(57)【要約】海底に物質をストックパイルするシステム及び方法であって、補助カッタ若しくはバルクカッタ又は収集機等の海底の収集機を用いてストックパイルされる海底物質を取り込む、システム及び方法。取り込まれた海底物質はスラリの形で可撓性の移送パイプにわたって所望の海底の現場の出口まで運ばれる。好ましい形態では、出口は、所望の海底の現場において海底に着座するとともに、水の放出を可能にしながらも出口からのスラリを取り込んで収容する海底ストックパイルフード内に取り付けられる。取り込まれた海底物質は次に海上の船に抽出することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底ストックパイルシステムであって、
スラリをスラリ入口からスラリ出口まで運ぶ可撓性の移送パイプを備え、
前記スラリ入口はスラリを海底の収集機から受け取り、
前記スラリ出口は前記スラリ入口から離れた所望の位置に位置決めされるとともに、前記スラリを海底の現場に送達する、海底ストックパイルシステム。
【請求項２】
前記出口は、前記海底の現場において海底に位置付けられる海底ストックパイルフードに取り付けられる、請求項１に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項３】
前記海底ストックパイルフードは開口底部を有する、請求項２に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項４】
前記海底ストックパイルフードは水を放出可能である、請求項２又は３に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項５】
前記出口は、前記海底の現場において海底に位置付けられる沈澱タンクに取り付けられる、請求項１に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項６】
前記海底の現場において、送達された前記スラリから海底物質を抽出する回収ツールを更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項７】
前記回収ツールは、抽出された前記海底物質を、可撓性のライザ移送パイプを介してライザ・リフトシステムに送達する、請求項６に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項８】
前記ライザ・リフトシステムは、抽出された前記海底物質を前記回収ツールから海上の船に送達する、請求項７に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項９】
２つ以上のスラリ入口が存在し、各スラリ入口はそれぞれ１つの海底の収集機に付随している、請求項１〜８のいずれか一項に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項１０】
各スラリ入口は関連するスラリ出口を有し、前記スラリ出口は全て前記スラリを同じ海底の現場に送達する、請求項９に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項１１】
前記スラリ入口及び前記出口は互いに対して移動可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項１２】
海底ストックパイル方法であって、
海底物質をスラリの形で取り込む工程、
取り込んだスラリを、可撓性の移送パイプを通してスラリ出口まで運ぶ工程、及び
前記スラリ出口を、前記スラリ入口から離れた所望の海底の現場に位置決めする工程
を含む、海底ストックパイル方法。
【請求項１３】
前記スラリ出口は、前記海底の現場において海底に位置付けられる海底ストックパイルフードに取り付けられ、前記スラリは前記海底ストックパイルフードによって取り込まれて収容される、請求項１２に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１４】
前記海底ストックパイルフードは開口底部を有し、かつ水を放出可能である、請求項１３に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１５】
