Система для обнаружения газогидратов
Полезная модель относится к геофизике и может применяться, например, для определения газогидратных включений в кернах донных осадков. Принцип работы системы основан на регистрации акустических сигналов при разложении газогидратов, которые регистрируются акустическим датчиком. Для повышения помехоустойчивости система дополнительно содержит датчик метана, соединенный с системой управления и обработки данных.
Полезная модель относится к геофизике, а именно к поисковым приборам для обнаружения газогидратов и может применяться, например, для определения газогидратных включений в кернах донных осадков.
Для определения наличия газогидратов в донных осадках первоначально на поверхность с помощью гравитационной трубки поднимают керн донных осадков. Наличие достаточно крупных прослоек газогидратов в керне определяют визуально по характерному белому похожему на рыхлый снег цвету прослоек (Макогон Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. // Российский химический журнал, т.48, 
3, 2003, с.70-79).
Известно геоакустическое устройство для обнаружения газогидратов (патент РФ 58733). Принцип данного известного устройства основан на сравнении сигнала обратного акустического рассеяния от верхнего слоя донных осадков с фоновым сигналом. При наличии определенных отличий делается вывод о том, что в данном месте вблизи поверхности донных осадков имеются газогидраты. Недостатком данного устройства является то, что его помощью нельзя определить газогидраты в случае их малых концентраций в осадках и нельзя получить распределение прослоек и вкраплений газогидратов в керне донных осадков.
Известна система для исследования газогидратов DORISS (P.G. Brewera, G. Malbya, J.D. Pasterisb, S.N. Whitea, E.T. Peltzera, B. Wopenkab, J. Freemanb, M.O. Browna, Development of a laser Raman spectrometer for deep-ocean science // Deep-Sea Research, 2004. V. 51. P. 739-753), которая предназначена для поиска и исследования газогидратов в натуральных в том числе и подводных условиях. Известная система включает источник излучения и соединенную с ним систему управления и обработки данных. Источником излучения служит лазер, соединенный с оптическим датчиком, а система управления и обработки данных состоит из пульта управления, выходы которого соединены с анализатором спектра, устройством обработки и отображения сигнала и оптическим регистратором, выход которого соединен с устройством обработки и отображения сигнала, который в свою очередь соединен с анализатор спектра на который поступает информация с оптического датчика. Данная система позволяет оперативно обнаруживать газогидраты и определять наличие прослоек и вкраплений газогидратов в керне донных осадков, однако недостатком ее является дороговизна и относительно большие размеры (порядка одного кубического метра) и вес (>100 кг), что делает затруднительным проведение исследований в полевых условиях.
Известна система для обнаружения газогидратов (патент РФ 115928), взятая за прототип. Известное устройство состоит из акустического датчика и соединенной с ним системы управления и обработки данных, включающей пульт управления, соединенный с оптическим регистратором и устройством обработки и отображения сигнала, соединенными между собой, при этом акустический датчик, соединен с пультом управления и устройством обработки и отображения сигнала через усилитель. Принцип работы известного устройства основан на регистрации акустических сигналов, которые излучают газогидраты при разложении. Разложение газогидратов в керне происходит из-за того, что при поднятии керна на поверхность уменьшается давление, а в некоторых случаях увеличивается температура. Если значения комбинации температура/давление оказывается вне области стабильности газогидратов (Макогон Ю. Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. // Российский химический журнал, т.48, 3, 2003, с.70-79), то они начинают разлагаться. Так газогидрат метана разлагается на газообразный метан и воду. Такое разложение сопровождается выделением большого количества газа, что приводит к частичному разрушению структуры газогидратов и донных осадков (А.И. Обжиров, История открытия газогидратов в Охотском море // Подводные исследования и робототехника, 2006. Т. 2. С.72-82). Такие разрушения сопровождаются генерацией акустического сигнала.
Известное устройство работает следующим образом. Сигнал с пульта управления поступает на усилитель, устройство обработки и отображения сигнала и на оптический регистратор. Оптический регистратор производит съемку исследуемого объекта и передает его изображение в устройство обработки и отображения сигнала. Сигнал от акустического датчика, расположенного вблизи поверхности исследуемого объекта, поступает на усилитель и далее в устройство обработки и отображения сигнала. На экране устройства обработки и отображения сигнала появляются изображение исследуемого объекта и акустический сигнал. По величине амплитуды акустического сигнала делается вывод о наличии в данной области исследуемого объекта газогидратов. Известное устройство позволяет регистрировать вкрапления газогидратов размером от 0.3 мм и с его помощью можно получить распределение газогидратов вдоль протяженного образца, например, керна донных осадков.
