CN109974779A - 一种海洋勘察基盘水下监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋勘察基盘水下监控装置，包含上基座、连接架、下基座、压力钳和水下控制系统，水下控制系统由光电复合缆、光电分离盒、供电舱、泵站电机开关舱、测控舱、液压动力站、照明摄像单元和传传感器单元组成；液压动力站包含油箱、泵站电机舱、单向阀、阀组舱、液控单向阀、集流分流阀和蓄能器；电机舱包含电机、齿轮油泵和过滤器；阀组舱安装有两位二通电磁换向阀、溢流阀、二位二通电磁阀和系统压力传感器。本发明解决了甲板面无法准确了解和控制海底钻井及取样作业情况的问题，实现了对水下勘察基盘的实时监视与控制。
Description
技术领域
本发明属于海洋勘探设备领域，具体涉及一种海洋勘察基盘水下监控装置。
背景技术
海洋勘察基盘是海洋地质勘察船进行钻井和取样作业的必备设备之一，海洋勘测基盘的作业位置为海床面，用于钻井作业时井口定位、钻具导向，以及动力取样时的钻具固定。基盘下放及提升过程中需要监视基盘触底和钻柱下放情况；采用动力取样工具时(如静力触探，液动冲击绳索钻具等)，需通过压力钳实现对钻柱的夹持固定，提高取样的成功率；同时在更换钻头或者BHA时，监视钻柱通过基盘并重新进入原孔位。根据实际作业需要，需要配置水下监控装置，以实现对压力钳的控制和向甲板面反馈井口视频信号，同时配置深度和姿态等传感器，实现甲板面对海底作业情况的准确把握和控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种海洋勘察基盘水下监控装置，能够实现对水下勘察基盘的实时监视和控制。
本发明所采用的技术方案是，一种海洋勘察基盘水下监控装置，包括由连接架固接的上基座和下基座，所述下基座设有压力钳和水下控制系统，所述水下控制系统由监测系统和控制系统组成。
本发明的特点还在于，
监测系统包括光电分离盒，光电分离盒上设有光电复合缆，光电复合缆通过光电分离盒后分为水密光纤和水密电缆，水密电缆连接供电舱，水密光纤连接测控舱，供电舱上设有两路电缆，供电舱的一路电缆连接泵站电机开关舱，供电舱的另一路电缆通过变压器连接测控舱；
测控舱包括电源模块，电源模块分别连接数字量采集模块、模块量采集模块和水下光端机，水下光端机连接通讯模块，电源模块还分别连接照明摄像单元、压力钳、传传感器单元、系统压力传感器和阀组舱，数字量采集模块分别连接压力钳和检测报警传感器，模块量采集模块分别连接传感器单元和系统压力传感器，通讯模块连接泵站电机开关舱和阀组舱，水下光端机连接照明摄像单元。
光电分离盒连接压力补偿器a，供电舱连接压力补偿器d，压力补偿器a和压力补偿器d上均配置有检测报警传感器。
压力钳上设有接近开关，所述接近开关分别连接电源模块和数字量采集模块。
控制系统包括液压动力站，液压动力站包括泵站电机舱，泵站电机舱的进口连接泵站电机开关舱，泵站电机舱的出口连接单向阀，单向阀的出口分别连接蓄能器和阀组舱，阀组舱包括进油口P、回油口T、工作油口A和工作油口B，阀组舱的进油口P与单向阀的出口连接，阀组舱的工作油口A与压力钳的杆腔连接，阀组舱的工作油口B依次通过液控单向阀和集流分流阀与压力钳的塞腔连接，阀组舱的回油口T与油箱连接。
阀组舱包括并列连接的溢流阀和二位二通电磁阀，溢流阀的一端分别连接系统压力传感器和两位四通电磁换向阀，溢流阀的另一端连接两位四通电磁换向阀，二位二通电磁阀的一端分别连接系统压力传感器和两位四通电磁换向阀，二位二通电磁阀的另一端连接两位四通电磁换向阀，阀组舱的进油口P分别连接两位四通电磁换向阀、溢流阀、二位二通电磁阀和系统压力传感，阀组舱的回油口T向内分别连接四通电磁换向阀、溢流阀和二位二通电磁阀，工作油口A和工作油口B均连接两位四通电磁换向阀。
泵站电机舱包括一组结构相同的齿轮油泵，每个齿轮油泵上均设有电机，两个齿轮油泵的一端连接过滤器，过滤器与油箱相通，两个齿轮油泵的另一端连接单向阀。
压力补偿器b分别与泵站电机舱和阀组舱的液压油管路相通，压力补偿器c连接油箱，压力补偿器b和压力补偿器c上均配置有检测报警传感器。
安装架上设有照明摄像单元和传传感器单元，所述照明摄像单元包括井口监控照明灯和井口监控摄像机，井口监控照明灯和井口监控摄像机均通过安装支架固接在上基座的下方，所述传传感器单元包括水深传感器和水下姿态仪，水深传感器和水下姿态仪均通过安装支架固接在安装架上。