前記出口は、前記所望の海底の現場において海底に位置付けられる沈澱タンクに取り付けられ、前記スラリは前記沈澱タンクに取り込まれて収容される、請求項１２に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１６】
取り込んだ海底物質を、回収ツールを用いて前記所望の海底の現場から抽出する工程を更に含む、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１７】
前記回収ツールは、抽出された海底物質を、可撓性のライザ移送パイプを介してライザ・リフトシステムに送達する、請求項１６に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１８】
前記抽出された海底物質を海上の船に送達する工程を更に含む、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１９】
海底採掘システムであって、
海底物質をスラリの形で取り込む少なくとも１つの海底ツール、
海底物質をスラリの形で受け取る海底ストックパイルフードであって、前記スラリ中に存在する水の前記フードからの放出を可能にすると同時に、海底の現場において前記スラリ中に存在する海底物質を取り込んで収容する、海底ストックパイルフード、
スラリを前記海底ツールから前記海底ストックパイルフードに運搬する少なくとも１つの可撓性のストックパイル移送パイプ、
前記フードが取り込んだ海底物質を抽出するとともに、前記海底物質を海面に引き上げるライザ・リフトシステムに回収された海底物質を送達する回収ツール、及び
前記海底物質を前記ライザ・リフトシステムから受け取る海上の船
を備える、海底採掘システム。
【請求項２０】
海底採掘方法であって、
少なくとも１つの海底ツールが海底物質をスラリの形で取り込む工程、
海底ストックパイルフードが、前記海底物質をスラリの形で前記海底ツールから受け取るとともに、前記スラリ中に存在する水の前記フードからの放出を可能にすると同時に、海底の現場において前記スラリ中に存在する海底物質を取り込んで収容する工程、
前記フードから海底物質を抽出するとともに、回収された前記海底物質をライザ・リフトシステムに送達する工程、及び
海上の船が前記海底物質を前記ライザ・リフトシステムから受け取る工程
を含む、海底採掘方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には水中採掘に関し、特に、海底ストックパイルシステム及び方法に関する。特に、本発明は、限定されないが、複数の協働する海底ツールを用いて海底で資源を採掘、回収及びストックパイルすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
海床掘削は、例えば貴重な沖積砂鉱床を回収するため、又は水路を航行可能な状態に維持するために、浚渫によって行われることが多い。吸引浚渫には、掘削される海床物質近くにパイプ又はチューブの回収端部を位置決めすること、並びに、海面ポンプを使用し負差圧を発生させて、海水及び付近の可動性海底堆積物をパイプで吸い上げることが含まれる。カッタ吸引浚渫は、吸引入口に又はその付近にカッタヘッドを更に備え、圧縮された土壌、砂利又は硬質岩までをも解離させて、チューブに吸引させる。大型カッタ吸引浚渫は、数万キロワットの切削力を印加することができる。他の海床浚渫技法として、オーガ（ａｕｇｅｒ）吸引、ジェットリフト、エアリフト及びバケット浚渫が挙げられる。
【０００３】
大半の浚渫機器は通常、数十メートルの深さまでしか稼働することができず、非常に大型の浚渫船でさえもその最大浚渫深さは１００メートルにすぎない。このため、浚渫は、通常は比較的浅い水域に限定される。
【０００４】
油井等の海中ボアホールは、数千メートルもの深さの水域で稼働することができる。しかしながら、海中ボアホール採掘技術により海底を採掘することは不可能である。
本明細書に含まれている文献、行為、物質、装置、論文等のいかなる説明も、本発明の文脈を提供するために過ぎない。これらの事項のいずれか又は全ては、従来技術基準の一部を形成することを認めるものとしても、あるいは本願の各請求項の優先日以前に存在していたために本発明に関連する分野の共通一般知識であったことを認めるものとしても解釈されるべきではない。
【０００５】
本明細書を通して、「含む」という用語又は「備える」若しくは「有する」等の派生語は、記載の要素、整数若しくは工程、又は要素、整数若しくは工程の群を含むことを示唆し、任意の他の要素、整数若しくは工程、又は要素、整数若しくは工程の群を排除するものではないことが理解されるであろう。
