[发明专利]结冰海区海上石油钻井平台冰层下溢油的声波探测方法

说明书

本发明提供结冰海区海上石油钻井平台冰层下溢油的声波探测方法。首先，采用收发合置换能器发出发射信号，后接收溢油层的回波信号。其次，对接收到的溢油层回波信号与发射信号做对比分析。在时域上将溢油层上下表面的反射信号分开，从而提取出下表面反射信号，及油‑水交界面的反射信号。再次，计算得到油层下表面的反射系数，通过下表面的反射系数判断冰层下是否存在溢油层，以及溢油层扩散的范围：如果存在溢油层，通过上下表面反射信号的时间差值，判断溢油层的厚度。本发明填补了冰下溢油探测声学方法的国内空白，为冰下溢油探测提供了新的技术手段。可应用于结冰海域石油钻井平台，石油管道等的结冰期冰下溢油探测，具有较广的应用前景。

技术领域

本发明属于海洋石油平台环境安全风险防控技术领域，涉及一种声波探测方法，具体地说是一种可以探测冰层下石油溢出外漏所形成的油层的方法。

背景技术

大量的石油开采集中在北半球的高纬度结冰海区，这些石油的运输航线也大多通过结冰海区。溢油如果发生在结冰海域，尤其在海冰层以下发生溢油情况，目前成熟的用于开阔水域的溢油监测、监视技术将无法有效使用，人为的肉眼观察往往由于冰雪的覆盖而更加困难，然而待到冰盖逐渐融化后，长时间累积的溢油已构成对海洋环境的严重破坏和污染。

在结冰海区发生的溢油事故，不同于开阔水域，由于原油和海冰相互作用，给冰下溢油监测带来极大困难。结冰海区近岸海域海冰主要为固定冰或大面积冰原，离岸较远海域则有大量冰脊、水道、潮汐裂缝、堆积冰或重叠冰。由于溢油多为轻质油，比重与海冰相近，会聚集在海水表面或海冰层以下。海冰与溢油相交汇的区域，通常会出现溢油迁移到冰块边缘、聚积在重叠冰附近的水道和水泊中、溢油通过冰自身渗透、在重叠冰内部聚积、在固定冰和大面积冰原区等。对于这几类结冰区溢油行为，尤其是溢油被冰层覆盖，目前几种较为成熟的针对开阔水域溢油监测、监视技术，如水面及空中目测、光学遥感及雷达、卫星遥感等，难于区分海冰和溢油，更难以穿透冰层覆盖，从而导致在应对冰层下的溢油探测需求时不能发挥最佳效果。

结冰海区海上石油钻井平台冰层下溢油的声波探测方法，可为实时溢油监测，突发溢油源头位置排查，冰区溢油污染扩散范围测量，跨界污染物输运监测等提供新的手段和应对措施。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种通过声波快速准确发现冰层下溢油层的探测方法。

本发明采用的技术方案为：

一种结冰海区海上石油钻井平台冰层下溢油的声波探测方法，包括以下步骤：

第一步，布放测量装置

将收发合置换能器1至于待测区域下方，收发合置换能器1的声轴垂直于待测区域下表面，自海底向海面发射声波信号4。设定收发合置换能器1的频率等声波信号参数，发射信号涵盖20kHz-40kHz，40kHz-80kHz，100kHz-200kHz，CW和LFM脉冲，CW信号的脉宽5个周期。所述的待测区域包括海冰2、溢油层3。

第二步，由增加功率放大器的信号发生器6控制收发合置换能器1发出的发射声波信号4，发射声波信号4在水中传播，作用到待测区域后进行反射(既发射声波信号4达到海面下表面遇到海冰、石油或海水下表面反射回来)，反射回来的回波信号由收发合置换能器1接收，并由信号采集器7储存信号。所述的发射声波信号4为宽带长脉冲信号。

若发射声波信号4为x(t)，溢油层3下表面的反射波为y₁(t)，溢油层3上表面的反射波为y₂(t)，冰层下表面的反射波为y₃(t)，冰层上表面的反射波为y₄(t)。则接收的反射波信号5为y(t)＝y₁(t)+y₂(t)+y₃(t)+y₄(t)。