CN114675330A - 一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法 - Google Patents
一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114675330A CN114675330A CN202210185906.XA CN202210185906A CN114675330A CN 114675330 A CN114675330 A CN 114675330A CN 202210185906 A CN202210185906 A CN 202210185906A CN 114675330 A CN114675330 A CN 114675330A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power supply
- cable
- monitoring
- bubble
- potential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 230000008859 change Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 53
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 21
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
- G01V3/088—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices operating with electric fields
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法，针对气泡型浅层气的特点，首创性的将井地结合电阻率监测应用于气泡型浅层气释放监测，在海床面和井中并行紧邻布设供电电缆和采集电缆；供电电缆和采集电缆上的电极数量和位置均相同相对应；然后利用供电电流及测量电极电位组合形成的电位差，获得多组供电电流‑电位差数据，进而确定其视电阻率；并通过反演计算，获得真电阻率剖面图，结合气泡型浅层气特性和真电阻率剖面图特征，判定气泡型浅层气的分布范围及含量变化，实现对含气泡区分布范围及含气量变化进行长期连续实时监测，为海洋地质调查与研究提供科学的理论指导和依据。
Description
技术领域
本发明属于海底浅层气监测技术领域，具体涉及一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法。
背景技术
海底赋存有分布广泛的大规模浅层气，其主要成分为甲烷。浅层气具有不同的赋存形态，而不同赋存形态浅层气识别特征、运动致灾机理皆有不同。在粗粒沉积物中，气体通过毛细侵入生长运移，在盖层圈闭作用下形成孔隙间气体联通的高压砂质储气层。而细粒沉积物由于其较大的孔喉毛细阻力使得气体难以进行毛细侵入，而是以劈裂沉积物的方式形成“气泡”。但近海海域海床表层多为粉质黏土等细粒沉积物，这种没有被足够重视的“气泡”广泛存在甚至是表层浅层气的主要赋存类型。
粘性土中的气泡型浅层气会随着气泡尺寸增长，直至达到气泡顶部撕裂沉积物而气泡底部在沉积物压力下闭合这一临界状态，在无需外力驱动的情况下，依靠这种“伪浮力”发生释放。自然条件下，气泡大规模释放主要由潮汐、风暴潮等环境荷载变化引发。但是，近年来填海造陆、跨海大桥等近海海洋工程项目的开发迎来了新一轮高潮。这些人为扰动带来的环境荷载变化同样会引发气泡大规模释放。在海洋开发过程中，含气泡区分布范围及含气量的动态变化会改变沉积物物理力学性质，进而诱发海洋地质灾害或带来海洋工程建设风险。
目前海底含气泡区分布范围及含气量的原位监测手段较为缺乏，相近技术为针对深海水合物开采所产生的甲烷气泄露所设计的监测技术，包括海洋地震监测技术、孔隙水压力探针技术、海床面甲烷浓度监测技术。其中，地震监测主要通过在同一测线位置进行重复采集实现，但地震监测难以识别含气泡区的底界，而且连续监测需要较高的成本，采集间隔通常为数月，难以对气泡型浅层气突发释放导致的含气泡区动态变化进行及时反馈；孔压探针仅能做到定点监测或一维垂向监测，无法反映含气泡区整体分布范围变化，且气泡引起的区域性孔压波动较小，监测难度较大；海床面甲烷浓度监测具有显著的滞后性，仅能定性判定气泡是否发生大规模释放，无法进一步给出含气泡区范围及含气量演化。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷，提出一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法，对含气泡区分布范围及含气量进行实现长期连续实时的动态监测。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，包括采集站、供电系统、供电电缆、采集电缆、水声及卫星传输系统和终端主机，供电电缆和采集电缆与采集站相连，采集站通过水声及卫星传输系统与终端主机实现无线通讯；
