CN117468872A - 海洋采矿立管的下放及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋采矿立管的下放方法，步骤包括：1)将下放回收设备置于初始状态；2)安装中继舱；3)安装下方的采矿硬管；4)安装提升泵；5)安装提升泵上方的多个采矿硬管；6)安装管串；7)安装张紧器；8)将平台软管与补偿短节连通，将海底软管与中继舱连通，解锁伸缩装置的内外筒锁紧机构，使伸缩装置的内外筒处于自由伸缩状态，完成海洋采矿立管系统的下放安装。本发明还公开了一种海洋采矿立管的回收方法。本发明的方法，使用的配套设备技术成熟可靠，下放回收步骤操作简单、高效，提高了下放回收效率，减少了非正常作业时间，保证了海洋采矿立管下放回收过程的安全可靠。

Description

海洋采矿立管的下放及回收方法

技术领域

本发明属于海洋采矿技术领域，涉及一种海洋采矿立管的下放方法，本发明还涉及一种海洋采矿立管的回收方法。

背景技术

深海底部蕴藏着丰富的矿产资源，如锰结核、多金属硫化物等，是全人类的巨大财富。如何合理的开发利用海底资源，逐步达到商业化开采，是世界性的难题。海洋采矿立管是海洋采矿的关键装备之一，作为海底矿浆输送的重要通道，主要由中继舱、采矿硬管、提升泵、伸缩装置及球型接头等装备组成。由于其自身结构和配置的特殊性，目前还没有一种能够快速、高效地实现海洋采矿立管下放与回收的方法。

因此，为了实现海洋采矿立管的快速下放与回收，提高下放回收效率，减少非正常作业时间，亟需研制一种海洋采矿立管的下放回收方法，保证海洋采矿立管下放回收过程的安全可靠。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋采矿立管的下放方法，解决了海洋采矿立管的安装起下的问题，顺利实现海洋采矿立管快速、高效的下放与回收，保证海洋采矿立管下放回收过程的安全可靠。

本发明的另一目的是提供一种海洋采矿立管的回收方法。

本发明所采用的技术方案是，一种海洋采矿立管的下放方法，按照以下步骤实施：

步骤1、将下放回收设备置于初始状态，将液压卡盘处于打开状态，将万向节固定在支撑平台的开口处，将动力卡瓦悬挂在万向节内；

步骤2、将中继舱运送到支撑平台开口的正下方，操作游吊单元提起第一个转换短节b，使转换短节b穿过动力卡瓦后与中继舱连接后，下放游吊单元，直到转换短节b上端口接头刚好坐放在动力卡瓦上，关闭动力卡瓦；

步骤3、再次利用游吊单元提起第一个采矿硬管，移动到动力卡瓦上端，与此时悬挂在动力卡瓦上的第一个转换短节b连接后，打开动力卡瓦，下放游吊单元，直到第一个采矿硬管接头刚好坐放在动力卡瓦上，关闭动力卡瓦；

重复以上步骤，下放预定数量的采矿硬管；

当完成相应数量采矿硬管下放后，利用游吊单元提起第一个转换短节a，并移动到动力卡瓦上端，与此时悬挂在动力卡瓦上最上的一个采矿硬管连接，打开动力卡瓦，下放游吊单元，直到第一个转换短节a接头刚好坐放在动力卡瓦上，关闭动力卡瓦；

步骤4、预先将提升泵上端与第二个转换短节b相连，并用游吊单元提起运送到动力卡瓦正上方，再将提升泵下端与此时悬挂在动力卡瓦上的第一个转换短节a对接，然后上提游吊单元，打开动力卡瓦活门，将动力卡瓦从万向节内取出，而后下放游吊单元，当提升泵向下依次穿过万向节和液压卡盘后，将动力卡瓦装回原位，并继续下放游吊单元，直到提升泵上端连接的第二个转换短节b接头刚好坐放在动力卡瓦上，关闭动力卡瓦；

