CN217305545U - 一种海洋石油平台状态实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海上平台安全设备技术领域，特别涉及一种海洋石油平台状态实时监测装置，在数据中心机房部署有数据库服务器、web应用服务器，所述数据库服务器和web应用服务器接入互联网，该装置部署在海洋石油平台上，该装置包括直射天线、反射天线、信号分发器、反射信号综合处理机、平台定位综合处理机、无线通讯模块；可以实时监控海上平台整体结构的安全状态，并对高荷载下的平台变形进行预警，提高了对平台安全状态识别的把控力，也为定期平台安全检测提供了全生命周期内的长序列连续监测数据，对平台安全评估、延寿评估起到支撑作用。

Description

一种海洋石油平台状态实时监测装置

技术领域

本实用新型涉及海上平台安全设备技术领域，特别涉及一种海洋石油平台状态实时监测装置。

背景技术

在海上油田行业，石油平台是油气生产的枢纽，基本组成为刚体结构。由于平台常年受风浪吹刮和拍击作用，存在应力疲劳，尤其是随着平台服役年限的增加，平台桩基等部位可能会出现结构损伤，影响平台的安全平稳运行。

目前平台安全状态评估主要依靠定期的安全检测，一般为每年一次，存在两个方面的缺陷：

其一，检测间隔周期较长，不排除两次检测间隔期间，平台由于受外荷作用出现疲劳损伤，进而在极端恶劣海况等条件下出现倒伏倾覆等事故。

其二，平台定期检测是在优良海况下进行，缺少恶劣海况下的检测数据，平台恶劣海况安全评估均为数模推算，存在不完备性。

实时连续监测平台的形变、晃动等可以全生命周期反映平台的安全状态，目前已有通过惯导、光纤等手段进行监测的案例，但是也都存在一些制约，比如原点漂移、建模复杂、和外荷海况相关性联动不足、预警指标调优修正困难等。

从上世纪80年代开始，我国海上油田开始逐步规模化发展，近年来越来越多的平台服役超初始设计年限，同时随着全球变暖，极端恶劣天气的强度和频率有增强增多趋势，海上平台面临的安全风险明显增高，急需对平台状态及其海洋水文外荷环境开展同步联动监测，掌握平台的实时安全状态和在灾害性海洋气象条件下的激震反应，从而支撑更为全面严谨的风险评估和科学决策。GNSS和GNSS-R技术相结合同步联动探测平台的晃动和环境荷载具有独特优势。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种海洋石油平台状态实时监测装置。

本实用新型是一种基于导航卫星定位技术和导航卫星反射信号遥感技术相融合的平台晃动以及平台外荷（风、浪）环境的同步联动探测装置，可以实时监控海上平台整体结构的安全状态，并对高荷载下的平台变形进行预警，提高了对平台安全状态识别的把控力，也为定期平台安全检测提供了全生命周期内的长序列连续监测数据，对平台安全评估、延寿评估起到支撑作用。

其技术方案如下：

一种海洋石油平台状态实时监测装置，在数据中心机房部署有数据库服务器、web应用服务器，所述数据库服务器和web应用服务器接入互联网，该装置部署在海洋石油平台上，该装置包括直射天线、反射天线、信号分发器、反射信号综合处理机、平台定位综合处理机、无线通讯模块；

所述直射天线连接信号分发器；所述信号分发器分两路连接反射信号综合处理机、平台定位综合处理机；

所述反射天线连接反射信号综合处理机；

所述反射信号综合处理机、平台定位综合处理机分别连接一无线通讯模块；

所述无线通讯模块接入互联网，通过互联网与数据库服务器、web应用服务器连接。

进一步的，还包括支架；所述直射天线固设于支架顶端，所述反射天线固设于所述支架顶端以下10厘米处。

进一步的，所述反射天线仰角为30°。

进一步的，所述无线通讯模块分别连接一无线通讯天线。

进一步的，所述无线通讯天线为高增益天线。

进一步的，所述无线通讯模块和反射信号综合处理机、平台定位综合处理机之间通过五心RVVP线连接。所述直射天线和信号分发器之间、信号分发器和反射信号综合处理机之间、信号分发器和平台定位综合处理机之间和反射天线和反射信号综合处理机之间通过同轴电缆连接。

进一步的，所述直射天线为右旋直射天线，所述反射天线为左旋反射天线。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型设备简单、稳定、无源、体积小。

