CN213457724U - 一种用于水下生产系统的安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，包括水下环境监测系统、水面环境监测系统、水下数据传输系统、交换机、数据服务器和上位机；所述水下环境监测系统和水面环境监测系统均设置在水下生产系统的管汇上，所述水下环境监测系统用于对水下生产系统的水下环境进行360度实时监测，所述水面环境监测系统用于对水下生产系统的水面环境进行实时监测；所述交换机通过所述水下数据传输系统分别连接所述水下环境监测系统和水面环境监测系统，所述交换机还通过所述数据服务器连接所述上位机，本实用新型可以广泛应用于水下生产系统中。

Description

一种用于水下生产系统的安全监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种安全监测系统，特别是关于一种用于水下生产系统的安全监测系统。

背景技术

随着陆地浅海石油可开采资源逐渐减少、开采成本逐渐增加，全世界石油开发投资逐渐向非常规油气例如深水、页岩油气等方向转移。以海洋油气资源为代表的海洋矿产资源是当前世界海洋资源开发的重点和热点。

水下生产系统是海上深水油气田开发的关键，由于水下生产系统均固定在海床上，想要了解水下生产系统的安全情况，多数情况下只能采用ROV(水下机器人)来对水下生产系统进行巡检。随着对海洋工程研究的深入，常常需要对水下设备及水下生态环境进行长期实时视频监测，现有技术常采用固定式水下摄像装置，将视频数据传回远程监控平台，但是安放在海水中的摄像机镜头极易受到海洋污损生物的附着和海水中颗粒物的沉积，导致镜头被覆盖，严重影响视频监测清晰度和可靠性，使水下摄像机无法长期在海水中工作。此外，水下生产系统所在海域过往船只的拖网作业和抛锚也会对水下生产造成一定的伤害，为保证石油平台水下生产系统长期稳定的在水下运行，如何实现对水下生产系统的安全监测也尤为重要，它承担着安全有效控制水下生产系统、保证海洋石油安全和可靠开发的重任。且目前中国深水油气田开发所采用的数据传输方式为电缆通信，电缆通信为窄带宽、低速率的通信模式，在数据传输速率和数据传输量上均受到一定的限制，随着开采系统复杂程度的增加，对于水下生产系统整体监测的通信带宽需求也日益增加。

因此，亟需一种能够对水下生产系统的运行情况进行不间断观察，对水面渔船或商船等水面目标进行实时探测的监测系统。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够对水下生产系统的运行情况进行不间断观察，对水面渔船或商船等水面目标进行实时探测的用于水下生产系统的安全监测系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种用于水下生产系统的安全监测系统，包括水下环境监测系统、水面环境监测系统、水下数据传输系统、交换机、数据服务器和上位机；

所述水下环境监测系统和水面环境监测系统均设置在水下生产系统的管汇上，所述水下环境监测系统用于对水下生产系统的水下环境进行360度实时监测，所述水面环境监测系统用于对水下生产系统的水面环境进行实时监测；

所述交换机通过所述水下数据传输系统分别连接所述水下环境监测系统和水面环境监测系统，所述交换机还通过所述数据服务器连接所述上位机。

优选地，所述水下环境监测系统包括第一基座、第一支架、水平电机、水下控制舱、水下控制器、水下照明舱、水下照明灯、水下摄像舱和水下摄像机；

所述第一基座固定设置在水下生产系统的管汇上，所述第一基座的顶部固定设置所述第一支架和水平电机，所述第一支架上设置有所述水下控制舱、水下照明舱和水下摄像舱，所述水下照明舱和水下摄像舱均固定设置在所述水平电机的动作端上，所述水下控制舱内设置有所述水下控制器；所述水下照明舱内设置有所述水下照明灯，所述水下摄像舱内设置有用于对水下生产系统的水下环境进行实时监测的所述水下摄像机；

所述水下控制器分别电连接所述水平电机、水下照明灯、水下摄像机和水下数据传输系统。

优选地，所述第一支架是由若干竖杆和底座固定连接而成的框架结构；所述水下控制舱固定设置在所述第一支架的底层，所述水下照明舱固定设置在位于所第一支架中间层的所述水平电机的动作端上，所水下摄像舱固定设置在位于所述第一支架顶层的所述水平电机的动作端上。

