氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法
【專利摘要】在氣泡舉升系統(10)中，在上升管(11)上端部設置加壓室(21)，通過將上升管(11)上部的內部加壓，抑制淺水深區域處的在上升管(11)內上升的混合流體中的氣泡的體積比例增加。由此，不將上升管(11)的上端大氣開放，而是引導至壓力高的加壓室(21)內部，從而抑制氣泡以及氣體的膨脹，另外，在上升管(11)中途的淺水深區域處還設置將離心分離的氣泡脫氣的脫氣裝置(14)，在上升管(11)的內部整體，使氣泡更均等地分布。由此，成為高效且在大水深區域處也能夠采用的氣泡舉升系統(10)以及氣泡舉升方法。
【專利說明】氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于將水深較深的海底、湖底、河底等水底、或者進而將水底下方的地中的沙、堆積物、礦物等固態狀物質、液體狀物質提升至水面上的氣泡舉升(気泡U7卜)系統以及氣泡舉升方法。
【背景技術】
[0002]為了從缺乏自噴壓力的海底油田高效地提升與海水相比輕一些的重質油，氣體舉升技術廣泛地利用于原油生產。該技術通過將質量相對地小到能夠忽視的程度的氣體注入上升管(’ ^開'一管)內部的液體中，來使管內的液柱壓力降低該體積比例量，在上升管的下端部處產生由上升管外部的海水的壓力、油層壓力引起的擠壓力。確認了在比重較大的礦物中，也能夠通過使之成為較細地打碎并與海水等混合的泥漿(slurry)而有效地使用氣泡舉升(包括空氣舉升或者氣體舉升)技術。
[0003]作為此種示例，例如，如日本申請的特開2005-291171號公報所記載的那樣，提案有以能夠去除在海、湖、水壩、儲液槽的底部沉淀并壓縮的沙土、污泥等堆積物，并且揚液能力高的高效的裝置為目的的氣泡噴流式空氣舉升泵等，該氣泡噴流式空氣舉升泵包括用于使水和空氣在內部上升的空氣舉升上升器(’ ^ V —上升管)、以及在空氣舉升上升器的底部設置的用于噴出混合了氣泡的水的氣泡噴流發生裝置。
[0004]在此種比重與周圍的液體(海水、水)相比相當大的泥漿、沙土、污泥等(以下，統稱為泥漿)的情況下，若不注入相當的量的氣泡，則不能夠使管內的由泥漿與氣體形成的混合流體的平均比重為周圍的液體以下，不能夠在上升管內產生上升流，因而不能夠產生上升管的下端部處的因內外的壓力差而引起的擠壓力。
·[0005]另一方面，在大水深區域、中水深區域處注入上升管內的氣泡隨著由氣泡和泥漿形成的混合流體上升至淺水深區域而其壓力降低，氣泡的體積增加，但是液體、固體的體積幾乎不增加，因而該氣泡在混合流體中的體積比例加速度地增加。其結果，隨著接近上升管的上端部，上升流的流速變得過大，或者混合流體中的提升對象物的量的比例相對地降低，提升效率惡化，在最壞的情況下，導致完全不能夠提升提升對象物等問題。由于氣泡的體積與水深的關系大致成反比例的關系，故提升對象物所存在的水深越大，則該問題越顯著，而且，關于上升管內的上下位置，在氣泡上浮到淺水深區域時顯著地產生。
[0006]例如，在利用氣泡舉升從海底IOOm提升提升對象物的情況下，在上升管的下端部處注入的氣泡在上升管的上端部也只變為10倍的體積。但是在從水深5000m的海底提升提升對象物的情況下，在上升管的下端部處注入的氣泡的體積在上升管的上端部處變為500倍。若更詳細地觀察，則在水深5000m處注入的氣泡的體積在上浮至水深4000m期間只增加25%，但是若水深變為1000m則增加至5倍，在水深IOOm處變為50倍，而且，在水面附近處變為500倍。
[0007]因此，若以典型的例子估算，則在僅僅吸入了海水的情況下，考慮侵蝕(erosion)等，在欲以上升管上端處的流速例如不超過IOm/秒的方式設定氣泡流量并固定的條件下提升比海水重的泥漿的情況下，假設在欲將氣泡在上升管內的上端處在混合流體中占有的比例(以下稱為氣泡比例)抑制到90%以下的情況下，只能夠提升比周圍的海水僅重數個百分點的泥漿。
[0008]另外，在相同條件下從水深1000m的海底提升泥漿的情況下，最大也只能夠提升到比海水重約兩成的泥漿。因此為了提升比重大的礦物等，必須以泥漿比重為1.2以下的方式保持泥漿中的海水比例，若礦物比例變大則卡住)，像這樣管理深海中的混合比例一般而言是不容易的。
[0009]即，在現有技術的氣泡舉升中，若在上升管下側處注入的氣泡上浮至上升管上端附近，則與水深大致成反比例地增加體積，因而在大水深區域處，不能夠注入提升比重比周圍的海水等高的物體的量的氣泡，存在不能夠進行氣泡舉升或效率非常差的缺點。
[0010]現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本申請特開2005-291171號公報。
【發明內容】
[0011]發明要解決的問題
本發明鑒于上述狀況而完成，其目的在于提供一種氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法，其不將上升管的上端大氣開放，而是引導至壓力高的加壓室內部，從而抑制氣泡以及氣體的膨脹，另外，在上升管中途的淺水深區域處還設置將離心分離的氣泡脫氣的脫氣裝置，在上升管的內部整體，使氣泡更均等地分布，且效率較好，在大水深區域處也能夠采用。
[0012]即，提供一種氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法，其在從大水深區域提升與周圍的海水等相比平均比重大的泥漿狀等的對象物的氣泡舉升中，為了降低上升管內的平均液柱壓力，即使將有效的量的氣泡在大水深區域或中水深區域處注入上升管內，也能夠避免如下情況，即，在淺水深區域，例如上升管的`上側的1/10左右的部分，即，若為水深1000m則在上側的IOOm左右的部分即從水面下IOOm左右開始到水面附近的部分處，氣泡的體積成為超過混合流體的體積的例如90%那樣過剩的氣泡比例。
