滩海陆岸平台在线安全监测技术研究

摘 要：应用自动化测控技术和网络技术，通过对滩海陆岸平台形变指标的实时监测，开发集施工控制、安全运营于一体的滩海陆岸平台在线监测技术，消除了人工监测的短板，对于及时掌握滩海陆岸平台安全预警信息，实现滩海油田安全、科学开发意义重大。

关键词：滩海陆岸平台 安全 在线监测

一、引言

随着我国东部油田相继进入开发中后期，环渤海湾水深0-5m的滩海地区已经成为东部油田重要的产量接替阵地。目前，建设离岸滩海陆岸平台是滩海油田的有效开发方式，但由于滩海陆岸平台处于复杂的海洋环境中，长期受到风浪、潮流、海冰、风暴潮和地震等多种海洋动力环境因素的共同影响，在建设和运营过程中，容易造成围堤防护层破坏以及岛体滑移、沉降、断裂等结构异常变形，因此必须通过安全监测及时获取信息，对各种灾害进行预警和反演分析。

二、滩海陆岸平台安全监测问题

目前，国内对于滩海油田滩海陆岸平台安全监测主要方式是人工定期监测，而且监测工作的开展侧重在滩海陆岸平台运营期，这种传统的人工监测方式存在以下问题：

外业受海况条件影响较大，存在较大安全风险。

监测数据采集周期长，不连续，误差大。

自动化程度低。

三、滩海陆岸平台在线安全监测技术研究

滩海陆岸平台主要由岛壁、岛芯及防护组成，监测内容确定为表层沉降、测斜和孔隙水压力。

1.表层沉降

施工开始前设一个稳定的水准基点，作为测量参考点。水准点定期进行校核；根据设计要求在岛面上设置沉降观测点； 采用可以实现数据自动采集的振弦式静力水准仪。测试系统组成见图2-1，振弦式静力水准仪见图2-2。

图2-1 静力水准系统

图2-2 振弦式静力水准仪

该系统的特点是，采用电涡流传感原理，通过连通管连接基准水箱和安装在待测点的容器，将测点垂直位移通过连通管转变成测点水头（压力）的变化，再通过感应波纹管转换成微小位移传递给固定位置的电涡流传感器，这些转换均通过恒弹性体（或线性传递）实现。该系统长期稳定可靠，系统全部接触埋设介质的零部件均采用耐海水腐蚀材质制成，包括信号电缆护套。测量时以数字式的标准电流信号输出，转换成测点高程。

2.测斜

按设计要求在岛面的四周设置深层位移（测斜）监测点。测斜仪的工作原理见图2-3，测斜的水平位移按式（1）、（2） 计算。

δ=∑Δi （1）

Δi=LsinΔθi （2）

图2-3测斜仪的工作原理

仪器组成（结构形式）见图2-4。

图2-4孔内导向安装式固定倾斜仪

采用钻孔埋设法，钻机成孔至所需标高，埋设测斜管，测斜管连接时导槽要相通，而且管连接处及管端均需封紧，十字槽一轴对准潜在的水平位移主方向（即垂直滩海陆岸平台方向）；测斜管埋设后，需在钻孔与测斜管之间填充与地基土相近的材料使之密实，以确保测斜管与地基变形的完全响应；测斜管设置好后，在管中安置固定式测斜仪，间距3m一只，每管设置10只，每只固定式测斜仪均由导线从一头引出，集中至远端固定集线箱中。集线箱设置一个发射站内，然后通过有线或无线传输的方法传送至监控室。整个测试系统由固定式测斜仪、电压数字输出模块、485-232集线器模块、电源模块、无线传输终端、防水机箱以及防雷击装置组成。据程序设置定期采集传感器数据并通过无线传输终端传送到监控中心。

