Станция контроля уровней шумов морских нефтегазовых комплексов

Использование: в гидроакустике, в частности для контроля уровней шумов морских нефтегазовых комплексов. Сущность: станция контроля уровней шумов морских нефтегазовых комплексов обеспечивает контроль шумовой подводной обстановки в зоне размещения объектов нефтегазового комплекса с помощью размещенных на донном грунте гидроакустических приемников (подводная подсистема), обеспечивающих прием и преобразование гидроакустических сигналов, обусловленных работой агрегатов и механизмов этих объектов, с последующей передачей преобразованных гидроакустических сигналов в информационно-вычислительный комплекс (надводная подсистема) для специальной обработки. Технический результат: локализация уровней шума отдельных объектов нефтегазового комплекса, обеспечение селекции шума объекта при приеме сигналов с разных направлений, оценка круговой диаграммы направленности шумоизлучения совокупности шумящих объектов нефтегазового комплекса и прием сигналов антеннами во всех направлениях. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля и исследования динамики изменения характеристик подводных шумов, создаваемых нефтегазовыми платформами и подводными добычными комплексами при их эксплуатации в различных климатических и гидрологических условиях.

Известно устройство [1] (патент РФ №2319637 от 29.05.2006) - гидроакустическая измерительная стационарная система, которая может быть использована для гидроакустических исследований в морях и океанах. Указанная система содержит заякоренное универсальное спускоподъемное устройство с кабельной линией связи, электрически связанной посредством магистрального кабеля с надводным центром управления, вытяжной поплавок и носитель аппаратуры. Вытяжной поплавок своей нижней частью прикреплен к кабельной линии связи, а концы соединительного кабеля прикреплены к верхней части вытяжного поплавка и нижней части носителя аппаратуры. Кабельная линия связи электрически соединена с соединительным кабелем посредством промежуточного кабеля, уложенного во внутренней полости вытяжного поплавка. Вдоль половины соединительного кабеля, примыкающей к вытяжному поплавку, равномерно распределены балластные грузы. Суммарная отрицательная плавучесть балластных грузов превышает положительную плавучесть носителя аппаратуры не более чем на 20%. Такое выполнение системы позволяет устранить влияние вибропомех на результаты измерений.

Известны гидроакустические измерительные стационарные системы того же назначения [2, 3], содержащие заякоренное универсальное спускоподъемное устройство, кинематически связанное через кабельную линию связи с носителем аппаратуры положительной плавучести, включающем в себя измерительные гидрофоны, причем кабельная линия связи электрически соединена через магистральный кабель с надводным центром управления (патент РФ №2220069, патент РФ №2172272).

Известно устройство [4] (патент РФ №2199835 от 28.12.2000) - гидроакустическая измерительная система, которая может быть использована для измерения параметров шумоизлучения надводных и подводных плавсредств. Гидроакустическая измерительная система содержит носитель аппаратуры, выполненный в виде поплавка с полым обтекателем и расположенными внутри их соответственно приборным контейнером и широкополосным гидрофоном. Также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде дистанционно управляемой лебедки с барабаном, и якорный груз, связанный тросом через барабан лебедки спускоподъемного устройства с основанием носителя аппаратуры, а также линию связи носителя аппаратуры и спускоподъемного устройства с надводными средствами обработки, регистрации и управления. Поплавок с обтекателем выполнены из звукопрозрачного материала, при этом внутренний объем обтекателя заполнен водой, а приборный контейнер удален от гидрофона не менее чем на три своих поперечных размера. Линия связи с тросом объединены в кабельную линию связи, а общая масса носителя аппаратуры не менее чем в десять раз превышает массу отрезка кабеля кабельной линии связи от якорного груза до основания носителя аппаратуры, при этом центр тяжести, метацентр и вход кабельной линии связи в носитель аппаратуры расположены на оси последнего таким образом, что центр тяжести размещен между метацентром и входом кабельной линии связи в носитель аппаратуры. Поплавок носителя аппаратуры выполнен в виде соприкасающихся плоским основанием колец положительной плавучести, плотность материала которых не превышает 0,7 кг/м³, при этом в центральной части колец располагают приборный контейнер.

Известно устройство аналогичного назначения [5] (Патент 1330542 Великобритании, кл. G4F (H04R 1/44), 1973), содержащее плавучий гидрофон, закрепленный тросами на поплавке, находящемся на поверхности воды, груз отрицательной плавучести, закрепленный тросами под гидрофоном, сетчатые экраны для защиты устройства от влияния подводных течений, а также надводную обрабатывающую, регистрирующую и управляющую аппаратуру.

Известна также измерительная система аналогичного назначения [6] (Патент 51-24273 Японии, кл. 111Н11 (G01D 21/00), 1976) - гидроакустическая измерительная система (ГАИС), которая содержит носитель аппаратуры, включающий в себя полый поплавок с обтекателем, выполненный в виде удлиненного тела вращения, и расположенные соответственно внутри обтекателя и поплавка широкополосный гидрофон и приборный контейнер. ГАИС также содержит спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде дистанционно управляемой лебедки с барабаном, и якорный груз, связанный тросом через барабан лебедки спускоподъемного устройства с носителем аппаратуры и линию связи носителя аппаратуры и спускоподъемного устройства с надводными средствами обработки, регистрации и управления. В качестве измерительной аппаратуры используются кроме широкополосного гидрофона измерители направления, скорости, температуры, солености и глубины. В качестве линии связи используется гидроакустический канал.