【発明の概要】
【０００６】
第１の態様によると、本発明は、海底ストックパイルシステムであって、
スラリをスラリ入口からスラリ出口まで運ぶ可撓性の移送パイプを備え、
スラリ入口はスラリを海底の収集機から受け取り、
スラリ入口から離れた所望の位置に位置決めされているスラリ出口はスラリを海底の現場に送達する、海底ストックパイルシステムを提供する。
【０００７】
第２の態様によると、本発明は、海底ストックパイル方法であって、
海底物質をスラリの形で取り込む工程、
取り込んだスラリを、可撓性の移送パイプを通してスラリ出口まで運ぶ工程、及び
スラリ出口を、スラリ入口から離れた所望の海底の現場に位置決めする工程
を含む、海底ストックパイル方法を提供する。
【０００８】
好ましくは、出口は海底ストックパイルフードに取り付けられる。海底ストックパイルフードは好ましくは開口底部を有し、好ましくは海底の現場の海底面においてスラリを取り込んで収容する。海底ストックパイルフードは好ましくは、フード内のスラリからの水の放出を可能にする。
【０００９】
可撓性のスラリ移送パイプは、スラリ出口をスラリ入口に対して移動させ、例えば多様な海底の地形、環境条件及び／又は海底の装置の動作状態に対応することを可能にする。したがって、本発明の第１の態様及び第２の態様の実施形態は、スラリを海底の１つの現場から別の現場に移送することが望ましい広範な海底採掘用途に適用することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様及び第２の態様の実施形態では、スラリ入口は、スラリを２つ以上の海底の位置から回収してスラリ出口に送達するように構成されている海底回収ツールに取り付けることができる。
【００１１】
本発明の第１の態様及び第２の態様の実施形態では、スラリ出口がスラリを送達する所望の位置は天然の海底の現場を含むことができ、その場所でスラリが放出される。そのような実施形態では、スラリ出口は単に、スラリを送達するために所望の位置に又は所望の位置の近傍に固定することができる。所望の位置は、天然の海底の窪みを含むことができ、スラリ中の固体がその窪み内に沈澱することを促すようにする。
【００１２】
所望の位置は、人工的に形成することができ、例えば、壁を形成するように配置される固体材料を含む壁を有する壁付きのエリアであるものとすることができる。壁付きのエリアは、開口壁を有することができ、例えば、卓越流が生じることが分かっている所望の位置において、下流側にのみ壁を有することができる。これにより、その所望の位置に送達されたスラリから沈澱する固体が開口壁に対して集まりやすくなり、したがって、その所望の位置に留まりやすくなる。代替的には、壁付きのエリアは、実質的に壁によって囲まれ、所望の位置内に送達されるスラリの沈澱タンクとして機能することができる。更なる実施形態では、所望の位置は実質的に閉じられた空間を含むことができ、その中にスラリが圧送されてスラリ中の固体が捕捉される。
【００１３】
スラリは、海底に移されることが望ましい廃棄物を含む場合がある。代替的には、スラリは、所望の位置における海底ストックパイルの現場を介して海底から海上の船に回収されることが望ましい貴重な固体を含んでいてもよい。
【００１４】
第３の態様によると、本発明は、海底採掘システムであって、
海底物質をスラリの形で取り込む少なくとも１つの海底ツール、
海底物質をスラリの形で受け取る海底ストックパイルフードであって、スラリ中に存在する水のフードからの放出を可能にすると同時に、海底の現場においてスラリ中に存在する海底物質を取り込んで収容する海底ストックパイルフード、
スラリを海底ツールから海底ストックパイルフードに運搬する少なくとも１つの可撓性のストックパイル移送パイプ、
フードが取り込んだ海底物質を抽出するとともに、海底物質を海面に引き上げるライザ・リフトシステムに回収された海底物質を送達する回収ツール、及び
海底物質をライザ・リフトシステムから受け取る海上の船
を備える、海底採掘システムを提供する。
【００１５】
第４の態様によると、本発明は、海底採掘方法であって、
少なくとも１つの海底ツールが海底物質をスラリの形で取り込む工程、
