[发明专利]一种海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备及探测方法

说明书

本发明公开了一种海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备及探测方法，属于海洋工程减灾防灾领域。该设备包括第一控制中心、传输线缆、第一换能器基阵、第二控制中心、脐带缆、水下履带式ARV、第二换能器基阵、中继信号站和应答器；第一换能器基阵安装于管线节点，第一换能器基阵通过传输线缆与第一控制中心连接；第二换能器基阵安装于所述水下履带式ARV；水下履带式ARV通过脐带缆与第二控制中心连接；应答器设置于中继信号站；第二控制中心与第一控制中心通信连接。本发明的设备及探测方法，提供了一种固定应答器‑移动换能器基阵、多应答器‑多换能器基阵的超短基线系统定位方式，在管线屈曲和悬跨探测过程中，实现高效定位。

技术领域

本发明涉及水下探测技术领域，尤其是一种海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备及探测方法，属于海洋工程减灾防灾领域。

背景技术

海底管线在海洋油气运输以及电力传输方面应用广泛，被誉为海上生命线。海底管线的安全运营，直接影响着海洋资源的安全输送。

然而海底管线所处环境较为复杂，一方面，由于浪流冲刷和复杂海床地质条件的存在，海底管线经常会形成不同长度的自由悬跨。黄河三角洲地区对于水下10m处，在海底管线设计寿命15年内，海床整体冲刷深度可达0.7m，海底管线悬跨长度3-40m，有的甚至达到60-70m，悬空高度0.5-3.0m，因海床侵蚀造成的管线悬跨问题十分严重。管线悬跨改变了管线的受力状态，浪流等环境载荷作用和管线自重会使管线产生较大弯矩而破坏；水动力作用引起管线涡激振动，造成管线的疲劳破坏。另一方面，在温度、压力、构型缺陷、浪流、海床底质条件等因素所用下，海底管线产生总体屈曲现象。总体屈曲变形包括侧向屈曲和隆起屈曲。侧向屈曲往往会造成海底管线局部屈曲、疲劳损坏等；隆起屈曲导致管线裸露在海床上，增加管线被破坏的风险。总体屈曲现象对海洋管线的完整性和安全性造成严重后果。

为了保证海底管线的安全，需要掌握管线悬跨以及屈曲现象的发展情况。目前，针对海底管线悬跨的观测技术手段主要有潜水员检测技术、物探调查技术等。其中物探调查技术主要采用多波束测深系统、浅地层剖面仪和侧扫声呐等仪器实施作业，但是使用成本较和数据解析难度高；潜水员检测风险大、成本高，在深海中不适用。因此，需要研究适应范围广、精度高、经济性强的海底管线冲刷三维形态探测技术。管线屈曲变形则主要采用屈曲探测器、ROV/AUV拍摄及搭载传感器进行检测。其中屈曲探测器存在被卡住、牵引钢丝绳破断和屈曲探测器解体等风险；ROV/AUV检测需要多传感器协同检测，检测精度受声学图像的解释方法影响较大。因此，需要研究操作简单、精度高、安全性好的海底管线探测设备及方法。

申请号为201922231812.8的中国专利申请公布了一种海底管线实时安全监测与诊断系统。该方法沿现有管线铺设光缆并在光缆上安装声音传感器，监测海底管线的泄露以及靠近管线的船舶，并利用光纤因失去土壤支撑而振动的特性监测管线悬空、位移或破坏。该方法不会对海底管线造成损伤，但是在管线裸露的情况下并不适用。

申请号为201510695307.2的中国专利申请公开了一种海底管线悬跨涡激振动主动监测系统及其方法。该方法通过监测涡激振动信息来监测海底管线悬跨，仅在涡激振动发生时进行信息传输，提高了监测效率。该方法数据处理较为繁琐，难度较大。

发明内容

为了解决现有海底管线悬跨及屈曲变形观测手段依靠多种检测设备、数据解析难度高等问题，本发明提供了一种海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备及探测方法。本发明的设备和探测方法适用于管线裸露的情况，数据解析难度低。

为实现以上目的，本发明采用下述技术方案：

一种海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，包括：

第一控制中心；

传输线缆；

第一换能器基阵，所述第一换能器基阵安装于管线节点，所述第一换能器基阵通过传输线缆与第一控制中心连接；