RU2613335C2 - Device for estimating gas flow carried by bubbles ascending from bottom of water bodies - Google Patents

Device for estimating gas flow carried by bubbles ascending from bottom of water bodies Download PDF

Info

Publication number
RU2613335C2
RU2613335C2 RU2015132514A RU2015132514A RU2613335C2 RU 2613335 C2 RU2613335 C2 RU 2613335C2 RU 2015132514 A RU2015132514 A RU 2015132514A RU 2015132514 A RU2015132514 A RU 2015132514A RU 2613335 C2 RU2613335 C2 RU 2613335C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bubbles
nozzle
gas flow
gas
pop
Prior art date
Application number
RU2015132514A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015132514A (en
Inventor
Владимир Исаакович Юсупов
Александр Сергеевич Саломатин
Денис Вячеславович Черных
Наталья Евгеньевна Шахова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2015132514A priority Critical patent/RU2613335C2/en
Publication of RU2015132514A publication Critical patent/RU2015132514A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2613335C2 publication Critical patent/RU2613335C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to devices for remote estimation of gas flow carried by bubbles ascending from the bottom of water bodies, and can be used, for example, in measuring offshore methane flow, carried by bubbles ascending from the upper sediment layer of the bottom. The device consists of an echo sounder, a digital recording system, a control and recording unit, a GPS/GLONASS receiver and a bubble generator, consisting of a gas cylinder, a gas supply system, a bottom platform and a nozzle with a mouthpiece. The introduction of a bottom platform and a mouthpiece in the device enables to dip the nozzle into the upper sediment layer during calibration. As a result, artificial bubbles are coated with particles of the substance of the sediment layer and therefore, in terms of ascending speed and rate of dissolution, virtually do not differ from natural bubbles, which significantly improves accuracy of estimating gas flow.
EFFECT: invention improves accuracy of estimating gas flow.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к геофизике, а именно к устройствам для дистанционной оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, и может быть использовано, например, для измерения потоков метана на шельфе, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего осадочного слоя дна.The invention relates to geophysics, and in particular, to devices for remote assessment of the gas flow carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs, and can be used, for example, to measure methane flows on the shelf carried by the pop-up bubbles coming from the upper sedimentary layer of the bottom.

Известен ультразвуковой расходомер компонентов многофазной среды в трубопроводах [RU 2126143 С1, МПК 6 G01F 1/74, G01F 1/66, опубл. 10.02.1999], который позволяет оценить поток газа, переносимого всплывающими в водоемах пузырьками. Это устройство состоит из двух измерительных камер с излучателями и приемниками акустических импульсов, одна из которых соединена с блоком измерения параметров импульсов, а другая - с блоком измерения скорости многофазной среды, при этом блоки соединены с электронно-вычислительной системой. Ультразвуковой расходомер компонентов многофазной среды позволяет оценить переносимый пузырьками поток газа по скорости перемещения пузырьков и величине их относительного содержания в воде. С его помощью можно оценить поток газа из локального источника на дне водоемов.Known ultrasonic flow meter components of a multiphase medium in pipelines [RU 2126143 C1, IPC 6 G01F 1/74, G01F 1/66, publ. 02/10/1999], which allows one to estimate the gas flow carried by bubbles floating in water bodies. This device consists of two measuring chambers with emitters and receivers of acoustic pulses, one of which is connected to the unit for measuring the parameters of the pulses, and the other to the unit for measuring the speed of a multiphase medium, while the units are connected to an electronic computer system. An ultrasonic flowmeter of components of a multiphase medium makes it possible to estimate the gas flow carried by the bubbles by the speed of movement of the bubbles and their relative content in water. Using it, one can estimate the gas flow from a local source at the bottom of water bodies.

Для проведения оценки потока газа из локального источника на дне водоемов это устройство нужно устанавливать на дне водоемов с большой точностью относительно источника. Кроме того, для оценки потока газа с обширного участка дна необходимо произвести последовательно большое число таких измерений, что является очень времязатратным, дорогостоящим, а зачастую и невыполнимым мероприятием.To evaluate the gas flow from a local source at the bottom of reservoirs, this device must be installed at the bottom of reservoirs with great accuracy relative to the source. In addition, in order to evaluate the gas flow from a vast section of the bottom, it is necessary to carry out a large number of such measurements in series, which is a very time-consuming, expensive, and often impossible exercise.

Известно устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими в водоемах пузырьками [RU 150012 U1, МПК G01S 15/02 (2006.01), опубл. 27.01.2015], выбранное в качестве прототипа, содержащее эхолот, связанный с блоком согласования, к которому последовательно подключены система цифровой регистрации, блок управления и регистрации, который соединен с GPS/ГЛОНАСС приемником и эхолотом. Генератор пузырьков состоит из последовательно соединенных баллона с газом, системы подачи газа и сопла, опускаемого в водоем. Система подачи газа соединена с блоком управления и регистрации.A device for evaluating the flow of gas carried by bubbles emerging in water [RU 150012 U1, IPC G01S 15/02 (2006.01), publ. 01/27/2015], selected as a prototype, containing an echo sounder connected to a matching unit, to which a digital registration system, a control and recording unit that is connected to a GPS / GLONASS receiver and an echo sounder are connected in series. The bubble generator consists of a series-connected cylinder with gas, a gas supply system and a nozzle lowered into the reservoir. The gas supply system is connected to the control and registration unit.

