一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统及方法与流程

1.本发明涉及海洋工程地质与原位长期观测装置领域，具体而言，特别涉及一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统及方法。


背景技术：

2.在“孔隙水压力
‑
海床位移联合观测装置”、阵列式位移计等柔性地质灾害监测装置的海底布放过程中往往需要钻机钻孔后布放观测装置，海上钻机需要配备专业的工程作业船，成本高、过程繁琐，且沿着钻机套管内下放观测装置及线缆比较困难，当线缆较长或较粗时下放装置及配套线缆等物件容易摩擦套管内壁导致物件磨损甚至影响监测精度。
3.基于此，本专利设计了一款适用于软粘土海床地区的套管式布放装置，该装置无需配备大型专业工程船，避免了钻孔这一关键步骤，采用重力式灌入方式，将观测装置布放到海床内，通过脱落底部配重块将连带的观测装置留在海床内，回收套管完成布放，过程简单，效率高，大大降低了作业成本。


技术实现要素：

4.为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统及方法。
5.本发明是通过如下技术方案实现的：一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统及方法，包括盘式配重，位于盘式配重的下方的止位盘，止位盘的下方安装有金属套管，其中，止位盘包括止位圆盘和固定连接在止位圆盘中心位置上的垂直支撑套管，盘式配重络放在在垂直支撑套管上，止位盘的直径要大于盘式配重的2倍，且大于金属套管直径的6倍；垂直支撑套管上端且位于盘式配重之上安装有释放器；金属套管为中空式一体结构，金属套管的顶端设置有连接圆盘，连接圆盘上设计有与第一固定螺孔相对应的第二固定螺孔，金属套管与止位盘通过第一固定螺孔和第二固定螺孔的螺栓连接为一体，金属套管的空腔为不完全圆形，金属套管的空腔前后两侧分别设置有穿线孔，穿线孔内为牵引线，位于金属套管底端的穿线孔处为凸型定位卡，金属套管的空腔右侧设置有压敏电阻传输孔，压敏电阻传输孔内为压敏电阻电路，金属套管底部安装有锥形配重，锥形配重通过穿线孔内部的牵引线安装在金属套管底端，锥形配重的上表面设置有两处对称的定位缺口，定位缺口与金属套管底端的凸型定位卡相对应，锥形配重内部分别装有第一固定架和第二固定架，其中第一固定架用来固定观测装置，第二固定架用来牵引锥形配重；锥形配重上方设置有突出柱体；压敏电阻电路包括设置在压敏电阻传输孔内的压敏电阻电路线缆，安装在压敏电阻电路线缆底端并位于压敏电阻传输孔的底部的电阻定位片，以及安装在压敏电阻电路线缆上的固定电阻，突出柱体用于当金属套管与锥形配重紧密连接时压缩金属套管内部压敏电阻传输孔底部安装的压敏电阻电路的电阻定位片。
6.释放器为电磁式释放结构，上下可分离，上部为电磁线圈密封舱，下部为可透水空
心仓，可透水空心仓内设弹簧和固定支架圆盘，固定支架圆盘上方即弹簧下方为一铁质圆形金属块，固定支架圆盘下方焊接固定有固定支架牵引架，固定支架牵引架下方通过铰接圆柱连接固定支架卡位支架，固定支架卡位支架的下端设置有卡口，卡口固定安装牵引线上端，。
7.压敏电阻电路主要用于配合锥形配重的突处圆柱体进行工作，当锥形配重未与套管底部连接固定时电阻最大，电流最小；当锥形配重与套管底部连接时，锥形配重的圆柱体压缩压敏电阻，电阻减小，电压不变则水面供电处可监测到电流变大。释放时套管与追星配重脱离，压敏电阻处压力变小直至为0，电阻逐渐变大至最大，船载供电可监测到电流逐渐变大则释放工作正常。
8.作为优选方案，盘式配重的材质为高密度钢材，提供足够的贯入压力。
9.作为优选方案，金属套管的材质为316l不锈钢材料。
10.进一步地，金属套管的顶部对称开设有挂钩孔眼。
11.作为优选方案，连接圆盘的下表面固定装有加强筋。
12.作为优选方案，垂直支撑套管的两侧焊接方形空心管。
13.一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统及方法，其特征在于，柔性观测装置的辅助重力灌入，且贯入土体后通过释放器脱离牵引线释放土体内部的部分锥形配重脱离完成观测装置的布放；观测装置布放步骤如下：s1：检查装备，准备好备用组件（牵引线、锥形配重等），装船；s2：组装各组件，确定牵引线穿过两侧导线孔和锥形配重的固定杆2，确定观测装置下端连接在固定杆1上（此处连接线的强度要远远低于牵引线，能够提供一定的固定能力但是在回收过程中吊车起吊观测装置时能够与锥形配重脱落）；s3：组装完成后将止位盘上方穿线孔连接在船载吊车上，缓慢将装置提起，锥形配重一端垫圆木为下方提供一定支撑，防止套管弯折或与止位盘连接处撕裂，吊车起吊到装置与海平面夹角30