海底ストックパイルフードが、海底物質をスラリの形で海底ツールから受け取るとともに、スラリ中に存在する水のフードからの放出を可能にすると同時に、海底の現場においてスラリ中に存在する海底物質を取り込んで収容する工程、
フードから海底物質を抽出するとともに、回収された海底物質をライザ・リフトシステムに送達する工程、及び
海上の船が海底物質をライザ・リフトシステムから受け取る工程
を含む、海底採掘方法を提供する。
【００１６】
好ましくは、海底物質はスラリの形で抽出される。好ましくは、スラリの形で抽出された海底物質は、ライザ移送パイプを介してライザ・リフトシステムに送達される。
本発明の第３の態様及び第４の態様では、海底物質を取り込むのに望ましいスラリ流量は、ライザ・リフトシステムにおいてスラリを引き上げるのに望ましいスラリ流量とは大幅に異なる可能性があり、したがって、海底ストックパイルフードを用いることによってこれらの流量を分断することができると認識される。そのため、それぞれの流量は別々に最適化することができる。
【００１７】
さらに、回収システムを海底ツールの動作から独立させることによって大きな動作上の利点が得られ、それによって、ライザ・リフトシステムに送達されるストックパイル物質の回収を、海底ツールが海底物質を取り込んでいないときであっても行うことができる。これは、例えばピーク生産量は１日あたりおよそ１００００トンであるが１日あたりの平均生産量は３０００トンであるといった、生産能力がかなり変動する海底ツールにとって特に重要であり、このため、本発明は、回収システム及びライザ・リフトシステムを、ピーク生産値よりも平均生産値を満たすように設計することを可能にする。
【００１８】
さらに、狭い複数の海底現場の場合、ストックパイルの使用によって、１つのツールが海段で長時間作業することを可能にするという特別な動作上の利点を可能にし、これは複数の海底ツールが狭い海段で共同で作業する必要性又はツールが交互に狭い現場で作業することを可能にするための多数回のツールの移動の必要性を低減する。海底ストックパイル及び好適なストックパイル移送パイプを用いることによって、各海底ツールは、ストックパイルの近傍の様々な現場においてほとんど相互依存することなく作業することができる。例えば、幾つかの実施形態では、上記ストックパイルパイプは、関連する海底ツールが、ストックパイルから最大２００ｍ離れて、また高さにして最大でストックパイルの上下５０ｍで作業することを可能にするように構成することができる。
【００１９】
フードは好ましくは、開口底部を有し、海底の比較的平坦な部分に位置決めされると、フード及び海底がストックパイル空間を画定するように構成されている。フードの壁は好ましくは、ゆっくりと沈殿する微細な粒子（本明細書では「微粒子」と称される）の損失を最小限に抑えるようにストックパイル塊を完全に包囲する。そのような実施形態では、大量のスラリ流入に対応するために、フードは好ましくは、スラリから海底物質を濾過して取り込むようにストックパイル塊からの水の放出を可能にする。このために、好ましくは、フードの壁の大部分の表面積は、フードからの水の放出を可能にしながらも微粒子を収容する濾過材料から形成される。
【００２０】
濾過材料のグレードは、固体粒子が濾過材料を通ることができる寸法よりも小さい寸法であり、好ましくは、フード内へのスラリの流入に対応するために必要な流量でフードからの水の放出を可能にしながらも、微粒子の収容を最大限に高めるように選択される。例えば、濾過材料は５０μｍグレードのシルトカーテンを含むことができる。海底フードは好ましくは、濾過材料を支持するスペースフレームを含み、フードの壁は濾過材料によって形成されている。
【００２１】
フード内へのスラリ流入物からの微粒子の取り込みは、海底物質のプルームが逃げることを回避する上で環境的に、また、そのような微粒子が、回収されることが所望される海底物質の３０％以上を呈し得るため動作上有利であり得る。
【００２２】
取り込まれた海底物質をストックパイルフードまで送達する上記海底ツールは、補助的なカッタ、バルクカッタ又は収集機を含むことができる。
海底フードからの海底物質をライザ・リフトシステムに送達する回収ツールは、海底物質をフードから直接抽出することができる。回収ツールは、フード内に位置決めされているとともに、好適な移送パイプ及びスラリ圧送システムに連結されている海底フードの一部、例えば吸引入口であるものとすることができる。加えて又は代替的に、海底フードからの海底物質をライザ・リフトシステムに送達する回収ツールは、フードとは別個の収集機であるものとすることができ、この収集機は、フードの収集ポートを介してフード内に入れられるように構成されている収集ヘッドを有し、収集ヘッドは吸引入口を含む。代替的には、フードの回収ツールはなくてもよく、フードを単に取り外して海底鉱石パイルが回収機に自由にアクセス可能であるようにしてもよい。
