CN209945286U - 海底管线填埋深度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种海底管线填埋深度监测装置，其包括第一压强测量器、第二压强测量器、过滤单元、壳体、数据处理模块以及管线安装单元。将本实用新型设置在海底管线上，然后将海底管线填埋在海底层内；第一压强测量器测得第一压强数值P1，第二压强测量器测得第二压强数值P2；第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块，数据处理模块进行数据计算处理，如果第一压强数值P1等于第二压强数值P2，数据处理模块判定该海底管线填埋深度监测装置所对应的海底管线的部位出现裸露，从而可以达到检测海底管线是否裸露或悬空的效果。本装置无需人工现场测绘，具有操作简单，效率高，测量精度高，节省时间的特点。

Description

海底管线填埋深度监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种海底管线填埋深度监测装置。

背景技术

跨海岸、跨洲之间的能源传输、通讯传输、电力传输等大都采用海底管线(例如海底石油管线、海底光缆等)来传输，通常海底管线被填埋在海底，由于海水的冲刷和船只的干扰，海底管线会从海底层中裸露，裸露出来的海底管线很可能受到破坏，或者继而产生管线悬空的状态。目前，现有技术中主要采用浅地层剖面仪对海底管线进行勘测，以确定海底管线是否；浅地层剖面仪是利用声波探测浅地层剖面结构和构造的仪器设备，该仪器在地层分辨率和地层穿透深度方面有较高的性能，并可以任意选择扫频信号组合，现场实时地设计调整工作参量，也可以测量在海上油田钻井中的基岩深度和厚度。因而是一种在海洋地质调查，地球物理勘探和海洋工程，海洋观测、海底资源勘探开发，航道港湾工程，海底管线铺设广泛应用的仪器。以声学剖面图形反映浅地层组织结构，从而来测绘出海底管线在海底层中的位置信息，以观测海底管线是否裸露。在实际的测量过程中，调查船载着浅地层剖面仪在海面上拖动，调查船航行过程中收到海浪冲击、船速和航向不稳定等因素而易产生船只摇摆，使得浅地层剖面仪所得出的测量数据不够精准。如果采用浅地层剖面仪来进行勘测的话，海洋调查需要耗费大量的船时和人力，且能够获取的调查数据不充足，时间上不连续，不能达到实时监测的目的。

综上所述，现有的测量装置存在缺点：测量数据不够精确，测量耗时费力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种海底管线填埋深度监测装置，解决上述现有技术问题中的一个或多个。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种海底管线填埋深度监测装置，其包括第一压强测量器、第二压强测量器、过滤单元、壳体、数据处理模块以及管线安装单元；其中，壳体设有第一容纳腔体和贯通开口，贯通开口贯通地设置在第一容纳腔体的周壁上，过滤单元设在贯通开口上，且过滤单元完全将贯通开口覆盖；第二压强测量器设置在第一容纳腔体内，第一压强测量器设置在壳体的外部，且第一压强测量器的感应部和第二压强测量器的感应部设置在同一水平面上；第一压强测量器和第二压强测量器分别与数据处理模块电信号连接；第一压强测量器、第二压强测量器以及壳体均通过管线安装单元设置在海底管线上。