所述供电电缆和采集电缆在海床面和井中并行紧邻布设，供电电缆为串行供电电缆，其上等距布设有多个供电电极，采集电缆为并行电位采集电缆，其上等距布设有多个测量电极，供电电缆和采集电缆上的电极数量和位置均相同相对应。
进一步的，所述采集站包括串行供电单元、并行电位采集单元、变频方波发射单元、主控CPU及电源单元；每个单元均由其对应的CPU管理控制，主控CPU接收终端主机的指令管理各单元协调工作，通过获取各单元采集数据加以整理运算处理，并反馈至终端主机。
进一步的，所述串行供电单元连接供电电缆上的各个供电电极，供电电极设置成正负两个状态，由微型继电器组成n*2阵列开关，n为供电电极个数。
进一步的，所述并行电位采集单元连接采集电缆上的测量电极，包括n路独立高精度24 位模数转换器、采集单元CPU及中央控制CPU，将测量电极探测的电位信号处理后经中央控制CPU进行数据分解排列和频域分析处理，并进行数据存储。
进一步的，所述供电电缆和采集电缆在海床面和井中并行紧邻布设，且两条电缆之间相对应的电极通过卡扣固定，供电电缆和采集电缆的非电极部分由绝缘材料包裹。
进一步的，所述供电电极采用不锈钢材质，测量电极采用石墨材质。
本发明另外还提出一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统的监测方法，包括以下步骤：
步骤1、根据海洋工程建设监测需要选定监测点；
步骤2、对监测系统供电，采集并获得单个监测周期内多组供电电流-电位差数据；
步骤3、计算多组供电电流-电位差的视电阻率；以每组的电极位置及视电阻率作为参数进行反演计算，获得真电阻率剖面图；
步骤4、结合监测区基本信息，将真电阻率剖面图中多个高阻区里与待监测的目标含气泡区位置相对应的高阻区域判定为目标含气泡区，根据高阻区范围及电阻率值的变化判定气泡型浅层气分布范围以及含气量变化，高阻区范围即为含气泡区范围，电阻率降低则为含气量降低；
步骤5、重复执行步骤2-步骤4，实现对含气泡区浅层气的动态变化原位监测。
进一步的，所述步骤2中，采集方式为：
将供电电缆所有相邻供电电极依次作为供电电极对进行供电并反馈供电电流强度，每次供电时，测量电缆采集全部测量电极的电位数据，相邻测量电极电位数据相减形成电位差，当所有相邻供电电极对全部完成供电后，即为完成一次监测周期；
每次供电反馈一个供电电流值以及n个电位值，将所有相邻测量电极所测电位相减形成电位差，即n-1个电位差；进而每次供电得到一个供电电流值与n-1个电位差的组合，即n-1 个电流-电位差组合，一次监测周期供电n-1次，因此可得(n-1)*(n-1)组供电电流-电位差组合。
进一步的，所述步骤1中，对于电缆的海床面部分，确定水平监测范围以设置电缆总长度，确定监测方式为二维或三维，对于电缆的井中部分，确定井间电缆个数、间距、总长度及位置分布。
进一步的，所述步骤3中，计算(n-1)*(n-1)组供电电流-电位差的视电阻率，设定供电电极为C1至Cn，测量电极为P1至Pn，则以供电电极对为C1C2，测量电极对为P4P5的视电阻率ρ的计算公式为：
其中C1P4为C1至P4的距离，C1P5为C1至P5的距离，C2P4为C2至P4的距离， C2P5为C2至P5的距离。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案所述监测系统及方法，在海床面和井中并行紧邻布设供电电缆和采集电缆；供电电缆为串行供电电缆，采集电缆为并行电位采集电缆，供电电缆和采集电缆上的电极数量和位置均相同相对应；然后利用供电电流及测量电极电位组合形成的电位差，获得多组供电电流-电位差数据，进而确定其视电阻率；然后进行反演计算，获得真电阻率剖面图，结合气泡型浅层气特性和真电阻率剖面图特征，判定气泡型浅层气的分布范围及含量变化，实现对含气泡区分布范围及含气量变化进行长期连续实时监测，且较之先前用于海底沉积物区域性探测、监测的电阻率方法，本方法对含气泡区边界范围刻画的精准度具有显著提升。
附图说明
图1为本发明实施例所述监测系统的结构组成示意图；
图2为图1电路原理示意图；
图3为本发明实施例理论上所得气泡型浅层气不同释放阶段的真电阻率剖面图；(a)为未释放时；(b)为释放初期；(c)为释放结束后；
图4为本发明实施例所述串行供电单元的原理示意图；
图5为本发明实施例所述并行电位采集单元的原理示意图；
图6为本发明实施例所述供电电缆和采集电缆结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。
实施例1，本实施例公开一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，如图1 和图2所示，图1是监测系统结构组成示意图，图2是电路原理图。所述监测系统包括在海床面和井中并行紧邻布设的两条电缆，供电电缆11和采集电缆13，采集站12、供电系统14、水声及卫星传输系统15与终端主机16；其中供电电缆11为串行供电电缆，采集电缆13为并行电位采集电缆。
所述采集站12包括串行供电单元、并行电位采集单元、变频方波发射单元、主控CPU 及电源单元。每个单元都有自己的CPU管理控制，主控CPU接收终端主机16的指令管理各单元协调工作，通过获取各单元采集数据加以整理运算处理，并反馈至终端主机16。