本发明的有益特点是：
1)水下监控系统直接安装在勘察基盘上，采用光电复合缆实现供电与信号传输，控制信号、视频信号及设备状态均通过复合缆中的光纤进行传输，信号传输稳定、响应快。
2)通过监控系统实现海底钳的应急释放功能，当监控装置发生电力、液压或者通讯故障时，实现海底钳松开的功能。
3)设置压力补偿器和泄漏传感器，补偿密封舱体内外压差，确保舱体内外压力相当，从而降低了密封舱设计要求，同时出现泄露报警时关闭供电系统并对设备进行维修，防止舱内元件因突然进入海水造成短路及元器件损坏等问题。
附图说明
图1为本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的整体轴测图；
图2为本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的下基座上的装置结构示意图；
图3为本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的控制结构图；
图4为本发明中液压动力站的原理图。
图中，1.上基座，2.连接架，3.下基座，4.压力钳，5.光电复合缆，6.光电分离盒，7.供电舱，8.泵站电机开关舱，9.测控舱，10.液压动力站，11.照明摄像单元，12.传传感器单元，13.压力补偿器a，14.油箱，15.泵站电机舱，16.单向阀，17.阀组舱，18.液控单向阀，19.集流分流阀，20.蓄能器，21.压力补偿器b，22.压力补偿器c，23.电机，24齿轮油泵，25.过滤器，26.两位四通电磁换向阀，27.溢流阀，28.二位二通电磁阀，29.系统压力传感器，30.检测报警传感器，31.压力补偿器d。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1及图2所示，是本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的结构示意图，包括由连接架2固接的上基座1和下基座3，下基座3上设有压力钳4和水下控制系统，压力钳4上设有接近开关，用于检测压力钳夹紧和松开位置状态，水下控制系统由监测系统和控制系统组成。
安装架2上设有照明摄像单元11和传传感器单元12，照明摄像单元11包括井口监控照明灯和井口监控摄像机，井口监控照明灯和井口监控摄像机均通过安装支架固接在上基座1的下方，提供井口视频信号；传传感器单元12包括水深传感器和水下姿态仪，水深传感器和水下姿态仪均通过安装支架固接在安装架2上，用以检测基盘水中位置深度和触底后在海床上的位置姿态。
监测系统包括光电分离盒6，光电分离盒6上设有光电复合缆5，光电复合缆5通过光电分离盒6后分为水密光纤和水密电缆，水密电缆连接供电舱7，水密光纤连接测控舱9，供电舱7分出两路电缆，供电舱7的一路电缆连接泵站电机开关舱8，供电舱7的另一路电缆通过变压器连接测控舱9，水密电缆和水密光纤两端的连接器均采用水密接插件。
测控舱9是基盘水下监控系统的核心单元，测控舱9包括电源模块，电源模块分别连接数字量采集模块、模块量采集模块和水下光端机，水下光端机连接通讯模块，所述电源模块还分别连接照明摄像单元11、压力钳4上的接近开关、传传感器单元12、系统压力传感器29和阀组舱17，数字量采集模块分别连接压力钳4的接近开关和检测报警传感器30，模块量采集模块分贝连接传感器单元12和系统压力传感器29，通讯模块连接泵站电机开关舱8和阀组舱17，水下光端机连接井口监控摄像机，上述连接方式均为水密电缆连接。电源模块为井口监控照明灯提供交流电源，同时将交流电转化为直流电，为接近开关、检测报警传感器30、传传感器单元12、系统压力传感器29和阀组舱17提供直流电源，数字量采集模块和模块量采集模块进行传感器信号采集，水下光端机进行光电信号的转换，通讯模块进行信号处理和通讯。