【００２３】
ストックパイル移送パイプ内のスラリ流量は例えば、鉱石濃度が約３％であれば約３０００ｍ３／時であるものとすることができる。対照的に、そのような実施形態では、ライザ移送パイプ内の流量は、約１２％の平均鉱石濃度でおよそ１０００ｍ３／時であるものとすることができる。
【００２４】
ストックパイルフードは、実質的に切頭円錐形状又は切頭角錐形状を形成する傾斜した壁を有することができ、壁は、ストックパイルされた鉱石の堆積物が壁に対して大きな外方への圧力を加えることを回避するように、鉱石の堆積物の予期されるリル角度（ｒｉｌｌ  ａｎｇｌｅ）を近似する角度で傾斜している。
【００２５】
代替的な実施形態では、海底ストックパイルフードは、包囲壁を有する沈殿タンクを含むことができ、それによって、沈澱タンク内へのスラリの送達は、回収された物質が沈澱タンクの底に沈澱することを可能にし、スラリの水がタンクから出てくることを可能にし、タンクは、タンクから出る水の流速が遅く、微粒子を沈澱させることを可能にする十分な断面を有する。好ましくは、入口スラリ流量に対して、タンクの断面積は、タンクから出る流速が約１２ｍ／時以下となる程度に十分であるため、１２ｍ／時超の速度で水中に沈澱する微粒子が取り込まれる。
【００２６】
さらに、本発明は、幾つかの実施形態では、かなりの水深における展開に適合可能なシステムを提供する。例えば、幾つかの実施形態は、約４００ｍ超、より好ましくは１０００ｍ超、最も好ましくは１５００ｍ超の深さで動作可能であるものとすることができる。それにもかかわらず、本発明の複数のツールを有するシステムは、１００ｍの浅さの水中での有用な海底採掘の選択肢又は他の比較的浅い水中での用途を呈することもできることを認識されたい。したがって、海底又は海床への言及は、塩水、汽水又は淡水中にかかわらず、湖底、河口底、フィヨルド底、入江底、湾底、港底等における採掘又は掘削への本発明の適用を除外することを意図せず、そのような適用は本明細書の範囲内に含まれることが認識されるであろう。
【００２７】
上記海底ツールは、無索式遠隔操作探査機（ＲＯＶ）であるものとすることができるか、又は、海面まで連結されたアンビリカルによって操作される有索式探査機であるものとすることができる。
【００２８】
海底回収ツールは好ましくは、回収されるストックパイル物質の近傍に制御可能に位置決めすることができる可動のスラリ入口を含む。それによって、スラリ入口における吸引によって水及び近傍の固体がスラリの形で入口に引き込まれる。海底回収ツールは好ましくは、スラリをストックパイルからライザの基部に移送するライザ移送パイプに連結される遠隔の着脱システムを有する。そのような実施形態では、遠隔連結システムは、スラリライザシステムを回収することなく回収機を海底に対して展開及び回収することを可能にする。スラリ入口における吸引は、回収ツールのポンプによって生成することができるか、又は代替的には、ライザの基部における海中移送ポンプによって生成してもよい。
【００２９】
ライザ・リフトシステムは好ましくは、ライザパイプを通してスラリを海上まで圧送する海中スラリリフトポンプを含む。好ましい実施形態では、海底ストックパイルフードは、可撓性のストックパイル移送パイプを介して海底物質をスラリの形で海底ツールから受け取る。ストックパイル移送パイプは好ましくは、海底ツール及びフードの双方において遠隔着脱能力を有する。
【００３０】
海上の船は、航行可能な船、プラットフォーム、荷船又は他の海上ハードウェアであるものとすることができる。海上の船は好ましくは、ライザから受け取ったスラリを脱水する脱水機器を含み、選鉱機等の鉱石移送及び／又は処理設備を更に含むことができる。
【００３１】
ここで、本発明の例を、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の１つの実施形態による海中システムの簡略化された概略図である。
【図２】単一のストックパイル装置を共有している海底ツールの同時の動作を伴う別の実施形態を示す図である。