优选地，所述水面环境监测系统包括第二支架、仪器舱、矢量水听器和数据处理装置；

所述第二支架的顶部设置有仪器舱，所述仪器舱内设置有所述矢量水听器和数据处理装置，所述矢量水听器用于检测水下声场的空间标量和矢量信号；

所述矢量水听器电连接所述数据处理装置，所述数据处理装置电连接所述水下数据传输系统。

优选地，所述仪器舱是由悬挂架的外侧套设导流罩而成，所述悬挂架上设置有所述矢量水听器和数据处理装置。

优选地，所述悬挂架采用钛合金材料，所述导流罩采用玻璃钢材料。

优选地，所述水下数据传输系统包括第二基座、筒体、供电装置、光电转换装置、光接头和电接头；

所述第二基座的顶部设置有所述筒体，所述筒体的外部套设有导向防护罩，所述筒体的顶部设置有筒盖，所述筒盖的顶部设置有所述光接头和电接头，所述筒体内设置有所述供电装置和光电转换装置；

所述供电装置连接所述电接头，所述光电转换装置通过所述光接头连接所述交换机，所述供电装置用于通过所述电接头为所述水下环境监测系统和水面环境监测系统进行供电。

优选地，所述筒盖的顶部中心设置有用于便于对所述筒盖进行锁紧或解锁的提升安装工具。

优选地，所述水下数据传输系统通过脐带缆中的光纤连接所述交换机。

优选地，所述水下环境监测系统和水面环境监测系统分别通过供电通信电飞缆连接所述水下数据传输系统，所述交换机通过通信线缆连接所述数据服务器。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、针对目标油气田水下设备安全和环境监测的要求，本实用新型设置有水下环境监测系统，能够对水下生产系统进行全覆盖和实时360度监测，减少水下机器人巡检次数，实现对水下生产系统运行情况的不间断观察，实现对水下生产系统情况不间断观察，防止船只在附近停留或作业等行为对水下设备造成损坏，对水面渔船或商船等水面目标进行实时探测，实现在500米水深条件下的长期监测工作。

2、针对目标油气田水下设备安全监测的要求，本实用新型设置有水面环境监测系统，能够对水下生产系统进行全天候实时监测，解决水下生产系统的监控盲区问题，填补水下生产系统安全监测和预警的空白，降低船只在附近停留或作业等行为对水下设备造成损坏的风险，从而保证水下生产设施的安全，可以实现在500米水深条件下的长期监测工作。

3、本实用新型突破现有技术的基于电缆通信模式，引入光纤作为快速、稳定、可靠、安全、大容量的水下生产系统通信与海上平台的基础链路，只有基于光纤通信才能实现大数据的实时传输，本实用新型可以实现对水下生产系统的安全监测，对外部风险进行提前预警，解决水下生产系统的监控盲区问题。

4、针对供电和信号传输的需求，本实用新型设置有水下的水下数据传输系统，借助脐带缆中的光纤，搭建一条信息高速公路，实现大数据的采集和传输，可以广泛应用于海上深水油气田开发领域中。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中水下环境监测系统的结构示意图；

图3是本实用新型中水面环境监测系统的结构示意图；

图4是本实用新型中水下数据传输系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

随着深海油气田的开发，水下生产系统得到越来越广泛的应用。通常，水下生产系统包括水下井口、水下采油树、水下管汇、水下控制系统、跨接管和脐带缆等部件，一般水下井口的井流经水下采油树通过跨接管汇入水下管汇，然后经由一条油气水混输海底软管回接到依托平台，利用平台上的设施进行处理。水下生产系统的电力、控制、通讯、液压液及化学药剂经由平台通过脐带缆和布置在井口附近的水下分配单元分配到井口。水下控制系统安装在水下管汇上，通过电飞缆实现对水下采油树和水下管汇上的仪表阀门的控制。

如图1所示，本实用新型提供的用于水下生产系统的安全监测系统包括水下环境监测系统1、水面环境监测系统2、水下数据传输系统3、交换机4、数据服务器5和上位机6。

水下环境监测系统1和水面环境监测系统2均安装在水下生产系统的管汇上，水下环境监测系统1用于对水下生产系统的水下环境进行全覆盖360度实时监测，水面环境监测系统2用于对水下生产系统的水面环境进行全天候实时安全监测，并对监测的数据进行在线分析，实现对侵入目标的远程探测。水下环境监测系统1和水面环境监测系统2分别通过供电通信电飞缆7连接水下数据传输系统3，水下数据传输系统3用于将电信号的监测数据转换为光信号，并通过脐带缆中的光纤8发送至交换机4，实现光信号的传输。