控制系统包括液压动力站10，如图3所示，是本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的液压动力站的原理图，液压动力站10包括泵站电机舱15，泵站电机舱15的进口连接泵站电机开关舱8，泵站电机舱15的出口连接单向阀16，单向阀16的出口通过三通分别连接蓄能器20和阀组舱17，阀组舱17包括进油口P、回油口T、工作油口A和工作油口B，阀组舱17的进油口P与单向阀16出口连接，阀组舱17的工作油口A与压力钳4的杆腔连接，阀组舱17的工作油口B依次通过液控单向阀18和集流分流阀19连接压力钳4的塞腔，阀组舱17的回油口T与油箱14连接。
泵站电机舱15包括一组结构相同的齿轮油泵24，每个齿轮油泵24上均设有电机23，两个齿轮油泵24的一端连接过滤器25，过滤器25与油箱14相通，两个齿轮油泵24的另一端连接单向阀16。
阀组舱17包括并列连接的溢流阀27和二位二通电磁阀28，溢流阀27的一端分别连接系统压力传感器29和两位四通电磁换向阀26，溢流阀27的另一端连接两位四通电磁换向阀26，二位二通电磁阀28的一端分别连接29和两位四通电磁换向阀26，二位二通电磁阀28的另一端连接两位四通电磁换向阀26，阀组舱17的进油口P分别连接两位四通电磁换向阀26、溢流阀27、二位二通电磁阀28和系统压力传感器29，阀组舱17的回油口T向内分别连接四通电磁换向阀26、溢流阀27和二位二通电磁阀28，工作油口A和工作油口B均连接四通电磁换向阀26。
如图4所示，是本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的控制结构示意图，光电分离盒6连接压力补偿器a13，供电舱7连接压力补偿器d31，油箱14连接压力补偿器c22，泵站电机舱15和阀组舱17均充满变压器油，且通过管路互相连通，最终与压力补偿器b21连通，压力补偿器a13、压力补偿器b21、压力补偿器c22和压力补偿器d31内设置的弹簧，使舱内压力比舱外压力略大，若是舱体出现密封问题，泄露也是油液往海水泄露，海水无法渗透进舱体内，从而确保舱体内系统不被污染或损坏，同时向甲板面发出报警信号，及时将设备断电并脱离海水进行维修。压力补偿器的作用在于平衡舱内油液和海水之间压力，同时配置检测报警传感器，形成安全保障。
本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的工作原理是：从甲板面下放本发明勘察基盘后，监视水中状态，离海床面10米左右开始缓慢下放，通过水深传感器检测，触底后根据水下姿态仪参数判断基盘在海床面的倾斜姿态(不满足钻井取样要求则需更换井口位置)，接着开始钻井取样工作，根据地层不同采用不同取样工具，若采用重力取样工具，摄像机仅提供视频信号；若采用动力取样工具时，则需控制压力钳4进行夹持动作，从而固定钻柱，为动力取样工具提供反向支撑，提高取样率。
本发明一种海洋勘察基盘水下监控装置的工作过程是：上基座1、连接架2和下基座3是为压力钳4及水下控制系统提供安装基础，监控过程包含监测和控制两部分。监测部分贯穿工作全过程，即从下水开始，采集传传感器单元12、系统压力传感器29、检测报警传感器30、照明摄像单元11中的井口监控摄像机和压力钳4的接近开关信号，信号通过光电分离盒6和光电复合缆7输出，实时监测基盘在水中深度、姿态、系统压力、是否有泄露、压力钳4加紧或松开状态和井口作业视频；控制部分则是对压力钳4的夹紧和松开动作进行控制，采取动力取样或者静力触探等工具，以及应急情况下的钻柱提升，通过压力钳4自带的液压油缸带动压力钳4的夹紧动作，从而将钻柱进行抱紧，从而实现取样工作和应急回收，此动作具体是通过控制泵站电机开关舱15中的电机23和阀组舱17中的阀组来实现，控制信号由光电复合缆5输入，经测控舱9处理后达到电机23和阀组等执行部件。
Claims (9)
1.一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，包括由连接架(2)固接的上基座(1)和下基座(3)，所述下基座(3)上设有压力钳(4)和水下控制系统，所述水下控制系统由监测系统和控制系统组成。
2.如权利要求1所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述监测系统包括光电分离盒(6)，光电分离盒(6)上设有光电复合缆(5)，光电复合缆(5)通过光电分离盒(6)后分为水密光纤和水密电缆，水密电缆连接供电舱(7)，水密光纤连接测控舱(9)，供电舱(7)上设有两路电缆，供电舱(7)的一路电缆连接泵站电机开关舱(8)，供电舱(7)的另一路电缆通过变压器连接测控舱(9)；