[0013]而且，另一個目的是提供一種氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法，其能夠用于將包含各種大小的粒子的泥、碎成小石頭程度的大小的礦物等混入海水的泥漿并連續地提升的用途，因而即使泥漿中的固態物濃度降低，比重變為與海水為相同程度，流速也不會變得使侵蝕成為問題，相反地，即使泥漿的比重接近固態物單體的比重也不會卡住。
[0014]而且，又一個目的是提供一種氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法，其不需要為了處理此種泥漿，而將因破損折損、咬住(嚙?付務)、咬入(嚙?: ^ )等而不工作的可能性高的旋轉設備、隔斷閥、壓力調整閥、節流閥、節流孔等設于上升管內、接收裝置的泥漿系統。
[0015]用于解決問題的方案
用于實現上述目的的本發明的氣泡舉升系統為了將水底或者該水底下方的固態狀物質或液體狀物質通過上升管而提升至水面附近，在所述上升管的下側部分處注入氣體，并使該氣體在氣泡狀態下上升，通過因該氣體而引起的上升管內的流體柱壓力減壓效果來在所述上升管的下端部處將提升對象物吸引至上升管，并提升至水面上，在該系統中，以如下方式構成，即，在所述上升管的上端部設置加壓室，通過將所述上升管上部的內部加壓來抑制淺水深區域處的在所述上升管內上升的混合流體中的氣泡的體積比例增加。
[0016]根據該構成，不將上升管的上端部在大氣壓下釋放，而是引導至內部加壓了的加壓室，并在該加壓室內部釋放。在氣泡舉升中，例如，在從水深5000m的海底提升比重接近
1.5的泥漿時，若將加壓室內部加壓至與其1/25的水深200m處的水壓相當的20個氣壓左右，則在上升管的下端部處注入的氣泡的體積在上升管的上端附近也只變為25倍，與在大氣壓下釋放的情況的500倍相比較，能夠顯著地抑制氣泡的膨脹。
[0017]此外，在該情況下，在距上升管的上端200m下，上升管內的壓力為25個氣壓左右，上升管的外部水壓為20個氣壓左右。此種在淺水深區域中上升管的內部壓力變得比上升管外部的水壓高的現象是在具有加壓室之后才產生的現象。
[0018]另外，能夠使該加壓室具有作為如下分離器的功能，該分離器通過利用了流體流速的離心分離、重力分離等而分離為氣體和包含提升對象物的泥漿，能夠將分離的氣體在不設為大氣壓并使其膨脹的情況下，在加壓的狀態下送至壓縮機并作為氣泡舉升用的壓縮空氣來再利用。
[0019]另外，在上述氣泡舉升系統中，在所述上升管的上端部附近的中途設有脫氣裝置而構成，該脫氣裝置使所述上升管內的混合流體產生旋轉以利用離心力效果使混合流體中的氣泡以及氣體集中在旋轉中心，并且從該旋轉中心將氣泡以及氣體排出至所述上升管外部。
[0020]根據該構成，通過將脫氣裝置例如設置在水深200m附近等適當的位置，能夠利用漩渦形狀部分(蝸形(volute)部分)螺旋狀地引導在上升管的內部與氣泡一同上升的混合流體并使其產生旋轉，通過利用離心力將混合流體中的包含提升對象物的泥漿推抵于外壁的離心分離效果，使氣泡以及氣體集中于旋轉中心部，并從插入該旋轉中心部的脫氣管(通氣管)將剩余的氣泡以及氣體通過脫氣裝置排出至上升管外部，能夠在該深度處降低氣體體積。為了在該處的上部也高效地提升消滅了氣泡之后的混合流體，利用在管內設置的固定葉片等將泥漿與氣泡再次較好地混合。
[0021]本發明的脫氣裝置還可以在不同的水深處設置多個，以分別少量脫氣(通氣)。通過該構成，能夠從大水深區域到淺水區域使氣泡所占有的體積比例均等化，而且，使流體流速更為均等化，能夠使流體的提升效率最大化。
[0022]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成:使所述加壓室的加壓壓力為預先設定的壓力范圍內的壓力，在該壓力下，不需要對在所述上升管的下側部分處注入的氣體注入量進行與吸引狀況對應的動態控制，并且，即使只吸引周圍的水，混合流體的流速也控制為預先設定的范圍，并且，即使只吸引所述提升對象物，也具有超過其比重的設計上限比重。
[0023]根據該構成，考慮提升深度、提升對象物的比重等，將加壓室的加壓壓力設定在通過事前的計算模擬等而預先設定的壓力范圍內，僅僅以成為該壓力范圍內的方式調整加壓室的加壓壓力，就能夠高效地提升提升對象物。
[0024]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，S卩，將所述加壓室的壓力調整為所述上升管下端部的水壓的1/50以上且1/3以下，更優選地為1/50以上且1/10以下的壓力。若該壓力比1/50小，則加壓室的氣泡體積抑制效果變小，設置加壓室的優點喪失。另夕卜，若該壓力比1/3大，則加壓室的耐壓性能變大，僅壓縮機的必要能力變大，無法期待提升能力的進一步提高。另外，通過設上限值為1/10，能夠降低加壓室的耐壓性能，能夠使接收裝置整體緊湊，并且通過根據需要兼用脫氣系統，能夠獲得足夠的提升性能。
[0025]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，S卩，將在所述加壓室處分離的氣體在加壓的狀態下引導至壓縮機以再次壓縮并送入所述上升管的下側。根據該構成，能夠減少壓縮所需要的能量。
[0026]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，即，為了將所述加壓室的壓力保持在設計范圍內，在所述加壓室的下游設置單級或多級(或2級以上)包括壓力容器和泥漿管的回溯堰，通過包含所述泥漿管上端的所述壓力容器的氣相部的壓力控制來將各級所述回溯堰的所述泥漿管下游的壓力保持在預先設定的壓力范圍(設計范圍)內。
[0027]在該加壓室下部積存的泥漿被加壓室的內部壓力推出，沿在下游的專用壓力容器內設置的回溯堰的泥漿管回溯，但是通過沿泥漿管回溯，泥漿失去該柱的量的壓力而相應地減壓，但是收容了泥漿管的壓力容器內部以與該減壓后的泥漿的壓力大致平衡的方式被保持為比加壓室低一級的內部壓力。
