專利名稱：一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種海洋系泊系統的監測裝置，特別是關于一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置。
技術背景 系泊系統是海洋浮式生產、鉆井平臺的主要定位方式。系泊系統需要承受作用在平臺上的波浪、海流、臺風等環境荷載。美國墨西哥灣和我國南海的浮式海洋石油平臺都曾經發生過颶風作用下系泊系統斷裂，平臺漂移，石油生產管線斷裂的災害性事故。為了評估系泊系統的設計，確保系泊系統的正常工作，生產中迫切需要對系泊系統進行在線監測。目前部分浮式生產平臺中采取監測平臺上系泊錨鏈止纜器頂端張力的方式進行測量，如半潛式生產、鉆井平臺等。而對FPSO (Floating Production Storage&Off loading,浮式生產儲存卸貨裝置)等單點系泊的系泊系統，由于錨鏈整體都在水下，目前則無法進行監測。在平臺上無法知道下部系泊系統的狀態，甚至發生過系泊系統錨鏈斷裂，而平臺上很長時間不知道的情況。為保障石油平臺的安全運行，迫切需要對其進行在線監控。系泊系統監控的困難在于系泊系統處于水下的惡劣環境中，傳統的傳感器在水下應用，但無法從船上鋪設電源線纜和信號傳輸線纜到系泊錨鏈上；無法保證傳感器的長期供電和監測信號的實時傳輸。目前國內外已經開展的系泊系統測量多數基于自容式傳感器，傳感器由電池供電，信號存儲在傳感器內部，不進行實時傳輸，不進行在線測量，而是以幾個月或者半年的周期回收傳感器。這種測量方式可以滿足校核系泊系統設計的要求，但無法滿足安全監測的要求。
發明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠實時、在線對系泊系統進行監測的基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置。為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于它包括若干問答機、若干海底應答器和若干錨鏈應答器；各所述問答機間隔設置在浮式平臺的底部，各所述問答機連接電纜，所述電纜另一端連接平臺測量主機；各所述海底應答器設置在海底，所述海底應答器接收、反饋各所述問答機發出的水聲信號；每條系泊錨鏈上設置有若干所述錨鏈應答器，各所述錨鏈應答器接收、反饋各所述問答機發出的水聲信號。各所述海底應答器和各所述錨鏈應答器均由高容量電池進行供電。所述浮式平臺的底部設置有四個所述問答機，相鄰兩個所述問答機之間間隔40米。所述海底設置有兩個所述海底應答器。每條所述系泊錨鏈上設置有兩個所述錨鏈應答器。本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本實用新型在浮式平臺的底部設置若干問答機，在海底設置若干海底應答器，組成水聲定位系統，因此，可以通過海底應答器來確定問答機和浮式平臺的位置。2、本實用新型在系泊錨鏈上設置有若干錨鏈應答器，由于問答機的位置已經由海底應答器進行確定，而系泊錨鏈上各錨鏈應答器的位置可以由問答機位置進行確定，因此，可以實現對系泊系統的特征點進行實時位置測量，通過懸鏈線方程反推系泊系統整體形態，并通過電纜將監測信息傳到平臺測量主機，實現系泊系統水下特征點坐標的在線監控，得到系泊系統整體形態信息。本實用新型可以利用短基線水聲定位系統原理，對系泊系統的整體形狀進行實時在線測量、監測，因此，可用于系泊系統的監測過程中。
圖I是本實用新型結構示意圖具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。如圖I所示，本實用新型監測裝置包括若干問答機I、若干海底應答器2和若干錨鏈應答器3。本實用新型的問答機I設置三個以上，各問答機I間隔設置在FPSO船4浮式平臺的底部，相鄰兩個問答機I之間可以間隔40米左右，問答器I之間的相互關系精確測定，組成聲基陣坐標系。問答機I是發射器和接收器的組合，功能為發射、接收水聲信號，即以一個頻率發出詢問信號，并以另一頻率接收回答信號，各問答機I連接電纜，由電纜進行供電，并由信號電纜將接收到的回答信號傳回平臺測量主機(圖中未示出)，測量主機處理得到錨鏈上特征點的三維大地坐標。問答機I的接收頻率可以多個，對應于多個應答器，相隔
