈给界面显示模块，报告微界面发生器的错误，及时对微界面发生器作出调整，以实现安全开采可燃冰。
图2为气体检测装置的结构示意图，其中容纳腔的体积可以根据不同的检测对象而定，本公开中的检测对象为混合器主体中的微气泡，因而容纳腔的体积依据混合器主体的体积来设置。
微气泡与混合器主体中的饱和盐水充分反应后的混合物进行加热，并通过温度传感器将混合物的温度实时反馈给中央处理器，最终将达到温度标准的混合物输送至海底可燃冰层。可燃冰开采过程中，二氧化碳传感器、氧气传感器和天然气传感器始终监测海底的气体含量，若天然气传感器监测到海底天然气含量大幅度的提升，则说明可燃冰开采正常，若监测到氧气含量突然减小，同时二氧化碳含量大大增加，则说明可燃冰开采极有可能发生了泄漏，导致天然气与海底的氧气结合生成了二氧化碳，此时则必须停止开采，实施安全检查。
可以借助于摄像模块和水下定位模块进行检查，摄像模块将海底开采管道的影像通过通信模块传输给中央处理器，并在界面显示模块显示，得到海底管道的具体影像，再通过水下定位模块确定天然气泄漏的具体位置。
本公开的水下定位模块为基线定位模块，包括长基线定位模块、短基线定位模块和/或超短基线定位模块。由于海底可燃冰层距海平面一般在1000以上，因而采用长基线定位模块的情况较多。长基线定位模块的基阵长度为几公里到几十公里的量级，利用测量水下目标声源到各个基元间的距离确定目标的位置。
以上为本公开示范性实施例之一，本公开的保护范围由权利要求书及其等效物限定。
Claims (1)
1.一种可燃冰开采过程中的安全监测系统，其特征在于，包括中央处理器、界面显示模块、通信模块、温度传感器、气体传感器和气泡检测装置，所述中央处理器与所述界面显示模块、所述通信模块、所述温度传感器和所述气泡检测装置连接，所述气体传感器通过所述通信模块与所述中央处理器连接；
所述气体传感器包括二氧化碳传感器、氧气传感器和天然气传感器；
所述气泡检测装置为超声波检测装置，包括超声波发射器、超声波接收器和容纳腔；
所述超声波接收器包括第一接收器、第二接收器和第三接收器，所述第一接收器、第二接收器和第三接收器与所述中央处理器连接；
所述第一接收器接收气泡的长度为小于1μm；所述第二接收器接收气泡的长度为大于等于1μm、且小于1mm；所述第三接收器接收气泡的长度为大于等于1mm；
微界面发生器产生的微气泡的直径范围为大于等于1μm、且小于1mm；因而需要设定三种接收器接收不同长度范围的微气泡，将不同长度微气泡的数量反馈给中央处理器；
所述安全监测系统还包括摄像模块和水下定位模块，所述摄像模块和所述水下定位模块通过所述通信模块与所述中央处理器连接；
所述摄像模块包括水下摄像机、水下照明灯、水下以太网电缆和水下安装支架；
所述水下定位模块为基线定位模块；
所述基线定位模块包括长基线定位模块、短基线定位模块和/或超短基线定位模块；
气体传感器用来监测海底可燃冰层二氧化碳、氧气和天然气的浓度；
当第一接收器和/或第三接收器接收气泡的数量超过设定的阈值时，中央处理器反馈给界面显示模块，报告微界面发生器的错误，及时对微界面发生器作出调整，以实现安全开采可燃冰；
可燃冰的开采方法为：使用微界面发生器产生天然气微气泡，再将天然气微气泡注入到混合器主体，与混合器主体内的饱和盐水充分混合反应，将反应后的饱和盐水加热输送至海底可燃冰层完成开采；
微界面发生器为气泡破碎器和液滴破碎器。
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