步骤5、重复步骤3中采矿硬管和转换短节a下放过程，在提升泵上方连接第二个转换短节b、多个采矿硬管及第二个转换短节a，组成立管系统；此时立管系统通过第二个转换短节a悬挂固定在动力卡瓦上；

步骤6、将提升工具用吊卡夹持接入到游吊单元中，并用提升工具起吊预先组装的伸缩装置、球型接头和补偿短节组成的管串，并运送至动力卡瓦正上方，使伸缩装置下端与此时悬挂在动力卡瓦上的第二个转换短节a对接，起升游吊单元，并再次取出动力卡瓦，而后下放游吊单元，直到球型接头上法兰靠紧液压卡盘，关闭液压卡盘，使球型接头上法兰支撑坐放在液压卡盘上，脱开提升工具使得球型接头与补偿短节连接，使立管系统临时悬挂在液压卡盘上；

步骤7、将张紧器的钢丝绳连接固定到伸缩装置外筒耳板上，调节张紧器张力，使张紧器慢慢张紧，并承受伸缩装置外筒以下管柱及设备的全部载荷；

步骤8、将平台软管与补偿短节连通，将海底软管与中继舱连通，解锁伸缩装置的内外筒锁紧机构，使伸缩装置的内外筒处于自由伸缩状态，完成海洋采矿立管系统的下放安装。

本发明所采用的另一技术方案是，一种海洋采矿立管的回收方法，按照以下步骤实施：

步骤1、断开平台软管与补偿短节的连接，断开海底软管与中继舱的连接；回收张紧器的钢丝绳，使伸缩装置内外筒合拢，然后锁紧伸缩装置的内外筒锁紧机构；

步骤2、将液压卡盘处于关闭状态，球型接头上法兰坐放在液压卡盘，慢慢下放张紧器的钢丝绳，使立管系统全部载荷临时施加在液压卡盘，张紧器的钢丝绳处于自然悬重状态，断开张紧器的钢丝绳与伸缩装置外筒耳板的连接；

步骤3、配合利用平台游吊单元、液压卡盘、动力卡瓦和提升工具，采取立管下放方法的逆向操作，分段作业，具体过程如下：

先取出由伸缩装置、球型接头和补偿短节组成的管串；

再取出提升泵安装位以上的第二个转换短节a、多个采矿硬管和第二个转换短节b；

然后取出提升泵；

最后取出提升泵到中继舱之间的第一个转换短节a、多个采矿硬管和第一个转换短节b以及中继舱，完成立管系统的全部回收。

本发明的有益效果是，该方法使用的配套设备技术成熟可靠，下放回收步骤操作简单、高效，提高了下放回收效率，减少了非正常作业时间，保证了海洋采矿立管下放回收过程的安全可靠。

附图说明

图1是本发明方法采用的下放回收设备的安装结构示意图；

图2是本发明方法下放时对海洋采矿立管的悬挂操作示意图。

图中，1.支撑平台；2.绞车；3.井架；4.天车；5.钢丝绳；6.游车；7.大钩；8.吊环；9.死绳固定器；10.吊卡；11.提升工具；12.万向节；13.动力卡瓦；14.液压卡盘；15.补偿短节；16.球型接头；17.伸缩装置；18.转换短节a；19.采矿硬管；20.转换短节b；21.提升泵；22.中继舱；23.张紧器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2，本发明方法采用的下放回收设备，整体结构是，包括带开口的支撑平台1，在支撑平台1上表面固定安装有绞车2、井架3、天车4，在天车4下方对正开口依次设置有游车6、大钩7、吊环8、吊卡10、提升工具11；在支撑平台1开口中设置有万向节12、动力卡瓦13和液压卡盘14；在支撑平台1开口下表面设置有张紧器23；另外，在操作过程中还采用了转换短节a18、转换短节b20、以及由补偿短节15、球型接头16和伸缩装置17组成的管串。