°
时检查各部位是否正常，线缆是否有卡住或压断；s4：提起装置，确认各部位正常后入水，缓慢下沉尽量保证装置竖直，到底后派潜水员检查是否成功完全贯入，若未完全灌入则提起后增加盘型配重质量重复（2）
‑
（4），直至完全灌入；s5:完全贯入后给压敏电阻线路供电，观察电流大小并记录，给释放器电磁线圈通电释放一侧牵引线，观察压敏电阻线路电流大小，如果电流有明显变小则可向上略微提起套装置开始回收，观察压敏电阻电流变化情况，如果电流达到设置的最小范围值则追星配种完美脱落，可将套管系统缓慢回收，防止回收过程对套管内观测装置产生影响，收回套管系统后将观测装置其他部分组件连接后放入海底完成柔性观测装置的布放工作；s6：清洗配重及套管后保存，待下次布放时重复使用。
14.本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：通过套筒内安装观测装置和重力灌入的方式，解决了柔性观测装置在海床内布放时钻孔耗费高、工序复杂的问题，且套筒可重复利用，仅牵引线和锥形配重作为消耗品，大大降低了观测成本。
15.本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践
了解到。
附图说明
16.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本发明的侧视结构示意图；图2为止位盘的立体结构示意图；图3为金属套管顶部及其与止位盘连接结构的示意图；图4为金属套管底部结构示意图；图5为底部锥形配重结构示意图；图6为释放器结构示意图；图7为释放器下部结构示意图；图8为释放器下部卡口细节图；图9为压敏电阻电路示意图，其中，图1至图9中附图标记与部件之间的对应关系为：1、盘式配重，2、止位盘，3、金属套管，4、锥形配重，5、释放器，6、止位圆盘，7、垂直支撑套管，8、挂钩孔眼,9、方形空心管，10、固定螺孔，11、连接圆盘，12、固定螺孔，13、加强筋，14、穿线孔，15、压敏电阻传输孔，16、凸型定位卡，17、第一固定架，18第二固定架，19、定位缺口，20突出柱体，21、电磁线圈密封舱，22、电磁线圈，23、弹簧，24、固定支架圆盘，25、卡口，26、固定支架牵引架，27、铰接圆柱，28、固定支架卡位支架，29、可透水空心仓，30、供电水密接插件，31压敏电阻电路线缆，32、电阻定位片，33、固定电阻。
具体实施方式
17.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
19.下面结合图1至图8对本发明的实施例的一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统进行具体说明。
20.如图1至图8所示，本发明提出了一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统，包括盘式配重1，位于盘式配重1的下方的止位盘2，止位盘2的下方安装有金属套管3，其中，止位盘2包括止位圆盘6和固定连接在止位圆盘6中心位置上的垂直支撑套管7，盘式配重1络放在在垂直支撑套管7上，止位盘2的直径要大于盘式配重1的2倍，且大于金属套管3直径的6倍；以保证其能够实现防止贯入力而导致的配重等整体结构沉降到海床内，垂直支撑套管7上端且位于盘式配重1之上安装有释放器5；金属套管3为中空式一体结构，金属套管3的顶端固定安装有连接圆盘11，连接圆盘11上设置有与第一固定螺孔10相对应的第二固定螺孔12，金属套管3与止位盘2通过第一
