一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，其特征在于，包括水下耐压仓、监测系统主体、光缆分纤箱和声学应答器；所述水下耐压仓内设置有所述监测系统主体，所述监测系统主体连接所述光缆分纤箱，所述光缆分纤箱用于将所述监测系统主体的多芯光缆进行分接得到若干传感光纤，若干所述传感光纤穿出所述光缆分纤箱径向间隔设置在待测管柱上，所述监测系统主体通过所述传感光纤实时监测和存储所述待测管柱的状态数据；所述监测系统主体还分别连接海面设备和所述声学应答器，所述声学应答器用于所述监测系统主体与所述海面设备之间的通讯，所述海面设备用于提供电能及存储所述待测管柱的状态数据，本发明专利技术可以广泛应用于海洋油气监测技术领域中。

A distributed optical fiber monitoring system for submarine pipe string

The invention relates to a fiber-optic distributed monitoring system for submarine pipe string, which is characterized in that the system comprises an underwater pressure tank, a monitoring system body, a fiber-optic cable dividing box and an acoustic transponder; the monitoring system body is arranged in the underwater pressure tank, and the monitoring system body is connected with the fiber-optic cable dividing box and the fiber-optic cable dividing box. The fiber divider box is used for splicing the multi-core optical cable of the main body of the monitoring system to obtain a number of sensing fibers, and the radial spacing of the sensing fibers passing through the fiber divider box is arranged on the pipe string to be measured. The monitoring system main body monitors and stores the status data of the pipe string to be measured in real time through the sensing fibers. The main body of the monitoring system is also connected with the sea surface equipment and the acoustic transponder respectively. The acoustic transponder is used for communication between the main body of the monitoring system and the sea surface equipment. The sea surface equipment is used for providing electric energy and storing the state data of the pipeline string to be measured. The invention can be widely used in the marine oil and gas monitoring technology. In the field.

【技术实现步骤摘要】
一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统
本专利技术是关于一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，属于海洋油气监测