交换机4、数据服务器5和上位机6均设置在海上平台上，交换机4均用于将光信号转换为电信号。交换机4通过通信线缆9连接数据服务器5，数据服务器5用于存储监测数据。数据服务器5还连接上位机6，上位机6用于根据监测数据，实时判定侵入目标的类型、位置和位移，并实时显示侵入目标的运动轨迹和系统工作参数以及水下监控的画面；上位机6还用于控制水下环境监测系统1和水面环境监测系统2的开启或关闭，以及水下环境监测系统1的监控角度。

在一个优选的实施例中，如图2所示，水下环境监测系统1包括第一基座11、第一支架12、水平电机13、水下控制舱14、水下照明舱15、水下摄像舱16、水下控制器、水下照明灯和水下摄像机，其中，第一支架12是由若干第一竖杆121和第一圆形底座122固定连接而成的柱形框架结构。

第一基座11通过锁紧装置固定设置在水下生产系统的管汇上，第一基座11的顶部固定设置第一支架12和水平电机13，第一支架12上各第一圆形底座122的中心均开设有用于水平电机13的动作端穿过的通孔。第一支架12的底层固定设置水下控制舱14，水下控制舱14内设置有水下控制器。水下照明舱15固定设置在位于第一支架12中间层的水平电机13的动作端上，水下照明舱15内设置有水下照明灯，水下照明灯用于为水下摄像机进行照明。水下摄像舱16固定设置在位于第一支架12顶层的水平电机13的动作端上，水下摄像舱16内设置有水下摄像机，水下摄像机用于对水下生产系统的水下环境进行全覆盖360度实时监测。水下控制器用于通过水平电机13控制水下照明灯和水下摄像机的转动，并将水下摄像机的监测数据通过供电通信电飞缆7发送至水下数据传输系统3。

在一个优选的实施例中，如图3所示，水面环境监测系统2包括第二支架21、仪器舱22、矢量水听器23和数据处理装置，其中，仪器舱22包括悬挂架221和导流罩222，矢量水听器23的数量为二，数据处理装置包括信号调理电路、数据处理模块、通信模块和存储模块，悬挂架221可以采用钛合金材料，导流罩222可以采用玻璃钢材料，以保证良好的透声性能。

第二支架21的顶部设置有仪器舱22，仪器舱22是由悬挂架221的外侧套设导流罩222而成，悬挂架221是由若干第二竖杆和第二圆形底座固定连接而成的柱形框架结构。悬挂架221上设置有矢量水听器23和数据处理装置，矢量水听器23用于检测水下声场的空间标量和矢量信号，信号调理电路用于对矢量水听器23检测的信号进行模数转换，数据处理模块用于对数字化后的信号进行水下目标检测和识别，通信模块用于将识别出的水下目标通过供电通信电飞缆7发送至水下数据传输系统3，存储模块用于存储数据处理过程中的各项数据，其中，数据处理模块可以采用现有技术公开的检测和识别方法对水下目标进行检测和识别，具体过程在此不多做赘述。

在一个优选的实施例中，如图4所示，水下数据传输系统3包括第二基座31、筒体32、导向防护罩33、供电装置、光电转换装置、提升安装工具34、光接头35和电接头36。

第二基座31的顶部设置有筒体32，筒体32的外部套设有导向防护罩33，筒体32的顶部设置有筒盖，筒盖的顶部中心设置有提升安装工具34，提升安装工具34用于便于水下机器人对筒盖的锁紧或解锁。筒盖33的顶部两侧设置有光接头35和电接头36，筒体32内设置有供电装置和光电转换装置，供电装置用于通过电接头36为水下环境监测系统1和水面环境监测系统2进行供电，光电转换装置用于将从水下环境监测系统1和水面环境监测系统2接收的电信号转换为光信号并通过光接头35经脐带缆中的光纤8发送至交换机4，以及接收交换机4发送的光信号形式的控制信号转换为电信号形式的控制信号通过电接头36发送至水下环境监测系统1和水面环境监测系统2。

在一个优选的实施例中，水下数据传输系统3与交换机4之间的双向通信方式为1000Mb带宽的光纤。

下面通过具体实施例详细说明本实用新型用于水下生产系统的安全监测系统的使用过程：

1)将水下环境监测系统1和水面环境监测系统2均设置在水下生产系统的管汇上。

2)当需要进行安全监测时，操作人员通过数据服务器5发送控制信号至交换机4，交换机4将电信号形式的控制信号转换为光信号形式的控制信号后通过脐带缆中的光纤8传输至位于水下的水下数据传输系统3。