设第一压强测量器的感应部与水面的垂直高度距离h1，填埋深度H(即第一压强测量器的感应部与泥水分界面的垂直高度距离)；第二压强测量器的感应部与水面的垂直高度距离h2，由于第一压强测量器的感应部和第二压强测量器的感应部设置在同一水平面上，所以h1＝h2；海底管线所填埋海域的泥密度ρ泥(泥密度ρ泥是指沙和水的混合体等效密度，即海底管线所填埋海域的泥样品的重量除以体积得出的密度)和海水密度ρ水。工作过程：将所述海底管线填埋深度监测装置通过所述管线安装单元设置在海底管线上，将上述的海底管线填埋在海底层内，且将所述第一压强测量器的感应部和所述第二压强测量器的感应部布置在同一水平面上，所述第一压强测量器测得第一压强数值P1，所述第二压强测量器测得第二压强数值P2；所述第一压强数值P1和所述第二压强数值P2传递给所述数据处理模块，数据处理模块进行数据计算处理：海底管线填埋后，由于第一压强测量器设置在壳体的外部，即第一压强测量器的感应部可感测到的第一压强数值P1为(h1-H)深度下水的压强和填埋深度H深度下泥的压强总和，那么根据物理学中压强的计算公式，即得出P1＝ρ水*g*(h1-H)+ρ泥*g*H；由于第二压强测量器设置在第一容纳腔体内，过滤单元将泥中的沙隔挡在第一容纳腔体外，只允许水通过贯通开口进入到第一容纳腔体内，那么第二压强测量器测得第二压强数值P2为h2深度下水的压强，即P2＝ρ水*g*h2；同时由于第一压强测量器的感应部和第二压强测量器的感应部设置在同一水平面上，所以h1＝h2；那么假如海底管线从海底层裸露出来的话，相应地本装置的第一压强测量器的感应部和第二压强测量器的感应部也会从海底层裸露出来，那么上述中的填埋深度H等于或小于0，那么第一压强数值P1＝ρ水*g*h1，由于h1＝h2，此时第一压强数值P1等于第二压强数值P2；从而得出，如果第一压强数值P1等于第二压强数值P2，数据处理模块判定该海底管线填埋深度监测装置所对应的海底管线的部位出现裸露，从而可以达到检测海底管线是否裸露或悬空的效果。本装置无需人工现场测绘，具有操作简单，效率高，测量精度高，节省时间的特点。

在一些实施方式中，壳体上还设有安装部，第一压强测量器设置在安装部上。

这样，通过在壳体上设有用于安装放置第一压强测量器的安装部，使得第一压强测量器可以安装在壳体上，从而使得本实用新型结构紧凑，便于携带存放。

在一些实施方式中，壳体通过管线安装单元设置在海底管线上。

这样，由于第一压强测量器、第二压强测量器均容纳在壳体内，第一压强测量器、第二压强测量器可以通过壳体来设置在管线安装单元上，无需在管线安装单元上设置其他位置来安装第一压强测量器和第二压强测量器，简化了结构。

在一些实施方式中，壳体还设有第二容纳腔体，数据处理模块容纳在第二容纳腔体内。

这样，通过在壳体设有用于放置数据处理模块的第二容纳腔体，使得数据处理模块可以容纳在壳体内部，进一步地增强了本实用新型的结构紧凑性。

在一些实施方式中，还包括供电系统和供电线缆，供电系统通过供电线缆与数据处理模块电连接。

这样，通过使用供电线缆将供电系统与数据处理模块电连接，供电系统为数据处理模块供电。

在一些实施方式中，还包括通讯模块和通讯电缆，通讯模块通过通讯电缆与数据处理模块电信号连接。

这样，使用者可以通过实时监控站和通讯模块通讯连接，来实现远程实时监控功能。

在一些实施方式中，还包括温度传感器，温度传感器通过管线安装单元设置在海底管线上；温度传感器与数据处理模块电信号连接。

这样，当海底管线附近的海水温度降低时，温度传感器将检测数据传递给数据处理模块进行分析处理，来根据预设的温度数值决定是否发出低温预警，使得本装置具备浅海结冰预警功能。

在一些实施方式中，还包括实时监控站，操作方法包括：

将多个海底管线填埋深度监测装置通过管线安装单元依次设置在海底管线上，并记录各个海底管线填埋深度监测装置在海底管线上的位置信息，并将各海底管线填埋深度监测装置的位置信息与编号一一对应地存储在实时监控站中；将上述的海底管线填埋在海底层内，且将第一压强测量器的感应部和第二压强测量器的感应部布置在同一水平面上，实时监控站与数据处理模块数据传输连接；第一压强测量器测得第一压强数值P1，第二压强测量器测得第二压强数值P2；第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块，数据处理模块进行数据计算处理，如果第一压强数值P1等于第二压强数值P2，数据处理模块判定该海底管线填埋深度监测装置所对应的海底管线的部位出现裸露。