O.5kHz ο上述實施例中，FPSO船4浮式平臺的底部設置四個問答機1，四個問答機I中的其中一個問答機I作為備份，避免某個問答機I信號傳輸出現問題。本實用新型的海底應答器2可以設置一個以上，各海底應答器2設置在海底5。海底應答器2接收各問答機I的詢問信號(或指令)，然后給各問答機I發回另一與接收頻率不同的回答信號。各海底應答器2由水下電纜或者高容量電池進行供電，以半年為周期，利用ROV(remote operated vehicle,水下操作機器人)更換電池。當已知各海底應答器2的絕對坐標時，可以確定浮式平臺在大地坐標系的絕對位置。上述實施例中，海底5設置有兩個海底應答器2。本實用新型的各錨鏈應答器3設置在系泊錨鏈6上，每條系泊錨鏈6上可以設置兩個或者根據需要設置多個錨鏈應答器3。各錨鏈應答器3接收各問答機I的詢問信號(或指令)，然后給各問答機I發回另一與接收頻率不同的回答信號。各錨鏈應答器3由ROV進行安裝，安裝有特制夾具。各錨鏈應答器3由高容量電池進行供電，通過ROV進行電池更換。本實用新型利用各錨鏈應答器3相對于浮式平臺的位置定位，對系泊系統整體狀態進行監測。本實用新型監測裝置的監測方法是利用組合水聲定位原理，對浮式海洋石油生產裝置的系泊系統進行監測，并將監測得到的系泊系統特征點位置信息，系泊系統整體狀態實時傳輸到平臺測量主機，其具體步驟如下。I)浮式平臺上的各問答機I (三個以上)分別以各自不同的頻率發出水聲信號給位于海底的各海底應答器2。2)各海底應答器2接收浮式平臺上各問答機I發射的水聲信號，并以另一頻率反饋水聲信號給各問答機1，在此過 程中，各問答機I將反饋的水聲信號通過信號電纜傳回測量主機，測量主機根據反饋的水聲信號分別測量各問答機I與各海底應答器2之間的距離，以各海底應答器2的位置為參考，判斷浮式平臺及浮式平臺上各問答機I的位置。已知各海底應答器2的絕對坐標，可以確定浮式平臺在大地坐標系中的絕對位置。3)系泊錨鏈6上的各錨鏈應答器3同步接收浮式平臺上的各問答機I的水聲信號，并以另一頻率反饋水聲信號給各問答機I ;各問答機I將反饋的水聲信號通過信號電纜傳回測量主機，測量主機根據反射的水聲信號分別測量各錨鏈應答器3與各問答機I之間的距離，由于各問答機I的位置已經通過各海底應答器2進行了確定，因此，系泊錨鏈6上各錨鏈應答器3的位置可以由各問答機I的位置進行確定。4)測量主機根據每根系泊錨鏈6上各錨鏈應答器3的位置，測量得到各系泊錨鏈6上特征點的位置信息(三維大地坐標)，根據系泊錨鏈6設計的懸鏈線理論，可以反推出系泊錨鏈6的整體形狀，實現對系泊系統形狀、特征點位置信息的實時監測。上述實施例中，各海底應答器2的主要功能是為各問答機I組成的聲基陣提供大地坐標參考，該功能也可以通過浮式平臺上的全球定位系統(GPS)，慣性導航系統等實現。上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
權利要求1.一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于它包括若干問答機、若干海底應答器和若干錨鏈應答器；各所述問答機間隔設置在浮式平臺的底部，各所述問答機連接電纜，所述電纜另一端連接平臺測量主機；各所述海底應答器設置在海底，所述海底應答器接收、反饋各所述問答機發出的水聲信號；每條系泊錨鏈上設置有若干所述錨鏈應答器，各所述錨鏈應答器接收、反饋各所述問答機發出的水聲信號。
2.如權利要求I所述的一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于各所述海底應答器和各所述錨鏈應答器均由高容量電池進行供電。
3.如權利要求I所述的一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于所述浮式平臺的底部設置有四個所述問答機，相鄰兩個所述問答機之間間隔40米。
4.如權利要求2所述的一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于所述浮式平臺的底部設置有四個所述問答機，相鄰兩個所述問答機之間間隔40米。
5.如權利要求I或2或3或4所述的一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于所述海底設置有兩個所述海底應答器。
6.如權利要求I或2或3或4所述的一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于每條所述系泊錨鏈上設置有兩個所述錨鏈應答器。
7.如權利要求5所述的一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于每條所述系泊錨鏈上設置有兩個所述錨鏈應答器。
專利摘要本實用新型涉及一種基于短基線水聲定位的系泊系統監測裝置，其特征在于它包括若干問答機、若干海底應答器和若干錨鏈應答器；各所述問答機間隔設置在浮式平臺的底部，各所述問答機連接電纜，所述電纜另一端連接平臺測量主機；各所述海底應答器設置在海底，所述海底應答器接收、反饋各所述問答機發出的水聲信號；每條系泊錨鏈上設置有若干所述錨鏈應答器，各所述錨鏈應答器接收、反饋各所述問答機發出的水聲信號。本實用新型結構設置巧妙，操作方便，可以利用短基線水聲定位系統原理，對系泊系統的整體形狀進行實時在線測量、監測，因此，可廣泛用于系泊系統的監測過程中。
文檔編號G01S5/30GK202362451SQ20112043819
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者馮加果, 劉家悅, 劉瀟, 屈衍, 時忠民, 畢祥軍, 鎖劉佳 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心