其中，串行供电单元连接供电电缆11上的各个供电电极110(供电电缆11上设置有多个供电电极110)，由高可靠度微型继电器组成n*2阵列开关(n为供电电极个数)，每个电极单元由两个继电器组成，分别将供电电极设置成AB两个状态，即正负供电极，如图4所示。此外，该模块还通过24位模数转换器将信号AD转换后对主控CPU反馈供电电流强度。
所述并行电位采集单元连接并行采集电缆13上的测量电极130，由n路独立高精度24 位模数转换器及采集单元CPU组成，由测量电极130探测的微弱电位信号通过电缆传输至并行电位采集单元的高阻抗输入电路，如图5所示，经滤波放大后送入模数转换器进行数值采集，采集到的时域信号传输到中央控制CPU内进行数据分解排列和频域分析处理并存储在非易失大容量内存中。
本实施例中，供电系统14采用成熟海水电池如海水溶解氧电池等，水声及卫星传输系统 15选用现有成熟水声通讯机，另外，本实施例使用变频方波发射单元进行电流发射，系统发射方式为：在接受中央控制CPU发射指令后按设定的频率、占空比、电流值和时长发射供电。此外为了配合并行电位采集单元对微小信号的拾取，变频方波发射单元可以加入伪随机信号供采集单元提取有效信号。这一技术的应用有效地解决了海水中低电阻率环境下接收微小信号的难题。
所述主控CPU单元主要是管理下面各功能单元，指挥各功能单元协调工作，获取各功能单元采集的数据并做进一步处理和存储，同时接收终端主机16发出的工作指令和向终端主机16发送数据。
所述电源单元由电源单元CPU、电源滤波电路、稳定电路和DC/DC变压输出电路组成，由外部的供电系统14提供的主输入源经过滤波稳压给所有单元供电。
另外，需要强调的是供电电缆11与采集电缆13并行紧邻布设，如图6所示，串行供电电缆11与并行采集电缆13上均等距布设有若干电极，串行供电电缆11上的电极为供电电极 110，并行采集电缆13上的电极为测量电极130，两条电缆电极数量、位置等均相同，且两条电缆之间相对应的电极通过卡扣140固定。供电电缆11和采集电缆13的非电极部分由绝缘材料包裹，内部为供电导线或数据传输导线，电极部分与外部环境接触，供电电极110优选不锈钢材质，测量电极130优选石墨材质。两条电缆的核心均为电极部分，受串行供电单元或并行采集单元控制进行供电或测量，电缆剩余部分仅做连接不同个电极、电流传输、信号传输之用。
本实施例强调井地结合的监测方式，在海床面和井中并行紧邻布设供电电缆和采集电缆，考虑到传统海床基电阻率监测仅在海床面布设电极，受电阻率法本身特点所限，其分辨率随沉积物深度增加而降低，这使得其对于含气泡区的监测效果随着含气泡区埋深的增加而降低。井地结合电阻率成像相较于传统方法可显著提高对深部沉积层的分辨率，使得监测效果不受含气泡区埋深影响，且无论含气泡区埋深如何，井地结合电阻率成像的监测效果均显著优于仅在海床面布设电极的方式。
实施例2，基于实施例1提出的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，本实施例提出一种其对应的监测方法，为了更好的理解本发明方案，首先对本发明的理论基础进行说明：
气泡型浅层气的存在会改变沉积物的物质组成，但气泡体积远超孔隙空间，申请人研究表明，气泡型浅层气依旧会增加沉积物电阻率，且具有特有的电阻率变化特征。对于含气泡型浅层气沉积物电阻率规律说明如下：
整体规律包括两个阶段：第一阶段，当气泡型浅层气含气量(气体体积在含气沉积物总体积中的占比)小于临界值时，电阻率随含气量升高不发生变化；第二阶段，当含气量超过临界值后，电阻率随含气量增加而升高。具体来说，对于第一阶段特征，临界含气量(临界值)在1-6％之间(6％为极端情况，一般在1％-3％之间)，临界含气量与气泡尺寸相关，气泡尺寸越小，临界含气量越高。当含气量超过临界含气量后，电阻率变化主要与含气量相关且为正相关。虽然其也受气泡尺寸分布影响，但其影响较小且气泡尺寸的差异仅导致沉积物电阻率随含气量的增加速率不同。
基于上述特性，当在含气泡区域建设的重点海洋构筑物需要进行气泡型浅层气释放监测预警时，气泡型浅层气在海底沉积层中含量的变化直接反应在海底沉积层的导电性能的变化，本实施例提出以气泡型浅层气沉积层中电性变化(电阻率变化)反推物性变化实现对含气泡区分布范围及含气量的监测，通过监测海底沉积物的导电性能进而实现对海底沉积层中含气泡区分布范围及含气量演化的间接监测。具体来说，包括以下步骤：
步骤1、根据海洋工程建设监测需要选定监测点，其中，对于电缆的海床面部分，确定水平监测范围以设置电缆总长度，确定监测方式为二维或三维，对于电缆的井中部分，确定井间电缆个数、间距、总长度及位置分布；
步骤2、对监测系统供电，获得单个监测周期内多组供电电流-电位差数据；
采集方式为，将供电电缆所有相邻供电电极依次作为供电电极对进行供电并反馈供电电流强度，每次供电时，测量电缆采集全部测量电极的电位数据，相邻测量电极电位数据相减形成电位差，当所有相邻供电电极对全部完成供电后，即为完成一次监测周期；
可见，每次供电可反馈一个供电电流值以及n个电位值，将所有相邻测量电极所测电位相减形成电位差，即n-1个电位差。因此，每次供电可得一个供电电流值与n-1个电位差的组合，即n-1个电流、电位差组合。一次监测周期需供电n-1次，因此可得(n-1)*(n-1) 组供电电流-电位差组合。