Точность оценки потока газа таким устройством значительно зависит от характеристик верхнего осадочного слоя дна, из которого пузырьки выходят в водоем. Это связано с тем, что в известном устройстве пузырьки выходят из сопла непосредственно в воду, а естественные пузырьки, выходящие из дна, проходят через верхний осадочный слой. Пузырьки, проходящие через верхний осадочный слой водоемов и выходящие в водоем, переносят на своей поверхности частички вещества осадочного слоя, химический состав и количество которых зависит от физических и химических характеристик веществ, содержащихся в верхнем осадочном слое водоемов. Наличие таких веществ на поверхности пузырька значительно влияет на скорость всплытия и скорость растворения пузырьков. Поэтому естественные выходящие из верхнего осадочного слоя дна пузырьки и искусственные пузырьки, выходящие из сопла непосредственно в воду, при одном и том же потоке газа могут существенно отличаться по скорости всплытия и скорости растворения. Это приводит к тому, что для одного и того же потока газа сигналы обратного рассеяния звука от всплывающих естественных и искусственных пузырьков будут отличаться. Таким образом, при оценке потока газа возникает ошибка.The accuracy of estimating the gas flow by such a device significantly depends on the characteristics of the upper sedimentary layer of the bottom, from which the bubbles exit into the reservoir. This is due to the fact that in the known device, the bubbles exit the nozzle directly into the water, and the natural bubbles leaving the bottom pass through the upper sedimentary layer. Bubbles passing through the upper sedimentary layer of the reservoirs and leaving the reservoir carry particles of sedimentary layer material on their surface, the chemical composition and quantity of which depends on the physical and chemical characteristics of the substances contained in the upper sedimentary layer of the reservoirs. The presence of such substances on the surface of the bubble significantly affects the rate of ascent and the rate of dissolution of the bubbles. Therefore, the natural bubbles emerging from the upper sedimentary layer of the bottom and artificial bubbles coming out of the nozzle directly into the water, with the same gas flow, can significantly differ in the ascent rate and the dissolution rate. This leads to the fact that for the same gas stream, the signals of backscattering sound from pop-up natural and artificial bubbles will be different. Thus, an error occurs when evaluating the gas flow.

Задача изобретения состоит в повышении точности оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов.The objective of the invention is to improve the accuracy of estimation of the gas flow carried by the pop-up bubbles emerging from the bottom of the reservoirs.

Предложенное устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, так же, как в прототипе, содержит эхолот, который через блок согласования и систему цифровой регистрации соединен с блоком управления и регистрации, который соединен с GPS/ГЛОНАСС приемником и эхолотом, генератор пузырьков, содержащий баллон с газом, соединенный с системой подачи газа, и сопло, опускаемое в водоем, причем система подачи газа связана с блоком управления и регистрации.The proposed device for evaluating the gas flow carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs, as in the prototype, contains an echo sounder, which is connected to the control and registration unit, which is connected to the GPS / GLONASS receiver and echo sounder, via a matching unit and a digital registration system , a bubble generator comprising a gas cylinder connected to a gas supply system, and a nozzle lowered into a reservoir, the gas supply system being connected to a control and registration unit.

Согласно изобретению к системе подачи газа присоединена опускаемая на дно водоема платформа, на боковой поверхности которой, внизу, под углом к вертикали, закреплено сопло, на конце которого закреплена насадка, торец которой, обращенный в сторону донных осадков, выполнен сужающимся.According to the invention, a platform is lowered to the gas supply system, a nozzle is lowered to the bottom of the reservoir, on the lateral surface of which, at the bottom, an nozzle is fixed, at the end of which a nozzle is fixed, the end of which, facing the bottom sediments, is made tapering.

Донная платформа может быть выполнена в виде цилиндра из стали.The bottom platform can be made in the form of a cylinder of steel.

Сопло может быть выполнено из стальной трубки и установлено на донной платформе под углом 30-45° к ее вертикали.The nozzle can be made of a steel tube and mounted on the bottom platform at an angle of 30-45 ° to its vertical.

Насадка может быть выполнена из стали в виде конуса.The nozzle can be made of steel in the form of a cone.