Все перечисленные выше варианты измерительных систем являются аналогами по отношению к предлагаемому в данной заявке изобретению.

В качестве прототипа по отношению к предлагаемому изобретению может быть принят патент РФ №2193724 - гидроакустическая стационарная система контроля технического состояния глубоководного трубопровода [7]. Изобретение относится к области диагностики технического состояния морских участков трубопроводов и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов, обнаружения и локализации утечек и оценки остаточного ресурса трубопровода. Существо изобретения заключается в том, что параллельно контролируемому участку трубопровода устанавливают гидроакустическую антенну, а на ней дополнительно - последовательность гидроакустических приемоизлучателей с заданным шагом. На трубопроводе устанавливают с тем же шагом последовательность гидроакустических приемоответчиков с датчиками глубины. Гидроакустическая антенна, формирующая веер диаграмм направленности, позволяет определить параметры вибраций трубопровода, а также координаты возможного места утечки продукта из трубопровода. Система приемоизлучателей приемоответчиков позволяет определять горизонтальные координаты, а датчики глубины - вертикальные координаты. Техническим результатом изобретения является обеспечение проведения полного мониторинга технического состояния трубопровода и принятие решения об его дальнейшей эксплуатации.

Предлагаемое изобретение - станция контроля уровней шумов морских нефтегазовых комплексов обеспечивает контроль шумовой подводной обстановки в зоне размещения объектов нефтегазового комплекса с помощью размещенных на донном грунте гидроакустических приемников, обеспечивающих прием и преобразование гидроакустических сигналов, обусловленных работой агрегатов и механизмов этих объектов, с последующей передачей преобразованных гидроакустических сигналов в информационно-вычислительный комплекс для специальной обработки.

Станция состоит из подводной и надводной подсистем.

Подводная подсистема состоит из приемной части, представленной донной системой гидроакустических приемников (рис.1, позиция 1), расположенных по кругу вокруг акватории размещения нефтегазового комплекса, и магистрали передачи информации от приемной части системы к надводной подсистеме (рис.1, позиция 3), состоящей из информационно-вычислительного комплекса (рис.1, позиция 4) и аппаратуры сопряжения с подводной подсистемой.

Приемная часть подводной подсистемы представляет собой кабельную линию с равномерно распределенными вдоль нее группами гидроакустических приемников. В каждую группу входят 32 низкочастотных гидроакустических приемника (рис.1, позиция 5), образующие низкочастотную фазированную антенную решетку (ФАР), и одиночный широкополосный гидроакустический приемник (рис.1, позиция 6).

Пространственная конфигурация ФАР позволяет, в отличие от прототипа, решить следующие две задачи:

- первая задача заключается в локализации уровней шума отдельных объектов нефтегазового комплекса и обеспечена возможностью селекции шума объекта при приеме сигналов с разных направлений, в то время как при приеме с одного направления шумы отдельных объектов могут накладываться.

- Вторая задача состоит в оценке круговой диаграммы направленности шумоизлучения совокупности шумящих объектов нефтегазового комплекса, т.к. их сигналы принимаются антеннами со всех направлений.

Принимаемые гидроакустическими приемниками шумы механизмов и агрегатов нефтегазового комплекса передаются в информационно-вычислительный комплекс для обработки и анализа.

Обработка информации в ИВК производится непрерывно в реальном масштабе времени и обеспечивает оценку направленности шумоизлучения нефтегазового комплекса в целом, рассматриваемого как распределенный источник шума, и оценки уровней шума отдельных агрегатов, узлов и механизмов комплекса в инфразвуковом диапазоне частот.

Источники информации

1. Патент РФ №2319637.

2. Патент РФ №2220069.

3. Патент РФ №2172272.

4. Патент РФ №2199835.

5. Патент 1330542 Великобритании, кл. G4F (H04R 1/44), 1973.

6. Патент 51-24273 Японии, кл. 111Н11 (G01D 21/00), 1976.

7. Патент РФ №2193724.

Станция контроля уровней шумов морских нефтегазовых комплексов, содержащая подводную подсистему, обеспечивающую прием и передачу гидроакустической информации, и надводную подсистему, обеспечивающую обработку и отображение гидроакустической информации, а также контроль работоспособности и электропитание всех подсистем, отличающаяся тем, что:
- донные линейные гидроакустические антенны подводной подсистемы, соединенные магистральным кабелем, расположены по окружности заданного радиуса с центром в зоне расположения обмеряемых шумящих объектов морских нефтегазовых комплексов;
- надводная подсистема содержит блок контроля превышения допустимых уровней подводных шумов, излучаемых агрегатами и механизмами морских нефтегазовых комплексов, и блок отображения информации об уровнях шумов и индикации превышения допустимых уровней;
- надводная подсистема содержит блок измерения диаграммы направленности шумоизлучения объектов морских нефтегазовых комплексов в горизонтальной плоскости.