步骤3、计算多组供电电流-电位差的视电阻率；以每组的电极位置及视电阻率作为参数进行反演计算，获得真电阻率剖面图；
计算(n-1)*(n-1)组供电电流-电位差的视电阻率，设定供电电极为C1至Cn，测量电极为P1至Pn，以供电电极对为C1C2，测量电极对为P4P5为例，视电阻率ρ的计算公式为：
其中C1P4为C1至P4的距离，C1P5为C1至P5的距离，C2P4为C2至P4的距离， C2P5为C2至P5的距离；另外，在进行反演计算时，本实施例可依托现有成熟商业软件 EarthImager实现；
步骤4、结合监测区基本信息，例如前期地质调查所得地震剖面或钻孔CT测试，将真电阻率剖面图中多个高阻区里与需要监测的目标含气泡区位置相对应的高阻区域判定为目标含气泡区，根据高阻区范围及电阻率值的变化判定气泡型浅层气分布范围以及含气量变化，高阻区范围即为含气泡区范围，电阻率降低则为含气量降低。
步骤5、重复执行步骤2-步骤4，实现对含气泡区浅层气的动态变化原位监测。
具体的，在步骤1中，井地电缆的电极极距均相等，极距大小随工程地质风险与成本需求综合而定，工程风险越大，则极距设置越小，监测精度越高，相反，极距越大，成本越低，极距选择范围通常为2-10m；电缆二维布设如图1所示，井间电缆需穿过含气层，且井间电缆个数可随实际需求在工程重点位置或地质薄弱位置多个布设，实际工作中若有需要也可进行三维监测，方式为海床面电缆以采集站为中心呈放射状分布，井间电缆可根据监测需求在海床面电缆的任意位置向下延伸，但井间电缆一定与海床面电缆相连且垂直于海床面向下布设；海床面电缆布设方法为，电缆置于绞车中沉入海底采集站处，通过ROV牵引电缆尾端从绞车释放脱离，沿测线布设位置移动直至达到目标位置，将电缆首段连接采集站，重复该过程完成全部电缆的二维或三维布设。
如图3所示，为正演计算所得气泡型浅层气释放状态视电阻率断面图。图2a显示当含气泡区气体尚未释放时分布范围为黑色虚线框内的高阻区。图2b为气泡型浅层气释放初期，高阻区底界出现明显收缩，含气泡区分布范围缩小。图2c为气泡型浅层气释放结束后，高阻区范围显著缩小，中部出现断裂，且高阻区电阻率显著降低，表明含气泡区分布范围进一步缩小，且含气泡区的含气量降低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，包括采集站(12)、供电系统(14)、供电电缆(11)、采集电缆(13)、水声及卫星传输系统(15)和终端主机(16)，供电电缆(11)和采集电缆(13)与采集站(12)相连，采集站(12)通过水声及卫星传输系统(15)与终端主机(16)实现无线通讯，其特征在于：
所述供电电缆(11)和采集电缆(13)在海床面和井中并行紧邻布设，供电电缆(11)为串行供电电缆，其上等距布设有多个供电电极(110)，采集电缆(13)为并行电位采集电缆，其上等距布设有多个测量电极(130)，供电电缆(11)和采集电缆(13)上的电极数量和位置均相同相对应。
2.根据权利要求1所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，其特征在于：所述采集站(12)包括串行供电单元、并行电位采集单元、变频方波发射单元、主控CPU及电源单元；每个单元均由其对应的CPU管理控制，主控CPU接收终端主机(16)的指令管理各单元协调工作，通过获取各单元采集数据加以整理运算处理，并反馈至终端主机(16)。
3.根据权利要求2所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，其特征在于：所述串行供电单元连接供电电缆(11)上的各个供电电极(110)，供电电极(110)设置成正负两个状态，由微型继电器组成n*2阵列开关，n为供电电极个数。
4.根据权利要求2所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，其特征在于：所述并行电位采集单元连接采集电缆(13)上的测量电极(130)，包括n路独立高精度24位模数转换器、采集单元CPU及中央控制CPU，将测量电极(130)探测的电位信号处理后经中央控制CPU进行数据分解排列和频域分析处理，并进行数据存储。
5.根据权利要求2所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，其特征在于：所述供电电缆(11)和采集电缆(13)在海床面和井中并行紧邻布设，且两条电缆之间相对应的电极通过卡扣(140)固定，供电电缆(11)和采集电缆(13)的非电极部分由绝缘材料包裹。
6.根据权利要求2所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，其特征在于：所述供电电极(110)采用不锈钢材质，测量电极(130)采用石墨材质。
7.基于权利要求1所述的一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据海洋工程建设监测需要选定监测点；
步骤2、对监测系统供电，采集并获得单个监测周期内多组供电电流-电位差数据；
步骤3、计算多组供电电流-电位差的视电阻率；以每组的电极位置及视电阻率作为参数进行反演计算，获得真电阻率剖面图；