所述测控舱(9)包括电源模块，电源模块分别连接数字量采集模块、模块量采集模块和水下光端机，水下光端机连接通讯模块，所述电源模块还分别连接照明摄像单元(11)、压力钳(4)、传传感器单元(12)、系统压力传感器(29)和阀组舱(17)，数字量采集模块分别连接压力钳(4)和检测报警传感器(30)，模块量采集模块分别连接传感器单元(12)和系统压力传感器(29)，通讯模块连接泵站电机开关舱(8)和阀组舱(17)，水下光端机连接照明摄像单元(11)。
3.如权利要求2所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述光电分离盒(6)连接压力补偿器a(13)，供电舱(7)连接压力补偿器d(31)，压力补偿器a(13)和压力补偿器d(31)上均配置有检测报警传感器(30)。
4.如权利要求3所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述压力钳(4)上设有接近开关，所述接近开关分别连接电源模块和数字量采集模块。
5.如权利要求1所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述控制系统包括液压动力站(10)，液压动力站(10)包括泵站电机舱(15)，泵站电机舱(15)的进口连接泵站电机开关舱(8)，泵站电机舱(15)的出口连接单向阀(16)，单向阀(16)的出口分别连接蓄能器(20)和阀组舱(17)，所述阀组舱(17)包括进油口P、回油口T、工作油口A和工作油口B，阀组舱(17)的进油口P与单向阀(16)的出口连接，阀组舱(17)的工作油口A与压力钳(4)的杆腔连接，阀组舱(17)的工作油口B依次通过液控单向阀(18)和集流分流阀(19)与压力钳(4)的塞腔连接，阀组舱(17)的回油口T与油箱(14)连接。
6.如权利要求5所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述阀组舱(17)包括并列连接的溢流阀(27)和二位二通电磁阀(28)，溢流阀(27)的一端分别连接系统压力传感器(29)和两位四通电磁换向阀(26)，溢流阀(27)的另一端连接两位四通电磁换向阀(26)，二位二通电磁阀(28)的一端分别连接系统压力传感器(29)和两位四通电磁换向阀(26)，二位二通电磁阀(28)的另一端连接两位四通电磁换向阀(26)，阀组舱(17)的进油口P分别连接两位四通电磁换向阀(26)、溢流阀(27)、二位二通电磁阀(28)和系统压力传感(29)，阀组舱(17)的回油口T向内分别连接四通电磁换向阀(26)、溢流阀(27)和二位二通电磁阀(28)，工作油口A和工作油口B均连接两位四通电磁换向阀(26)。
7.如权利要求5所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述泵站电机舱(15)包括一组结构相同的齿轮油泵(24)，每个齿轮油泵(24)上均设有电机(23)，两个齿轮油泵(24)的一端连接过滤器(25)，过滤器(25)与油箱(14)相通，两个齿轮油泵(24)的另一端连接单向阀(16)。
8.如权利要求5所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述压力补偿器b(21)分别与泵站电机舱(15)和阀组舱(17)的液压油管路相通，压力补偿器c(22)连接油箱(14)，压力补偿器b(21)和压力补偿器c(22)上均配置有检测报警传感器(30)。
9.如权利要求1～8任一项所述的一种海洋勘察基盘水下监控装置，其特征在于，所述安装架(2)上设有照明摄像单元(11)和传传感器单元(12)，所述照明摄像单元(11)包括井口监控照明灯和井口监控摄像机，所述井口监控照明灯和井口监控摄像机均通过安装支架固接在上基座(1)的下方，所述传传感器单元(12)包括水深传感器和水下姿态仪，所述水深传感器和水下姿态仪均通过安装支架固接在安装架(2)上。
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