CN113008471A - 一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，包括高压气源模块、信号处理模块和船上模块，高压气源模块内设有多个高压气瓶，高压气瓶通过管道汇总连接至汇流排，汇流排在总阀口处通过水下高压软管连接设置在探测船上的船上模块，船上模块连接有泥下泄漏实验装置。本发明与现有技术相比的优点在于：本装置可以逼真构建海底管线泄漏场景，布放水下探测器，有效提供海底管线泄漏行为研究的场景。同时水面施工成本低、场地选择范围大、受环境因素影响小，从而提高试验效率。

Description

一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统

技术领域

本发明涉及油气集输领域，具体是指一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统。

背景技术

油气集输是海洋油气开发的重要部分，海底管线凭借着连续、快捷、高效、受气候影响小等优点成为油气集输的主要形式，是海上油气生产系统的“生命线”。一旦海底管线遭到破坏，将会引发油气泄漏以及严重后果。不仅海上油气田的正常生产会受到影响，造成巨大经济损失；更为严重的是油气泄漏将对海洋环境造成严重污染，破坏海洋生态，还会产生不良的社会影响。而海洋生态的恢复治理将十分困难，并耗资巨大。因此针对海底管线泄漏的行为研究尤为重要。

为研究海底管线泄漏的行为，需要构造泥下管线泄漏场景，布置探测器以进行有效研究泄漏特征。在较深海域进行试验研究固然是一种可靠有效的方式，但是高昂的海上施工成本是最大的制约。因此在湖泊和近海码头进行试验不失为一种高效低成本的方式。

因此，一种在海岸码头和湖泊水域适用的管线泄漏试验系统是亟待研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的海底管线泄漏检测设备因其结构功能设计上的弊端，导致前期安装和后期维护成本高，安装和使用步骤繁琐，检测效果差，精度不高，耗用大量人力物力，不满足目前需要。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，包括高压气源模块、信号处理模块和船上模块，高压气源模块内设有多个高压气瓶，高压气瓶通过管道汇总连接至汇流排，汇流排在总阀口处通过水下高压软管连接设置在探测船上的船上模块，船上模块连接有泥下泄漏实验装置；

信号处理模块设置在岸边，包括通过线缆依次连接的检测展示机、数据处理机、信号解调机和信号发射机，信号发射机另一侧相连接的传输线缆固定在对岸，传输线缆上设有多个水下探测器，水下探测器共包括1#-11#个，其中1#-9#水下探测器连接在传输线缆上，10#和11#水下探测器通过探测器埋设装置设置10#及11#探测器埋设点处；

船上模块设置在探测船上，探测船的船艏、船艉设置三根系泊缆，分别绑扎到岸边固定物上；

探测器埋设装置上设有多个接口，不同接口通过顶推高压软管、排气软管、下沉高压软管连接船上模块内分流排上的对应阀口；泥下泄漏实验装置通过水下高压软管连接分流排上的对应阀口，泥下泄漏实验装置上设有深水电磁阀和接线盒，接线盒通过电源线连接稳压器总成，其中电源线包括电磁阀水密线缆、水深计水密线缆、倾角传感器水密线缆和压力变送器水密线缆，压力变送器水密线缆连接在稳压器一上，倾角传感器水密线缆连接在稳压器二上，水深计水密线缆连接在稳压器三上，电磁阀水密线缆通过电磁阀控制的开关柜连接稳压器四，稳压器总成输出线路汇总后通过总线连接的交流/直流转换器连接UPS电源，UPS电源分别通过导线连接发电机和潜水泵，潜水泵通过注水软管连接分流排上的对应阀口。

本发明与现有技术相比的优点在于：本装置可以逼真构建海底管线泄漏场景，布放水下探测器，有效提供海底管线泄漏行为研究的场景。同时水面施工成本低、场地选择范围大、受环境因素影响小，从而提高试验效率。

