Способ мониторинга электропроводимости морской среды в удаленном районе
METHOD OF MONITORING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A MARINE ENVIRONMENT IN A REMOTE AREA

Изобретение относится к области гидрофизики и может найти применение для постоянного экологического контроля безопасности эксплуатации удаленных стационарных морских систем добычи углеводородов, оперативного обнаружения утечки углеводородов в морскую среду, предотвращения загрязнения морей нефтепродуктами.
Результаты патентного поиска.
1. Патент №2175449 от 27.10.2001 г. «Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде».
2. Патент №2587523 от 20.06.2016 г. «Система обнаружения и регистрации гидроакустических и гидродинамических воздействий».
Наиболее близким аналогом предлагаемому способу является способ определения значений электропроводимости морской среды на глубинах до 100 метров в виде буксируемого судном коаксиального кабеля, оборудованного датчиками электропроводимости [1, 2]. Устройство, реализующее данный способ, авторы назвали «Радиоволновой линией» (далее - РВЛ).
РВЛ включает измерительную и генераторную часть.
В качестве измерительной части используется длинная линия в виде коаксиального кабеля длиной до 120 метров, который буксируется судном. В длинную линию вмонтированы датчики электропроводимости морской воды (2) в виде специально выполненных неоднородностей - разрывов внешней оболочки кабеля (Фиг. 1). Жесткость конструкции обеспечивается обтекателем (1) и несущим стальным тросом (3) (Фиг. 1, Фиг. 2).
Генераторная часть предназначена для подачи в линию импульсных посылок определенной амплитуды и длительности. Зондирующий импульс достигает искусственно созданной в длинной линии неоднородности (датчика) и частично отражается. Амплитуда отраженного импульса пропорциональна текущему значению электропроводимости морской воды в районе датчика. Изменение амплитуды является следствием появления турбулентных явлений в результате передачи в морскую среду энергии движущихся объектов.
Анализ применения способа-прототипа выявил следующие недостатки:
- невозможность получения информации о значениях электропроводимости морской среды на удалениях более 100 метров от места размещения генераторной части устройства;
- необходимость использования для применения РВЛ специального судна-буксировщика, на котором размещены и генераторная и измерительная часть устройства;
- необходимость дополнительных затрат для увеличения механической прочности буксируемой линии: монтаж дополнительного несущего стального троса, изготовление специальных обтекателей (Фиг. 2);
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в обнаружении утечки углеводородов в морскую среду при эксплуатации морских добывающих установок, расположенных на удалении до 60 км от береговой черты и на глубинах до 700 метров путем мониторинга электропроводимости морской среды в контролируемом районе.
В предлагаемом способе имеются следующие отличия от прототипа:
- измерительная линия на основе коаксиального кабеля не является буксируемой, а проложена стационарно по морскому дну (Фиг. 4). Это увеличивает надежность использования устройства и снижает стоимость, поскольку не требуется затрат на обеспечение механической прочности линии;
- в качестве генераторной части используется серийный рефлектометр PH-307USB российского производства, который оборудован специализированным процессором, монитором, памятью и предназначен для обнаружения дефектов кабельной линии на дистанциях до 60 километров, что позволяет произвести мониторинг удаленного участка морской среды, разместив генераторную часть на берегу, где эксплуатация устройства требует меньше затрат;
- измерительная линия может быть проложена на больших глубинах, что недоступно в способе-прототипе. Этим также исключается влияние степени волнения моря на работоспособность устройства. Авторам известны случаи применения коаксиального кабеля на глубинах до 700 метров;
- датчики электропроводимости (Фиг. 2) по конструкции аналогичны предложенным в прототипе [2], размещены стационарно, глубина расположения датчиков регулируется путем подвешивания участка кабеля с помощью поплавков (Фиг. 4).
Технический результат изобретения проявляется при осуществлении способа и определяется совокупностью следующих существенных признаков, достаточных для обеспечения технического результата:
- наличие измерительной части в виде проложенного по дну коаксиального кабеля длиной от сотен метров до 60 километров;
- оборудование кабеля датчиками электропроводимости в виде разрывов оболочки кабеля;
- наличие генераторной части в виде промышленного рефлектометра PH-307USB с встроенным специализированным программным обеспечением.
Техническая сущность изобретения заключается в следующем. Утечка углеводородов в морскую среду приводит к резкому изменению физических свойств морской среды. Истекающие из скважины или технологических трубопроводов под высоким давлением нефте-газопродукты вызывают турбулентное движение морской среды, которое приводит к изменению электропроводимости морской среды. Изменение значений электропроводимости морской среды регистрируется рефлектометром РИ-307USB в виде скачка амплитуды отраженного от датчика сигнала.
Техническая реализация способа мониторинга электропроводимости морской среды в удаленном районе (Фиг. 4) предполагает стационарное использование устройства, генераторная часть которого (4) размещена на берегу, коаксиальный кабель (5) фиксируется на дне с помощью якорей-утяжелителей (6), датчики электропроводимости (2) встроены в коаксиальный кабель (5) и установлены на необходимую глубину с помощью поплавков (7).
Генератор-рефлектометр PM-307USB российского производства обеспечивает получение визуальной информации об изменении амплитуды отраженного от датчика сигнала (Фиг. 3). Возможность увеличения масштаба для детального анализа контролируемого участка среды является существенным свойством предлагаемого способа, повышающим достоверность информации о возникших аномалиях морской среды в удаленном районе наблюдения. Рефлектограммы со всеми параметрами измерений, а именно: координаты датчика, дата, время, амплитуда отраженного сигнала сохраняются в памяти компьютера, где производится автоматизированный сравнительный анализ по закону - каждый предыдущий с последующим.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет в реальном масштабе времени с берега наблюдать состояние морской среды на больших удалениях от береговой черты. Технические характеристики предложенного способа обеспечивают решение задачи на дистанции до 60 километров. Увеличение площади и объема контролируемого участка морской среды производится путем масштабирования, а именно: путем увеличения количества устройств, представленных на Фиг. 4.
Сбор информации о состоянии морской среды в удаленном контролируемом объеме осуществлен с помощью специального программного обеспечения. Результатом работы программы будет указание координат сработавшего датчика электропроводимости.
Наличие таких признаков как вынос датчиков электропроводимости среды на удаление до 60 км от береговой черты и размещение датчиков на необходимых глубинах (до 700 метров) позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».
Использование рефлектометра PH-307USB и датчиков электропроводимости морской среды для мониторинга изменения гидрофизических характеристик морской среды на больших удалениях и значительных глубинах ранее не производилось. Это позволяет утверждать, что заявленный способ удовлетворяет критерию «изобретение» и может быть реализован сравнительно быстро и без существенных финансовых затрат.
Кроме того, при реализации предлагаемого способа не используются активные гидроакустические излучатели, т.е. не оказывается влияния на окружающую среду, реализация способа также отличается низким энергопотреблением.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Иванов В.В., Ляпин К.К. Развитие гидрофизических методов и средств исследования многомасштабных пространственно-временных параметров морской среды. Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы подготовки специалистов. Научно-техническая конференция, часть 1, ВМИРЭ, 2008, с. 14-21.
2. Ляпин К.К. Проблема освещения надводной и подводной обстановки. Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы подготовки специалистов. 24-я Межвузовская Научно-техническая конференция, часть 1, Петродворец, 2013, с. 62-69.