3.孔隙水压力

按设计要求在岛面上设置孔隙水压力观测点。孔隙水压力计埋设先在室内进行仪器的检验，即孔压计率定，有水压条件下频率～压力率定结果，各测头率定结果应有良好的重复性；选择测头量程，根据测点的静水头和可能出现的超静水压力最大组合选择，量程一般选择最大组合的1.5～2.0倍，并兼顾测头安全和灵敏度。

测头埋设前需置于盛水容器中浸泡至饱和不少于24小时，直至安装到达设计位置始终不得脱水，在孔隙水压力计外侧需包扎反滤层；孔隙水压力计埋设采用钻孔法，搭设工作平台，在工作平台上用钻机进行钻孔，将孔隙水压力计埋入钻孔中，周围回填透水填料（中粗砂等），上下两个孔隙水压力计之间应有高度不小于1m的隔水填料（直径2cm左右的风干粘土球）分隔，投放粘土球应缓慢均匀，保证隔水效果，本工程粘土层厚度较薄（部分粘土层厚度仅1m），孔压计埋设难度大，部分孔压计读数参考使用；测试孔口同样采用用粘土球填实封严，防止地表水渗入，孔口设置防护装置及警示标志；测试仪器电缆引出集中至发射站中，有防潮防水措施，埋设过程详细记录，附钻孔柱状图及孔隙水压力计埋设位置标高，埋设结束及时测量记录测值；逐日定时测量，待数据稳定后确定初始值。观测频率根据施工情况确定，孔隙水压力上升期间应逐日定时测定。出现孔压上升较大或接近控制值时，应加大监测密度跟踪观测，当停止加载一周后，地基稳定性逐渐转好，可减少至每2～3天观测1次；监测孔隙水压力的同时必须记录监测断面附近的荷载变化情况，根据观测数据结果，及时绘制孔隙水压力～荷载～时间关系曲线。为了区分总孔隙水压力中的静水压力和超静水压力部分，在每次在孔隙水压力测试时同时测量水位和潮位。水位和潮位均采用孔压计测量。

4.远程数控采集

4.1数据采集与存储

将表层沉降、孔压、测斜的测量数值分类接入智能采集装置的测量模块，定时采集并存储。智能采集装置见图2-5，智能采集装置实物图见图2-6。

图2-5智能采集装置

图2-6智能采集装置实物图

4.2数据发射与接收

将智能采集装置的数据通无线传输的方式，将存在采集器的存储芯片上的数据由通讯模块通过RS485、GSM＼GPRS可传输到上位机并进行处理。传递过程见图2-8采集系统数据传输示意图。传入（全国范围内）指定的监测中心的计算机内部接收存储。。

4.3数据处理

在计算机内部的数据通过计算机程序自动整理成报表和图形，进行在线监测。

四、在线安全监测技术优点

滩海陆岸平台安在线全监测系统可以按预定的频次自动获得可靠、准确的原始数据，对观测数据进行初步证实。并进行一整套自动检测、确认传感器和系统运行是否正常，实现实时、连续监测。其最主要的特点为实时性，即远程管理人员可在第一时间获取施工过程中滩海陆岸平台的全部沉降和位移信息，而获取的过程是自动的，无需技术人员值守干预，尤其是适用于在恶劣海况条件下人工不能直接进行的安全采集数据，最大限度地减少劳动力，降低监测人员风险和运营成本。

五、结论

滩海滩海陆岸平台在线安全监测自动化系统，确定了离岸深水滩海陆岸平台的监测指标： 表层沉降、测斜、孔隙水压力。系统达到了无人值守和动态监测的目的。这对跟踪滩海陆岸平台产生的变形过程，进行预警和反演分析具有十分重要的意义。

参考文献

[1]张启岳.土石坝观测技术[M].北京：中国水利水电出版社，1993：36-62.

[2]JTJ203-2001.水运工程测量规范[S].北京：人民交通出版社，2001.

[3]YS5229-96.岩土工程监测规范[S].北京：中国有色金属工业总公司，1997.

作者简介： 于彦，1973年，性别：男，民族：汉，工作单位：胜利油田石油开发中心有限公司。