[发明专利]一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法

权利要求书

1.一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法，其特征在于：包括钻探船(1)、水上甲板单元(2)、绞车(3)、钻杆(4)、海底基盘(5)、水下监测单元(6)和光电复合缆(7)，所述水上甲板单元(2)和绞车(3)设置于钻探船(1)的上部，所述钻杆(4)设置于钻探船(1)的内部，所述钻杆(4)和钻探船(1)进行连接，所述光电复合缆(7)设置于钻杆(4)的外部，所述海底基盘(5)设置于光电复合缆(7)的下部，所述水下监测单元(6)设置于海底基盘(5)的内部，所述绞车(3)和海底基盘(5)进行连接；

所述水上甲板单元(2)和所述水下监测单元(6)分别与所述光电复合缆(7)进行连接，所述水上甲板单元(2)主要由船电(20)、电源转换模块(8)、测控计算机(9)、RS232接口(10)、网络接口(11)、水上光纤通讯模块(12)及水上光电复合缆缆端接口(13)组成，所述水下监测单元(6)主要由水下光电复合缆缆端接口(14)、硫化氢传感器(17)、二氧化碳传感器(18)、甲烷传感器(19)、电源转换模块(8)、水下光纤通讯模块(23)和嵌入式控制模块(16)组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法，其特征在于：所述船电(20)通过电源转换模块(8)连接于水上光电复合缆缆端接口(13)，所述船电(20)和测控计算机(9)进行连接，所述测控计算机(9)通过RS232接口(10)及网络接口(11)与水上光纤通讯模块(12)连接，所述水上光纤通讯模块(12)和水上光电复合缆缆端接口(13)进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法，其特征在于：所述水下光电复合缆缆端接口(14)内部设有动力线(21)和光纤(22)，所述动力线(21)和电源转换模块(8)进行连接，所述光纤(22)和水下光纤通讯模块(23)进行连接，所述水下光纤通讯模块(23)通过RS232接口(10)与嵌入式控制模块(16)进行连接，所述硫化氢传感器(17)、二氧化碳传感器(18)及甲烷传感器(19)均通过RS232接口(10)与水下光纤通讯模块(23)和嵌入式控制模块(16)进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法，其特征在于：所述水上光纤通讯模块(12)通过光电复合缆(7)和水下监测单元(6)进行连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法，其特征在于：所述硫化氢传感器(17)、二氧化碳传感器(18)及甲烷传感器(19)通过RS232接口(10)和水下光纤通讯模块(23)进行连接，所述水上光纤通讯模块(12)通过光电复合缆(7)和水上甲板单元(2)进行连接，所述水上甲板单元(2)内的水上光纤通讯模块(12)和测控计算机(9)进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于海底基盘的钻探钻井气体监测系统及其监测方法，其特征在于：监测方法包括以下步骤：

S1：连接水上甲板单元(2)；船电经电源转换模块(8)连接至水上光电复合缆缆端接口(13)，另外船电直接给测控计算机(9)供电，测控计算机(9)经RS232接口(10)及网络接口(11)与水上光纤通讯模块(12)连接，水上光纤通讯模块(12)接入水上光电复合缆缆端接口(13)；

S2：连接水下监测单元(6)并安装在海底基盘(5)上；把各元器件安装于海底基盘(5)上，从水上光电复合缆缆端接口(13)分离出提供电源的动力线(21)和传输数据的光纤(22)，动力线(21)接入电源转换模块(8)给水下各元器件供电，光纤(22)接入水下光纤通讯模块(23)；水下光纤通讯模块(23)通过RS232接口(10)与嵌入式控制模块(16)连接，嵌入式控制模块(16)连接硫化氢传感器(17)、二氧化碳传感器(18)及甲烷传感器(19)，各传感器通过RS232接口(10)接入水下光纤通讯模块(23)；

S3：通过绞车(3)把海底基盘(5)下放至海床，钻探时给监测系统供电，操作测控计算机发出工作指令，指令以电信号输入水下光纤通讯模块(23)，经水下光纤通讯模块(23)转换为光信号通过水下光电复合缆缆端接口(14)传输至水下监测单元(6)，水下监测单元(6)的水下光纤通讯模块(23)收到光信号后将其转换成电信号并传达给嵌入式控制模块(16)，嵌入式控制模块(16)发送指令至硫化氢传感器(17)、二氧化碳传感器(18)及甲烷传感器(19)，三个传感器开始工作；

S4：三个传感器把监测到模拟信号的转换为数字信号，并通过RS232接口(10)将对应的电信号返回至水下光纤通讯模块(23)，水下光纤通讯模块(23)将电信号转换为光信号通过水下光电复合缆缆端接口(14)传输至水上甲板单元(2)，水上甲板单元(2)的水上光纤通讯模块(12)把接收到的光信号转换后以电信号返回至测控计算机(9)，测控计算机(9)经软件解析后可形成直观可读的信号；

S5：当硫化氢传感器(17)、二氧化碳传感器(18)及甲烷传感器(19)监测到特征气体时其模拟信号会发生变化，随之输出的信号也发生改变，由于使用光纤通讯，研究表明光在光纤中的传播速度为2×108m/s，传播距离一般少于3000m，则其传播时间少于1.5×10-5s，且计算机控制电路反应时间也极短，因此可认为通过S4步骤可实现实时的信号监测。