CN104487828A - 使用远程操作运载工具进行海底测试的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种使用远程操作运载工具(ROV)进行海底测试的方法。ROV具有光谱传感器,优选为x射线荧光或中子活化分析传感器。该方法包括识别待分析的海床材料,引导ROV到识别的海床材料,并通过光谱传感器分析海床材料。该方法允许实时或至少接近实时地分析感兴趣的海床材料,而不需要在表面处获得用于分析的样本。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用远程操作运载工具(ROV)进行海底测试的方法。特别是,本发明涉及(但不局限于)使用装备有例如x射线荧光(XRF)传感器或中子活化分析(NAA)传感器的光谱传感器的远程操作运载工具测试海床材料的方法。
背景技术
参照这里的背景技术不认为承认这些技术构成澳大利亚或其他地方的公知常识。
其中通常是例如海床块状硫化物的海床沉积物的海床材料被开采和运输到表面船舶以便处理的海床采矿操作正在发展。许多挑战来自于在这种水下环境中的作业,特别是在例如海平面以下1000-3000m+的水体深处操作时。
这些挑战之一是分析海床材料。通常样本材料被收集和输送到表面船舶以便测试。但是,获得样本是复杂、费时和昂贵的过程。
获得样本的一种方法是将具有多功能操纵器的特殊远程操作运载工具(ROV)发送到海床以实际获得样本并使其带回到表面。但是,一旦在海床处,适合被移除的材料必须首先被识别,例如“柱状矿体”或露出岩层。具有有限控制的ROV必须接着试图通过多动能操纵器折断岩石块。在许多情况下,样本过于牢固而不能通过ROV折断,在该过程中破碎,过于庞大而不能操纵,或者意外掉落。即使通过ROV获得良好的样本,也需要使其放置在海底上的容器内,并随后回收到表面。这种取回操作增加了复杂性,并需要采用附加部件,包括绞盘系统来从海底部署和回收样本容器。
另一方法是使用蜡采样,其中具有小块蜡的小重物被掉落到海床上,蜡附着到可以取回和分析的小颗粒上。但是,此方法非常低效,因为只取回了有限量的随机选择的颗粒,并且取回的颗粒相对小,限制了可以进行的分析水平。
又一采样方法是使用推动芯或箱体芯采样,其中相对浅的芯样本从插入海床表面的设备取出。但是,此方法只适用于软沉积物,并不适用于获得硬岩石含矿样本。
如上所述获得样本材料不仅繁琐,而且直到样本取回和测试之后,才可以进行海床材料的分析。这种时间延迟是显著的,并且导致海床材料的特性理解的显著低效。这造成采矿时间和资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用远程操作运载工具进行海底测试的方法,其克服或消除以上描述的一个或多个缺陷或问题,或至少提供有用的替代。
本发明的其他优选目的将从以下说明中变得清楚。
根据本发明的第一方面,提供一种使用具有光谱传感器的远程操作运载工具进行海底测试的方法,该方法包括:
识别待分析的海床材料;
引导远程操作运载工具到识别的海床材料;以及
通过光谱传感器分析海床材料。
优选地,光谱传感器包括x射线荧光传感器和/或中子活化分析传感器。通过光谱传感器分析海床材料的步骤优选地包括通过x射线荧光传感器和/或中子活化分析传感器分析海床材料。
优选地,分析海床材料的步骤包括使用来自x射线荧光传感器和/或中子活化分析传感器的数据确定海床材料的矿物成分。优选地,该方法还包括使用来自海床材料的分析的数据确定海床材料的矿物等级估计的步骤。待分析的海床材料优选地包括海床沉积物、硬岩石和/或结构。
优选地,该方法还包括通过光谱传感器由海床材料的分析产生光谱数据的步骤。该方法还包括存储来自光谱传感器的数据的步骤。该数据可存储在远程操作运载工具上和/或远程位置处。该方法还优选地包括通常传输来自光谱传感器的数据到表面船舶或平台的步骤。该数据优选地实时或接近实时地传输,但是也可以随后传输(或重新传输)。
远程操作运载工具可以被栓系,优选地通过脐带缆线栓系到表面船舶或例如海床采矿、切割或堆放运载工具的其他海床设备。远程操作运载工具可以经由脐带缆线供能和控制。优选地,数据在脐带缆线上传输。该数据也能够直接从远程操作运载工具下载。
优选地,引导远程操作运载工具的步骤包括邻近识别的海床材料定位光谱传感器。光谱传感器优选地包括防水壳体,防水壳体对于使用深度进行压力分级和适当压力测试。防水壳体可具有x射线荧光和/或中子传输窗口。邻近识别的海床材料定位x射线荧光和/或中子活化分析传感器的步骤优选地包括使用远程操作运载工具(ROV)操纵器臂或远程致动探头以便朝着待分析的识别的海床材料定位传输窗口。
优选地,远程操作运载工具由表面船舶或平台操作。远程操作运载工具也可以是自动或部分自动的。远程操作运载工具可具有海床材料识别系统以便识别可以令人感兴趣的待分析海床材料。
本发明的其他特征和优点将从以下详细描述中变得清楚。
附图说明
只通过例子,随后将参考附图更完整地描述本发明的优选实施方式,附图中:
图1是包括测试海床材料的远程操作运载工具(ROV)的海床操作的示意图;
图2是包括与海床块料切割器(SBC)结合使用的远程操作运载工具(ROV)的海床操作的示意透视图;
图3是图2所示的海床操作的示意透视图,其中ROV栓系到SBC;以及
图4是示出使用ROV进行海底测试的方法步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出在海平面14以下的海床12上进行海床操作10的示意图。海床操作10可定位在海平面14以下的多种深度处,但是通常海床12将在海平面14以下的1000m以上处,并且在许多情况下,为海平面14以下的大约2000-3000m。
海床操作10包括远程操作运载工具(ROV)40,其能够横穿海床12。远程操作运载工具40可以悬浮和/或在海床12上驱动。远程操作运载工具具有x射线荧光(XRF)和/或中子活化分析(NAA)传感器42形式的光谱传感器。将理解到将通常提供XRF或NAA传感器形式的单个光谱传感器。替代地,可以提供XRF和NAA传感器两者。XRF和/或NAA传感器42安装在具有XRF和/或NAA传输窗口的压力分级壳体内。
远程操作运载工具40还经由‘脐带’缆线44连接到表面船舶或平台18。脐带缆线44为远程操作运载工具40提供功率、控制和遥感勘测。通常远程操作运载工具40经由脐带缆线44从表面船舶或平台18供能或远程操作。虽然表面船舶或平台18示出为定位在海平面14的表面上,将理解到表面船舶或平台也可定位在其他地方,例如陆地。脐带缆线44可以或不可以连接到用于其他海床设备(图1未示出)的脐带缆线或与其成一体。还将理解到远程操作运载工具40可具有本身的功率源,例如电池功率,并且经由无线通信装置操作。
海床12具有待分析的海床材料50。海床材料50通常包括海床沉积物、硬岩石和/或海床结构。海床材料50可以是天然形成的,或者可以最近暴露的材料,例如由于海床采矿操作造成的暴露阶地。图2和3示出与在新生成海床阶地30上操作的海床采矿运载工具结合操作的远程操作运载工具40。如图2所示,海床采矿运载工具20还经由第二脐带缆线22连接到表面船舶或平台18。海床材料50是海床阶地30的最近暴露部分。
图3示出与图2所示的海床采矿运载工具20结合使用的远程操作运载工具40,但是海床采矿运载工具40具有其自身的到表面船舶或平台18的脐带缆线(图1和2中的44),其具有连接在远程控制运载工具40和海床采矿运载工具20之间的脐带栓系件44’。远程操作运载工具40可始终接收功率,并与表面船舶或平台8通信,但是是经由海床采矿运载工具20的脐带缆线22。
在一种实施方式中,远程操作运载工具40可以通过海床采矿运载工具20承载,直到需要它与海床采矿运载工具20分离以分析所感兴趣的海床材料50时。例如,远程操作运载工具40可用来随着海床采矿运载工具20暴露新材料而进行含矿等级测量。
在使用中,待分析的海床材料50被首先识别以便分析(图4的步骤100)。海床材料50可经由多种不同措施识别,但是通常远程操作运载工具40将具有一些形式的海床材料识别系统。待分析的海床材料50可以通过采用海床测量(例如声纳)、视觉识别(例如经由摄像机)和/或通过使用历史数据来识别。
一旦识别待分析的海床材料50,远程操作运载工具40被引导到识别的海床材料(图4的步骤110),并且XRF和/或NAA传感器42邻近识别的海床材料50定位。通常,XRF和/或NAA传感器安装在远程操作运载工具40的操纵器臂上。操纵器臂或致动探头相对于远程操作运载工具40的其他部分操纵,并优选地通常从表面船舶或平台18远程控制。一旦XRF和/或NAA传感器邻近识别的海床材料50定位,识别的海床材料50可以通过XRF和/或NAA传感器42分析(图2的步骤120)。
来自XRF和/或NAA传感器42的数据被存储并在脐带缆线44或脐带栓系件44’上传输到表面船舶或平台18。在远程操作运载工具40不具有脐带缆线44或脐带栓系件44’的情况下,数据可无线地传输(例如传输到表面船舶或平台18或例如海床采矿运载工具20的其他海床设备)和/或在适当时刻(例如在远程操作运载工具40取回时)从远程操作运载工具40下载。
有利地,本发明允许使用远程操作运载工具40远程地进行例如海床沉积物、硬岩石和结构的海床材料50的测试。远程操作运载工具40的XRF和/或NAA传感器42用来提供海床材料50的成分和矿物等级估计,可以用来改善海床12的知识,并为海床采矿操作提供指导并因此增强海床采矿操作。
根据本发明操作远程操作运载工具40的方法比使用具有操纵器的现有远程操作运载工具(其试图从海床获得实际样本)更有效。另外,根据本发明的远程操作运载工具40避免与获得实际样本相关的多种问题(例如不能获得样本、损坏样本、丢失样本等)。另外,它允许海床材料的实时分析,避免了获得和分析实际样本中的延迟和相关低效。
远程操作运载工具40容易用来针对海床材料50提供相对快速的数据收集和分析,允许快速和准确地进行评估,继而允许以及时方式进行正确决定。例如,远程操作运载工具40可用来在海床阶地开采之后提供海床阶地的及时分析,以确认和更新(如果需要的话)开采的实际海床材料的含矿估计。另外,远程操作运载工具40可用来筛选可能的海床钻探位置,以及成本有效地选择或排除待钻探的含矿目标。
与现有海床样本系统相比,由于远程操作运载工具40操作的便利性和效率,可以比现有实践分析更大量的海床材料50。海床材料50的成分和矿物等级估计有利地提供有关海床12状态的有价值信息,并且特别允许海床采矿操作集中于高价值区域。
将理解到也可使用不同传感器进行其他感测和测量,通常安装在远程操作运载工具40上,并且这可有助于确定海床材料50、海床12和/或环境的其他特性。
这里对于海床、水下、海底等参照只出于便利,并且同样适用于其他水体,例如具有湖底的湖泊等。