【図３ａ】ストックパイルシステムの例示的な動作位置を示す図である。
【図３ｂ】ストックパイルシステムの例示的な動作位置を示す図である。
【図３ｃ】ストックパイルシステムの例示的な動作位置を示す図である。
【図３ｄ】ストックパイルシステムの例示的な動作位置を示す図である。
【図４】図２の海底採掘システムの上側斜視図である。
【図５ａ】収集機をより詳細に示す図である。
【図５ｂ】収集機をより詳細に示す図である。
【図５ｃ】収集機をより詳細に示す図である。
【図５ｄ】収集機をより詳細に示す図である。
【図６】収集機の浚渫圧送システムを示す図である。
【図７】ストックパイル装置が沈澱タンクである別の実施形態を示す図である。
【図８】図７の実施形態における流体の流れ及び沈澱速度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の詳細な説明を通して以下の略語及び頭字語を用いる：
【００３４】
【表１】
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図１は、本発明の１つの実施形態による海中システム１００の簡略化された概略図である。デリック１０２及び脱水プラント１０４が海洋航行式の生産支援船１０６に搭載されている。生産支援船（ＰＳＶ）１０６は、回収した鉱石を荷船１０８に積載する鉱石移送設備を有する。本実施形態は、２５００ｍの水深まで動作可能なシステム１００を提供するが、代替的な実施形態は、３０００ｍ以上の水深まで動作するように設計することができる。生産作業中、１つ又は複数の海底採掘ツール（ＳＭＴ）が使用されて鉱石が海床１１０から掘削される。ＳＭＴは、海底バルク切削（ＢＣ）機１１２、海底収集機（ＣＭ）１１４及び海底補助採掘（ＡＭ）機１１６を含む。
【００３５】
ＢＣ１１２によって採掘された鉱石は、切削されると回収され、スラリの形でＢＣからストックパイル移送パイプ（ＳＴＰ）１２８を通して海底ストックパイル装置１２４ａまで圧送され、海底ストックパイル装置１２４ａは、スラリから水を除去しながらスラリから鉱石を取り込む。ＣＭ１１４は、ブーム搭載吸引入口をストックパイル１２４ａに挿入し、鉱石をスラリの形で回収し、このスラリをライザ１２２の底に移送する。次に、海中リフトポンプ１１８が、（図１では中断されて示されており、この実施形態では最大２５００ｍ長であるものとすることができる）剛性のライザ１２２を介してスラリを引き上げる。スラリは海上の支援船１０６まで移動し、ここでプラント１０４によって脱水される。廃水は圧力下で海底まで戻され、海中リフトポンプ１１８にチャージ圧力を提供する。脱水された鉱石は、ストックパイル設備に輸送される輸送荷船１０８に積み下ろされてから加工場に輸送される。ＡＭ１１６は、採鉱場の別のエリアで働き、その切削物をストックパイル装置１２４ａに送達するか、又はＣＭ１１４によって後に回収されるように別のストックパイル装置１２４ｂに送達する。
【００３６】
入口グリズリ分級ふるいがＣＭ１１４の入口において用いられ、大き過ぎる粒子がスラリシステム１２０、１１８、１２２、１０４内に導入されることを防止する。システム１００は、このグリズリふるいのサイズを取り替え可能であるように設計されている。
【００３７】
ＣＭ１１４、ＢＣ１１２及びＡＭ１１６はそれぞれ、スラリ流の完全性を維持するとともに入口スラリ状態の予想されるばらつきを考慮するポンプ−制御システムを備える。ポンプ／回収システムは、スラリ入口の自動的な希釈部及びバイパス弁を組み込み、詰まり、及び／又はシステムの特定の動作限界外のスラリ取り込み密度の瞬間的な変化に関連して流れの完全性が失われることを防止する。他の実施形態では代替的なスラリ密度制御システムを用いてもよい。
【００３８】
ライザ移送パイプ（ＲＴＰ）１２０及び／又はＣＭ１１４が詰まるリスクを最小限に抑えるために、この実施形態では、ＣＭ１１４は、スラリ流の完全性が損なわれたときに作動される放出弁を有する。本発明の代替的な実施形態では、放出弁は省いてもよい。この実施形態のＣＭ１１４は、ＣＭ１１４内のいずれのスラリシステムの詰まりも解消するのを助ける逆流システムを更に組み込んでいる。このシステムは、高圧水をスラリ排出ラインから回収機１１４の吸引ヘッドに戻すように方向付けるパイプ及び弁で構成される。放出弁及び逆流システムは、この実施形態ではストックパイルホース１２６、１２８及びストックパイルシステム１２４に同様に設けられる。
