[发明专利]海底冷泉天然气渗漏流量原位超声波测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量海底冷泉天然气渗漏流量原位超声波测量系统，尤其是采用声学方法测量海底渗漏气泡流量。

背景技术

海底冷泉天然气渗漏流量原位测量装置是近十几年国外研究发展的一项新技术，国际上该领域的研究正在如火如荼的进行着。美国将深海技术作为本国海洋领域优先资助的高科技项目。1998年路易斯安那州立大学海岸研究所Harry Roberts教授已经设计制造出海底冷泉流体观测装置，成功地观察了墨西哥湾Bush Hill的天然气渗漏系统。1999年由墨西哥湾天然气水合物研究联合会组织了15所高校，5个联邦机构和数家私人公司，由密西西比大学牵头，开展了海底天然气水合物实时观测系统的研究，对墨西哥湾Mississippi Canyon Block 118进行了地球化学、微生物和地震观测。与此同时，加州大学圣塔芭芭拉分校采用所设计的海底冷泉观测装置对水合物脊和墨西哥湾等全球典型的天然气渗漏和天然气水合物发育区进行了观测。渗漏系统发育的水合物（渗漏型水合物）具有埋藏浅，易开采，价值高等特点。每年通过这种海底冷泉天然气渗漏释放到海洋水体及大气中的甲烷的数量是非常惊人的，初步的估计为大于10Tg(10¹²g)每年。甲烷是强烈的温室效应气体，其温室效应是相同质量二氧化碳的20倍以上，如此巨大数量的甲烷是全球气候变化的一个重要影响因子。因此，对海底冷泉天然气渗漏速率在线原位探测具有重要的经济价值和科学意义。目前，在国内有关海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量装置的研究已经开展起来，中国科学院广州地球化学研究所现已成功研制出两套海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量装置，填补了我国在该领域的空白，然而研制成功的这两套装置由于材料、元器件、耗电量等限制以及装置工作性能稳定性差，很难对海底冷泉渗漏系统天然气流量开展长期的多环境的原位在线观测。

发明内容

为了克服现有的海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量装置不能开展长期的多环境的原位在线观测的不足,本发明提供一种海底冷泉天然气渗漏流量原位超声波测量系统，该系统具有体积小、质量轻、耗电量低等特征，不仅能开展长期的海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量，而且还能用于不同水深环境下的海底冷泉天然气渗漏原位流量在线测量。

为实现本发明目的，本发明采取了如下的技术方案：

海底冷泉天然气渗漏流量原位超声波测量系统，其包括渗漏帐篷罩、流量测量通道，所述流量测量通道包括由下至上依次设置并相互连通的下气泡破碎通道、超声波传感器测量通道以及上气泡破碎通道，其中，所述下气泡破碎通道与安装有气泡破碎网格的渗漏帐篷罩相连通，在下气泡破碎通道和上气泡破碎通道中分别安装有沿气泡的上升方向设置的下气泡破碎装置和上气泡破碎装置，所述超声波传感器测量通道的一侧固定连接有一声波分路器，另一侧固定连接有用于接收声波分路器产生的透射声波的扁平接收换能器，在超声波传感器测量通道中设有同样接收声波分路器产生的透射声波的声波探针。

所述流量测量通道由圆环形成，其中，所述圆环包括形成下气泡破碎通道的第一圆环、形成超声波传感器测量通道的第二圆环、形成上气泡破碎通道的第三圆环以及与渗漏帐篷罩固定连接的第四圆环，所述第一圆环、第二圆环、第三圆环以及第四圆环之间通过连接轴固定，所述声波分路器、扁平接收换能器以及声波探针均固定在第二圆环上。

所述第二圆环包括第二一圆环和第二二圆环，在所述第二一圆环和第二二圆环之间设有一气泡隔离板。

所述连接轴外套设一用于保护连接轴的套筒。

所述连接轴的上端并固定连接有一加强横杆。

所述声波分路器包括声波分路器本体、固定座传声段、扁平声波发射换能器、固定座以及密封接头，其中，声波分路器本体包括端部以及与所述端部一侧一体成型的二个声波分路机构，所述至少二个声波分路机构的结构均相同，每个声波分路机构上均安装一第一声波反射板，且在所述二个声波分路机构之间设有一第二声波反射板，固定座传声段的两端分别与所述端部的另一侧以及固定座的一侧固定连接，扁平声波发射换能器安装于固定座传声段的端面上且位于固定座内设有的密封腔内，密封接头固定连接于固定座的另一侧，与扁平声波发射换能器连接的驱动电缆通过密封接头与外部信号源相连接。

所述二个声波分路机构分别固定于第二一圆环和第二二圆环，所述扁平接收换能器为二个，该二个扁平接收换能器分别密封设置于固定于第二一圆环上的第一扁平接收换能器固定座和固定于第二二圆环的第二扁平接收换能器固定座中，且二个扁平接收换能器与二个声波分路机构相对应。