固定螺孔10和第二固定螺孔12的螺栓连接为一体，金属套管3的空腔为不完全圆形，金属套管3的空腔前后两侧分别设置有穿线孔14，穿线孔14内为牵引线，位于金属套管3底端的穿线孔14处为凸型定位卡16，金属套管3的空腔右侧设置有压敏电阻传输孔15，压敏电阻传输孔15内为压敏电阻电路，穿线孔用于固定和释放底部锥形配重，压敏电阻电路用于判断锥形配重的释放完成情况。金属套管3底部安装有锥形配重4，锥形配重4通过穿线孔14内部的牵引线安装在金属套管3底端，锥形配重4的上表面设置有两处对称的定位缺口19，定位缺口19与套管3底部的定位卡16对应，安装时将定位凸起16对准定位缺口19安装，锥形配重4内部分别装有第一固定架17和第二固定架18，其中第一固定架17用来固定观测装置，第二固定架18用来牵引锥形配重；锥形配重4上方设置有突出柱体20，锥形配重4上方的突出柱体20主要作用是为当套管3与锥形配重4紧密连接时压缩套管3内部压敏电阻传输孔15底部安装的压敏电阻电路的电阻定位片32，压敏电阻在套管3底部和锥形配重4未连接时电阻最大，在其紧密连接时受到突出柱体20压缩而将电阻33连接在电路内的电阻减小，导致15压敏电阻传输孔内的线路传回的电流变大，如图9；其功能主要是监测布放套管3内的柔性监测装置布放和回收过程中锥形配重4与套管3的连接状况，判断锥形配重是否脱落；如图6至图8所示，释放器5为电磁式释放结构，上下可分离，上部为电磁线圈密封舱21，下部为可透水空心仓29，可透水空心仓29内设弹簧23和固定支架圆盘24，固定支架圆盘24上方即弹簧23下方为一较厚铁质圆形金属块。固定支架圆盘24下方焊接固定有固定支架牵引架26，固定支架牵引架26下方通过铰接圆柱27连接固定支架卡位支架28，固定支架的圆盘24、固定支架牵引架26、铰接圆柱27、固定支架卡位支架28为一整体结构，其在可透水空心仓内可做活塞运动，其运动主要受上方21电磁线圈产生的磁力牵引向上运动，固定支架卡位支架28的下端设置有卡口25，卡口25固定安装牵引线上端，将固定支架圆盘24压倒最下方已达到卡进牵引线的目的，卡紧后压缩弹簧将透水空心仓29与上方电磁线圈密封舱21拧紧固定在止位盘2对应位置，释放器非供电状态下电磁铁无磁力或磁力微小，通电状态下提供较大磁力，磁力吸引下部弹簧压缩圆形金属块向上移动释放牵引线完成释放。
21.压敏电阻电路主要用于配合锥形配重4的突处圆柱体20进行工作，当锥形配重未与套管底部连接固定时电阻最大，电流最小；当锥形配重与套管底部连接时，锥形配重的圆柱体压缩压敏电阻，电阻减小，电压不变则水面供电处可监测到电流变大。释放时套管与追星配重脱离，压敏电阻处压力变小直至为0，电阻逐渐变大至最大，船载供电可监测到电流逐渐变大则释放工作正常。
22.作为优选方案，盘式配重1的材质为高密度钢材，提供足够的贯入压力。
23.作为优选方案，金属套管3的材质为316l不锈钢材料，以保证耐用不易腐蚀变形。
24.进一步地，金属套管3的顶部对称开设有挂钩孔眼8。
25.作为优选方案，连接圆盘11的下表面固定装有加强筋13。
26.作为优选方案，垂直支撑套管7的两侧焊接方形空心管9，其作用为限制盘式配重转动和保护锥形配重牵引线。
27.一种辅助海底柔性观测装置布放的套管系统及方法，其特征在于，柔性观测装置的辅助重力灌入，且贯入土体后通过释放器脱离牵引线释放土体内部的部分锥形配重脱离完成观测装置的布放；观测装置布放步骤如下：
s1：检查装备，准备好备用组件牵引线、锥形配重等，装船；s2：组装各组件，确定牵引线穿过两侧导线孔和锥形配重的固定杆2，确定观测装置下端连接在固定杆1上此处连接线的强度要远远低于牵引线，能够提供一定的固定能力但是在回收过程中吊车起吊观测装置时能够与锥形配重脱落；s3：组装完成后将止位盘上方穿线孔连接在船载吊车上，缓慢将装置提起，锥形配重一端垫圆木为下方提供一定支撑，防止套管弯折或与止位盘连接处撕裂，吊车起吊到装置与海平面夹角30
°
时检查各部位是否正常，线缆是否有卡住或压断；s4：提起装置，确认各部位正常后入水，缓慢下沉尽量保证装置竖直，到底后派潜水员检查是否成功完全贯入，若未完全灌入则提起后增加盘型配重质量重复2
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4，直至完全灌入；s5:完全贯入后给压敏电阻线路供电，观察电流大小并记录，给释放器电磁线圈通电释放一侧牵引线，观察压敏电阻线路电流大小，如果电流有明显变小则可向上略微提起套装置开始回收，观察压敏电阻电流变化情况，如果电流达到设置的最小范围值则追星配种完美脱落，可将套管系统缓慢回收，防止回收过程对套管内观测装置产生影响，收回套管系统后将观测装置其他部分组件连接后放入海底完成柔性观测装置的布放工作；s6：清洗配重及套管后保存，待下次布放时重复使用。
28.在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
30.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。