【００３９】
ライザ・リフトシステム（ＲＡＬＳ）１１８、１２２は、鉱石粒子を含有する海水ベースのスラリを、海上の生産支援船（ＰＳＶ）１０６まで、この船から吊り下げられる縦型の鋼製のライザ１２２を介して引き上げる。ＳＭＴによって採掘された鉱石粒子は吸引を用いて収集され、粒子はしたがって海水ベースのスラリに取り込まれ、スラリは次に、「緩いＳ字形態」のライザ移送パイプ（ＲＴＰ）１２０を介してライザの基部に圧送される。ライザ１２２の基部の下から吊り下げられている海中スラリリフトポンプ（ＳＳＬＰ）１１８は、スラリをライザ１２２の基部から船１０６まで推進し、船１０６はこの実施形態では最高２５００ｍを超える高さにある。スラリは、海面に達すると、脱水プロセス１０４を通過する。固体は輸送荷船１０８に移されて陸地に輸送される。必要に応じて付加的な海水が足された廃水は、ＰＳＶ１０６に搭載されている圧力調整タンクシステムを通過し、主ライザパイプ１２２にクランプされる補助海水パイプラインを介してライザ１２２の基部まで圧送し戻される。戻された海水は、ライザ１２２の基部に達すると、続いてＳＳＬＰ１１８の容積式チャンバを駆動するのに用いられ、その後、当初収集された深さ近くで海中に排出される。ＳＳＬＰ１１８を駆動する代替的な手段、例えば、特に電気的システム、油圧システム、空気圧システム又は電気油圧システムも設けることができる。
【００４０】
ライザ１２２は、分解された状態（ジョイント）で供給され、各ジョイントは、海上から海中スラリリフトポンプ１１８に動力を供給する２つの水還流ラインとともに、スラリ混合物をライザの基部から海上に輸送する中央パイプから構成される。また、予期せぬ停止の場合に、放出弁システムが、ライザパイプ１２２内の全てのスラリをシステムから洗い流すことを可能にし、詰まりを防止する。
【００４１】
海中スラリリフトポンプ（ＳＳＬＰ）１１８は、ライザ１２２の底部に吊り下げられ、スラリをＣＭ１１４からライザ移送パイプ１２０を介して受け取る。ＳＳＬＰ１１８は、続いて、スラリを生産支援船１０６に圧送する。ポンプアセンブリ１１８は、２つのポンプモジュールを含み、各モジュールは、ライザ１２２に取り付けられている海水ラインを介して海上のポンプから送達される加圧水によって駆動される、好適な数の容積式ポンプチャンバを含む。ポンプ１１８は、制御信号を、アンビリカルケーブルを通じてポンプ１１８の受信制御ユニットに伝達するコンピュータ式電子システムによって海上の船１０６から制御される。機能は、ポンプ１１８に位置する二重冗長性電気油圧式パワーパック一式によって油圧で作動される。パワーパックを駆動する電力は、海上からポンプ１１８まで制御データ信号を伝える同じアンビリカルケーブルを通じて供給される。ＳＳＬＰ１１８を制御する２つの（二重冗長）アンビリカルは、アンビリカルの重量がライザジョイントに沿って分散されている状態でライザ１２２のクランプに固定されている。
【００４２】
海上のポンプの主な機能は、海中スラリリフトポンプ１１８を駆動するように加圧水を提供することである。複数の三連ポンプ又は遠心力ポンプが生産支援船１０６に設置され、いずれも脱水プロセスにおいて（０．１ｍｍ未満の残留物の）スラリ混合物から除去される水を取り込み、海面の海水を補って必要な体積とした後、水還流ラインを通して深部のＳＳＬＰ１１８まで圧送する。海上システムは、脱水システムから給送され、船殻のシーチェストによって濾過された海面の海水を抽出する遠心力ポンプを用いてＳＳＬＰ１１８を駆動するのに必要な体積が足される還流水圧力調整タンクを組み込んでいる。圧力調整タンク内の水は、海上ポンプの入口まで送達するための圧力を上昇させるチャージポンプ一式に送達される。
【００４３】
ライザ１２２及び海中リフトポンプ１１８を展開及び回収するためにデリック及び牽引システム１０２が支援船１０６に設置されている。加えて、デリック１０２のエリア内のハンドリングシステムがＳＳＬＰ１１８を指定のメンテナンスエリア内に移動させる。
【００４４】
サージタンクがＲＡＬＳ排出部と脱水プラント１０４との間に組み込まれ、脱水プラント内に給送される前の一時的なスラリのばらつきを抑える。脱水システム１０４は、鉱石をＲＡＬＳ１２２から鉱物スラリとして受け取る。鉱石が輸送に好適であることを確実にするために、スラリ中の大量の水を除去しなければならない。この実施形態の脱水プロセスは、固体／液体分離の３つの段階を用いる：