这样，使用者可以直观地对整个海底管线所填埋海域实行片区化监测。

在一些实施方式中，操作方法还包括：

测量海底管线所填埋海域的泥密度ρ泥和海水密度ρ水；

第一压强测量器测得第一压强数值P1，第二压强测量器测得第二压强数值P2；第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块，数据处理模块进行数据计算处理，得出填埋深度＝(第一压强数值P1-第二压强数值P2)/[(泥密度ρ泥-海水密度ρ水)*g]，其中g为重力系数；

数据处理模块将填埋深度传输给实时监控站，实时监控站将各个海底管线填埋深度监测装置所测量出的填埋深度结合位置信息和编号，来绘制出海底管线所填埋海域的填埋深度区间曲线；并通过持续实时监控填埋深度的变化量，来监测整条海底管线各个部位填埋深度的变化量。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的海底管线填埋深度监测装置；

图2为图1所示的海底管线填埋深度监测装置安装在海底管线上的示意图；

图3为将多个图1所示的海底管线填埋深度监测装置埋入海底管线所填埋海域的示意图。

附图标号：

1-第一压强测量器、2-第二压强测量器、3-过滤单元、4-壳体、41-第一容纳腔体、43-安装部、44-第二容纳腔体、5-数据处理模块、6-实时监控站、7-海底管线填埋深度监测装置、8-管线安装单元、9-海底管线

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1至图2示意性的显示了本实用新型一种实施方式的海底管线填埋深度监测装置的结构。

如图1至图2所示，该海底管线填埋深度监测装置包括第一压强测量器1、第二压强测量器2、过滤单元3、壳体4、数据处理模块5以及管线安装单元8；其中，壳体4设有第一容纳腔体41和贯通开口，贯通开口贯通地设置在第一容纳腔体41的周壁上，过滤单元3设在贯通开口上，且过滤单元3完全将贯通开口覆盖；第二压强测量器2设置在第一容纳腔体41内，第一压强测量器1设置在壳体4的外部(即至少第一压强测量器1的感应部裸露在外界中，使得第一压强测量器1能够直接感测到海底层的泥的压强)，且第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部设置在同一水平面上；第一压强测量器1和第二压强测量器2分别与数据处理模块5电信号连接；第一压强测量器1、第二压强测量器2以及壳体4均通过管线安装单元8设置在海底管线9上。详细地，在本实施例中，第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部均设置成朝上，在其他实施方式中，第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部还可以设置成侧放，只要是能够将第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部设置在同一水平面上的具体方式即可。

如图1、图2和图3所示，设第一压强测量器1的感应部与水面的垂直高度距离h1，填埋深度H(即第一压强测量器1的感应部与泥水分界面的垂直高度距离)；第二压强测量器2的感应部与水面的垂直高度距离h2，由于第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部设置在同一水平面上，所以h1＝h2；海底管线9所填埋海域的泥密度ρ泥(泥密度ρ泥是指沙和水的混合体等效密度，即海底管线9所填埋海域的泥样品的重量除以体积得出的密度)和海水密度ρ水。工作过程：将海底管线填埋深度监测装置7通过管线安装单元8设置在海底管线9上，将上述的海底管线9填埋在海底层内，且将第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部布置在同一水平面上，第一压强测量器1测得第一压强数值P1，第二压强测量器2测得第二压强数值P2；第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块5，数据处理模块5进行数据计算处理：海底管线9填埋后，由于第一压强测量器1设置在壳体4的外部，即第一压强测量器1的感应部可感测到的第一压强数值P1为(h1-H)深度下水的压强和填埋深度H深度下泥的压强总和，那么根据物理学中压强的计算公式，即得出P1＝ρ水*g*(h1-H)+ρ泥*g*H；由于第二压强测量器2设置在第一容纳腔体41内，过滤单元3将泥中的沙隔挡在第一容纳腔体41外，只允许水通过贯通开口进入到第一容纳腔体41内，那么第二压强测量器2测得第二压强数值P2为h2深度下水的压强，即P2＝ρ水*g*h2；同时由于第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部设置在同一水平面上，所以h1＝h2；那么假如海底管线9从海底层裸露出来的话，相应地本装置的第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部也会从海底层裸露出来，那么上述中的填埋深度H等于或小于0，那么第一压强数值P1＝ρ水*g*h1，由于h1＝h2，此时第一压强数值P1等于第二压强数值P2；从而得出，如果第一压强数值P1等于第二压强数值P2，数据处理模块5判定该海底管线填埋深度监测装置7所对应的海底管线9的部位出现裸露，从而可以达到检测海底管线9是否裸露或悬空的效果。本装置无需人工现场测绘，具有操作简单，效率高，测量精度高，节省时间的特点。