Достижение заявленного технического результата, а именно повышение точности оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, происходит за счет того, что при калибровке устройства с помощью генератора пузырьков пузырьки по своим характеристикам максимально приближены к естественным пузырькам, выходящим из верхнего осадочного слоя дна. Происходит это за счет того, что искусственные пузырьки выходят из сопла в верхнем осадочном слое дна и перед выходом из дна в водную толщу проходят через этот слой. В результате они покрываются частичками вещества осадочного слоя и поэтому по скорости всплытия и скорости растворения уже практически не отличаются от естественных пузырьков. Технически это достигается тем, что сопло имеет на своем конце насадку и устанавливается на опускаемой на дно водоема донной платформе, и при постановке донной платформы на дно водоема сопло с насадкой погружается на некоторую глубину в верхний осадочный слой дна.The achievement of the claimed technical result, namely, increasing the accuracy of estimating the gas flow carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs, is due to the fact that when calibrating the device using a bubble generator, the bubbles are as close as possible to natural bubbles emerging from the upper sedimentary layer bottom. This happens due to the fact that artificial bubbles exit the nozzle in the upper sedimentary layer of the bottom and pass through this layer before exiting the bottom into the water column. As a result, they are covered with particles of sedimentary layer material and therefore practically do not differ from natural bubbles in their ascent rate and dissolution rate. Technically, this is achieved by the fact that the nozzle has a nozzle at its end and is installed on the bottom platform, which is lowered to the bottom of the reservoir, and when the bottom platform is placed on the bottom of the reservoir, the nozzle with the nozzle is immersed to a certain depth in the upper sedimentary layer of the bottom.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов.In FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for evaluating a gas flow carried by pop-up bubbles exiting the bottom of water bodies.

Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, содержит блок управления и регистрации 1 (БУР), который связан с эхолотом 2 (Э), к которому последовательно подсоединены блок согласования 3 (БС), система цифровой регистрации 4 (СЦР), которая соединена с блоком управления и регистрации 1 (БУР), который связан с GPS/ГЛОНАСС приемником 5 (П). Генератор пузырьков 6 (ГП) содержит последовательно соединенные баллон с газом 7 (БГ), систему подачи газа 8 (СПГ), донную платформу 9 (ДП), закрепленное на ее боковой поверхности, внизу, под углом 30-45° к вертикали, сопло 10 (С), на конце которого закреплена насадка 11 (Н), торец которой, обращенный в сторону донных осадков, выполнен в виде конуса.The device for evaluating the gas flow carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs contains a control and registration unit 1 (BUR), which is connected to an echo sounder 2 (E), to which a matching unit 3 (BS), a digital registration system 4 ( SCR), which is connected to the control and registration unit 1 (BUR), which is connected to the GPS / GLONASS receiver 5 (P). The bubble generator 6 (GP) contains a gas cylinder 7 (BG) connected in series, a gas supply system 8 (LNG), a bottom platform 9 (DP) mounted on its side surface, below, at an angle of 30-45 ° to the vertical, a nozzle 10 (C), at the end of which a nozzle 11 (H) is fixed, the end of which, facing the bottom sediments, is made in the form of a cone.

Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, устанавливают на судно. Предварительно в заданном районе с помощью генератора пузырьков 6 (ГП) проводят калибровку. Для этого судно становится в дрейф на участке, на котором нет естественных всплывающих пузырьков. Затем на дно водоема непосредственно под эхолотом 2 (Э) опускают соединенные с системой подачи газа 8 (СПГ) донную платформу 9 (ДП) и закрепленное на ней сопло 10 (С), на конце которого установлена насадка 11 (НАС). При установке донной платформы 9 (ДП) на дно водоема сопло 10 (С) с установленной на его конце насадкой 11 (НАС) погружается в верхний осадочный слой дна. Насадка 11 (НАС) предохраняет сопло 10 (С) от механического повреждения и засорения осадочными породами при его погружении в верхний слой донных осадков. По команде с блока управления и регистрации 1 (БУР) система подачи газа 8 (СПГ), на который газ поступает из баллона с газом 7 (БГ), обеспечивает заданный поток газа, поступающий на донную платформу 9 (ДП) и выходящий из сопла 10 (С) в верхний осадочный слой в виде пузырьков. Пузырьки проходят через верхний осадочный слой и, выйдя из дна водоема, всплывают в водной толще. Одновременно в направлении дна излучается акустический сигнал эхолота 2 (Э). Этим же эхолотом 2 (Э) принимаются сигналы обратного рассеивания звука от выходящих из дна и всплывающих пузырьков. Сигналы обратного рассеивания звука через блок согласования 3 (БС) и систему цифровой регистрации 4 (СЦР) поступают на блок управления и регистрации 1 (БУР), где обрабатываются и отображаются в виде эхограммы, которая показывает распределение сигнала обратного рассеивания звука под эхолотом 2 (Э). Изменяя величину потока газа, выходящего из сопла 10 (С), строится калибровочная зависимость величины сигнала обратного рассеивания звука от величины потока газа для различных глубин Н.A device for evaluating the flow of gas carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs is installed on the vessel. Preliminary in a given area using a bubble generator 6 (GP) carry out calibration. To do this, the ship becomes drift in the area where there are no natural pop-up bubbles. Then, the bottom platform 9 (DP) connected to the gas supply system 8 (LNG) and the nozzle 10 (C) fixed on it, at the end of which a nozzle 11 (NAS) are lowered, are lowered to the bottom of the reservoir directly under the echo sounder 2 (E). When installing the bottom platform 9 (DP) at the bottom of the reservoir, the nozzle 10 (C) with the nozzle 11 (NAS) installed at its end is immersed in the upper sedimentary layer of the bottom. The nozzle 11 (NAS) protects the nozzle 10 (C) from mechanical damage and clogging by sedimentary rocks when it is immersed in the upper layer of bottom sediments. At the command of the control and registration unit 1 (BUR), the gas supply system 8 (LNG), to which the gas comes from the gas cylinder 7 (BG), provides a predetermined gas flow entering the bottom platform 9 (DP) and exiting the nozzle 10 (C) into the upper sedimentary layer in the form of bubbles. Bubbles pass through the upper sedimentary layer and, coming out of the bottom of the reservoir, float in the water column. At the same time, an acoustic signal from the echo sounder 2 (E) is emitted in the direction of the bottom. The same echo sounder 2 (E) receives signals for backscattering sound from emerging from the bottom and pop-up bubbles. Sound backscatter signals through the matching unit 3 (BS) and digital recording system 4 (SCR) are sent to the control and recording unit 1 (BUR), where they are processed and displayed in the form of an echogram that shows the distribution of the sound backscatter signal under the echo sounder 2 (E ) By changing the magnitude of the gas flow exiting the nozzle 10 (C), a calibration dependence of the magnitude of the signal of backscattering sound on the magnitude of the gas flow for various depths N.