技术介绍
随着经济的发展和社会的进步，人类对于能源的需求不断增加，石油和天然气作为主要的能源，深受人们关注。随着陆上油气资源的减少，人们把目光投向油气资源丰富的海洋。海洋油气开采技术发展迅速，开采区域也由近岸向远海、深海发展。对于海洋油气资源的开发，每一环节均离不开海底管柱，钻完井环节需要隔水管、油层套管、生产套管，油气集输环节需要海底管道联结海洋油气田的上游和下游，这些管柱通常处于恶劣的工作环境，腐蚀、海流、机械破坏和海床运动等因素都会造成海底管柱的破坏，为海洋油气资源的安全开发运行增添许多不确定因素。如何将海底管柱运行风险降为最低，是海洋油气资源开发所不能避免的一个问题。海底管柱安全监测方法虽然对保障海底管道安全发挥了重要的作用，但仍然存在许多不足之处，对于远海、深海油气资源开采所采用的长距离海底管柱，如果仍利用常规监测方法进行监测，效率会很低，且这些监测方法无法实现对海底管柱的安全实时监测。目前，海底管柱监测方法通常采用漏磁监测法、涡流监测法、超声波监测法和测井仪器监测法等，但是这些监测方法普遍存在无法对海底管柱进行安全实时监测的不足，这就为海底管柱的破坏留下了隐患。且随着海洋石油开发向远海、深海发展，长距离海底管柱的应用越来越多，利用现有的监测方法，监测一次将花费很长时间，效率非常低，因此研究开发新的适用于深海环境的海底管柱监测系统势在必行。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种监测效率高且能够对海底管柱进行安全实时监测的用于海底管柱的光纤分布式监测系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，其特征在于，包括水下耐压仓、监测系统主体、光缆分纤箱和声学应答器；所述水下耐压仓内设置有所述监测系统主体，所述监测系统主体连接所述光缆分纤箱，所述光缆分纤箱用于将所述监测系统主体的多芯光缆进行分接得到若干传感光纤，若干所述传感光纤穿出所述光缆分纤箱径向间隔设置在待测管柱上，所述监测系统主体通过所述传感光纤实时监测和存储所述待测管柱的状态数据；所述监测系统主体还分别连接海面设备和所述声学应答器，所述声学应答器用于所述监测系统主体与所述海面设备之间的通讯，所述海面设备用于提供电能及存储所述待测管柱的状态数据。优选地，所述监测系统主体包括分布式光纤解调仪、光纤通信模块、第一继电器、第二继电器、不间断电源模块、蓄电池、电压转换模块、温度传感器和PLC控制器；所述分布式光纤解调仪上设置有所述多芯光缆，实时采集所述待测管柱的状态数据；所述分布式光纤解调仪通过所述光纤通信模块与所述海面设备进行通讯；所述分布式光纤解调仪还通过所述第一继电器并联连接所述不间断电源模块和蓄电池，所述不间断电源模块并联连接所述蓄电池和海面设备，所述不间断电源模块用于将所述海面设备提供的交流电转换为直流电并对所述蓄电池进行充电；所述不间断电源模块和蓄电池均依次通过所述第二继电器和电压转换模块连接所述光纤通信模块，所述电压转换模块用于将所述不间断电源模块或蓄电池提供的直流电转换为供所述光纤通信模块使用的直流电；所述温度传感器用于实时监测所述水下耐压仓内的温度数据；所述PLC控制器分别电连接所述第一继电器、第二继电器、不间断电源模块、蓄电池、温度传感器和声学应答器。优选地，所述水下耐压仓上设置有第一防水光缆接头，所述光缆分纤箱上设置有第二防水光缆接头，所述监测系统主体依次通过所述第一防水光缆接头和第二防水光缆接头连接所述光缆分纤箱。优选地，所述水下耐压仓上设置有多口接头，所述多口接头上设置有防水电接头和防水光电混装接头，所述监测系统主体通过所述多口接头和防水电接头连接所述声学应答器，所述监测系统主体还通过所述多口接头和防水光电混装接头经光电湿接头可拆卸连接所述海面设备。优选地，所述光电湿接头包括光电湿接头母头和光电湿接头公头，所述光电湿接头母头的一端固定设置在光电湿接头板座上，所述光电湿接头板座通过线缆连接所述防水光电混装接头，所述光电湿接头母头的另一端可拆卸连接所述光电湿接头公头的一端，所述光电湿接头公头的另一端经线缆连接所述海面设备。优选地，所述PLC控制器内设置有参数设定单元、监测模式调整单元、解调仪控制单元和通信控制单元；所述参数设定单元用于预先设定所述温度传感器的温度阈值和所述蓄电池的电压阈值，以及根据监测周期的历史数据或所述声学应答器发送的信号设定所述分布式光纤解调仪每一监测模式下所述监测系统主体内各部件的工作状态，并相应发送至所述监测模式调整单元、解调仪控制单元和通信控制单元；所述监测模式调整单元用于根据所述不间断电源模块的交流电状态、所述蓄电池的电压状态、预设的所述蓄电池电压阈值以及所述声学应答器发送的声波信号调整所述分布式光纤解调仪的监测模式，并发送至所述解调仪控制单元和通信控制单元；所述解调仪控制单元用于根据调整的监测模式、所述温度传感器实时监测的温度数据、预设的该监测模式下所述监测系统主体内各部件的工作状态和预设的所述温度传感器的温度阈值，通过所述第一继电器控制所述分布式光纤解调仪的开启或关闭；所述通信控制单元用于根据调整的监测模式、所述温度传感器实时监测的温度数据、预设的该监测模式下所述监测系统主体内各部件的工作状态和预设的所述温度传感器的温度阈值，通过所述第二继电器控制所述光纤通信模块的开启或关闭。优选地，其中，所述分布式光纤解调仪的监测模式包括有海面设备时通过所述不间断电源模块提供电能的实时监测模式，以及无海面设备时通过所述蓄电池提供电能的定时自动周期监测模式和省电自动周期监测模式。优选地，所述分布式光纤解调仪采用光纤光栅解调仪、基于拉曼散射的分布式光纤解调仪或基于布里渊散射的分布式光纤解调仪。优选地，所述传感光纤采用光纤光栅串、多模传感光纤或单模传感光纤。优选地，所述水下耐压仓采用耐腐蚀的球形壳体结构。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术采用监测系统主体，无论是否有海面设备，均能够实现海底管柱的长期监测，将监测系统主体中分布式光纤解调仪的监测模式根据海面设备的有无设计为实时监测模式和自动周期监测模式，监测数据既可以实时上传至海面设备，又可以保存在分布式光纤解调仪中，能够实现对远海、深海的海底管柱的长期监测的功能。2、本专利技术根据分布式光纤解调仪的不同可以实现对不同参数、不同精度以及不同长度范围的待测管柱的监测，例如隔水管、油层套管、生产套管和海底油气管道等。3、本专利技术采用PLC控制器切换分布式光纤解调仪的监测模式，并设置了安全阈值，一旦超过该阈值，立即停止工作，进而能够保证系统的安全。4、本专利技术的监测系统主体可以在监测活动结束后通过ROV进行回收，并重复利用，能够降低监测成本，可以广泛应用于海洋油气监测
中。附图说明图1是本专利技术光纤分布式监测系统的结构示意图；图2是本专利技术光纤分布式监测系统中监测系统本体的结构示意图。具体实施方式以下结合附图来对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，其特征在于，包括水下耐压仓、监测系统主体、光缆分纤箱和声学应答器；所述水下耐压仓内设置有所述监测系统主体，所述监测系统主体连接所述光缆分纤箱，所述光缆分纤箱用于将所述监测系统主体的多芯光缆进行分接得到若干传感光纤，若干所述传感光纤穿出所述光缆分纤箱径向间隔设置在待测管柱上，所述监测系统主体通过所述传感光纤实时监测和存储所述待测管柱的状态数据；所述监测系统主体还分别连接海面设备和所述声学应答器，所述声学应答器用于所述监测系统主体与所述海面设备之间的通讯，所述海面设备用于提供电能及存储所述待测管柱的状态数据。