在本实用新型中，本装置还具有测量海底管线9的填埋深度H的功能，设第一压强测量器1的感应部与水面的垂直高度距离h1，填埋深度H(即第一压强测量器1的感应部与泥水分界面的垂直高度距离)；第二压强测量器2的感应部与水面的垂直高度距离h2，由于第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部设置在同一水平面上，所以h1＝h2；然后测量海底管线9所填埋海域的泥密度ρ泥(泥密度ρ泥是指沙和水的混合体等效密度，即海底管线9所填埋海域的泥样品的重量除以体积得出的密度)和海水密度ρ水；第一压强测量器1测得第一压强数值P1，第二压强测量器2测得第二压强数值P2,然后第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块5，数据处理模块5进行数据计算处理，得出填埋深度H＝(第一压强数值P1-第二压强数值P2)/[(泥密度ρ泥-海水密度ρ水)*g]，其中g为重力系数。数据处理模块5的计算分析过程：由于第一压强测量器1设置在壳体4的外部，即第一压强测量器1的感应部可感测到的第一压强数值P1为(h1-H)深度下水的压强和填埋深度H深度下泥的压强总和，那么根据物理学中压强的计算公式，即得出P1＝ρ水*g*(h1-H)+ρ泥*g*H；由于第二压强测量器2设置在第一容纳腔体41内，过滤单元3将泥中的沙隔挡在第一容纳腔体41外，只允许水通过贯通开口进入到第一容纳腔体41内，那么第二压强测量器2测得第二压强数值P2为h2深度下水的压强，即P2＝ρ水*g*h2；同时由于h1＝h2，由P1＝ρ水*g*(h1-H)+ρ泥*g*H，和P2＝ρ水*g*h2，这两个公式推导出填埋深度H＝(P1-P2)/[(ρ泥-ρ水)*g]，即得出填埋深度H；本实用新型具有测量精度高，自动监测，测量过程省时省力的特点；此外由上述公式可以推导出，海底管线9距离海平面的垂直高度＝h2＝P2/(ρ水*g)，从而使得本实用新型还可以测算海底管线9距离海平面的垂直高度数值。需要说明的是，在本实用新型中，还提供另一种工作过程：本工作过程与前述的工作过程的区别在于，将海底管线9所填埋海域的泥取样，然后测量样品泥的体积，然后将样品泥干燥称重，然后将该重量除以前一步测到的体积，得到沙子密度ρ沙；同理P1＝ρ水*g*h1+ρ沙*g*H，P2＝ρ水*g*h2，h1＝h2，H＝(P1-P2)/(ρ沙*g)，亦可得出填埋深度H。

更加详细地，由于在实际的生产组装过程中，第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部与海底管线9之间存在间距X，为了获取更加精确的数值，可以预先测量间距X，然后在计算时加上间距X，即填埋深度H＝(P1-P2)/[(ρ泥-ρ水)*g]+X。