Затем проводится оценка естественного потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, в заданном районе. В зависимости от поставленной задачи измерения проводятся в дрейфе или на ходу судна, на котором установлено предлагаемое устройство. По команде с блока управления и регистрации 1 (БУР) акустический сигнал эхолота 2 (Э) излучается в направлении дна. Этим же эхолотом 2 (Э) принимаются сигналы обратного рассеивания звука от выходящих из дна и всплывающих пузырьков. Сигналы обратного рассеивания звука через блок согласования 3 (БС) и систему цифровой регистрации 4 (СЦР) поступают на блок управления и регистрации 1 (БУР), где обрабатываются и отображаются в виде эхограммы. С использованием полученной ранее калибровочной зависимости для глубины Н по величине сигнала обратного рассеивания звука от пузырьков производится оценка потока газа, переносимого всплывающими пузырьками. Одновременно на блок управления и регистрации 1 (БУР) поступает сигнал с GPS/ГЛОНАСС приемника 5 (П) для записи текущих координат. Таким образом, в заданном районе можно выполнить измерение потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, в заданной точке или провести съемку, например, путем выполнения параллельных галсов и получить распределение величины потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, по всему району.Then, the natural gas flow carried by the pop-up bubbles is estimated in a given area. Depending on the task, the measurements are carried out in the drift or on the go of the vessel on which the proposed device is installed. On command from the control and registration unit 1 (BUR), the acoustic signal of the echo sounder 2 (E) is emitted in the direction of the bottom. The same echo sounder 2 (E) receives signals for backscattering sound from emerging from the bottom and pop-up bubbles. Sound backscatter signals through the matching unit 3 (BS) and the digital recording system 4 (SCR) are sent to the control and registration unit 1 (BUR), where they are processed and displayed in the form of an echogram. Using the previously obtained calibration dependence for depth H, the gas flow carried by the pop-up bubbles is estimated from the value of the backscattered sound signal from the bubbles. At the same time, a signal from the GPS / GLONASS receiver 5 (P) is received at the control and registration unit 1 (BUR) to record the current coordinates. Thus, in a given area, it is possible to measure the gas flow carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs at a given point or to take a survey, for example, by performing parallel tacks and obtain the distribution of the size of the gas flow carried by the pop-up bubbles throughout the area.