[0028]泥漿在沿回溯堰的泥漿管回溯之后，在壓力容器內部下落，積存于壓力容器底部的泥漿被推出至位于更下游的具有下個泥漿管的另外的壓力容器。重復該過程，泥漿的壓力最終地降低至大氣壓。在本發明中，在該過程中，不需要將因破損折損、咬住、咬入等而不工作的可能性高的旋轉設備、隔斷閥、壓力調整閥、節流閥、節流孔等設于上升管內、接收裝置的泥漿系統。
[0029]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，S卩，設置將所述回溯堰的所述壓力容器的所述氣相部與U形密封件的上部連通的連通管，通過設置單級或多級的利用液體柱的壓力的所述U形密封件來進行所述氣相部的壓力控制。根據該構成，各回溯堰的具有泥漿管的各壓力容器的運轉壓力能夠通過控制各壓力容器內的氣相壓力來保持。雖然該氣相壓力的控制還可以依靠設于氣相的壓力調整閥等，但是還可以依靠使級數與回溯堰的級數一致，并利用液柱壓力的多級U形密封件。利用該多級U形密封件，能夠避免例如因霧狀地飄蕩的沙、泥等而引起的壓力調整閥等的故障。
[0030]根據上述構成，不需要將因破損折損、咬住、咬入等而阻塞或不工作的可能性高的旋轉設備、隔斷閥、壓力調整閥、節流閥、節流孔等用于泥漿系統，即使泥漿比重稍微變化也能夠將加壓室的運轉壓力保持為設計范圍，具有能夠進行免維護的連續運轉的效果。
[0031]因而，在從水深較深的海底、湖底、河底等、或者更下方的地中提升沙、堆積物、礦物等固態物的情況下，不需要一般被認為困難的泥漿中的固態物與海水的混合比例控制，并且，能夠對應泥漿所包含的固態物粒子的大小、硬度、泥漿的比重等時時刻刻變化的狀況。
[0032]在理想的情況下，期待在保持某個一定的氣泡注入量的狀態下，即使在僅僅吸入海水的情況下，上升管上端的混合流體的流速也控制在設計最大流速內，并且，即使只吸引固體也能夠在不卡住(停滯)的情況下進行提升的性能。
[0033]根據本發明，由于在與流速的平方大致成比例的壓力損耗變得過大之前室壓力阻止流速上升，故即使吸引比設計比重輕的泥衆，流速也不會過剩地提高。例如，在水深5000m處的氣泡舉升中，在提升比重超過海水的兩倍的固態物時，即使泥漿中的海水濃度變為100%,另外，即使固態物的濃度變為100%，將氣泡注入量的設定量固定的狀態下的連續運轉在實用上也是可能的。
[0034]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，S卩，在所述脫氣裝置中，將排出至所述上升管外部的氣泡或氣體利用與所述脫氣管連接的脫氣移送管而引導至所述加壓室內部。根據該構成，將排出的氣體在不膨脹至大氣壓的情況下與在所述加壓室處分離的氣體一同送至壓縮機，并作為氣泡舉升用的氣泡而再利用，從而能夠減少壓縮所需要的能量。
[0035]另外，在上述氣泡舉升系統中，以使用多級壓縮機將在所述加壓室處分離的氣體壓縮并再次送入所述上升管下側的方式構成，并且在所述脫氣裝置處利用所述脫氣管排出至所述上升管外部的氣泡或氣體利用與所述脫氣管連接的脫氣移送管而引導至所述多級壓縮機的與來自所述加壓室的氣體相比高壓的級。根據該構成，將排出的氣體在更高壓力的狀態下送至壓縮機，以作為氣泡舉升用的氣泡而再利用，從而能夠進一步減少壓縮所需要的能量。
[0036]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，S卩，在所述脫氣移送管中，通過在水面上設置壓力調整閥、節流閥、節流孔等來在水面上控制脫氣量。
[0037]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，S卩，將所述脫氣裝置設于由于所述加壓室的效果故所述上升管的管內壓力與管外壓力相比變高的淺水深區域，利用內外的壓力差，將氣泡或氣體排出至上升管外部的水中。在該情況下，能夠不需要從脫氣裝置延伸至水面上的脫氣移送管，能夠使系統的構成單純化。
[0038]另外，在上述氣泡舉升系統中，以如下方式構成，即，在所述脫氣裝置中，在所述脫氣管設置基于所述上升管的管內外的壓力差而工作的壓力釋放閥，利用該壓力釋放閥控制脫氣量，以調整所述上升管內的壓力。根據該構成，通過在脫氣裝置的脫氣管設置壓力釋放閥，該壓力釋放閥在上升管內外的壓力差例如與最初相同的5個氣壓的情況下開閉，即使從上升管的下側部分注入更多的氣泡，在該氣泡的體積在上升管上部處變得過剩之前，也能夠將氣泡排出，直到在具有脫出裝置的深度處與最初同樣地變為5個氣壓的壓力差。
[0039]S卩，利用脫氣移送管(通氣專用管)將從該脫氣裝置排出的氣泡或氣體引導至水面上并在大氣壓下釋放也可，或者，在加壓室內部的加壓下釋放或引導至壓縮機以再利用也可。另外，還能夠利用如上所述的上升管的內部壓力變得比管外的水壓高的具有加壓室時的固有現象來排出至上升管外的水中。
[0040]用于實現上述目的的本發明的氣泡舉升方法從水面附近使上升管下降至水底或該水底下方，使氣體氣泡狀地注入所述上升管的下側并使該氣體上升，利用由該氣泡引起的所述上升管內的流體柱壓力減壓效果，在上升管的下端側處吸引在所述上升管的下端附近捕集的提升對象物，將包含提升對象物的混合流體提升至在所述上升管的上端設置的接收裝置，其特征在于，在該方法中，利用在所述上升管上端部設置的加壓室對所述上升管的上端內部施加壓力。
[0041]根據該方法，能夠抑制上升管的上端附近的混合流體中的氣泡或氣體的體積比例的增加。另外，通過控制加壓室的加壓，即使不對注入空氣量進行與吸引狀況對應的動態控制，另外，即使僅僅吸引海水(比重變得最低)，流速也控制為設計范圍，而且，即使僅僅吸引比重較大的固態部分，也能夠控制為設計上限比重。
[0042]另外，在上述氣泡舉升方法中，若利用在所述上升管上側設置的脫氣裝置將混合流體中的氣泡或氣體的一部分脫氣，則能夠進一步抑制上升管的上端附近的混合流體中的氣泡或氣體的體積比例增加。
[0043]發明的效果
在現有技術中，由于大水深區域，例如水深5000m處的氣泡舉升在氣泡的體積在上升管的上端部處成為下端部的500倍，故現實地只能夠提升到比海水僅重數個百分點的流體，實際上是不能夠實現的，在該情況下，根據本發明的氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法，通過在上升管的上端部設置加壓室，也能夠將氣泡在上升管的上端部處占有的體積比例的增加抑制在實用的數十倍以下。
