(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210627592.4 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 胡聪　李相乾　孙中强　贾永刚　 (74)专利代理 机构 济南泉城专利商标事务所 37218 专利代理师 张贵宾 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01D 11/00(2006.01) (54)发明名称 海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传 感阵列及方法 (57)摘要 本发明提供了一种海底浅层气聚集与溢出 过程多参数监测传感阵列及方法,包括自左至右 依次连接的贯入锥尖 段,第一孔隙水温压同步传 感段,第一自然电位、 电阻率同步传感段， 第二孔 隙水温压同步传感段， 第二自然电位、 电阻率同 步传感段和采集控制舱。 通过本发明的技术方 案， 可同时测得孔隙水温度、 压力。 与单一海床参 数测量装置相比， 本发明温、 压同步传感段与 自 然电位、 电阻率同步传感段相结合， 实现海床多 参数同步监测。 海床参数监测设备由于耐压性限 制， 常被布放在浅海处， 采集控制舱内增设补偿 油馕， 平衡内外压力， 可 实现设备全海深布 放。 本 发明模块化设计温、 压同步传感段与 自然电位、 电阻率同步传感段数量及长度， 满足不同深度海 床多参数监测。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 114993380 A 2022.09.02 CN 114993380 A 1.一种海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列， 包括自左 至右依次连接的贯 入锥尖段 （1）,第一孔隙水温压同步传感段 （201）,第一自然电位、 电阻率同步传感段 （301） ， 第二孔隙水温压同步传感段 （202） ， 第二自然电位、 电阻率同步传感段 （302） 和采集控制舱 （4） ， 其特征在于， 所述第一孔隙水温压同步传感段 （201） 和第二孔隙水温压同步传感段 （202） 的结构相同， 包括串列安装法兰 （21） 和螺纹连接在其右端的中空连接管 （22） 、 自容式 孔隙水温度传感器 （23） 、 光纤压差式孔压传感器 （24） 、 环状透水石 （25） ； 串列安装法兰 （21） 内部装有自容式孔隙水温度传感器 室 （214） ， 其内部安装自容式孔隙水温度传感器 （23） ， 串 列安装法兰 （21） 的右侧内部开设有光纤压差式孔压传感器的安装螺纹 （218） ； 串列安装法 兰 （21） 的内部开设有通孔 （219） ， 中空连接管 （22） 内装有光纤压差式孔压传感器 （24） ， 光纤 压差式孔压传感器 （24） 的末端通过螺纹安装在安装螺纹 （218） 上， 串列安装法兰 （21） 内部 有孔隙水贯入通道 （215） 孔隙水贯入通道 （215） 联通、 安装螺纹 （218） 、 自容式孔隙水温度传 感器室 （214） 以及串列安装法兰 （21） 的外壁并且外壁上套装有环状透水石 （25） ； 所述第一自然电位、 电阻率同步传感段 （301） 和第二自然电位、 电阻率同步传感段 （302） 的结构相同， 均包括螺纹内衬杆段 （31） 、 绝缘块段 （32） 、 非极化电极化段 （33） ； 螺纹内 衬杆段 （31） 上装有等距套装有20个非极化电极化段 （33） ， 每个非极化电极化段 （33） 之间套 装有绝缘块段 （32） ， 螺纹内衬杆段 （31） 表面有电极环隐线孔 （314） ， 螺纹内衬杆段 （31） 表面 有绝缘块固定孔 （315） ， 用于固定绝缘块段 （32） ， 非极化电极化段 （33） 包括电极环 （331） ， 以 及电极环 （3 31） 内侧设置的导线引脚 （3 32） ； 所述采集控制舱 （4） ， 采集控制舱 （4） 包括耐压舱壳体 （41） ， 耐压舱壳体 （41） 的右端设 置有舱盖 （42） ， 采集控制舱 （4） 内部有光纤光栅解调 仪 （43） 、 电性特征采集仪 （44） 、 锂电池 组 （45） 、 补偿油馕 （47） ， 舱盖 （42） 的右侧安装有水密接插件 （46） ， 供锂电池组 （45） 充电， 供 电性特征采集仪 （4 4） 设置采集 参数、 读取采集数据。 2.根据权利要求1所述的一种海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列,其特 征在于,所述贯入锥尖段 （1） 、 第一孔隙水温压同步传感段 （201） ， 第一 自然电位、 电阻率同 步传感段 （301） ， 第二孔隙水温压同步传感段 （202） ， 第二自然电位、 电阻率同步传感段 （302） 和采集控制舱 （4） 各 段之间均通过螺纹连接 。 