Характеристики эхолота 2 (Э), входящего в состав комплекса для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов (периодичность и длительность посылок, частота сигнала, мощность, характеристики диаграммы направленности), определяются стандартным образом в зависимости от глубины, поставленной задачи, погодных условий, размеров всплывающих пузырьков. Для достаточно больших глубин (более 300 м) регистрацию лучше производить на частотах 20-50 кГц, поскольку сигнал с более высокими частотами сильно затухает. На мелководных участках (глубина меньше 300 м) предпочтительнее работать с частотами в диапазоне 50-250 кГц. Блок управления и регистрации 1 (БУР) может быть выполнен на базе персонального компьютера или с использованием микропроцессоров. Блок согласования 3 (БС), система цифровой регистрации 4 (СЦР), GPS/ГЛОНАСС приемник 5 (П) могут быть стандартными. В качестве баллона с газом 7 (БГ) может быть использован стандартный баллон с метаном, а для мелководных участках - с любым другим, в том числе инертным, газом. Система подачи газа 8 (СПГ) может быть выполнена на базе редуктора БКО-50-4, ротаметра для измерения расхода газа серии LZM-4T и шланга высокого давления. Донная платформа 9 (ДП) может быть изготовлена, например, из стали. При постановке на дно она должна располагаться на поверхности дна и сохранять устойчивость. Сопло 10 (С) устанавливается на донной платформе (ДП) таким образом, чтобы при постановке донной платформы 9 (ДП) на дно оно погружалось в верхний осадочный слой на заданную глубину. Сопло 10 (С) может быть выполнено в виде трубки из стали с внутренним диаметром 1-5 мм. Внешний диаметр сопла 10 (С) определяет его прочностные характеристики и выбирается исходя из характеристик донных осадков в заданном районе. Насадка 11 (НАС), которая устанавливается на конце сопла 10 (С), может быть изготовлена из стали. Она должна надежно крепиться на сопле 10 (С), например, с помощью резьбового соединения или сварки. Торец насадки 11 (НАС), обращенный в сторону донных осадков, может быть выполнен заостренным для облегчения вхождения в них. Насадка 11 (НАС) должна быть выполнена таким образом, чтобы торец сопла 10 (С) не перекрывался элементами насадки 11 (НАС) и из него в верхний слой донных осадков свободно выходили пузырьки газа. Технические характеристики используемых элементов и блоков заявляемого устройства определяются поставленной задачей и условиями измерений.The characteristics of the echo sounder 2 (E), which is part of the complex for estimating the gas flow carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs (frequency and duration of the transmissions, signal frequency, power, radiation pattern characteristics), are determined in a standard way depending on the depth of the task , weather conditions, sizes of pop-up bubbles. For sufficiently large depths (more than 300 m), it is better to register at frequencies of 20-50 kHz, since a signal with higher frequencies is greatly attenuated. In shallow areas (depth less than 300 m) it is preferable to work with frequencies in the range of 50-250 kHz. The control and registration unit 1 (BUR) can be performed on the basis of a personal computer or using microprocessors. Coordination unit 3 (BS), digital registration system 4 (SCR), GPS / GLONASS receiver 5 (P) can be standard. As a cylinder with gas 7 (BG), a standard cylinder with methane can be used, and for shallow areas with any other gas, including inert gas. The gas supply system 8 (LNG) can be made on the basis of the BKO-50-4 reducer, a rotameter for measuring the gas flow of the LZM-4T series and a high pressure hose. The bottom platform 9 (DP) can be made, for example, of steel. When placed on the bottom, it should be located on the bottom surface and maintain stability. The nozzle 10 (C) is installed on the bottom platform (DP) so that when setting the bottom platform 9 (DP) to the bottom, it sinks into the upper sediment layer to a predetermined depth. The nozzle 10 (C) can be made in the form of a tube of steel with an inner diameter of 1-5 mm. The outer diameter of the nozzle 10 (C) determines its strength characteristics and is selected based on the characteristics of bottom sediments in a given area. The nozzle 11 (NAS), which is installed on the end of the nozzle 10 (C), can be made of steel. It must be securely fastened to the nozzle 10 (C), for example, by means of a threaded connection or welding. The end face of the nozzle 11 (US), facing the bottom sediments, can be made pointed to facilitate entry into them. The nozzle 11 (HAC) should be made so that the end face of the nozzle 10 (C) is not blocked by the elements of the nozzle 11 (HAC) and gas bubbles freely escape from it into the upper layer of bottom sediments. Technical characteristics of the used elements and blocks of the claimed device are determined by the task and measurement conditions.

Натурные испытания устройства были проведены на мелководном полигоне в Японском море глубиной 12 м с естественным газовым факелом. Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, было установлено на судне. В комплексе использовался эхолот 2 (Э) с частотой 200 кГц. Блок управления и регистрации 1 (БУР) был выполнен на основе персонального компьютера на базе процессора Intel Core i5 под управлением операционной системы Windows. Блок согласования 3 (БС) и система цифровой регистрации 4 (СЦР) были стандартными. В качестве баллона с газом 7 (БГ) использовался стандартный баллон с азотом. Система подачи газа 8 (СПГ) была выполнена на базе редуктора БКО-50-4, ротаметра для измерения расхода газа серии LZM-4T и шланга высокого давления, выдерживающего давление 50 атм. Донная платформа 9 (ДП) была изготовлена из стали в виде цилиндра диаметром 30 см и толщиной 10 см. На донной платформе 9 (ДП) под углом 30° к вертикали было установлено сопло 10 (С), изготовленное из стальной трубки с внутренним диаметром 5 мм и внешним диаметром 10 мм. На конце сопла 10 (С) была установлена насадка 11 (НАС) из стали. Насадка 11 (НАС) представляла собой конус с диаметром основания 20 мм, закрепленный на конце сопла (С) посредством трех стальных прутков диаметром 5 мм с помощью сварки.Field tests of the device were carried out at a shallow testing ground in the Sea of Japan 12 m deep with a natural gas torch. A device for estimating the flow of gas carried by pop-up bubbles leaving the bottom of water bodies was installed on the ship. The complex used an echo sounder 2 (E) with a frequency of 200 kHz. The control and registration unit 1 (BUR) was made on the basis of a personal computer based on the Intel Core i5 processor running the Windows operating system. The coordination unit 3 (BS) and the digital registration system 4 (SCR) were standard. As a gas cylinder 7 (BG), a standard nitrogen cylinder was used. The gas supply system 8 (LNG) was made on the basis of the BKO-50-4 gearbox, a rotameter for measuring the gas flow rate of the LZM-4T series and a high-pressure hose withstanding pressure of 50 atm. The bottom platform 9 (DP) was made of steel in the form of a cylinder with a diameter of 30 cm and a thickness of 10 cm. On the bottom platform 9 (DP), a nozzle 10 (C) made of a steel tube with an inner diameter of 5 was installed at an angle of 30 ° to the vertical mm and an outer diameter of 10 mm. At the end of the nozzle 10 (C) was installed nozzle 11 (US) of steel. The nozzle 11 (US) was a cone with a base diameter of 20 mm, mounted on the end of the nozzle (C) by means of three steel rods with a diameter of 5 mm by welding.