本实用新型基于导航卫星，同时利用其定位技术和反射信号遥感技术进行平台安全状态监控。本实用新型两个技术共用一个直射天线，保证各自系统授时的一致性，通过前端得到GNSS-R相关值数据和差分GNSS报文数据，中间数据每分钟小于50M，通过无线将中间数据传输至远端数据中心服务器，在数据中心计算风、浪、晃动的产品数据，这样前端极有限的运算资源能快速处理数据，后端运算资源丰富，能快速计算出产品数据，既满足了监控实时性和数据联动的要求，又方便对各数值模型进行优化迭代。

本实用新型对平台晃动数据和风浪荷载数据进行融合处理，不仅能监控各要素的实时数据，还通过对平台晃动和风浪荷载的相关性分析，建立晃动和荷载映射模型，从而有效分辨异常晃动，建立平台安全状态预警机制。本实用新型已在一座离岸距离约11Km、服役年限22年的海上平台上得到了试验验证。

本实用新型的结构简单合理，平台定位和荷载反演的前端接收机基本独立运行，设备稳定、无源，维护成本低，安装便捷，在平台状态监控方面，实现了平台晃动和外荷环境的实时在线联动监测和平台安全状态预警，在支撑海上平台安全检测、延寿评估等方面以及保障平台安全平稳运行上有较好的实用效果。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的反射信号综合处理机结构示意图；

图中：

1、右旋直射天线

2、支架

3、左旋反射天线

4、同轴电缆

5、高增益天线

6、户外机柜

7、反射信号综合处理机

8、无线通讯模块

9、信号分发器

10、数据库服务器

11、web应用服务器

12、互联网

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例一：

一种海洋石油平台状态实时监测装置，在数据中心机房部署有数据库服务器10、web应用服务器11，所述数据库服务器10和web应用服务器11接入互联网12。

数据库服务器10用于数据的存储，同时处理用户、现场设备的请求指令，为用户提供数据上传下载等服务。

web应用服务器11用于接收外部的所有请求，以互联网作为传输媒介，用户与现场设备可访问web应用服务器。

该装置部署在海洋石油平台上，包括户外机柜6、支架2、右旋直射天线1、左旋反射天线3、信号分发器9、反射信号综合处理机7、平台定位综合处理机、无线通讯模块8、高增益天线5；

户外机柜6固设于海洋石油平台，用于装设检测和通讯模块。

支架2、高增益天线5固设于户外机柜6顶面。

右旋直射天线1固设于支架2顶端，左旋反射天线3固设于所述支架2顶端以下10厘米处，左旋反射天线3斜向下倾斜30°。

右旋直射天线1和信号分发器9通讯连接，左旋反射天线3和反射信号综合处理机7通讯连接，信号分发器9和反射信号综合处理机7、平台定位综合处理机通讯连接。

右旋直射天线1和左旋反射天线3分别用于采集卫星直射信号和左旋反射信号。

反射信号综合处理机7、平台定位综合处理机分别连接一无线通讯模块8，无线通讯模块8分别连接一个高增益天线5，无线通讯模块8接入互联网12，通过互联网12与数据库服务器10、web应用服务器11连接。

反射信号综合处理机7用于将左旋反射天线3、右旋直射天线1采集到的卫星直射信号和左旋反射信号转换为数字中频信号。

平台定位综合处理机用于将

所述无线通讯模块8和反射信号综合处理机7、平台定位综合处理机之间通过五心RVVP线连接。所述直射天线和信号分发器9之间、信号分发器9和反射信号综合处理机7之间、信号分发器9和平台定位综合处理机之间和反射天线和反射信号综合处理机7之间通过同轴电缆4连接。

无线通讯模块8用于将采集的卫星定位信号通过互联网12传输到数据库服务器10和web应用服务器11。

实施例二：

本实用新型采集卫星直射信号和左旋反射信号，直射信号分Ⅰ、Ⅱ路进行传输，反射信号通过Ⅲ路进行传输，Ⅰ路信号与传统的GNSS定位方法差别不大，在离岸距离20公里以内通过RTK方法进行定位，在离岸20公里以外通过星站差分进行定位；