需要说明的是，第一压强测量器1、第二压强测量器2以及壳体4均通过管线安装单元8设置在海底管线9上的目的是，将第一压强测量器1、第二压强测量器2设置在海底管线9上或者周围。

在本实施例中，还包括大气压测量仪，大气压测量仪与数据处理模块5电信号连接，这样大气压测量仪将测得的海底管线9所填埋海域处的大气压强P0传输给数据处理模块，然后在计算海底管线9距离海平面的垂直高度时可以排除大气压强P0对测量精度的干扰，即具有更佳测量精度的海底管线9距离海平面的垂直高度＝(P2-P0)/(ρ水*g)。当然在本实用新型的其他实施方式中，还可以通过当地的气象资料来获取大气压强P0数值，无需采用测量仪。当然，在本实施例中，计算得到的海底管线9距离海平面的垂直高度H还可以用于监测海底管线9的沉降情况。

在本实施例中，壳体4上还设有安装部43，第一压强测量器1设置在安装部43上。具体地，在本实施例中，安装部43的具体结构为形成在壳体4外部上的安装槽，第一压强测量器1嵌入在该安装槽内，第一压强测量器1的感应部裸露在外界中；这样，通过在壳体4上设有用于安装放置第一压强测量器1的安装部43，使得第一压强测量器1可以安装在壳体4上，从而使得本实用新型结构紧凑，便于携带存放。

具体地，在本实施例中，壳体4通过管线安装单元8设置在海底管线9上，这样，由于第一压强测量器1、第二压强测量器2均容纳在壳体4内，第一压强测量器1、第二压强测量器2可以通过壳体4来设置在管线安装单元8上，无需在管线安装单元8上设置其他位置来安装第一压强测量器1和第二压强测量器2，简化了结构。管线安装单元8的一端与壳体4连接，管线安装单元8的另一端设有卡箍，在安装时，卡箍箍套在海底管线9上。在其他实施方式中，管线安装单元8的具体结构还可以根据实际情况做适宜性调整，只要是能够将第一压强测量器1、第二压强测量器2以及壳体4安装在海底管线9上即可。

在本实施例中，壳体4还设有第二容纳腔体44，数据处理模块5容纳在第二容纳腔体44内。这样，通过在壳体4设有用于放置数据处理模块5的第二容纳腔体44，使得数据处理模块5可以容纳在壳体4内部，进一步地增强了本实用新型的结构紧凑性。

在本实施例中，还包括供电系统和供电线缆，供电系统通过供电线缆与数据处理模块5电连接。在本实施例中，供电系统通过供电线缆为数据处理模块5供电，同时数据处理模块5为第一压强测量器1和第二压强测量器2供电；当然，供电系统还可以直接通过电缆为第一压强测量器1和第二压强测量器2供电。供电系统可以是内置在壳体4内的蓄电池，也可以是外置在海岸上的供电站。这样，通过使用供电线缆将供电系统与数据处理模块5电连接，供电系统为数据处理模块5供电。

在本实施例中，还包括温度传感器，温度传感器通过管线安装单元8设置在海底管线9上；温度传感器与数据处理模块5电信号连接。这样，当海底管线9附近的海水温度降低时，温度传感器将检测数据传递给数据处理模块5进行分析处理，来根据预设的温度数值决定是否发出低温预警，使得本装置具备浅海结冰预警功能；或者在极地环境时，使用本实用新型来实现极地海域结冰预警功能。

如图3所示，在本实施例中，还提供了一种海底管线填埋深度监测装置的操作方法，其特征在于，还包括实时监控站6，实时监控站6与数据处理模块5数据传输连接，操作方法包括：

将多个海底管线填埋深度监测装置7通过管线安装单元8依次设置在海底管线9上，并记录各个海底管线填埋深度监测装置7在海底管线9上的位置信息，并将各海底管线填埋深度监测装置7的位置信息与编号一一对应地存储在实时监控站6中；