【技术特征摘要】
1.一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，其特征在于，包括水下耐压仓、监测系统主体、光缆分纤箱和声学应答器；所述水下耐压仓内设置有所述监测系统主体，所述监测系统主体连接所述光缆分纤箱，所述光缆分纤箱用于将所述监测系统主体的多芯光缆进行分接得到若干传感光纤，若干所述传感光纤穿出所述光缆分纤箱径向间隔设置在待测管柱上，所述监测系统主体通过所述传感光纤实时监测和存储所述待测管柱的状态数据；所述监测系统主体还分别连接海面设备和所述声学应答器，所述声学应答器用于所述监测系统主体与所述海面设备之间的通讯，所述海面设备用于提供电能及存储所述待测管柱的状态数据。2.如权利要求1所述的一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述监测系统主体包括分布式光纤解调仪、光纤通信模块、第一继电器、第二继电器、不间断电源模块、蓄电池、电压转换模块、温度传感器和PLC控制器；所述分布式光纤解调仪上设置有所述多芯光缆，实时采集所述待测管柱的状态数据；所述分布式光纤解调仪通过所述光纤通信模块与所述海面设备进行通讯；所述分布式光纤解调仪还通过所述第一继电器并联连接所述不间断电源模块和蓄电池，所述不间断电源模块并联连接所述蓄电池和海面设备，所述不间断电源模块用于将所述海面设备提供的交流电转换为直流电并对所述蓄电池进行充电；所述不间断电源模块和蓄电池均依次通过所述第二继电器和电压转换模块连接所述光纤通信模块，所述电压转换模块用于将所述不间断电源模块或蓄电池提供的直流电转换为供所述光纤通信模块使用的直流电；所述温度传感器用于实时监测所述水下耐压仓内的温度数据；所述PLC控制器分别电连接所述第一继电器、第二继电器、不间断电源模块、蓄电池、温度传感器和声学应答器。3.如权利要求1所述的一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述水下耐压仓上设置有第一防水光缆接头，所述光缆分纤箱上设置有第二防水光缆接头，所述监测系统主体依次通过所述第一防水光缆接头和第二防水光缆接头连接所述光缆分纤箱。4.如权利要求1所述的一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述水下耐压仓上设置有多口接头，所述多口接头上设置有防水电接头和防水光电混装接头，所述监测系统主体通过所述多口接头和防水电接头连接所述声学应答器，所述监测系统主体还通过所述多口接头和防水光电混装接头经光电湿接头可拆卸连接所述海面设备。5.如权利要求4所述的一种用于海底管柱的光纤分布式监测系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清平，周建良，朱渊，谢仁军，毛冬麟，何玉发，庞维新，陈国明，盛磊祥，肖凯文，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，中海油研究总院有限责任公司，中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：北京,11