Ⅱ、Ⅲ路信号经过射频前端经A/D转换得到数字中频信号，经过直反射多通道信号处理和计算得到直反射信号的相关值，通过波浪反演模型、海风反演模型分别计算海面波高波向、风速风向；

通过一段时间的数据采集，建立平台晃动和外荷环境荷载的动态变化经验模型，最后根据相应阈值界定异常晃动的判定和预警。

装置接收直射信号，实现定位结算，多颗卫星通过差分定位获取高精度定会为结果。另外通过接收并处理反射信号实现遥感信息的获取，GNSS信号在经过海洋表面后发生反射，反射后的信号携带了反射面特性信息，装置通过对反射信号的功率、时延等信息的获取与处理，得到海面风速风向、波高波向实时海况。二者基于时间戳进行匹配，获取海洋石油平台状态信息。

简要说明如何通过无线通讯模块8接入互联网12并与数据库服务器10、web应用服务器11连接，说明数据库服务器10、web应用服务器11的作用。

无线通讯模块采用蜂窝数据进行通讯，外接入互联网。数据库服务器10功能是对数据进行操作请求指令。web应用服务器11用于接收外部的所有请求，以互联网作为传输媒介，用户与现场设备可访问web应用服务器。

实施例三：

如图2为本实用新型的反射信号综合处理机7示意图，直反射信号分别通过射频前端，进行变频、滤波、增益控制，高速A/D将射频信号转化为直反射数字中频信号，A/D量化译码器生成2bit数据流，是直反射信号原始数据。

直射信号处理通道采用超前-即时-滞后相关通道结构，通过与DSP配合完成码和载波跟踪，完成卫星的定位跟踪，得到卫星PRN号，卫星高度角和方位角信息，2bit直射信号经直射处理通道得到12个通道的直射信号相关值信息，存储至缓存中，相关值信息经过得到直射信号相关功率。

反射信号通道在多普勒控制字和载波控制字的共同作用下，反射信号载波产生模块产生各不相同多普勒的本地载波，在反射信号通道中进行载波剥离，并直接复用相应直射通道的C/A码，通过移位寄存器实现反射通道C/A码的延迟，并进行C/A码相关运算，生成复数形式的时延多普勒二维相关值。

本实用新型实质上是一种海洋石油平台实时监测装置的前端采集器，经前端采集到的相关值传输至服务器端后经特定模型解算为平台外荷风浪信息，采集到的卫星定位报文传输至服务器端后经定位解算及晃动算法处理为平台自身晃动信息。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种海洋石油平台状态实时监测装置，在数据中心机房部署有数据库服务器、web应用服务器，所述数据库服务器和web应用服务器接入互联网，该装置部署在海洋石油平台上，其特征在于，该装置包括直射天线、反射天线、信号分发器、反射信号综合处理机、平台定位综合处理机、无线通讯模块；

所述直射天线连接信号分发器；所述信号分发器分两路连接反射信号综合处理机、平台定位综合处理机；

所述反射天线连接反射信号综合处理机；

所述反射信号综合处理机、平台定位综合处理机分别连接一无线通讯模块；

所述无线通讯模块接入互联网，通过互联网与数据库服务器、web应用服务器连接。

2.根据权利要求1所述的一种海洋石油平台状态实时监测装置，其特征在于，还包括支架；所述直射天线固设于支架顶端，所述反射天线固设于所述支架顶端以下10厘米处。

3.根据权利要求2所述的一种海洋石油平台状态实时监测装置，其特征在于，所述反射天线仰角为30°。

4.根据权利要求1所述的一种海洋石油平台状态实时监测装置，其特征在于，所述无线通讯模块分别连接一无线通讯天线。

5.根据权利要求4所述的一种海洋石油平台状态实时监测装置，其特征在于，所述无线通讯天线为高增益天线。

6.根据权利要求5所述的一种海洋石油平台状态实时监测装置，其特征在于，所述无线通讯模块和反射信号综合处理机、平台定位综合处理机之间通过五心RVVP线连接。

7.根据权利要求1所述的一种海洋石油平台状态实时监测装置，其特征在于，所述直射天线和信号分发器之间、信号分发器和反射信号综合处理机之间、信号分发器和平台定位综合处理机之间和反射天线和反射信号综合处理机之间通过同轴电缆连接。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种海洋石油平台状态实时监测装置，其特征在于，所述直射天线为右旋直射天线，所述反射天线为左旋反射天线。

Images