将上述的海底管线9填埋在海底层内，且将第一压强测量器1的感应部和第二压强测量器2的感应部布置在同一水平面上，实时监控站6与数据处理模块5数据传输连接；

第一压强测量器1测得第一压强数值P1，第二压强测量器2测得第二压强数值P2；第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块5，数据处理模块5进行数据计算处理，如果第一压强数值P1等于第二压强数值P2，数据处理模块5判定该海底管线填埋深度监测装置7所对应的海底管线9的部位出现裸露。这样，使用者可以直观地对整个海底管线9所填埋海域实行片区化监测。

进一步地，操作方法还包括：

测量海底管线9所填埋海域的泥密度ρ泥和海水密度ρ水；

第一压强测量器1测得第一压强数值P1，第二压强测量器2测得第二压强数值P2；第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块5，数据处理模块5进行数据计算处理，得出填埋深度(H)＝(第一压强数值P1-第二压强数值P2)/[(泥密度ρ泥-海水密度ρ水)*g]，其中g为重力系数；

数据处理模块5将填埋深度H传输给实时监控站6，实时监控站6将各个海底管线9填埋深度监测装置所测量出的填埋深度H结合位置信息和编号，来绘制出海底管线9所填埋海域的填埋深度H区间曲线；并通过持续实时监控填埋深度H的变化量，来监测整条海底管线9各个部位填埋深度H的变化量。

在本实施例中，还包括通讯模块和通讯电缆，通讯模块通过通讯电缆与数据处理模块5电信号连接。详细地，在本实施例中，通讯模块为设置在海岸上的无线基站，通讯电缆预埋在海底层，通讯电缆一端与数据处理模块5电信号连接，另一端与无线基站电信号连接；这样，使用者可以通过实时监控站6和通讯模块通讯连接，来实现远程实时监控功能。

以上所述的仅是本实用新型的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.海底管线填埋深度监测装置，其特征在于，包括第一压强测量器(1)、第二压强测量器(2)、过滤单元(3)、壳体(4)、数据处理模块(5)以及管线安装单元(8)；

其中，所述壳体(4)设有第一容纳腔体(41)和贯通开口，所述贯通开口贯通地设置在所述第一容纳腔体(41)的周壁上，所述过滤单元(3)设在贯通开口上，且过滤单元(3)完全将贯通开口覆盖；

所述第二压强测量器(2)设置在所述第一容纳腔体(41)内，所述第一压强测量器(1)设置在所述壳体(4)的外部，且所述第一压强测量器(1)的感应部和所述第二压强测量器(2)的感应部设置在同一水平面上；

所述第一压强测量器(1)和所述第二压强测量器(2)分别与所述数据处理模块(5)电信号连接；

所述第一压强测量器(1)、所述第二压强测量器(2)以及所述壳体(4)均通过所述管线安装单元(8)设置在海底管线上。

2.根据权利要求1所述的海底管线填埋深度监测装置，其特征在于，所述壳体(4)上还设有安装部(43)，所述第一压强测量器(1)设置在所述安装部(43)上。

3.根据权利要求2所述的海底管线填埋深度监测装置，其特征在于，所述壳体(4)通过所述管线安装单元(8)设置在海底管线上。

4.根据权利要求1所述的海底管线填埋深度监测装置，其特征在于，所述壳体(4)还设有第二容纳腔体(44)，所述数据处理模块(5)容纳在所述第二容纳腔体(44)内。

5.根据权利要求1所述的海底管线填埋深度监测装置，其特征在于，还包括供电系统和供电线缆，所述供电系统通过所述供电线缆与所述数据处理模块(5)电连接。

6.根据权利要求1所述的海底管线填埋深度监测装置，其特征在于，还包括通讯模块和通讯电缆，所述通讯模块通过所述通讯电缆与所述数据处理模块(5)电信号连接。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的海底管线填埋深度监测装置，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器通过所述管线安装单元设置在海底管线上；所述温度传感器与所述数据处理模块(5)电信号连接。

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