一种海底地形变化监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种海底地形变化监测系统，包括监测系统控制船、监测装置和水下机器人(ROV)；所述的监测系统控制船包括信号发射接收器、信号控制器和尺度索收放器；所述的监测装置包括信号收发器一、信号收发器二、压力计、倾斜计、数据存储器、蓄电池、履带式底座、信号传输应答器、吊环和重物。本实用新型专利技术能将对天然气水合物开采区域所在的海底地形进行监测，收集大量海底地形变化数据并传输到监测系统中进行分析，了解海底地形变化趋势，避免天然气水合物开采出现意外情况，保证开采作业顺利持续进行。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及海洋油气装备领域，特别涉及一种海底地形变化监测系统。
技术介绍
天然气水合物又称可燃冰，是一种天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。天然气水合物甲烷含量高，具有污染小、储量大等优势，大规模开发天然气水合物是未来清洁能源的发展趋势之一。天然气水合物大都储集在海洋中，其主要来源是海底的有机物沉淀，经过生物转化，可产生充足的气源。0℃时，在30个大气压下即可生成，且压力越高，水合物越不容易分解。海底同时具备温度、压力和气源，在介质空隙中易于形成天然气水合物，因此天然气水合物广泛分布与全球海域，按照热值当量计算其储量是现有已探明天然气、石油储备的两倍，具有广阔的开发前景。海洋天然气水合物绝大多数分布在300～3000m水深的海底沉积物中，有些还分布在未固结的淤泥中，勘探和开发难度较大。固结在海底沉积物中的天然气水合物，一旦储集条件发生变化，导致甲烷气体释放，会改变海底沉积物的物理性质和力学性质，使海底软化，出现大规模的海底滑坡，从而诱发海底地质灾害，毁坏海底电缆、海洋石油钻井平台等重要工程设施；同时甲烷是一种重要的温室效应气体，一旦释放到空气中会造成极大的生态灾难，所以在天然气水合物勘探开发的过程中，还要首先解决如何防止天然气水合物的自然崩解、甲烷气的无序泄漏等环境保护方面的关键技术，能监测海底地形的变化，以此调整勘探开发事项，避免造成严重的环境问题。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的在于：提供一种海底地形变化监测系统，用于监测因天然气开采而造成的海底沉积物的物理性质的变化。从而防范海底地质灾害的发生。本技术所述的海底变形的监测装置主要检测海底地形在天然气水合物开采过程中下沉和倾斜两种变化。海底下沉是可通过监测海底的水压力变化而得到。而倾斜的角度通过使用液体电解质传感器的倾斜计来测量。本技术采用的技术方案如下：一种海底地形变化监测系统，包括监测系统控制船、监测装置和水下机器人(ROV)；所述的监测系统控制船包括信号发射接收器、信号控制器和尺度索收放器；所述的监测装置包括信号收发器一、信号收发器二、压力计、倾斜计、数据存储器、蓄电池、履带式底座、信号传输应答器、吊环和重物。优选的，所述监测系统控制船的信号控制器、信号发射接收器以及尺度索收放器，均设置于船体上方，信号发射接收器与信号控制器相连，安装在船体中部；尺度索收放器为吊臂上设置尺度索的起吊装置，下部底座安装于船首处，底座为旋转转盘，吊臂末端工作状态下伸出船体，尺度索总长度为3000m，尺度索材料为不锈钢丝，尺度索底部设有挂钩。优选的，所述监测装置数量为10～15个，监测装置为正方体结构，长宽高均为1m，内部结构均为防水结构，同时具有抗高压性，最大使用深度为水下3000m。优选的，所述监测装置为离线脱机工作模式，监测装置中设有蓄电池，在整个监测过程中，蓄电池为监测装置供电；监测装置上设有数据储存器，存储监测装置在监测过程所测量的数据，回收数据储存器并分析其中的测量数据以获得实验数据；监测装置的底座采用履带式底座，以避免海底地形的不平稳造成倾斜计传感器测量的误差；监测装置装配有一定质量的重物，用于在从海面下放到海底时减小监测装置受到的浮力，在海底时减少监测装置受到的海流或轻微地质运动的影响。优选的，所述压力计选用石英晶体共振器压力计，压力表测量范围为0～14MPa，压力对应深度为0～1400m，分辨率为0.14Pa，对应深度为0.014mm；所述倾斜计选用液体电解质倾斜计，倾斜度测量范围是±30°，分辨率为0.001°。优选的，所述一种海底地形变化监测系统还设有温度计，用于检测海底水温变化，在天然气水合物开采过程中，海底水温变化过大表示海底出现情况，如地震、海底火山爆发、甲烷泄漏等，海底地形处于实时变化状态。优选的，所述重物为高密度金属球体，通过重物释放机构固定在履带式底座上；在需要降低监测装置重量时，打开重物释放机构，重物失去固定作用，从履带式底座滚落到海底面，实现降低监测装置重量的作用。优选的，所述水下机器人在非工作状态下停靠于监测系统控制船侧面吃水线处并与船体柔性固定连接；需要安装监测装置或起吊监测装置时，控制水下机器人下潜至监测装置所在地进行作业，完成作业后上浮至原位并固定。