Предварительно на полигоне с помощью генератора пузырьков 6 (ГП) была проведена калибровка. Частота посылок акустических сигналов эхолота 2 (Э) составляла 2 Гц, при этом второе и последующие отражения акустических сигналов от дна не попадали на эхограмме на сигнал от водной толщи. Длительность посылок составляла 0.3 мс. При калибровке судно встало в дрейф вдали от естественного газового факела и на дно водоема непосредственно под эхолотом 2 (Э) опустили соединенные с системой подачи газа 8 (СПГ) донную платформу 9 (ДП) и сопло 10 (С) с установленной на его конце насадкой 11 (НАС). При установке донной платформы 9 (ДП) на дно водоема сопло 10 (С) с установленной на его конце насадкой 11 (НАС) погрузилось в верхний осадочный слой дна на глубину около 10 см. По команде с блока управления и регистрации 1 (БУР) система подачи газа 8 (СПГ), на которую газ поступает из баллона с газом 7 (БГ), обеспечила заданный поток газа, поступающий на донную платформу 9 (ДП) и выходящий из сопла 10 (С) в верхний осадочный слой в виде пузырьков. Одновременно в направлении дна излучался акустический сигнал эхолота 2 (Э). Этим же эхолотом 2 (Э) принимались сигналы обратного рассеяния звука от выходящих из дна и всплывающих пузырьков. Сигналы обратного рассеяния звука через блок согласования 3 (БС) и систему цифровой регистрации 4 (СЦР) поступали на блок управления и регистрации 1 (БУР), где обрабатывались и отображались в виде эхограммы. Изменяя величину потока газа, выходящего из сопла 10 (С), была построена калибровочная зависимость величины сигнала обратного рассеяния звука от величины потока газа для различных глубин Н.Previously, a calibration was performed at the test site using a bubble generator 6 (GP). The frequency of sending acoustic signals of the echo sounder 2 (E) was 2 Hz, while the second and subsequent reflections of the acoustic signals from the bottom did not fall on the echogram from the water column. The duration of the packets was 0.3 ms. During the calibration, the vessel got into a drift away from the natural gas flare and the bottom platform 9 (DP) connected to the gas supply system 8 (LNG) and nozzle 10 (C) with a nozzle mounted at its end were lowered to the bottom of the reservoir directly under the echo sounder 2 (E) 11 (US). When the bottom platform 9 (DP) was installed on the bottom of the reservoir, the nozzle 10 (C) with the nozzle 11 (NAS) installed at its end was immersed in the upper sediment layer of the bottom to a depth of about 10 cm. At the command of the control and registration unit 1 (BUR), the system the gas supply 8 (LNG), to which the gas comes from the gas cylinder 7 (BG), provided a predetermined gas flow entering the bottom platform 9 (DP) and exiting from the nozzle 10 (C) into the upper sedimentary layer in the form of bubbles. At the same time, the acoustic signal of the echo sounder 2 (E) was emitted in the direction of the bottom. The same echo sounder 2 (E) received signals of backscattering sound from emerging from the bottom and pop-up bubbles. Sound backscattering signals through the matching unit 3 (BS) and the digital recording system 4 (SCR) were sent to the control and recording unit 1 (BUR), where they were processed and displayed as an echogram. Changing the magnitude of the gas flow exiting the nozzle 10 (C), we constructed a calibration dependence of the magnitude of the signal of backscattering sound on the magnitude of the gas flow for various depths N.

