[发明专利]一种基于短基线水声定位的系泊系统监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋系泊系统的监测装置及监测方法，特别是关于一种基于短基线水声定位的系泊系统监测装置及监测方法。

背景技术

系泊系统是海洋浮式生产、钻井平台的主要定位方式。系泊系统需要承受作用在平台上的波浪、海流、台风等环境荷载。美国墨西哥湾和我国南海的浮式海洋石油平台都曾经发生过飓风作用下系泊系统断裂，平台漂移，石油生产管线断裂的灾害性事故。为了评估系泊系统的设计，确保系泊系统的正常工作，生产中迫切需要对系泊系统进行在线监测。

目前部分浮式生产平台中采取监测平台上系泊锚链止缆器顶端张力的方式进行测量，如半潜式生产、钻井平台等。而对FPSO(Floating Production Storage & Offloading，浮式生产储存卸货装置)等单点系泊的系泊系统，由于锚链整体都在水下，目前则无法进行监测。在平台上无法知道下部系泊系统的状态，甚至发生过系泊系统锚链断裂，而平台上很长时间不知道的情况。为保障石油平台的安全运行，迫切需要对其进行在线监控。

系泊系统监控的困难在于系泊系统处于水下的恶劣环境中，传统的传感器在水下应用，但无法从船上铺设电源线缆和信号传输线缆到系泊锚链上；无法保证传感器的长期供电和监测信号的实时传输。目前国内外已经开展的系泊系统测量多数基于自容式传感器，传感器由电池供电，信号存储在传感器内部，不进行实时传输，不进行在线测量，而是以几个月或者半年的周期回收传感器。这种测量方式可以满足校核系泊系统设计的要求，但无法满足安全监测的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时、在线对系泊系统进行监测的基于短基线水声定位的系泊系统监测装置及监测方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于短基线水声定位的系泊系统监测装置，其特征在于：它包括若干问答机、若干海底应答器和若干锚链应答器；各所述问答机间隔设置在浮式平台的底部，各所述问答机连接电缆，所述电缆另一端连接平台测量主机；各所述海底应答器设置在海底，所述海底应答器接收、反馈各所述问答机发出的水声信号；每条系泊锚链上设置有若干所述锚链应答器，各所述锚链应答器接收、反馈各所述问答机发出的水声信号。

各所述海底应答器和各所述锚链应答器均由高容量电池进行供电。

所述浮式平台的底部设置有四个所述问答机，相邻两个所述问答机之间间隔40米。

所述海底设置有两个所述海底应答器。

每条所述系泊锚链上设置有两个所述锚链应答器。

上述一种基于短基线水声定位的系泊系统监测装置的监测方法，其包括以下步骤：1)浮式平台上的各问答机分别以各自不同的频率发出水声信号给位于海底的各海底应答器；2)各海底应答器接收浮式平台上各问答机发射的水声信号，并以另一频率反馈水声信号给各问答机，各问答机将反馈的水声信号通过信号电缆传回平台测量主机，测量主机根据反馈的水声信号分别测量各问答机与各海底应答器之间的距离，并以各海底应答器的位置为参考，判断浮式平台及浮式平台上各问答机的位置；3)系泊锚链上的各锚链应答器同步接收浮式平台上的各问答机的水声信号，并以另一频率反馈水声信号给各问答机；各问答机将反馈的水声信号通过信号电缆传回测量主机，测量主机根据反射的水声信号分别测量各锚链应答器与各问答机之间的距离，并根据步骤2)确定的各问答机的位置，最终确定系泊锚链上各锚链应答器的位置；4)测量主机根据每根系泊锚链上各锚链应答器的位置，测量得到各系泊锚链上特征点的位置信息，并根据系泊锚链设计的悬链线理论，反推出系泊锚链的整体形状，实现对系泊系统形状、特征点位置信息的实时监测。

所述浮式平台上设置有四个问答机，且其中一个所述问答机做为备用。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在浮式平台的底部设置若干问答机，在海底设置若干海底应答器，组成水声定位系统，因此，可以通过海底应答器来确定问答机和浮式平台的位置。2、本发明在系泊锚链上设置有若干锚链应答器，由于问答机的位置已经由海底应答器进行确定，而系泊锚链上各锚链应答器的位置可以由问答机位置进行确定，因此，可以实现对系泊系统的特征点进行实时位置测量，通过悬链线方程反推系泊系统整体形态，并通过电缆将监测信息传到平台测量主机，实现系泊系统水下特征点坐标的在线监控，得到系泊系统整体形态信息。本发明可以利用短基线水声定位系统原理，对系泊系统的整体形状进行实时在线测量、监测，因此，可用于系泊系统的监测过程中。

附图说明

图1是本发明结构示意图

具体实施方式