步骤4、结合监测区基本信息，将真电阻率剖面图中多个高阻区里与待监测的目标含气泡区位置相对应的高阻区域判定为目标含气泡区，根据高阻区范围及电阻率值的变化判定气泡型浅层气分布范围以及含气量变化，高阻区范围即为含气泡区范围，电阻率降低则为含气量降低；
步骤5、重复执行步骤2-步骤4，实现对含气泡区浅层气的动态变化原位监测。
8.根据权利要求7所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤2中，采集方式为：
将供电电缆所有相邻供电电极依次作为供电电极对进行供电并反馈供电电流强度，每次供电时，测量电缆采集全部测量电极的电位数据，相邻测量电极电位数据相减形成电位差，当所有相邻供电电极对全部完成供电后，即为完成一次监测周期；
每次供电反馈一个供电电流值以及n个电位值，将所有相邻测量电极所测电位相减形成电位差，即n-1个电位差；进而每次供电得到一个供电电流值与n-1个电位差的组合，即n-1个电流-电位差组合，一次监测周期供电n-1次，因此可得(n-1)*(n-1)组供电电流-电位差组合。
9.根据权利要求7所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤1中，对于电缆的海床面部分，确定水平监测范围以设置电缆总长度，确定监测方式为二维或三维，对于电缆的井中部分，确定井间电缆个数、间距、总长度及位置分布。
10.根据权利要求7所述的井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤3中，计算(n-1)*(n-1)组供电电流-电位差的视电阻率，设定供电电极为C1至Cn，测量电极为P1至Pn，则以供电电极对为C1C2，测量电极对为P4P5的视电阻率ρ的计算公式为：
其中C1P4为C1至P4的距离，C1P5为C1至P5的距离，C2P4为C2至P4的距离，C2P5为C2至P5的距离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210185906.XA CN114675330A (zh) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210185906.XA CN114675330A (zh) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114675330A true CN114675330A (zh) | 2022-06-28 |
Family
ID=82072508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210185906.XA Pending CN114675330A (zh) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114675330A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106597551A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-04-26 | 中国海洋大学 | 海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法与装置 |
| CN106761724A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-05-31 | 中国海洋大学 | 海底天然气水合物分解原位井中电学监测方法及装置 |
| CN109209338A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-15 | 中南大学 | 一种用于探测井旁异常体的电法观测系统及探测方法 |
| CN109668940A (zh) * | 2018-07-28 | 2019-04-23 | 中国海洋大学 | 双缆式海底地下水排泄原位电学监测方法及装置 |
| CN113982561A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-01-28 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统及方法 |
-
2022
- 2022-02-28 CN CN202210185906.XA patent/CN114675330A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106597551A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-04-26 | 中国海洋大学 | 海底天然气水合物开采甲烷泄漏原位电学监测方法与装置 |
| CN106761724A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-05-31 | 中国海洋大学 | 海底天然气水合物分解原位井中电学监测方法及装置 |