[0044]由此，與現有技術的情況相比，在飛躍性地較深的大水深處，也能夠利用氣泡舉升系統提升提升對象物，能夠提升比重更高的對象物。另外，具有能夠使與流速的平方大致成比例的壓力損耗降低以高效地提升的效果。例如在水深5000m處的氣泡舉升中，比重超過海水的兩倍的流體的提升在實用上是充分可能的。
[0045]而且，通過在上升管的中途設置脫氣裝置，能夠將該最大氣泡比例產生的場所不僅在上升管上端部，還在淺水深區域設置多處，因而能夠在從大水深區域到淺水深區域的上升管整體使氣泡占有的體積比例均等化，故能夠在不提高最大流速的情況下使氣泡的比例平均地提高。
[0046]由此，能夠大幅地抑制上升管內整體的流速，特別是上升管上端部處的流速，因而能夠使侵蝕的問題劇減，能夠在上升管本身、從其上端向下游的處理的結合部分等使用硬度更低的金屬，或者使用塑料、彈性體等輕量材料、耐蝕性材料，或者使用涂層、襯套材料、防振性材料、振動衰減性材料、能夠吸收撓曲的彈性材料等。
[0047]其結果，通過使用輕量上升管，能夠實現能夠對應更大水深的效果、基于廉價的耐蝕性涂層、襯套的使用的成本降低效果、避免因材料變更而引起的與波周期的縱向振動共振、渦激振動等的效果。另外，能夠使用在內表面使用壁厚較薄的金屬板的柔性上升器、波紋管(bellows)等，能夠不需要高價且復雜的上升器張緊器、伸縮式接頭(telescopingjoint)等。
[0048]另外，由于上升管內的流速由此均等化，故能夠解決上升管內的流動的脈動導致的問題、泥漿和氣泡的雙相流的流動樣式(氣泡流、段塞(slug)流、環狀流、噴霧流等)的轉化的問題、由停滯引起的泥漿中的固液分離的問題等，高效地實現長且大的上升管。
[0049]而且，若利用本發明的氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法進行大水深區域處的提升作業，則能夠不需要深海部、中間水深部的泵等需要動力、控制的高功能部件、重部件，另夕卜，由于利用氣泡將上升管內的混合流體的比重降低至周圍的海水、水等液體的比重以下，故能夠大幅地抑制支撐上升管的自重和流體重量、潮流力等的合力的鉆探設備所需要的設計載荷。
[0050]另外，在提升作業中，在海洋氣象狀態變差時需要進行脫離，但是根據本發明的氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法，僅僅通過與現有技術的鉆探設備完全相同地提升上升管就能夠進行脫離。另外，即使在意外的異常時，船體外的部件分離并脫離，發生如不能夠回收分離的物體的事態，也能夠將高價的高功能部件等分離的可能性排除或降低至最低限度。
[0051]而且，由于能夠利用比較細且從下端到上端直徑相同的上升管來高效地進行提升，故能夠在直接使用現有技術的鉆井船的上升管、操作上升管的鉆井設備系統的情況下實現大水深區域處的提升。因此，能夠大幅地削減開發成本。【專利附圖】
【附圖說明】
[0052]圖1是示意性地示出本發明所涉及的實施方式的氣泡舉升系統的構成的圖。
[0053]圖2是示意性地示出脫氣裝置的構成的圖。
[0054]圖3是示意性地示出具備加壓室、回溯堰等的接收裝置的構成的圖。
[0055]圖4是示出加壓室的設定壓力與能夠提升的泥漿的最大比重的關系的圖。
[0056]圖5是示出能夠以加壓室的設定壓力提升的泥漿的最大比重與水深的關系的圖。
【具體實施方式】
[0057]以下，說明本發明所涉及的實施方式的氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法。在此，以在海洋使用鉆井船(drill ship)提升海底的資源的示例進行說明，但是本發明不限于海洋，還能夠適用在湖、河等中。
[0058]本發明所涉及的實施方式的氣泡舉升系統10具備如圖1所示的構成。為用于利用浮在海面(水面)2的鉆井船(挖掘船)I來提升處于海底(水底)3或海底3下方的資源的系統，具備上升管11、捕集裝置12、氣體送入裝置13、脫氣裝置14、接收裝置20而構成。
[0059]該氣泡舉升系統10是如下系統，該系統為了將海底、湖底、河底等水底3、或者該水底3下方的沙、堆積物、礦物等固態狀物質或液體狀物質(提升對象物)通過上升管11提升至水面2附近，在上升管11的下側部分處注入氣體并使其上升，通過因該氣體而引起的上升管11內的流體柱壓力減壓效果，在上升管11的下端部處將提升對象物與周圍的水一同吸引至上升管11，并將提升對象物與水、氣體一同提升至水面2上。
[0060]在該鉆井船1，為了提升大水深的海底的堆積物，使用具備自動船位保持系統的鉆井船。另外，作為氣泡舉升系統10的上升管11，利用鉆井船I的上升管11。該鉆井船I的上升管11通常在使用鉆探泥(drilling mud)的施工方法的挖掘時用于回收鉆探泥。此外，不需要使用鉆井船I所具備的鉆探設備(drilling rig)的挖掘功能自身。
[0061]該上升管11例如利用凸緣連結多個內徑50cm、長度27cm左右的短管而構成。優選地，對該上升管11，在流速比較高的淺水深區域處使用耐侵蝕的材質，在中水深區域、大水深區域處使用輕量材料。在該上升管11，在下端設有捕集裝置12，氣體送入裝置13在下偵U，脫氣裝置14在上側分別設于單個或多個部位。該上升管11的上端側連接于接收裝置20的加壓室21。此外，在上升管11的最低端、中間部處，根據需要，還可以兼用輔助性的泵、粉碎機等。在該上升管11的下端部，設置濾器(strainer)等捕集裝置12。在該氣泡舉升系統10中，由于為最小限度的裝備即可，故不需要下部海洋上升器套件(LMRP，LoWer MarineRiser Package)等那樣的重物、高功能部件，與該重量的量相應地，能夠增長上升管11，因而能夠對應更深的水深。另外，為了對抗潮流力等以獲得穩定性，考慮在大水深部處減少對上升管11給予浮力的浮力體(未圖示)。
[0062]作為用于對在上升管11的下側部分設置的氣體送入裝置13給送氣泡舉升用的壓縮空氣的配管，通常在上升管11的主管外側配置并保持用于噴出防止裝置的被稱為壓井管線(kill line)、扼流管線(choke line)的細管，因而使用與它們同樣地配置并保持的高壓細管。另外，氣體送入裝置12由將壓縮空氣注入上升管11內部的帶有空氣舉升閥的特別規格的短管構成，作為該氣體送入裝置13的短管用于在大水深部、中水深部處使用的短管中的數根。
[0063]另外，將如圖2所示的設有脫氣裝置14的特別規格的短管用于在淺水深部使用的短管中的數根。該脫氣裝置14具備外壁14a、漩渦狀配管14b、脫氣管14c、以及脫氣移送管(通氣專用管)14d而構成。此外，有時還設置壓力釋放閥來替代脫氣移送管(通氣專用管)14d。在圖2中，白圈表示氣泡，施有交叉的影線的部分表示例如混合了海水和對象物(沙、碎的礦物等)的泥漿，施有單向影線的部分表示只有海水的部分，白色的部分表示氣體部分。
[0064]外壁14a與上升管11的主管相比直徑較粗地形成，且由圓筒部、其下側的下側錐部、以及圓筒部上側的上側錐部構成。在該外壁14a的內部收容漩渦狀配管14b的全部和脫氣管14c的一部分，并且形成為能夠將從下側的上升管11的短管流入來的混合流體的旋流內包的大小。
[0065]漩渦狀配管14b的下端連接于下側的上升管11的主管，為沿外壁14a的下側錐部內側螺旋狀地配置的配管，在進入外壁14a的圓筒部的位置具有開口部。以從該漩渦狀配管14b流出的混合流體沿外壁14a形成旋流的方式構成。即，通過螺旋狀地引導上升管11內的混合流體來產生旋流。
[0066]脫氣管14c由如下配管構成，該配管在相對于外壁14a的圓筒部的截面的中心部分具有開口，且貫通外壁14a并露出至外部。該脫氣管14c與在上升管11的主管外側設置的脫氣移送管(通氣專用管)14d連接。
[0067]S卩，該脫氣裝置14以如下方式構成，即，在上升管11的上側部分，即，在上升管11的上端附近的中途，使在上升管11的內部上升的混合流體產生旋流以利用離心力效果使氣泡集中在旋轉中心，并且將集中的氣泡從在該旋轉中心設有開口部的脫氣管14c排出至上升管11外部。
[0068]利用該脫氣裝置14，能夠在螺殼(卷貝)形狀的漩渦狀配管(蝸形)14b內螺旋狀地引導在上升管11的內部與氣泡一同上升的混合流體并使其產生旋轉，通過利用離心力將泥漿等提升對象物推抵外壁14a的離心分離效果，使氣泡集中于旋轉中心部，并從插入該旋轉中心部的脫氣管14c將過剩的氣泡排出至脫氣裝置14外部。
[0069]在該脫氣裝置14中，排出至上升管11外部的氣泡或氣體可以利用與脫氣管14c連接的脫氣移送管14d引導至水面2上并在大氣中在大氣壓下釋放，但是也可以利用與脫氣管14c連接的脫氣移送管14d引導至加壓室21內部并在加壓下釋放。在該情況下，不使排出的氣體膨脹至大氣壓，而是與在加壓室處分離的氣體一同循環至壓縮機并作為空氣舉升用的氣泡而再利用，從而能夠減少壓縮所需要的能量。
[0070]而且，對于脫氣移送管14d，為了能夠調節流入加壓室21、壓縮機的脫氣量，還可以在水面2上設置壓力調節閥、節流閥、節流孔。根據該構成，能夠根據需要在水面2上調節脫氣量。
[0071]另外，為了將壓縮空氣注入上升管11下側，使壓縮空氣的壓縮機為多級壓縮機構成，以將在加壓室21處分離的空氣(氣體)壓縮并再次送入上升管11下側的方式構成，且將在脫氣裝置14處利用脫氣管14c排出至上升管11外部的氣泡或氣體利用與脫氣管Ilc連接的脫氣移送管Ild引導至多級壓縮機的與來自加壓室21的氣體相比高壓的級。由此，將排出的氣體在更高壓力的狀態下送至壓縮機，以作為氣泡舉升用的氣泡而再利用，從而能夠進一步減少壓縮所需要的能量。
[0072]通過在上升管11的上端設置加壓室21，能夠利用上升管11的內部壓力變得比管外水壓高的固有現象，因而還可以將脫氣裝置14設于在加壓室21的效果下上升管11的管內壓力變得比管外壓力高的淺水深區域，利用內外的壓力差將氣泡或氣體排出至上升管11外部的海中(水中)。在該情況下，能夠不需要脫氣移送管14d。
[0073]而且，以如下方式構成，即，在脫氣管14c設置基于上升管11管內外壓力差而工作的壓力釋放閥(未圖示)，利用該壓力釋放閥控制脫氣量，以調整上升管11內的壓力。根據該構成，能夠以非常單純的構成調整上升管11內的壓力。
[0074]而且，優選地，為了使利用脫氣裝置14消滅了氣泡之后的混合流體在與消滅了氣泡的部分相比上側也能夠高效地上升，在上升管11內部設置固定葉片(vane)等來將提升對象物、氣泡以及海水再次較好地混合。
[0075]還可以將該脫氣裝置14變換水深設于多處(在圖1中為兩處)，以多個階段緩緩地脫氣(通氣)。通過該構成，氣泡在上升管11內部上升的混合流體中占有的體積比例從大水深區域到淺水區域大致均等化，而且，能夠使混合流體的流速更為均等化，能夠使流體的提升效率最大化。
[0076]通過該構成，例如，若在水深200m附近等適當的位置設置脫氣裝置14，在脫氣管14c設置壓力釋放閥，該壓力釋放閥在上升管11的內外壓力差例如與最初相同的5個氣壓的情況下開閉，則即使從上升管11的下側部分注入更多的氣泡，在該氣泡的體積在上升管11的上部處變得過剩之前，在水深200m的位置處，能夠將脫氣裝置14內的氣泡排出至外部，直到內外壓力差與最初同等地變為5個氣壓。
[0077]如圖3所示，在與上升管11的上端部相當的鉆井船I上，搭載接收裝置(提升對象物接收系統)20和發生氣泡舉升用的壓縮空氣的壓縮機(未圖示)等，接收裝置20包括加壓室21、多級回溯堰22A、22B、22C、分離用槽23、U形密封液體補給泵24、U形密封液體補給管25、U形密封液體積存器26、U形密封件(氣阱(air trap)) 27A、27B等，將上升管11的主管連接于接收裝置20的加壓室21，用于將壓縮空氣給送至氣體送入裝置12的壓縮機的送風側配管(未圖示)與在上升管11的主管外側配置的高壓細管(未圖示)連接。
[0078]在該上升管11的上端部設置加壓室21，并以如下方式構成，S卩，將上升管11的上部的內部加壓，從而抑制淺水深區域處的在上升管11內上升的混合流體中的氣泡體積比例增加。
[0079]以如下方式構成:使該加壓室21的加壓壓力為預先設定的壓力范圍內的壓力，在該壓力下，不需要對在上升管11的下側部分處注入的氣體注入量進行與吸引狀況對應的動態控制，并且，即使只吸引周圍的水，混合流體的流速也控制為預先設定的范圍，并且，即使只吸引提升對象物，也具有超過其比重的設計上限比重。根據該構成，考慮提升深度、提升對象物的比重等，將加壓室21的加壓壓力設定在通過事前的計算模擬等而預先設定的壓力范圍內，僅僅以為成該壓力范圍內的方式調整加壓室21的加壓壓力，就能夠高效地提升提升對象物。
[0080]另外，優選地，該加壓室21的壓力調整為上升管11的下端部的水壓的1/50以上且1/3以下，更優選地為1/50以上且1/10以下的壓力。若該壓力比1/50小，則加壓室21的氣泡體積抑制效果變小，設置加壓室21的優點喪失。另外，若該壓力比1/3大，則加壓室21的耐壓性能變大，僅壓縮機的必要能力變大，無法期待提升能力的進一步提高。另外，通過設上限值為1/10，能夠降低加壓室21的耐壓性能，能夠使接收裝置20整體緊湊，并且通過根據需要兼用脫氣系統，能夠獲得足夠的提升性能。
[0081]另外，如圖3所示，通過以如下方式構成，S卩，使加壓室21為旋風(cyclone)形狀，以將來自上升管11的混合流體從切線方向導入加壓室21內，從而產生旋流，通過利用了該混合流體流速的離心分離效果，能夠使其具有作為將氣體與含有提升對象物的泥漿分離的分離器的功能。在該情況下，還能夠將分離的氣體A從加壓室21的頂部抽出，不設為大氣壓并使其膨脹，而是在加壓的狀態下送至壓縮機并作為氣泡舉升用的壓縮空氣來再利用。此夕卜，在圖3中，白圈表示氣泡，施有交叉影線的部分表示例如混合了海水和對象物(沙、碎的礦物等)的泥漿，施有單向影線的部分表示只有海水，白色的部分表示氣體部分。
[0082]另外，為了將加壓室21的壓力保持在設計范圍內，在加壓室21的下游單級或多級(在圖3中為3級)地設置回溯堰22A、22B、22C而構成，回溯堰22A、22B、22C包括壓力容器22a和收納于該壓力容器22a的泥漿管22b。以如下方式構成，即，將該各級回溯堰22A、22B、22C的泥漿管22b的下游壓力通過包含泥漿管22b上端的壓力容器22a的氣相部的壓力控制來保持為設計范圍。而且，以如下方式構成，即，設置將回溯堰22A、22B、22C的壓力容器22a的氣相部與U形密封件27A、27B的上部連通的連通管28A、28B，通過設置單級或多級(在圖3中為2級)的利用液體柱的壓力的U形密封件27A、27B來進行該壓力容器22a的氣相部的壓力控制。
[0083]該回溯堰22A、22B、22C的各泥漿管22b與前級的加壓室21、壓力容器22b的下部連通，將從它們導入的泥漿從泥漿管22b的下部引導至內部并使其在上部處溢出至壓力容器22b內。能夠通過該泥漿管22b的高度和泥漿的比重來調整各級的壓力減少量。另外，泥漿管22b的下部壓力為壓力容器22a的氣相部壓力與泥漿管22b的泥漿的液壓之和，因而通過調整壓力容器22a的氣相部壓力，能夠調整控制前級的壓力室21或壓力容器22b的內部壓力。
[0084]S卩，各回溯堰22A、22B、22C的各壓力容器22a的運轉壓力能夠通過控制各壓力容器22a內的氣相壓力來保持。雖然該氣相壓力的控制還可以依靠設于氣相的壓力調整閥等，但是還可以依靠與回溯堰22A、22B、22C級數一致，并利用液柱壓力的多級U形密封件27A、27B。通過該多級U形密封件27A、27B，能夠避免例如因霧狀地飄蕩的沙、泥等而引起的壓力調整閥等的故障。
[0085]在圖3所示的構成中，第一級回溯堰22A的壓力容器22a的上部利用連通管28A而與第一級U形密封件27A的上部連通，第二級回溯堰22B的壓力容器22a的上部利用連通管28B而與第二級U形密封件27B的上部連通，第三級回溯堰22C的壓力容器22a的上部利用開放管28C而大氣開放。
[0086]根據該構成，第三級回溯堰22C的壓力容器22a的內部壓力P3為大氣壓Po，第二級回溯堰22B的壓力容器22a的內部壓力P2為大氣壓Po與第二級U形密封件27B的液柱壓力Pb之和。另外，第一級回溯堰22A的壓力容器22a的內部壓力Pl為壓力P2與第一級U 形密封件 27A 的液柱壓力 Pa 之和。SP，為 P3 = Po，P2 = Po + Pb，Pl = P2 + Pa = Po +Pa + Pb。因而，通過控制U形密封件27A、27B的液柱壓力Pa、Pb，能夠控制各壓力容器22a內的壓力P1、P2。[0087]在該回溯堰22A、22B、22C的最終級的回溯堰22C的出口連接并設置分離用槽23，暫時儲藏包含提升對象物的泥漿，并且使提升對象物沉淀以與海水分離。在泥漿狀的提升對象物自身為泥漿狀的情況下，考慮沉淀的時間并從下側抽出沉淀物B。該沉淀物B積存于分離槽23的下方，通過由分離槽23內的自重引起的壓力而從下部的出口被推出，但是還可以利用未圖示的泥漿泵等排出。另外，去除了沉淀物B的液體(海水)C變清并從上部出口排出至分離槽23外部，在進行混合物的去除等必要的后處理之后放回海洋。另外，利用U形密封液體補給泵24從分離槽23的上側將液體(海水)C的一部分排出，并從U形密封液體補給管25抽出至液體積存器26。該液體用于U形密封件27A、27B的液柱。
[0088]根據上述氣泡舉升系統10，由于能夠采用如下氣泡舉升方法，故能夠抑制上升管11的上端附近的混合流體中的氣泡或氣體的體積比例增加，該方法從浮在海面(水面)2的鉆井船I等的海面2上使上升管11下降至海底3或海底3下方，使氣體氣泡狀地注入在上升管11下側設置的氣體送入裝置13并使該氣體上升，利用由該氣體引起的上升管11內的流體柱壓力減壓效果，在上升管11的下端側吸引利用在上升管11下端設置的捕集裝置12而捕集的提升對象物，在將包含提升對象物的混合流體提升至在上升管11的上端設置的接收裝置20時，利用在上升管11的上端側設置的脫氣裝置14，將混合流體中的氣泡或氣體的一部分脫氣，并且利用在上升管11的上端部設置的加壓室21對上升管11的上端的內部施加壓力。
[0089]另外，在該加壓室21的下部積存的泥漿等提升對象物被加壓室21的內部壓力推出，沿回溯堰22A、22B、22C回溯，即，沿在下游的專用壓力容器22a內設置的泥漿管22b回溯，但是包含提升對象物的泥漿通過沿回溯堰22A、22B、22C的各泥漿管22b回溯而失去該液柱量的壓力，并相應地減壓，但是回溯堰專用的壓力容器22a的內部以與該減壓后的泥漿的壓力大致平衡的方式被保持為比加壓室21的內部壓力低一級的內部壓力。
[0090]泥漿在沿回溯堰22A、22B、22C的各泥漿管22b回溯之后，在各壓力容器22a內部下落，積存于壓力容器22a底部的泥漿被推出至位于更下游的下個回溯堰22B或22C的另外的壓力容器22a。重復該過程，包含提升對象物的泥漿的壓力最終地降低至大氣壓。
[0091]接著，說明使用了上述氣泡舉升系統10的本發明所涉及的實施方式的氣泡舉升方法。該氣泡舉升方法為如下方法，即，從水面2附近使上升管11下降至水底3或該水底3下方，使氣體氣泡狀地注入上升管11下側并使氣體上升，利用由該氣泡引起的上升管11內的流體柱壓力減壓效果，在上升管11的下端側吸引在上升管11的下端附近捕集的提升對象物，將包含提升對象物的混合流體提升至在上升管11上端設置的接收裝置20，且是如下方法，即，利用在上升管11上端部設置的加壓室21對上升管11的上端內部施加壓力。
[0092]另外，在該氣泡舉升方法中，利用在上升管11上側設置的脫氣裝置14將混合流體中的氣泡或氣體的一部分脫氣。
[0093]根據上述構成的氣泡舉升系統10以及氣泡舉升方法，在提升對象物的提升過程中，不需要將因破損折損、咬住、咬入等而不工作的可能性高的旋轉設備、隔斷閥、壓力調整閥、節流閥、節流孔等設于泥漿系統。
[0094]在圖4以及圖5中示出計算模擬結果。圖4是示出加壓室21的設定壓力與能夠提升的混合流體的最大比重的關系的圖，橫軸表示加壓室21的設定壓力，縱軸表示水深5000m的氣泡舉升下的上限的泥漿比重。另外，圖5是示出能夠以加壓室21的設定壓力提升的泥漿的最大比重與水深的關系的圖，橫軸表示水深，縱軸表示加壓室21的設定壓力為20個氣壓的情況下的上限的泥漿比重。
[0095]在該計算模擬中，在上述從水底3提升對象物的氣泡舉升系統10中，設加壓室21的壓力和氣泡注入量固定。氣泡注入量設定為上限量，在該上限量下，在泥漿中的水濃度變為100%的情況下，上升管11的上端處的混合流體流速也不超過IOm每秒。若在該設定的狀態下固態物濃度上升而泥漿的比重上升，則流速降低，另一方面氣泡比例上升。設如上升管11的上端處的氣泡比例達到90%的泥漿比重為在該氣泡舉升系統10中能夠提升的泥漿比重的實用上限。
[0096]在圖4中，示出在水深5000m的情況下，使加壓室21的壓力設定變化時的性能變化。可知在未實施本發明的情況下，本發明的加壓室21的壓力相當于大氣壓的情況，在該情況下可以說不能夠提升比重比海水大的泥漿，但是若將本發明的加壓室21的壓力設定為20個氣壓左右，則能夠提升海水的1.5倍左右比重的泥漿。而且可知，若較高地設定加壓室21的壓力，則能夠提升海水的2倍以上比重的泥漿，但是同樣的效果在加壓室21的壓力為20個氣壓的狀態下也能夠僅僅通過設置一級脫氣裝置14而獲得(未圖示)。
[0097]另外，在圖5中，示出在各種水深處使用使加壓室21的壓力為20個氣壓的氣泡舉升系統10時的性能變化。示出在水深IOOOm處，能夠提升海水的三倍左右比重的泥漿，若水深更深，則上限比重變小，但是在水深5000m處也能夠如前所述地提升水海水的1.5倍左右的泥漿。
[0098]在現有技術中，由于大水深區域，例如水深5000m處的氣泡舉升在氣泡所占有的體積比例在上升管11的上端部處成為下端部的500倍，故現實地只能夠提升到比海水僅重數個百分點的泥漿，實際上是不能夠實現的，在該情況下，根據上述構成的發明的氣泡舉升系統10以及氣泡舉升方法，通過在上升管11的上端部設置加壓室21，也能夠將氣泡在上升管11的上端部處所占有的體積比例的增加抑制在實用的數十倍以下。
[0099]由此，與現有技術的情況相比，在飛躍性地較深的大水深處，也能夠利用氣泡舉升系統10提升提升對象物，能夠提升比重更高的對象物。另外，具有能夠使與流速的平方大致成比例的壓力損耗降低以高效地提升的效果。例如在水深5000m處的氣泡舉升中，比重超過海水的兩倍的泥漿的提升在實用上是充分可能的。
[0100]而且，通過在上升管11的中途設置脫氣裝置14，能夠將該最大氣泡比例產生的場所不僅在上升管11上端部，還在淺水深區域設置多處，因而能夠在從大水深區域到淺水深區域的上升管11整體使氣泡占有的體積比例均等化，故能夠在不提高最大流速的情況下使氣泡的比例平均地提高。
[0101]由此，能夠大幅地抑制上升管11內整體的流速，特別是上升管11上端部處的流速，因而能夠使侵蝕的問題劇減，能夠在上升管11本身、從其上端向下游的處理的結合部分等使用硬度更低的金屬，或者使用塑料、彈性體等輕量材料、耐蝕性材料，或者使用涂層、襯套材料、防振性材料、振動衰減性材料、能夠吸收撓曲的彈性材料等。
[0102]其結果，通過使用輕量上升管，能夠實現能夠對應更大水深的效果、由廉價的耐蝕性涂層、襯套的使用帶來的成本降低效果、避免因材料變更而引起的與波周期的縱向振動共振、渦激振動等的效果。另外，能夠使用在內表面使用壁厚較薄的金屬板的柔性上升器、波紋管等，能夠不需要高價且復雜的上升器張緊器、伸縮式接頭等。[0103]而且，若利用上述構成的氣泡舉升系統10以及氣泡舉升方法進行大水深區域處的提升作業，則能夠不需要深海部、中間水深部的泵等需要動力、控制的高功能部件、重部件，另外，由于利用氣泡將上升管11內的混合流體的比重降低至周圍的海水、水等液體的比重以下，故能夠大幅地抑制支撐上升管11的自重和流體重量、潮流力等的合力的鉆探設備所需要的設計載荷。
[0104]另外，在提升作業中，在海洋氣象狀態變差時需要進行脫離，但是根據上述構成的氣泡舉升系統10以及氣泡舉升方法，只要與現有技術的鉆探設備完全相同地提升上升管11就能夠進行脫離。另外，即使在意外的異常時，船體外的部件分離并脫離，發生如不能夠回收分離的物體的事態，也能夠將高價的高功能部件等分離的可能性排除或降低至最低限度。
[0105]而且，由于能夠利用比較細且從下端到上端直徑相同的上升管11高效地進行提升，故能夠在直接使用現有技術的鉆井船的上升管11、操作上升管11的鉆井設備系統的情況下實現大水深區域處的提升。因此，能夠大幅地削減開發成本。
[0106]產業上的利用可能性
根據本發明的氣泡舉升系統以及氣泡舉升方法，通過在上升管的上端部設置加壓室，在大水深區域處的氣泡舉升中也能夠將氣泡在上升管上端部占有的體積比例的增加抑制在實用的數十倍以下，因而能夠利用在海底熱水礦床、猛結核(manganese nodule)、甲燒氣水合物(methane gas hydrate)、稀土、稀有金屬、富鈷結殼(cobalt rich crust)、鉆石等海底資源的采集、沙、沙礫等的采集、用于海洋構造物設置工程等的修整等從海底、湖底、河底、更下方的地中等提升固態物、液體、泥漿的全部產業中。
[0107]符號說明 I鉆井船
2海面(水面)
3海底(水底)
10氣泡舉升系統
11上升管
12捕集裝置
13空氣供給裝置
14脫氣裝置(通氣系統)
14a外壁
14b漩渦形狀部分(蝸形部分)
14c脫氣管
14d脫氣移送管(通氣專用管)
20接收裝置
21加壓室(兼具氣體、泥漿分離功能的類型)
22A、22B、22C 回溯堰 22a壓力容器 22b泥漿管 23分離槽24U形密封液體補給泵
25U形密封液體補給管
26U形密封液體積存器27A、27B U形密封件(氣阱)28A、28B連通管
A氣體(氣泡以及氣體)
B固態部分C液體(海水)。
【權利要求】
1.一種氣泡舉升系統，為了將水底或者該水底下方的固態狀物質或液體狀物質通過上升管而提升至水面附近，在所述上升管的下側部分處注入氣體，并使該氣體在氣泡狀態下上升，通過因該氣泡而引起的上升管內的流體柱壓力減壓效果來在所述上升管的下端部處將提升對象物吸引至上升管，并提升至水面上，其特征在于，在所述氣泡舉升系統中， 在所述上升管的上端部設置加壓室，通過將所述上升管的上部的內部加壓，來抑制淺水深區域處的在所述上升管內上升的混合流體中的氣泡的體積比例增加。
2.根據權利要求1所述的氣泡舉升系統，其特征在于:在所述上升管的上側部分設有脫氣裝置，該脫氣裝置使在所述上升管的內部上升的混合流體產生旋流以利用離心力效果使氣泡以及氣體集中在旋轉中心，并且將集中的氣泡以及氣體從在所述旋轉中心設有開口部的脫氣管排出至所述上升管的外部。
3.根據權利要求1或2所述的氣泡舉升系統，其特征在于以如下方式構成:使所述加壓室的加壓壓力為預先設定的壓力范圍內的壓力，在該壓力下，不需要對在所述上升管的下側部分處注入的氣體注入量進行與吸引狀況對應的動態控制，并且，即使只吸引周圍的水，混合流體的流速也控制為預先設定的范圍，并且，即使只吸引所述提升對象物，也具有超過其比重的設計上限比重。
4.根據權利要求1~3中的任一項所述的氣泡舉升系統，其特征在于:將所述加壓室的壓力調整為所述上升管的下端部的水壓的1/50以上且1/3以下的壓力。
5.根據權利要求1~4中的任一項所述的氣泡舉升系統，其特征在于以如下方式構成，即，將在所述加壓室處分離的氣體在加壓的狀態下引導至壓縮機以再次壓縮并送入所述上升管的下側。
6.根據權利要求1~5中的任一項所述的氣泡舉升系統，其特征在于:為了將所述加壓室的壓力保持在設計范圍內，在所述加壓室的下游設置單級或多級回溯堰，該回溯堰包括壓力容器和泥漿管，通過包含所述泥漿管的上端的所述壓力容器的氣相部的壓力控制來將各級所述回溯堰的所 述泥漿管的下游的壓力保持在預先設定的壓力范圍內。
7.根據權利要求6所述的氣泡舉升系統，其特征在于:設置將所述回溯堰的所述壓力容器的所述氣相部與U形密封件的上部連通的連通管，通過設置單級或多級的利用液體柱的壓力的所述U形密封件來進行所述氣相部的壓力控制。
8.根據權利要求2~7中的任一項所述的氣泡舉升系統，其特征在于:在所述脫氣裝置中，將排出至所述上升管的外部的氣泡或氣體利用與所述脫氣管連接的脫氣移送管而引導至所述加壓室的內部。
9.根據權利要求2~7中的任一項所述的氣泡舉升系統，其特征在于:以使用多級壓縮機將在所述加壓室處分離的氣體引導至所述多級壓縮機并壓縮且再次送入所述上升管的下側的方式構成，并且在所述脫氣裝置處利用所述脫氣管排出至所述上升管的外部的氣泡或氣體利用與所述脫氣管連接的脫氣移送管而引導至所述多級壓縮機的與來自所述加壓室的氣體相比高壓的級。
10.根據權利要求2~7中的任一項所述的氣泡舉升系統，其特征在于:將所述脫氣裝置設于由于所述加壓室的效果故所述上升管的管內壓力與管外壓力相比變高的淺水深區域，利用內外的壓力差將氣泡或氣體排出至上升管的外部的水中。
11.一種氣泡舉升方法，從水面附近使上升管下降至水底或該水底下方，使氣體氣泡狀地注入所述上升管的下側并使該氣體上升，利用由該氣泡引起的所述上升管內的流體柱壓力減壓效果，在上升管的下端側吸引在所述上升管的下端附近捕集的提升對象物，將包含提升對象物的混合流體提升至在所述上升管的上端設置的接收裝置，其特征在于，在所述氣泡舉升方法中，利用在所述上升管的上端部設置的加壓室對所述上升管的上端的內部施加壓力。
12.根據權利要求11所述的氣泡舉升方法，其特征在于:利用在所述上升管的上側設置的脫氣裝置將混合流體中·的氣泡或氣體的一部分脫氣。
【文檔編號】F04F1/18GK103857922SQ201280038660
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年7月27日 優先權日:2011年8月9日
【發明者】中村拓樹, 川瀨雅樹 申請人:三井海洋開發株式會社