参照图1，支撑平台1固定在采矿船的月池上，是整个设备的支撑及操作平台；井架3固定在支撑平台1的开口上方，井架3用于支撑整个游吊单元及承受全部的提升载荷，天车4设置在井架3顶部，绞车2设置在井架3的一侧；在井架3上固定有死绳固定器9，钢丝绳5一端连接在死绳固定器9上，钢丝绳5另一端依次穿过游车6和天车4的滑轮组后，与绞车2滚筒相连，为起升下放提供动力；游车6下方悬挂有大钩7，大钩7通过吊环8与吊卡10连接，一起组成游吊单元；

吊卡10下方还可以连接提升工具11，提升工具11用于提升管径较大的法兰式立管或采矿设备，提升工具11直接用吊卡10夹持牢靠后再接入游吊单元，提升工具11闲置不用时，放在支撑平台1的台面空位；万向节12固定安装在支撑平台1的开口处并下沉一定高度，用于承受海洋采矿立管的工作张力，缓冲系统带来的冲击载荷，确保海洋采矿立管下放及回收过程中与船体的柔性连接；动力卡瓦13悬挂在万向节12内，用于夹持海洋采矿立管的采矿硬管或转换短节；万向节12的正下方设置有液压卡盘14，液压卡盘14座放在预留的支撑板上，用于采矿过程中悬挂卡持海洋采矿立管。

参照图2，补偿短节15是一根特殊功能的立管，位于球型接头16上端，作为立管下放/回收过程中的配长短节，同时也是矿浆返回的通道；球型接头16是内部具有矿浆通道的球铰结构，用来克服船体摇摆对立管系统的影响，实现管船柔性连接，减少立管顶部弯曲力矩；伸缩装置17的外筒下端与转换短节a18连接，伸缩装置17外筒上的悬吊耳板通过两根钢丝绳与张紧器23悬挂连接，伸缩装置17内筒上端与球型接头16连接，伸缩装置17内筒下端延伸插入到伸缩装置17外筒中；海洋采矿立管在下放/回收过程下，伸缩装置17内外筒锁紧，海洋采矿立管在正常工作时(即完成下放后)打开伸缩装置17内外筒锁紧机构，使伸缩装置17内外筒之间可相对滑动，来补偿船体波浪升沉运动，保持立管系统整体处于稳定悬挂状态；采矿硬管19是立管系统的主体单根，是建立矿浆返回的主要通道；转换短节a18和转换短节b20都是特殊作用的立管单根，用于过渡连接采矿硬管19、提升泵21和中继舱22，实现法兰和螺纹两种接头形式的转换连接；提升泵21是一台能够满足水下作业要求且为矿浆上返提供动力的输送设备；中继舱22是一台水下矿浆储存和提供矿浆上返动力的装置，中继舱22悬挂固定在立管系统的末端，通过水下软管与采矿小车相连，是矿浆采收的中间集散地；张紧器23是整个立管系统在正常作业工况时的承载悬挂装置。

补偿短节15、球型接头16和伸缩装置17、提升泵21、中继舱22、张紧器23均为现有技术。

本发明的海洋采矿立管的操作包括下放过程及回收过程。

参照图2，本发明海洋采矿立管的下放方法，利用上述的设备，按照以下步骤实施：

步骤1、将下放回收设备置于初始状态，液压卡盘14处于打开状态；将万向节12固定在支撑平台1的开口处，将动力卡瓦13悬挂在万向节12内，将提升工具11闲置摆放在支撑平台1的台面上；

步骤2、将中继舱22运送到支撑平台1开口的正下方，操作游吊单元提起第一个转换短节b20，使转换短节b20穿过动力卡瓦13后与中继舱22连接后，下放游吊单元，直到转换短节b20上端口接头刚好坐放在动力卡瓦13上，关闭动力卡瓦13，使立管系统悬挂固定；

步骤3、再次利用游吊单元提起第一个采矿硬管19，移动到动力卡瓦13上端，与此时悬挂在动力卡瓦13上的第一个转换短节b20连接后，打开动力卡瓦13，下放游吊单元，直到第一个采矿硬管19接头刚好坐放在动力卡瓦13上，关闭动力卡瓦13；