本技术的一种海底地形变化监测系统的使用方法，其测量原理和使用步骤如下：所述一种海底地形变化监测系统的测量原理为：通过压力计监测海底水压力的变化，确定海底表面下降的高度；通过测量倾斜计传感器两端导电率的变化来监测出海底地面的倾斜度；所述一种海底地形变化监测系统的使用步骤为：监测系统控制船到达开采海域并抛锚，尺度索收放器吊起监测装置并转动到海面上，下放尺度索将监测装置送到海底面，通过水下机器人安装到位，收回尺度索；监测装置在下放过程和安装过程中的信息通过信号收发器一来传输；信号控制器发出信号指令给信号发射接收器，通过信号发射接收器将信号指令发送给监测装置中的信号收发器二，并通过信号传输应答器执行相应的操作，启动监测装置中的压力计、倾斜计以及温度计等，开始测量此时海水的压力、监测装置所处平面的角度、海水的温度等，并将所测的数据存储在数据储存器中，并通过信号收发器二反馈给信号发射接收器，监测装置工作所需电力由蓄电池提供；为了减少能量的消耗，监测装置每隔半个小时测量一次数据并记录，其他时间监测装置处于待机状态；监测作业完成后，再次下放尺度索，水下机器人将监测装置通过吊环连接到尺度索上，通过尺度索收放器回收到海面。本技术的优点在于：本技术能将对天然气水合物开采区域所在的海底地形进行监测，收集大量海底地形变化数据并传输到监测系统中进行分析，了解海底地形变化趋势，避免天然气水合物开采出现意外情况，保证开采作业顺利持续进行。附图说明图1是本技术的工作示意图；图2是本技术的监测装置结构示意图主视图；图3是本技术的监测装置结构示意图左视图；图4是本技术的监测装置在海底面的平面分布示意图。图中，1-监测系统控制船、2-监测装置、3-信号发射接收器、4-信号控制器、5-尺度索收放器、6-开采船、7-信号收发器一、8-信号收发器二、9-压力计、10-数据储存器、11-信号传输应答器、12-重物释放机构、13-履带式底座、14-重物、15-倾斜计、16-蓄电池、17-吊环、18-采气井、19-海底变形区域、20-天然气水合物层。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1～图3所示，一种海底地形变化监测系统，包括监测系统控制船1、监测装置2和水下机器人；所述的监测系统控制船1包括信号发射接收器3、信号控制器4和尺度索收放器5；所述的监测装置2包括信号收发器一7、信号收发器二8、压力计9、倾斜计15、数据存储器10、蓄电池16、履带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底地形变化监测系统，其特征在于，包括监测系统控制船(1)、监测装置(2)和水下机器人；所述的监测系统控制船(1)包括信号发射接收器(3)、信号控制器(4)和尺度索收放器(5)；所述的监测装置(2)包括信号收发器一(7)、信号收发器二(8)、压力计(9)、倾斜计(15)、数据存储器(10)、蓄电池(16)、履带式底座(13)、信号传输应答器(11)、吊环(17)和重物(14)。

【技术特征摘要】
1.一种海底地形变化监测系统，其特征在于，包括监测系统控制船(1)、监测装置(2)
和水下机器人；所述的监测系统控制船(1)包括信号发射接收器(3)、信号控制器(4)和
尺度索收放器(5)；所述的监测装置(2)包括信号收发器一(7)、信号收发器二(8)、
压力计(9)、倾斜计(15)、数据存储器(10)、蓄电池(16)、履带式底座(13)、信号
传输应答器(11)、吊环(17)和重物(14)。
2.根据权利要求1所述的一种海底地形变化监测系统，其特征在于，所述监测系统控制
船(1)的信号控制器(4)、信号发射接收器(3)以及尺度索收放器(5)，均设置于船体
上方，信号发射接收器(3)与信号控制器(4)相连，安装在船体中部；尺度索收放器(5)
为吊臂上设置尺度索的起吊装置，下部底座安装于船首处，底座为旋转转盘，吊臂末端工作
状态下伸出船体，尺度索总长度为3000m，尺度索材料为不锈钢丝，尺度索底部设有挂钩。
3.根据权利要求1所述的一种海底地形变化监测系统，其特征在于，所述监测装置(2)
数量为10～15个，监测装置(2)为正方体结构，长宽高均为1m，内部结构均为防水结构，
同时具有抗高压性，最大使用深度为水下3000m。
4.根据权利要求1所述的一种海底地形变化监测系统，其特征在于，所述监测装置(2)
为离线脱机工作模式，监测装置(2)中设有蓄电池(16)，在整个监测过程中，蓄电池(16)
为监测装置(2)供电；监测装置(2)上设有数据储存器(10)，存储监测装置(2)在监测
过程所测量的数据，回收数据储存器(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王川，黎俊，王国荣，谢真强，周旭，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川;51