Недостатком данного устройства является его низкая помехоустойчивость, которая заключается в наличие ложных срабатываний при достаточно высоких уровнях акустического фона, связанного, например, с работой некоторых механизмов.
Задачей полезной модели является повышение помехоустойчивости при обнаружении газогидратов.
Поставленная задача решается за счет оснащения известного устройства датчиком метана, соединенного с устройством обработки и отображения сигнала.
На фиг. представлена блок-схема заявляемого устройства, где 1 - пульт управления, 2 - усилитель, 3 - устройство обработки и отображения сигнала, 4 - оптический регистратор, 5 - акустический датчик и 6 - датчик метана.
Принцип работы заявляемого устройства для обнаружения газогидратов основан на том, что при разложении газогидратов излучаются акустические сигналы и выделяется газообразный метан.
Система для обнаружения газогидратов работает следующим образом. Команда с пульта управления (1) поступает на усилитель (2), устройство обработки и отображения сигнала (3), оптический регистратор (4), акустический датчик (5) и датчик метана (6) и включает их. При разложении газогидратов излучается акустический сигнал и выделяется газообразный метан. Акустический сигнал принимается акустическим датчиком (5) и после усилителя (2) поступает на устройство обработки и отображения сигнала (3), куда также поступает изображение поверхности образца с оптического регистратора (4). На устройство обработки и отображения сигнала (3) поступает также сигнал с датчика метана (6), который регистрирует газообразный метан. На экране устройства обработки и отображения сигнала (3) появляются изображение поверхности образца, акустический сигнал и сигнал с датчика метана. По величинам амплитуд сигналов с акустического датчика и датчика метана делается вывод о наличии в данной области исследуемого объекта газогидратов.
Достижение заявленного технического результата, а именно повышение помехоустойчивости происходит за счет дополнительно контроля уровня метана. Технически это достигается добавлением датчика метана (6), соединенным с устройством обработки и отображения сигнала (3).
Конкретное аппаратурное оформление заявляемого устройства, а именно, пульт управления, устройство обработки и отображения сигнала, оптический регистратор, акустический датчик, усилитель и датчик метана являются стандартными и их характеристики зависят от поставленной задачи измерения,
требуемой точности, разрешающей способности, быстродействия, акустических характеристик шума и температуры окружающей среды в месте измерения. В качестве оптического регистратора может быть использована любая стандартная цифровая видеокамера. В качестве акустического датчика может быть использован любой стандартный микрофон, устройство обработки и отображения сигнала может быть выполнено на базе персонального компьютера или па микропроцессоре, а датчик метана может быть выполнен, например, с применением термокаталитического сенсора (датчик метана ADT-23-3400) или оптического сенсора, основанного на измерении поглощения электромагнитных волн с длиной волны в полосе поглощения метана.
Авторами был создан и испытан в лабораторных условиях вариант заявляемого устройства для обнаружения газогидратов. В качестве оптического регистратора использовалась цифровая видеокамера DCM510, имеющая выход USB2.0. Акустический датчик был выполнен на базе электретного микрофона МКЭ-392 с диапазоном рабочих частот 150 - 7000 Гц, массой 3 г, внешним диаметром 8.5 мм и рабочей температурой окружающей среды от -40°С до 100°С. Устройство обработки и отображения сигнала выполнено на базе персонального компьютера «Pentium 4». Использовался датчик метана CH4(IP65) (Dynament, United Kingdom) с оптическим сенсором.
Проведенные авторами исследования, показали, что созданный вариант заявляемого устройства для обнаружения газогидратов позволяет уверенно регистрировать вкрапления газогидратов и при этом не допускает ложных срабатываний при высоких уровнях акустического фона.
Таким образом, разработанная система для обнаружения газогидратов, позволила достичь заявленного технического результата, а именно повысить помехоустойчивость при обнаружении газогидратов.
Система для обнаружения газогидратов, состоящая из акустического датчика и соединенной с ним системы управления и обработки данных, включающей пульт управления, соединенный с оптическим регистратором и устройством обработки и отображения сигнала, соединенными между собой, при этом акустический датчик соединен с пультом управления и устройством обработки и отображения сигнала через усилитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик метана, соединенный с устройством обработки и отображения сигнала.