作为改进，接线盒通过信号线连接有上位机，上位机通过导线连接UPS电源。

作为改进，信号线包括水深计水密线缆、倾角传感器水密线缆和压力变送器水密线缆，分别连接在上位机的对应接口上。

作为改进，分流排一侧通过高压气源进气软管连接高压气源。

作为改进，水下探测器中的10#和11#号通过探测器埋设装置设置在同一位置，在10#及11#探测器埋设点处可以对比分析水下探测器对于埋设和非埋设的信号差异。

附图说明

图1是一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统的结构示意图。

图2是一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统的船上模块的连接示意图。

如图所示：1、高压气源模块，2、高压气瓶，3、汇流排，4、信号处理模块，5、检测展示机，6、数据处理机，7、信号解调机，8、信号发射机，9、传输线缆，10、水下高压软管，11、系泊缆，12、探测船，13、船上模块，14、泥下泄漏实验装置，15、水下探测器，16、10#及11#探测器埋设点，17、探测器埋设装置，18、顶推高压软管，19、排气软管，20、下沉高压软管，21、深水电磁阀，22、接线盒，23、水下高压软管，24、电源线，25、信号线，26、电磁阀水密线缆，27、水深计水密线缆，28、倾角传感器水密线缆，29、压力变送器水密线缆，30、稳压器一，31、稳压器二，32、稳压器三，33、稳压器四，34、开关柜，35、上位机，36、交流/直流转换器，37、UPS电源，38、发电机，39、潜水泵，40、注水软管，41、分流排，42、高压气源进气软管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明在具体实施时，一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，包括高压气源模块1、信号处理模块4和船上模块13，所述高压气源模块1内设有多个高压气瓶2，高压气瓶2通过管道汇总连接至汇流排3，所述汇流排3在总阀口处通过水下高压软管10连接设置在探测船12上的船上模块13，船上模块13连接有泥下泄漏实验装置14；

所述信号处理模块4设置在岸边，包括通过线缆依次连接的检测展示机5、数据处理机6、信号解调机7和信号发射机8，信号发射机8另一侧相连接的传输线缆9固定在对岸，传输线缆9上设有多个水下探测器15，所述水下探测器15共包括1#-11#个，其中1#-9#水下探测器15连接在传输线缆9上，10#和11#水下探测器15通过探测器埋设装置17设置10#及11#探测器埋设点16处；

所述船上模块13设置在探测船12上，探测船12的船艏、船艉设置三根系泊缆11，分别绑扎到岸边固定物上；

所述探测器埋设装置17上设有多个接口，不同接口通过顶推高压软管18、排气软管19、下沉高压软管20连接船上模块13内分流排41上的对应阀口；所述泥下泄漏实验装置14通过水下高压软管23连接分流排41上的对应阀口，所述泥下泄漏实验装置14上设有深水电磁阀21和接线盒22，接线盒22通过电源线24连接稳压器总成，其中电源线24包括电磁阀水密线缆26、水深计水密线缆27、倾角传感器水密线缆28和压力变送器水密线缆29，所述压力变送器水密线缆29连接在稳压器一30上，所述倾角传感器水密线缆28连接在稳压器二31上，所述水深计水密线缆27连接在稳压器三32上，所述电磁阀水密线缆26通过电磁阀控制的开关柜34连接稳压器四33，稳压器总成输出线路汇总后通过总线连接的交流/直流转换器36连接UPS电源37，所述UPS电源37分别通过导线连接发电机38和潜水泵39，潜水泵39通过注水软管40连接分流排41上的对应阀口。

所述接线盒22通过信号线25连接有上位机35，上位机35通过导线连接UPS电源37。

所述信号线25包括水深计水密线缆27、倾角传感器水密线缆28和压力变送器水密线缆29，分别连接在上位机35的对应接口上。

所述分流排41一侧通过高压气源进气软管42连接高压气源。

所述水下探测器15中的10#和11#号通过探测器埋设装置17设置在同一位置，在10#及11#探测器埋设点16处可以对比分析水下探测器15对于埋设和非埋设的信号差异。