Затем проводилась оценка потока газа, переносимого всплывающими пузырьками от естественного газового факела. Измерения проводились в дрейфе судна над естественным газовым факелом. По команде с блока управления и регистрации 1 (БУР) акустический сигнал эхолота 2 (Э) излучался в направлении дна. Этим же эхолотом 2 (Э) принимались сигналы обратного рассеивания звука от выходящих из дна и всплывающих пузырьков. Сигналы обратного рассеивания звука через блок согласования 3 (БС) и систему цифровой регистрации 4 (СЦР) поступали на блок управления и регистрации 1 (БУР), где обрабатывались и отображались в виде эхограммы. С использованием полученной ранее калибровочной зависимости по величине сигнала обратного рассеивания звука от пузырьков производилась оценка потока газа для различных глубин Н. Одновременно на блок управления и регистрации 1 (БУР) поступал сигнал с GPS/ГЛОНАСС приемника 5 (П) для записи текущих координат. Для проверки полученных данных с борта судна на дно была опущена ловушка газа, выполненная в виде перевернутой воронки с закрытым горлышком, которая полностью закрыла источник естественного газового факела. При этом все выходящие из естественного газового факела пузырьки постепенно собирались в горлышке ловушки. Поток газа определялся по величине объема собранного газа за определенный период времени после установки ловушки на дно. Сравнение полученных результатов показало, что объективная оценка величины потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выполненная с помощью ловушки, с приемлемой точностью 12% совпала с оценками, полученными с помощью устройства для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов. Оценки, выполненные с помощью прототипа, дали погрешность оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, на уровне 25%.Then, the gas flow carried by the pop-up bubbles from the natural gas plume was evaluated. The measurements were carried out in the drift of the vessel above the natural gas torch. On command from the control and registration unit 1 (BUR), the acoustic signal of the echo sounder 2 (E) was emitted in the direction of the bottom. The same echo sounder 2 (E) received signals of backscattering sound from emerging from the bottom and pop-up bubbles. Sound backscatter signals through the matching unit 3 (BS) and the digital recording system 4 (SCR) were sent to the control and registration unit 1 (BUR), where they were processed and displayed as an echogram. Using the previously obtained calibration dependence of the sound backscattering signal from the bubbles, the gas flow was estimated for various depths N. At the same time, a signal from the GPS / GLONASS receiver 5 (P) was received at the control and recording unit 1 (BUR) to record the current coordinates. To verify the received data, a gas trap was lowered to the bottom of the vessel, made in the form of an inverted funnel with a closed neck, which completely closed the source of the natural gas torch. In this case, all bubbles emerging from the natural gas torch gradually collected in the neck of the trap. The gas flow was determined by the volume of the collected gas over a certain period of time after the trap was installed at the bottom. A comparison of the results showed that an objective estimate of the gas flow carried by the pop-up bubbles made using a trap with an acceptable accuracy of 12% coincided with the estimates obtained using a device for estimating the gas flow carried by the pop-up bubbles emerging from the bottom of water bodies. Estimates made using the prototype gave an error in estimating the gas flow carried by the pop-up bubbles at 25%.

Таким образом, предложенное устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, позволило достичь поставленной задачи, а именно повысить точность оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов.Thus, the proposed device for evaluating the gas flow carried by the pop-up bubbles leaving the bottom of the reservoirs, it was possible to achieve the task, namely to improve the accuracy of the estimation of the gas flow carried by the pop-up bubbles coming out of the bottom of the reservoirs.

Claims (4)

Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, содержащее эхолот, который через блок согласования и систему цифровой регистрации соединен с блоком управления и регистрации, который соединен с GPS/ГЛОНАСС приемником и эхолотом, генератор пузырьков, состоящий из последовательно соединенных баллона с газом и системы подачи газа, соединенной с блоком управления и регистрации, сопла, опускаемого в водоем, отличающееся тем, что к системе подачи газа присоединена опускаемая на дно водоема платформа, на боковой поверхности которой, внизу, под углом к вертикали, закреплено сопло, на конце которого закреплена насадка, торец которой, обращенный в сторону донных осадков, выполнен сужающимся.A device for estimating the gas flow carried by pop-up bubbles leaving the bottom of reservoirs containing an echo sounder that is connected to a control and recording unit through a matching unit and a digital recording system that is connected to a GPS / GLONASS receiver and an echo sounder, a bubble generator consisting of series connected a gas cylinder and a gas supply system connected to a control and registration unit, a nozzle lowered into the reservoir, characterized in that a plume lowered to the bottom of the reservoir is connected to the gas supply system a form on the side surface of which, below, at an angle to the vertical, a nozzle is fixed, at the end of which a nozzle is fixed, the end of which, facing the bottom sediments, is made tapering. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что донная платформа выполнена в виде цилиндра из стали.2. The device according to p. 1, characterized in that the bottom platform is made in the form of a cylinder of steel. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сопло выполнено из стальной трубки и установлено на донной платформе под углом 30-45° к ее вертикали.3. The device according to p. 1, characterized in that the nozzle is made of a steel tube and mounted on the bottom platform at an angle of 30-45 ° to its vertical. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что насадка выполнена из стали в виде конуса.4. The device according to claim 1, characterized in that the nozzle is made of steel in the form of a cone.
RU2015132514A 2015-08-04 2015-08-04 Device for estimating gas flow carried by bubbles ascending from bottom of water bodies RU2613335C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015132514A RU2613335C2 (en) 2015-08-04 2015-08-04 Device for estimating gas flow carried by bubbles ascending from bottom of water bodies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015132514A RU2613335C2 (en) 2015-08-04 2015-08-04 Device for estimating gas flow carried by bubbles ascending from bottom of water bodies