3.根据权利要求2所述的一种海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列,其特 征在于,所述贯入锥尖 段 （1） 包括贯入锥尖 （11） ， 贯入锥尖 （11） 的锥尖角度为60 °， 其上设有 工装孔 （12） ， 其尾部有贯入锥尖外 螺纹 （13） 。 4.根据权利要求3所述的一种海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列,其特 征在于,所述串列安装法兰 （21） 左端内侧有第一密封圈凹槽 （211） ， 可安装橡胶， 串列安装 法兰 （21） 左侧内部有串列安装法兰内螺纹 （212） ， 串列安装法兰 （21） 左侧有第一工装孔 （213） ， 4个方向各1个， 共4个， 串列安装法兰 （21） 右侧表面有串列安装法兰外螺纹 （216） ； 串 列安装法兰 （21） 的右侧表面还有2 道第二密封圈凹槽 （217） ， 可安装橡胶。 5.根据权利要求4所述的一种海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列,其特 征在于,所述中空连接管 （22） 左右两侧内部分别有中空连接管内螺纹 （221） ， 中空连接管 （22） 的左右两端分别有密封端面 （222） ， 中空连接管 （22） 的中部设置有第二工装孔 （223） ， 4 个方向各1个， 共4个。 6.根据权利要求1所述的一种海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列,其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993380 A 2征在于,所述螺纹内衬杆段 （31） 由高强度金属构成， 螺纹内衬杆段 （31） 左右两端表面分别 有螺纹内衬杆段螺纹 （311） ， 螺纹内衬杆段 （31） 左部有第三工装孔 （313） ， 4个方向各1个， 共 4个； 绝缘块段 （32） 为POM绝缘密封的绝缘块 （322） ， 绝缘块段 （32） 内部设置有安装螺纹 （321） ， 绝缘块段 （32） 右段有第三密封圈凹槽 （323） ， 及定位缺孔 （324） 与绝缘块固定孔 （315） 相匹配。 7.根据权利要求1所述的一种海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列,其特 征在于,所述电极环 （3 31） 采用金属钛制作， 表面喷涂石墨烯涂层。 8.如权利要求1所述的一种 海底浅层气聚集与溢出过程多参数监测传感阵列的原位实 时监测方法， 其特 征在于,具体包括如下步骤： 1） 连接PC端， 通过 上位机软件设置监测装置包括采集时间、 休眠时间的采集 参数； 2） 将海底浅层气聚集与溢出过程海床多参数监测的传感阵列装置贯入到预监测海床 中； 3） 自容式孔隙水温度传感器23监测孔隙水温度， 根据原位监测的孔隙水温度 数据分析 海底浅层气溢出过程对孔隙水温度波动的影响， 并将孔隙水温度数据与 底层水温度监测数 据建立联系， 基于公式 （1） 分析底层水温度变化对沉积物内部孔隙水温度波动的影响：                                             (1) 其中 为不同深度孔隙水温度， 为时间， 为沉积物深度， 为热扩散系数； 4） 光纤压差式孔压传感器24监测孔隙压力， 根据原位监测的孔隙压力数据分析海底浅 层气溢出过程对孔隙压力波动的影响， 并将孔隙压力数据和水动力监测数据建立联系， 基 于公式 （2） 分析 水动力变化对 海床内部孔隙压力的影响：                                             (2) 其中 为孔隙压力， 为时间， 为沉积物深度， 为水力扩散系数； 5） 自然电位、 电阻率同步传感段3监测海床电性特征变化， 通过监测的电阻率特征变 化， 基于公 式3进一步反演海底浅层气溢出过程沉积物含气 饱和度等性质的动态响应； 通过 该传感段不同位置的电极环331自然电位响应的时间差， 可以进一步评估气体在沉积物中 的溢出速率， 公式4；                                              (3) 其中 为含气饱和度， 为电阻率变化 率， 为饱和度指数；                                                            (4) 其中 为浅层气溢出速率， 为两个自然电位电极环之间的距离， 为相邻的两个自然 电位响应的时间差 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993380 A 3