重复以上步骤，下放预定数量的采矿硬管19，所需采矿硬管19数量需要根据作业水深和配套提升泵21额定工作水深来确定；

当完成设计数量采矿硬管19下放后，利用游吊单元提起第一个转换短节a18，并移动到动力卡瓦13上端，与此时悬挂在动力卡瓦13上最上的一个采矿硬管19连接，打开动力卡瓦13，下放游吊单元，直到第一个转换短节a18接头刚好坐放在动力卡瓦13上，关闭动力卡瓦13，使立管系统悬挂固定(此时的立管系统为部分管柱)；

步骤4、预先在工作平面上将提升泵21上端与第二个转换短节b20相连，并用游吊单元提起运送到动力卡瓦13正上方，再将提升泵21下端与此时悬挂在动力卡瓦13上的第一个转换短节a18对接，然后上提游吊单元，打开动力卡瓦13活门，将动力卡瓦13从万向节12内取出，而后下放游吊单元，当提升泵21向下依次穿过万向节12和液压卡盘14后，将动力卡瓦13装回原位，并继续下放游吊单元，直到提升泵21上端连接的第二个转换短节b20接头刚好坐放在动力卡瓦13上，关闭动力卡瓦13，使立管系统悬挂固定(此时的立管系统为部分管柱及提升泵21)；

步骤5、重复步骤3中采矿硬管19和转换短节a18下放过程，在提升泵21上方连接第二个转换短节b20、多个采矿硬管19及第二个转换短节a18，该段所需采矿硬管19的数量由提升泵21的额定工作水深来确定；当完成以上部件连接下放后，此时立管系统通过第二个转换短节a18悬挂固定在动力卡瓦13上(此时的立管系统为全部管柱)；

步骤6、将提升工具11用吊卡10夹持接入到游吊单元中，并用提升工具11起吊预先组装的伸缩装置17、球型接头16和补偿短节15组成的管串，并运送至动力卡瓦13正上方，使伸缩装置17下端与此时悬挂在动力卡瓦13上的第二个转换短节a18对接，起升游吊单元，并再次取出动力卡瓦13，而后下放游吊单元，直到球型接头16上法兰靠紧液压卡盘14，关闭液压卡盘14，使球型接头16上法兰支撑坐放在液压卡盘14上，脱开提升工具11使得球型接头16与补偿短节15连接，使立管系统临时悬挂在液压卡盘14上(此时的立管系统为全部管柱及管串)；

步骤7、将张紧器23的钢丝绳连接固定到伸缩装置17外筒耳板上，调节张紧器23张力，使张紧器23慢慢张紧，并承受伸缩装置17外筒以下管柱及设备的全部载荷；

步骤8、将平台软管与补偿短节15连通，将海底软管与中继舱22连通，解锁伸缩装置17的内外筒锁紧机构，使伸缩装置17的内外筒处于自由伸缩状态，完成海洋采矿立管系统的下放安装。

参照图2，本发明海洋采矿立管的回收方法，同样也利用上述的设备，按照以下步骤实施：

步骤1、断开平台软管与补偿短节15的连接，断开海底软管与中继舱22的连接；回收张紧器23的钢丝绳，使伸缩装置17内外筒合拢，然后锁紧伸缩装置17的内外筒锁紧机构；

步骤2、将液压卡盘14处于关闭状态，球型接头16上法兰坐放在液压卡盘14，慢慢下放张紧器23的钢丝绳，使立管系统全部载荷临时施加在液压卡盘14，张紧器23的钢丝绳处于自然悬重状态，断开张紧器23的钢丝绳与伸缩装置17外筒耳板的连接；

步骤3、配合利用平台游吊单元、液压卡盘14、动力卡瓦13和提升工具11，采取立管下放方法的逆向操作，分段作业，具体过程如下：

先取出(伸缩装置17、球型接头16和补偿短节15组成的)管串；

再取出提升泵21安装位以上的第二个转换短节a18、多个采矿硬管19和第二个转换短节b20；

然后取出提升泵21；

最后取出提升泵21到中继舱22之间的第一个转换短节a18、多个采矿硬管19和第一个转换短节b20以及中继舱22，完成立管系统的全部回收。

Claims (6)

1.一种海洋采矿立管的下放方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1、将下放回收设备置于初始状态，将液压卡盘(14)处于打开状态，将万向节(12)固定在支撑平台(1)的开口处，将动力卡瓦(13)悬挂在万向节(12)内；

步骤2、将中继舱(22)运送到支撑平台(1)开口的正下方，操作游吊单元提起第一个转换短节b(20)，使转换短节b(20)穿过动力卡瓦(13)后与中继舱(22)连接后，下放游吊单元，直到转换短节b(20)上端口接头刚好坐放在动力卡瓦(13)上，关闭动力卡瓦(13)；

步骤3、再次利用游吊单元提起第一个采矿硬管(19)，移动到动力卡瓦(13)上端，与此时悬挂在动力卡瓦(13)上的第一个转换短节b(20)连接后，打开动力卡瓦(13)，下放游吊单元，直到第一个采矿硬管(19)接头刚好坐放在动力卡瓦(13)上，关闭动力卡瓦(13)；

重复以上步骤，下放预定数量的采矿硬管(19)；

当完成相应数量采矿硬管(19)下放后，利用游吊单元提起第一个转换短节a(18)，并移动到动力卡瓦(13)上端，与此时悬挂在动力卡瓦(13)上最上的一个采矿硬管(19)连接，打开动力卡瓦(13)，下放游吊单元，直到第一个转换短节a(18)接头刚好坐放在动力卡瓦(13)上，关闭动力卡瓦(13)；

步骤4、预先将提升泵(21)上端与第二个转换短节b(20)相连，并用游吊单元提起运送到动力卡瓦(13)正上方，再将提升泵(21)下端与此时悬挂在动力卡瓦(13)上的第一个转换短节a(18)对接，然后上提游吊单元，打开动力卡瓦(13)活门，将动力卡瓦(13)从万向节(12)内取出，而后下放游吊单元，当提升泵(21)向下依次穿过万向节(12)和液压卡盘(14)后，将动力卡瓦(13)装回原位，并继续下放游吊单元，直到提升泵(21)上端连接的第二个转换短节b(20)接头刚好坐放在动力卡瓦(13)上，关闭动力卡瓦(13)；

步骤5、重复步骤3中采矿硬管(19)和转换短节a(18)下放过程，在提升泵(21)上方连接第二个转换短节b(20)、多个采矿硬管(19)及第二个转换短节a(18)，组成立管系统；此时立管系统通过第二个转换短节a(18)悬挂固定在动力卡瓦(13)上；

步骤6、将提升工具(11)用吊卡(10)夹持接入到游吊单元中，并用提升工具(11)起吊预先组装的伸缩装置(17)、球型接头(16)和补偿短节(15)组成的管串，并运送至动力卡瓦(13)正上方，使伸缩装置(17)下端与此时悬挂在动力卡瓦(13)上的第二个转换短节a(18)对接，起升游吊单元，并再次取出动力卡瓦(13)，而后下放游吊单元，直到球型接头(16)上法兰靠紧液压卡盘(14)，关闭液压卡盘(14)，使球型接头(16)上法兰支撑坐放在液压卡盘(14)上，脱开提升工具(11)使得球型接头(16)与补偿短节(15)连接，使立管系统临时悬挂在液压卡盘(14)上；

步骤7、将张紧器(23)的钢丝绳连接固定到伸缩装置(17)外筒耳板上，调节张紧器(23)张力，使张紧器(23)慢慢张紧，并承受伸缩装置(17)外筒以下管柱及设备的全部载荷；

