[发明专利]海域水合物开采环境立体化监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及现代海底天然气水合物资源勘探和开采技术领域，特别涉及水合物开采过程中的海洋环境监测、评估和预测。

背景技术

天然气水合物是由天然气分子和水分子结合在一起形成的固态冰状物质，当前已经被认为是一种具有极大潜力的新型能源，其中最主要的成分是可燃烧的甲烷，因此也经常被称为“甲烷水合物”。

当前，加拿大、美国和日本等国已经先后在陆地上和海洋上开展了甲烷水合物试开采工作，而对于我国这样的能源消费大国，深入开展天然气水合物的科学理论、资源评价、技术方法、试采和示范、商业化开发等方面的工作具有重大的战略意义，也是保障我国能源储备安全的可靠手段。然而，在全球能源需求持续增加和碳排放逐渐升高的背景下，天然气水合物既是一种储量巨大的潜在能源资源，又是一种重要的温室气体来源，同时，由于99％的水合物资源储存于海域环境中，在勘探和开发过程中，不可避免地会造成海底甲烷泄漏、海床位移和沉陷、生物群落受损、水体污染甚至海底滑坡等风险。因此，在天然气水合物开采过程中，又必须建立一整套完善的环境保护、评价、预测体系，以达到“绿色、安全、经济、科学”地利用这种资源。

基于一系列国家专项的实施，我国将在近期开展天然气水合物试开采工作，井场环境监测问题已经成为一项迫在眉睫的任务提到中国科学家的议事日程上来。

发明内容

本发明针对海洋天然气水合物开采过程中海洋环境立体化监测方面的技术空白，提供一种面向海域水合物开采环境立体化监测系统。

本发明是采用以下的技术方案实现的：海域水合物开采环境立体化监测系统，包括钻井平台、以主生产井为圆心而布设的内核心监测圈、外核心监测圈和位于外核心监测圈之外的圈外巡航监测区；所述内核心监测圈内包括围绕主生产井布设的环境监测副井、坐底式海底工作站和地形形变监测装置；所述坐底式海底工作站沿内核心监测圈圆周均匀布设有多个，以监测环境参数变化；所述环境监测副井用以监测温度差、压力差和电阻率差等，测试水合物开采过程中分解温度的扰动以及流体组成性质变化，以距离主生产井的平面距离为10m—25m相对布设两个；所述地形形变监测装置包括两条成正十字交叉的测量缆，测量缆上均匀设有多个监测点，且每个监测点设有压力传感器和三轴加速度计，地形形变监测装置主站位于主生产井井口5m—10m,以全面监测主生产井井场的地形形变；

所述外核心监测圈沿其圆周均匀布设有多个锚系潜标工作站，用以进行甲烷含量、浊度异常、流向流速、温度、盐度、溶解氧环境参数监测；且所述锚系潜标工作站与坐底式海底工作站交错布置；所述圈外巡航监测区设有海底接驳平台以及自主式水下潜航器(AUV)，海底接驳平台在锚系潜标工作站圈外，作为电力统一供给和调配装置，分别与上述坐底式海底工作站、地形形变监测装置、锚系潜标工作站通过电缆连接。

进一步的，所述钻井平台设置有低空大气采样监测仪和无人遥控潜水器(ROV)；低空大气采样监测仪以进行大气污染物监测；无人遥控潜水器(ROV)以钻井平台为母体，以进行水下维护与维修。

进一步的，所述坐底式海底工作站和锚系潜标工作站的数量均为4站，且锚系潜标工作站与最近的两个相邻坐底式海底工作站组成等腰直角三角形，结构设计巧妙合理，满足最佳需求。

进一步的，所述坐底式海底工作站集成甲烷传感器、硫化氢传感器、溶解氧传感器、多普勒流速剖面仪(ADCP)、温盐深仪(CTD)和沉降仪，以监测甲烷、硫化氢泄漏、溶解氧和温度、盐度、PH值、二氧化碳等。

进一步的，所述自主式水下潜航器(AUV)集成甲烷传感器、温盐深仪(CTD)、浊度计、高清照相机、高清摄像机，且只在外核心监测圈界限50m之外巡逻监测，以防止与锚系潜标工作站发生缠绕，AUV不但能监测甲烷含量、流向流速、温度、盐度、溶解氧等环境参数，还可以对外核心监测圈层之外的生物生态和地形地貌进行定期观测，以记录异常变动，增加环境监测参数的广度。

进一步的，所述内核心监测圈以主生产井为圆心，半径为100m的覆盖范围，所述外核心监测圈以主生产井为圆心，半径为200m，综合考虑确定合适的监测范围，在保证监测精度与数据监测实时性的前提下，获得丰富监测数据。

进一步的，：所述测量缆的长度为400m，以使地形形变监测装置延伸到内核心监测圈和外核心监测圈之间，以更好地监测更大范围内的地形移位和沉陷。