| CN109668940A (zh) * | 2018-07-28 | 2019-04-23 | 中国海洋大学 | 双缆式海底地下水排泄原位电学监测方法及装置 |
| CN109209338A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-15 | 中南大学 | 一种用于探测井旁异常体的电法观测系统及探测方法 |
| CN113982561A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-01-28 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2019101453A4 (en) | Long-term in-situ observing device and method for deep sea bottom-supported engineering geological environment | |
| CA2913202C (en) | Sensor for measuring the electromagnetic fields on land and underwater | |
| CN110411923B (zh) | 基于自然电位测量的海底边界层原位实时监测装置及方法 | |
| CN106960548B (zh) | 一种边坡地质灾害监测预警方法及系统 | |
| CN109579802B (zh) | 一种多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法 | |
| CN107631720A (zh) | 海底沙波原位实时观测装置及方法 | |
| CN101216566B (zh) | 一种适合于准远区的电偶源频率域电测深方法及装置 | |
| CN102879829B (zh) | 浅海用大极距海底电场仪 | |
| CN106761724A (zh) | 海底天然气水合物分解原位井中电学监测方法及装置 | |
| CN107632322B (zh) | 一种适用于水域电法勘探的电缆系统的勘探方法 | |
| CN104343110A (zh) | 桥梁桩周土冲刷原位监测方法及系统 | |
| Muhammad et al. | Prediction criteria for groundwater potential zones in Kemuning District, Indonesia using the integration of geoelectrical and physical parameters. | |
| CN114675330A (zh) | 一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法 | |
| CN114705338A (zh) | 一种海上风电桩基础的冲刷实时监测装置和监测方法 | |
| CN114924322A (zh) | 基于点状电极探杆原位测量气泡型浅层气含气量的方法 | |
| CN113267807A (zh) | 海底震源及海底探测系统 | |
| CN1065338C (zh) | 土坝渗流通道及水库大坝地质隐患探查装置和方法 | |
| CN115343358A (zh) | 一种岛礁珊瑚礁中低频声学特性测量方法 | |
| Ahmad et al. | Implications of depletion of groundwater levels in three layered aquifers and its management to optimize the supply demand in the urban settlement near Kahota Industrial Triangle area, Islamabad, Pakistan | |
| CN110954472B (zh) | 一种深海金属构筑物防护效果监测装置及预警方法 | |
| Dunbar | Electrical resistivity investigation of gas hydrate distribution in Mississippi Canyon Block 118, Gulf of Mexico | |
| CN207008078U (zh) | 一种适用于水域电法勘探的电缆系统 | |
| Fu et al. | Salt transport dynamics across the sediment-underground brine interface driven by tidal hydrology and benthic crab burrowing in muddy tidal flats | |
| Smith | The effects of vegetation on island geomorphology in the Wax Lake Delta, Louisiana | |
| CN114706130B (zh) | 一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |