CN105473819A - 用于立管线路的真空控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于深海采矿的方法，包括；-在立管线路中形成有价值的物质从水体的底部至物质处理平台的向上流动，-在物质处理平台处理该物质，-在回流管中形成海水和物质的无价值的部分的混合物从物质处理平台朝向水体的底部的回流，-控制回流管中的压力，用于避免回流管的塌陷和/或回流管的空化，具体地，用于避免回流管的上部的塌陷或者回流管的上部中的空化。

Description

用于立管线路的真空控制方法
背景技术
本发明涉及一种用于深海的采矿方法。
WO2012091706涉及一种用于井环形区的海底压力控制系统，该系统包括：海底阻流器(choke)，该海底阻流器可变地限制钻井流体从井环形区到表面位置的流动，该阻流器位于海底位置；以及海底过程控制系统，该海底过程控制系统自动操作海底阻流器，从而在井环形区中保持期望压力。
通常，当在海床处挖掘物料、将物料向上抽吸至船舶并且处理物料时，输送的容量中大部分包含废物。这些废物将经由管向下返回至海床。在采矿过程中，比水重的泥浆将返回至海床。如果回流管(returnpipe)中的泥浆柱的静水压力高于摩擦损耗和水柱压力的总和，则在回流管的顶部保持有真空的高风险。
发明内容
本发明的目的是提高深海采矿系统中的回流的可控性。
本发明的另一目的是改善已知的深海采矿方法，在于至少部分解决与之相关的问题。
本发明的又一目的是提供可替代的深海采矿方法。
根据本发明的第一方面，通过一种用于深海采矿的方法来实现该目的，该方法包括；
-在立管线路中形成所挖掘的物质从水体的底部至物质处理平台的向上流动，
-在物质处理平台处将物质处理成有价值的物质部分和无价值的物质部分，
-在回流管中形成海水和物质的无价值的物质部分的混合物从物质处理平台朝向水体的底部的回流，
-控制回流管中的压力，用于避免回流管的塌陷和/或回流管中的空化，具体地，用于避免回流管的上部的塌陷或者回流管的上部中的空化。
因为对回流管中的压力的控制，所以在最佳地应用管的性能的同时，可以保持管的结构完整性。此外，压力控制能够实现从回流回收能量。
返回比水重的泥浆所带来的问题在于，如果柱的静水压力高于管中的摩擦损耗，则物质将加速并且可能会在回流管的顶部部分中形成真空。该真空可能导致管的塌陷。在已知的非采矿系统中，诸如水落管(fallpipe)船舶，可以控制自流流量以及水流，并且从而整个过程是可控制的。然而，在采矿系统中，回流取决于生产流程，并且物质以及水流是预定的并且是不灵活的(flexible)。现在，根据本发明，通过积极控制回流管中的真空，可以实现所需要的灵活性。
本发明特别地对根据自由降落原理至少部分地进行操作的回流管是有用的。然而，应当清楚的是，在压力驱动的回流中，也可以实现“自由降落”。
其中本发明涉及采矿作业和物质流，WO2012091706特别地涉及有关油流或气流作业。与采矿作业相比，油气作业是不同的技术领域，这主要因为不同的流对系统和作业具有不同的要求。
在此，深海指的是具有至少500米，优选地，至少1000米的深度的海域。
物质处理平台可以是船舶、海底系统或者甚至是由如海洋的水体的底部所支撑的系统。
在物质处理平台处执行的过程的实例是，例如：所挖掘的物质的流动可分为有价值的物质部分(如气体、油和/或水合物)以及无价值的物质部分(如水)。另外，水分可以通过“脱水模块”从所挖掘的物质的向上流动中去除。可选地，可以压缩气体。此外，在回流中可以注入水，(海)水可在注入之前已经进行预处理。
在根据本发明的方法的实施方式中，控制回流管中的压力包括测量内部回流管压力，以用于提供回流管压力信号。
在本方法的实施方式中，控制回流管中的压力包括控制回流的流动速率。
在本方法的实施方式中，控制回流的流动速率包括提供压力控制装置。
作为选择，可在回流管的顶部形成缓冲部或者中间缓冲部，并且形成物料至回流管的成比例的馈送。因此，需要甲板空间和负载容量来保持该缓冲区。
在本方法的实施方式中，压力控制装置包括有源装置和/或无源装置。
在本方法的实施方式中，压力控制装置选自类似较小管径的节流器、弯管系统、涡轮机、用作涡轮机的泵、泵、以及用于混合物柱的高度的控制装置。
换言之，这些压力控制装置充当用于能量消耗的装置，这些装置将包括在回流管中或者系统的线路中，以通过利用势能使消耗损失(即，管阻力)平衡而使真空是可控制的，并且，如果可能的话，以收回由系统消耗的势能的部分。
在本方法的实施方式中，控制回流的流动速率包括响应于回流管压力信号来操作压力控制装置。
在本方法的实施方式中，压力控制装置响应于回流管压力信号在一响应时间限制内进行操作，其中，响应时间限制在小于0.5秒与10秒之间，优选地，1秒与5秒之间。
所挖掘的物质可包括气体水合物。
根据本发明的又一方面，通过一种用于回流线路的深海采矿流动控制系统来实现该目的，该系统包括；
-测量装置，用于测量回流管的内部压力，以便提供回流管压力信号，
-压力控制装置，用于控制海水和无价值的物质部分的混合物在回流管中从处理平台朝向水体的底部的回流，
在深海采矿流动控制系统的实施方式中，压力控制装置包括有源装置和/或无源装置。
在深海采矿流动控制系统的实施方式中，压力控制装置选自节流器、弯管系统、涡轮机、用作涡轮机的泵、泵、以及用于混合物柱的高度的控制装置。
根据本发明的又一方面，通过一种深海采矿系统实现该目的，该深海采矿系统包括用于回流线路的流动控制系统；
-立管线路，用于在立管线路中形成有价值的物质从水体的底部至物质处理平台的向上流动，
-物质处理平台，用于将物质处理成有价值的物质部分和无价值的物质部分，
-回流管，用于在回流管中形成海水和物质的无价值的物质部分的混合物从物质处理平台朝向水体的底部的回流，以及
-根据本发明的深海采矿流动控制系统，用于控制回流管中的压力，用于避免回流管的塌陷和/或回流管中的空化，具体地，用于避免回流管的上部的塌陷和/或回流管的上部中的空化。
本发明进一步涉及包括说明书中描述的和/或附图中示出的一个或多个特性特征的装置。
本发明进一步涉及包括说明书中描述的和/或附图中示出的一个或多个特性特征的方法。
在本专利中讨论的各个方面可以组合，以提供其它有利的优点。
附图说明
将参照附图中示出的优选实施方式进一步阐释本发明，附图中示出了：
图1是根据本发明的深海采矿系统的示意性侧视图
具体实施方式
在附图中部分示出了深海采矿系统1。深海采矿系统包括用于回流线路6的流动控制系统3a-c。深海采矿系统包括物质处理平台2，用于将物质处理成有价值的和无价值的物质部分。深海采矿系统1包括立管线路4，用于在其中形成有价值的物质从水体8的底部至物质处理平台2的向上流动5。
深海采矿系统1包括回流管6，用于形成海水和物质的无价值部分的混合物从处理平台2朝向水体的底部的回流7。
深海采矿系统1包括深海采矿流动控制系统3a-c，用于控制回流管6中的压力，以便避免回流管6的塌陷(collapse)。这种流动控制系统的实例是节流器(restrictor)、弯管(bend)系统、涡轮机、用作涡轮机的泵、以及泵。
将显而易见的是，所包括的上述说明和附图示出了本发明的一些实施方式，并且这些说明和附图不限制保护范围。从本公开内容出发，对于技术人员而言更多的实施方式是明显的，这些实施方式在本发明的保护范围和本质内并且是现有技术与本专利的公开内容的明显组合。

Claims (13)

1.一种用于深海采矿的方法，包括；
-在立管线路中形成所挖掘的物质从水体的底部至物质处理平台的向上流动，
-在所述物质处理平台处将所述物质处理成有价值的物质部分和无价值的物质部分，
-在回流管中形成海水和所述物质的所述无价值的物质部分的混合物从所述物质处理平台朝向所述水体的底部的回流，
-控制所述回流管中的压力，用于避免所述回流管的塌陷和/或所述回流管中的空化，具体地，用于避免所述回流管的上部的塌陷或者所述回流管的上部中的空化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述回流管中的压力包括测量内部回流管压力，以用于提供回流管压力信号。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，控制所述回流管中的压力包括控制所述回流的流动速率。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，控制所述回流的流动速率包括提供压力控制装置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述压力控制装置包括有源装置和无源装置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述压力控制装置选自节流器、弯管系统、涡轮机、用作涡轮机的泵、泵、以及用于混合物柱的高度的控制装置。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，控制所述回流的流动速率包括响应于所述回流管压力信号来操作所述压力控制装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述压力控制装置响应于所述回流管压力信号在一响应时间限制内进行操作，其中，所述响应时间限制在0.5秒与10秒之间。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述物质包括气体水合物。
10.一种用于回流线路的深海采矿流动控制系统，所述深海采矿流动控制系统包括；
-测量装置，用于测量回流管的内部压力，以便提供回流管压力信号，
-压力控制装置，用于控制海水和无价值的物质部分的混合物在所述回流管中从处理平台朝向水体的底部的回流，
11.根据权利要求10所述的深海采矿流动控制系统，其中，所述压力控制装置包括有源装置和无源装置。
12.根据权利要求11所述的深海采矿流动控制系统，其中，所述压力控制装置选自节流器、弯管系统、涡轮机、用作涡轮机的泵、泵、以及用于混合物柱的高度的控制装置。
13.一种深海采矿系统，包括；
-物质处理平台，用于将物质处理成有价值的物质部分和无价值的物质部分，
-立管线路，用于在所述立管线路中形成所挖掘的物质从水体的底部至所述物质处理平台的向上流动，
-回流管，用于在所述回流管中形成海水和所述无价值的物质部分的混合物从所述物质处理平台朝向所述水体的底部的回流，以及
-根据权利要求10至12中的一项所述的深海采矿流动控制系统，用于控制所述回流管中的压力，以便避免所述回流管的塌陷和/或所述回流管中的空化，具体地，以便避免所述回流管的上部的塌陷和/或所述回流管的上部中的空化。
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