在此说明书中,例如第一和第二、左和右、顶部和底部等形容词可以只用来使一个元件或动作与另一元件或动作区分,而不必须要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。在上下文允许的情况下,对于整体或部件或步骤(或类似术语)的参照不解释为局限于所述整体、部件或步骤中的唯一一个,而是可以是所述整体、部件或步骤等中的一个或多个。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述,以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此,虽然具体描述了一些替代实施方式,本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型,以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。
在此说明书中,术语“包括”、“具有”、“包含”或类似术语旨在非排他地包含,使得包括列举元件的方法、系统或设备不仅包括那些元件,而且也包括未列举的其他元件。
Claims (22)
1.一种使用具有光谱传感器的远程操作运载工具进行海底测试的方法,该方法包括如下步骤:
识别待分析的海床材料;
引导远程操作运载工具到识别的海床材料;以及
通过光谱传感器分析海床材料。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,光谱传感器包括x射线荧光传感器。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,光谱传感器包括中子活化分析传感器。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,分析海床材料的步骤包括使用来自光谱传感器的数据来确定海床材料的矿物成分。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,还包括使用来自海床材料的分析的数据确定海床材料的矿物等级估计的步骤。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,待分析的海床材料包括海床沉积物、硬岩石和/或结构。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,该方法还包括通过光谱传感器由海床材料的分析产生光谱数据的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括存储光谱数据的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法,还包括传输光谱数据的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,光谱数据实时或接近实时地传输。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,远程操作运载工具被栓系。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,远程操作运载工具被栓系到表面船舶。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,远程操作运载工具被栓系到海床设备。
14.根据权利要求11-13中的任一项所述的方法,其中,远程操作运载工具经由脐带缆线栓系。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,远程操作运载工具经由脐带缆线供能和控制。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法,其中,来自光谱传感器的数据在脐带缆线上传输。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,引导远程操作运载工具的步骤包括邻近识别的海床材料定位光谱传感器。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,光谱传感器包括防水壳体,防水壳体对于使用深度进行压力分级和适当压力测试。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,防水壳体具有x射线荧光和/或中子传输窗口。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,邻近识别的海床材料定位x射线荧光和/或中子活化分析传感器的步骤包括朝着待分析的识别的海床材料定位传输窗口。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,远程操作运载工具由表面船舶或平台操作。
22.一种产生有关海床材料的光谱数据的方法,该方法包括如下步骤:
识别待分析的海床材料;
引导远程操作运载工具到识别的海床材料;
通过光谱传感器分析海床材料;以及
由分析海床材料的光谱传感器产生光谱数据。
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