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015132514A RU2015132514A (en) 2017-02-09
RU2613335C2 true RU2613335C2 (en) 2017-03-16

Family

ID=58453643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015132514A RU2613335C2 (en) 2015-08-04 2015-08-04 Device for estimating gas flow carried by bubbles ascending from bottom of water bodies

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613335C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030056568A1 (en) * 2001-09-25 2003-03-27 Kleinberg Robert L. Gas seep detection
RU78333U1 (en) * 2008-06-30 2008-11-20 Тихоокеанский океанологичнский институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) GAS-HYDROACOUSTIC COMPLEX FOR EVALUATING SEISMOTECTONIC ACTIVATION
RU2522169C1 (en) * 2013-03-14 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Gas steam estimation method
RU150012U1 (en) * 2014-08-07 2015-01-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" DEVICE FOR EVALUATING A GAS FLOW TRANSFERRED BY BUBBLES FLOATING IN WATER BODIES

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030056568A1 (en) * 2001-09-25 2003-03-27 Kleinberg Robert L. Gas seep detection
RU78333U1 (en) * 2008-06-30 2008-11-20 Тихоокеанский океанологичнский институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) GAS-HYDROACOUSTIC COMPLEX FOR EVALUATING SEISMOTECTONIC ACTIVATION
RU2522169C1 (en) * 2013-03-14 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Gas steam estimation method
RU150012U1 (en) * 2014-08-07 2015-01-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" DEVICE FOR EVALUATING A GAS FLOW TRANSFERRED BY BUBBLES FLOATING IN WATER BODIES

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Л.Д.Розенберг. Физика и техника мощного ультразвука. Физические основы ультразвуковой технологии. Москва, изд. "Наука", 1970. стр. 314-318. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015132514A (en) 2017-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9423379B2 (en) Measurement of slurry density
Shitashima et al. Development of detection and monitoring techniques of CO2 leakage from seafloor in sub-seabed CO2 storage
Jerram et al. Split‐beam echo sounder observations of natural methane seep variability in the northern G ulf of M exico
Muyakshin et al. The hydroacoustic method for the quantification of the gas flux from a submersed bubble plume
KR101544147B1 (en) Method for measuring river discharge using no-tagline
Sahin Investigation of the variability of floc sizes on the Louisiana Shelf using acoustic estimates of cohesive sediment properties
RU2613335C2 (en) Device for estimating gas flow carried by bubbles ascending from bottom of water bodies
Balk et al. Surface-induced errors in target strength and position estimates during horizontal acoustic surveys.
Salomatin et al. An acoustic estimate of methane concentration in a water column in regions of methane bubble release
RU2562001C1 (en) Inspection method of doppler current velocity meter
RU150012U1 (en) DEVICE FOR EVALUATING A GAS FLOW TRANSFERRED BY BUBBLES FLOATING IN WATER BODIES
Mohrholz et al. Estimation of TKE dissipation rates in dense bottom plumes using a Pulse Coherent Acoustic Doppler Profiler (PC-ADP)—Structure function approach
Meile et al. Improvement of Acoustic Doppler Velocimetry in steady and unsteady turbulent open-channel flows by means of seeding with hydrogen bubbles
Shitashima et al. Strategies for detection and monitoring of CO2 leakage in sub-seabed CCS
Fasham et al. Using acoustics for the Monitoring, Measurement and Verification (MMV) of offshore carbon capture and storage (CCS) sites
Wisha et al. Bathymetry and Hydrodynamics in Pare Bay Waters During Transitional Seasons (SeptemberOctober)
RU2477498C1 (en) Method of monitoring vertical distribution of sound speed in shallow water conditions
RU2522169C1 (en) Gas steam estimation method
RU2561997C1 (en) Bench for verification of acoustic doppler current profiler
RU135117U1 (en) SYSTEM FOR MEASURING THE HEIGHT OF INTERNAL WAVES IN THE SEA AT THE COURT OF THE VESSEL
RU2282217C1 (en) Method of determining comprehensive data on ocean condition
Beaubien et al. Preliminary experiments and modelling of the fate of CO2 bubbles in the water column near Panarea Island (Italy)
TWI628420B (en) Real-time suspended sediment and water level observation equipment
TWM549869U (en) Real-time suspended sediment and water level observation equipment
RU2554278C1 (en) Evaluation of methane concentration in water column, in methane bubble discharge area

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180805