3)水下数据传输系统3将光信号形式的控制信号转换为电信号形式的控制信号并分别发送至水下环境监测系统1和水面环境监测系统2。

4)水下环境监测系统1根据控制信号对水下生产系统的水下环境进行全覆盖360度实时监测，水面环境监测系统2根据控制信号对水下生产系统的水面环境进行全天候实时安全监测。

5)水下环境监测系统1和水面环境监测系统2的监测数据通过供电通信电飞缆7发送至水下数据传输系统3，水下数据传输系统3将电信号形式的监测数据转换为光信号形式的监测数据后通过脐带缆中的光纤8传输至位于海上平台的交换机4。

6)交换机4将光信号形式的监测数据转换为电信号形式的监测数据，并发送至数据服务器5。

7)数据服务器5对监测数据进行存储并发送至上位机6。

8)上位机6根据监测数据，实时判定侵入目标的类型、位置和位移，并实时显示侵入目标的运动轨迹和系统工作参数以及水下监控的画面。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，包括水下环境监测系统、水面环境监测系统、水下数据传输系统、交换机、数据服务器和上位机；

所述水下环境监测系统和水面环境监测系统均设置在水下生产系统的管汇上，所述水下环境监测系统用于对水下生产系统的水下环境进行360度实时监测，所述水面环境监测系统用于对水下生产系统的水面环境进行实时监测；

所述交换机通过所述水下数据传输系统分别连接所述水下环境监测系统和水面环境监测系统，所述交换机还通过所述数据服务器连接所述上位机。

2.如权利要求1所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述水下环境监测系统包括第一基座、第一支架、水平电机、水下控制舱、水下控制器、水下照明舱、水下照明灯、水下摄像舱和水下摄像机；

所述第一基座固定设置在水下生产系统的管汇上，所述第一基座的顶部固定设置所述第一支架和水平电机，所述第一支架上设置有所述水下控制舱、水下照明舱和水下摄像舱，所述水下照明舱和水下摄像舱均固定设置在所述水平电机的动作端上，所述水下控制舱内设置有所述水下控制器；所述水下照明舱内设置有所述水下照明灯，所述水下摄像舱内设置有用于对水下生产系统的水下环境进行实时监测的所述水下摄像机；

所述水下控制器分别电连接所述水平电机、水下照明灯、水下摄像机和水下数据传输系统。

3.如权利要求2所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述第一支架是由若干竖杆和底座固定连接而成的框架结构；所述水下控制舱固定设置在所述第一支架的底层，所述水下照明舱固定设置在位于所第一支架中间层的所述水平电机的动作端上，所水下摄像舱固定设置在位于所述第一支架顶层的所述水平电机的动作端上。

4.如权利要求1所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述水面环境监测系统包括第二支架、仪器舱、矢量水听器和数据处理装置；

所述第二支架的顶部设置有仪器舱，所述仪器舱内设置有所述矢量水听器和数据处理装置，所述矢量水听器用于检测水下声场的空间标量和矢量信号；

所述矢量水听器电连接所述数据处理装置，所述数据处理装置电连接所述水下数据传输系统。

5.如权利要求4所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述仪器舱是由悬挂架的外侧套设导流罩而成，所述悬挂架上设置有所述矢量水听器和数据处理装置。

6.如权利要求5所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述悬挂架采用钛合金材料，所述导流罩采用玻璃钢材料。

7.如权利要求1所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述水下数据传输系统包括第二基座、筒体、供电装置、光电转换装置、光接头和电接头；

所述第二基座的顶部设置有所述筒体，所述筒体的外部套设有导向防护罩，所述筒体的顶部设置有筒盖，所述筒盖的顶部设置有所述光接头和电接头，所述筒体内设置有所述供电装置和光电转换装置；

所述供电装置连接所述电接头，所述光电转换装置通过所述光接头连接所述交换机，所述供电装置用于通过所述电接头为所述水下环境监测系统和水面环境监测系统进行供电。

8.如权利要求7所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述筒盖的顶部中心设置有用于便于对所述筒盖进行锁紧或解锁的提升安装工具。

9.如权利要求1至7任一项所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述水下数据传输系统通过脐带缆中的光纤连接所述交换机。

10.如权利要求1至7任一项所述的一种用于水下生产系统的安全监测系统，其特征在于，所述水下环境监测系统和水面环境监测系统分别通过供电通信电飞缆连接所述水下数据传输系统，所述交换机通过通信线缆连接所述数据服务器。

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