步骤8、将平台软管与补偿短节(15)连通，将海底软管与中继舱(22)连通，解锁伸缩装置(17)的内外筒锁紧机构，使伸缩装置(17)的内外筒处于自由伸缩状态，完成海洋采矿立管系统的下放安装。

2.根据权利要求1所述的海洋采矿立管的下放方法，其特征在于：所述的下放回收设备的结构是，包括带开口的支撑平台(1)，在支撑平台(1)上表面固定安装有绞车(2)、井架(3)、天车(4)，在天车(4)下方对正开口依次设置有游车(6)、大钩(7)、吊环(8)、吊卡(10)；在支撑平台(1)开口中设置有万向节(12)、动力卡瓦(13)和液压卡盘(14)；在支撑平台(1)开口下表面设置有张紧器(23)；另外，在操作过程中还采用了转换短节a(18)、转换短节b(20)、以及由补偿短节(15)、球型接头(16)和伸缩装置(17)组成的管串。

3.根据权利要求2所述的海洋采矿立管的下放方法，其特征在于：所述的支撑平台(1)固定在采矿船的月池上；井架(3)固定在支撑平台(1)的开口上方，天车(4)设置在井架(3)顶部，绞车(2)设置在井架(3)的一侧；在井架(3)上固定有死绳固定器(9)，钢丝绳(5)一端连接在死绳固定器(9)上，钢丝绳(5)另一端依次穿过游车(6)和天车(4)的滑轮组后，与绞车(2)滚筒相连。

4.根据权利要求2所述的海洋采矿立管的下放方法，其特征在于：所述的吊卡(10)下方还连接有提升工具(11)；万向节(12)固定安装在支撑平台(1)的开口处并下沉一定高度；动力卡瓦(13)悬挂在万向节(12)内；万向节(12)的正下方设置有液压卡盘(14)，液压卡盘(14)座放在预留的支撑板上。

5.根据权利要求2所述的海洋采矿立管的下放方法，其特征在于：所述的补偿短节(15)作为立管下放/回收过程中的配长短节，同时也是矿浆返回的通道；球型接头(16)是内部具有矿浆通道的球铰结构；伸缩装置(17)的外筒下端与转换短节a(18)连接，伸缩装置(17)外筒上的悬吊耳板通过两根钢丝绳与张紧器(23)悬挂连接，伸缩装置(17)内筒上端与球型接头(16)连接，伸缩装置(17)内筒下端延伸插入到伸缩装置(17)外筒中；采矿硬管(19)是建立矿浆返回的主要通道；转换短节a(18)和转换短节b(20)用于过渡连接采矿硬管(19)、提升泵(21)和中继舱(22)。

6.一种海洋采矿立管的回收方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1、断开平台软管与补偿短节(15)的连接，断开海底软管与中继舱(22)的连接；回收张紧器(23)的钢丝绳，使伸缩装置(17)内外筒合拢，然后锁紧伸缩装置(17)的内外筒锁紧机构；

步骤2、将液压卡盘(14)处于关闭状态，球型接头(16)上法兰坐放在液压卡盘(14)，慢慢下放张紧器(23)的钢丝绳，使立管系统全部载荷临时施加在液压卡盘(14)，张紧器(23)的钢丝绳处于自然悬重状态，断开张紧器(23)的钢丝绳与伸缩装置(17)外筒耳板的连接；

步骤3、配合利用平台游吊单元、液压卡盘(14)、动力卡瓦(13)和提升工具(11)，采取立管下放方法的逆向操作，分段作业，具体过程如下：

先取出由伸缩装置(17)、球型接头(16)和补偿短节(15)组成的管串；

再取出提升泵(21)安装位以上的第二个转换短节a(18)、多个采矿硬管(19)和第二个转换短节b(20)；

然后取出提升泵(21)；

最后取出提升泵(21)到中继舱(22)之间的第一个转换短节a(18)、多个采矿硬管(19)和第一个转换短节b(20)以及中继舱(22)，完成立管系统的全部回收。