本发明的工作原理：本系统由高压气源模块、长距离水下高压软管、施工与观测船、系泊缆、船上模块、泥下泄漏试验装置、探测器埋设装置、岸上信号处理模块、长距离传输线缆、水下探测器阵列构成。

本系统从功能上划分主要包括岸上气源部分、水面船上施工部分、水底探测器部分和岸上信号处理分布。水面船上施工部分的船上模块主要功能监测装置的水下姿态，监测泄漏试验过程中的流体压力工况数值，控制电磁阀开关进而控制试验工况，是整体系统的核心。岸上高压气源模块包括高压气瓶和汇流排，汇流排上设置由关断阀门和压力计。岸上信号处理模块包括信号发射机、信号解调机、数据处理机、监测展示机五大部件。船上模块包括分流排、关断阀门、压力机、潜水泵、水槽、发电机、不间断电源、交流直流转换器、稳压器、电磁阀开关等。

选择一片开阔水域，水底基本平整。根据试验场地情况，设计整体系统布置图。

主要的施工流程为：选择一条施工与观测船作为主作业船，在岸边将长距离水下高压软管、施工与观测船、系泊缆、船上模块、泥下泄漏试验装置、探测器埋设装置等设备安装到船上。

主要作业船船艏艉设置三根系泊缆，分别绑扎到岸边固定物上。考虑水面施工难度，主作业船只采用拉放系泊缆的方式进行缓慢移动。当主作业船行进到泄漏点附近，绑扎拉紧固定系泊缆。

在岸上拖拽水下高压软管到岸边，并在船上预留100米操作余量。上岸的软管与高压气源模块密封连接。

主作业船在船上模块连接调试，施工泥下泄漏试验装置，船上进行电力输出和信号采集显示。待泄漏装置施工完毕后，将相关软管和线缆密封绑扎在船舷侧，主作业船通过拉放系泊缆移位到探测器埋设位置，然后进行探测器埋设作业。但是两项作业施工完毕后，作业船移位到泄漏点附近区域并用系泊缆固定，回接泄漏点团管和线缆。

第二条施工船在在码头将长距离传输线缆、水下探测器阵列安装上船，在两岸之间布设传输线缆和探测器，要求布设平直，探测器下沉到水底的物理直线距离等间距，例如100米。根据泄漏点位置，保证其与临近探测器等距。岸上将传输线缆和岸上信号处理模块调试连接。至此试验布置完成即可进行施工。

在试验过程中主作业船根据船上模块可监测水下装置的有效泄漏压力、水深、装置姿态。采用多路电磁阀控制管路，可以实现多孔分别泄漏，不同埋深漏孔分别泄漏，不同压力值下分别泄漏。

非埋设探测器10和埋设探测器11由于在同一位置，可以对比分析探测器对于埋设和非埋设的信号差异。

本试验系统充分有效逼近海底真实管道泄漏场景，泥下泄漏、泥上泄漏、不同形状和孔径泄漏、探测器埋设与否的影响，可更大程度上满足泄漏行为的研究。同时本系统施工简易，场地要求不高，受环境因素影响小，无需水下人工潜水作业，试验低成本且安全高效。

此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例：使用步骤如下：

一、准备工作，装备、气瓶提前2天运输到码头；连接测试密闭性；测定压损；

(1)水深计/压力计/姿态传感器编程调试在同—界面下；

(2)GPS模块坐标位置记录程序；

(3)水听器/泄漏点与码头的相对位置关系反演。

二、水深测量，根据施工区域，采用船2测量水深；采用GPS模块标记出；在码头楼梯处绘制水深线；

(1)埋设用水听器2只随船2下沉海底，测量下其一致性；

(2)标定3只水深计与实际伸缩杆长度数值。标定水深程序；

(3)船1绑扎重物块，船1固定小型吊车，船1帮运相关装置至船甲板。

三、施工装置1，将装置2的压力计、水深计、姿态传感器拆卸下来安装到装置1；GPS记录位置并进行开关测试；

(1)装置1起吊至船2上，船2运输至船1处，船2上安装传感器；船1吊车起吊装置1，施工完毕。

四、施工装置3，船1在装置1附近下沉装置3并进行开关测试；船2顺延铺设管线和电缆到陆地。

五、布设光缆，根据装置1和装置2的实际施工位置，铺设光缆；在光缆收尾布放重物块和浮球；在光缆铺设完毕后，采用换能器、装置1和装置3的制造声源，反演阵列单元之间真实距离。最后做到直到基元位置与泄漏点之间位置关系。

六、开始泄漏试验，试验过程中远程观测气泡；摄像机运转。试验工况有:装置1为E开头，装置3为F开头。

七、开始随船找漏试验，平行管线50米，距离300米位置开始找漏。每隔5О米停下监测10s；全程GPS跟踪。

八、回收。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，包括高压气源模块(1)、信号处理模块(4)和船上模块(13)，其特征在于：所述高压气源模块(1)内设有多个高压气瓶(2)，高压气瓶(2)通过管道汇总连接至汇流排(3)，所述汇流排(3)在总阀口处通过水下高压软管(10)连接设置在探测船(12)上的船上模块(13)，船上模块(13)连接有泥下泄漏实验装置(14)；

所述信号处理模块(4)设置在岸边，包括通过线缆依次连接的检测展示机(5)、数据处理机(6)、信号解调机(7)和信号发射机(8)，信号发射机(8)另一侧相连接的传输线缆(9)固定在对岸，传输线缆(9)上设有多个水下探测器(15)，所述水下探测器(15)共包括1#-11#个，其中1#-9#水下探测器(15)连接在传输线缆(9)上，10#和11#水下探测器(15)通过探测器埋设装置(17)设置10#及11#探测器埋设点(16)处；

所述船上模块(13)设置在探测船(12)上，探测船(12)的船艏、船艉设置三根系泊缆(11)，分别绑扎到岸边固定物上；

所述探测器埋设装置(17)上设有多个接口，不同接口通过顶推高压软管(18)、排气软管(19)、下沉高压软管(20)连接船上模块(13)内分流排(41)上的对应阀口；所述泥下泄漏实验装置(14)通过水下高压软管(23)连接分流排(41)上的对应阀口，所述泥下泄漏实验装置(14)上设有深水电磁阀(21)和接线盒(22)，接线盒(22)通过电源线(24)连接稳压器总成，其中电源线(24)包括电磁阀水密线缆(26)、水深计水密线缆(27)、倾角传感器水密线缆(28)和压力变送器水密线缆(29)，所述压力变送器水密线缆(29)连接在稳压器一(30)上，所述倾角传感器水密线缆(28)连接在稳压器二(31)上，所述水深计水密线缆(27)连接在稳压器三(32)上，所述电磁阀水密线缆(26)通过电磁阀控制的开关柜(34)连接稳压器四(33)，稳压器总成输出线路汇总后通过总线连接的交流/直流转换器(36)连接UPS电源(37)，所述UPS电源(37)分别通过导线连接发电机(38)和潜水泵(39)，潜水泵(39)通过注水软管(40)连接分流排(41)上的对应阀口。

2.根据权利要求1所述的一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，其特征在于：所述接线盒(22)通过信号线(25)连接有上位机(35)，上位机(35)通过导线连接UPS电源(37)。

3.根据权利要求2所述的一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，其特征在于：所述信号线(25)包括水深计水密线缆(27)、倾角传感器水密线缆(28)和压力变送器水密线缆(29)，分别连接在上位机(35)的对应接口上。

4.根据权利要求1所述的一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，其特征在于：所述分流排(41)一侧通过高压气源进气软管(42)连接高压气源。

5.根据权利要求1所述的一种适用于码头和湖泊水域的海底管线泄漏监测试验系统，其特征在于：所述水下探测器(15)中的10#和11#号通过探测器埋设装置(17)设置在同一位置，在10#及11#探测器埋设点(16)处可以对比分析水下探测器(15)对于埋设和非埋设的信号差异。

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