段階１−ふるい分け−２つのダブルデッキふるいの振動を用いる
段階２−除砂−液体サイクロン及び遠心力を用いる
段階３−濾過−ディスクフィルタを用いる。
【００４５】
振動ふるいデッキを用いて、粗粒子をスラリ流から分離する。これらの粗粒子は自由排水されると考えられ、必要な水分値に達するためにいかなる機械的な脱水も必要ではない。振動バスケットによる遠心力を用いて、中程度の粒径の画分の機械的な脱水を提供し、必要な水分値に達することを確実にする。
【００４６】
次に、液体サイクロンを用いて、給送されたスラリから、ふるいデッキによって除去されていない貴重な微細な粒子（０．００６ｍｍ超）を分離する。ディスクフィルタを用いて、貴重な微粒子（０．５ｍｍ〜０．００６ｍｍ）を脱水してから輸送荷船１０８に積載する。この鉱石サイズの画分は、水分を除去するために、より大きい機械的入力（真空）を必要とする。鉱石／スラリの廃水は次に、ポンプセット及び配管システムを介して海底に戻される。脱水プラント１０４は、上甲板海上設備、この場合はＰＳＶ１０６上に設置され、鉱石の水分含量を、鉱石の運送許容水分値（ＴＭＬ）未満に低下させる。水分含量をＴＭＬ未満に低下させることによって、船舶による鉱石の安全な運搬が可能となる。水分含量をＴＭＬ未満に低下させることは、輸送される物質の体積の低減に起因して運送コストも低減する。代替的な実施形態では、脱水プラントの任意の好適な他の構成を用いてもよい。
【００４７】
脱水プラント１０４が故障した場合、回収機１１４は海底１１０から離脱して海水の圧送を継続する。サージタンクの容積は、何らかの脱水プラント１０４の故障の場合にＲＡＬＳ１２２、１１８内のスラリの体積を収容するのに十分である。ＲＡＬＳ１１８、１２２内のスラリは、海水のみが海上に排出されるまで、サージタンク、又は振動ふるい及びサージタンクに排出され、海水のみが海上に排出されるようになった時点で、脱水プラント１０４のバイパスが係合して、水は海中リフトポンプ又はＲＡＬＳに循環して戻され／回収機は停止される。
【００４８】
ＰＳＶ１０６は採掘の継続時間にわたってその場所に留まり、全ての採掘、処理及び海上の積載活動を支援し、海底鉱床１１０の安全かつ効率的な採掘、切削された鉱石の海上への回収、処理（処理水を海底に戻すことを含む脱水）、及び脱水された鉱石を輸送荷船１０８に積み下ろしてストックパイリング及び後続の処理設備に更に輸送することを可能にする。船の位置保持能力は、自動船位保持によるものである。代替的な位置保持は、現場の特定の状況に応じて、船を係留するか、又は自動船位保持及び係留の双方の組み合わせによるものであってもよい。
【００４９】
したがって、本実施形態のシステム１００は、定常状態の海底採掘、及び海底塊状硫化物（ＳＭＳ）生産等の回収生産を達成する手段及び方法を提供する。
図２は、単一の共有ストックパイル装置１２４を用いることによって可能となるようなＢＣ１１２、ＡＭ１１６及びＣＭ１１４の同時の動作を示している。ＢＣ１１２及びＡＭ１１６からの切削物は、スラリの形でストックパイルフード１２４内に同時に送達される。図示のように、鉱石の新たなストックパイルは、フード１２４内、及び以前に形成されたストックパイルの上部に積み上げられる。ＣＭ１１４は同時に動作してストックパイルされる切削物を収集し、切削物をスラリの形でＲＴＰ１２０を介してＲＡＬＳ１１８、１２２に送達する。
【００５０】
ＳＴＰ１２８及び１２６は、使用時に図２に示されているような逆懸垂線であろうと、「Ｍ」字形であろうと、あるいは他の形状であろうと、任意の好適な形状をとるように構成することができる。
【００５１】
図３ａ〜図３ｄは、海底ツール１１２のストックパイルホース１２８によって主に決まるシステムの例示的な動作位置を示しており、これらは共にシステム１００の動作範囲を画定する。ＳＴＰ１２８がおよそ３２０ｍの長さを有し、ホースの内径がおよそ４２５ｍｍである場合、フード１２４のストックパイルの現場に対するＢＣ１１２の水平方向の自由な移動は任意の方向に５０ｍ〜２００ｍであり、フード１２４のストックパイルの現場に対するＢＣ１１２の垂直方向の自由な移動は±５０ｍである。図３ａは、フード１２４よりも高いがフード１２４に比較的近い位置にあるＢＣ１１２を示している。図３ｂは、フード１２４よりも低いが依然としてフード１２４に比較的近い位置にあるＢＣ１１２を示している。図３ｃは、フード１２４よりも高いがフード１２４から比較的離れた位置にあるＢＣ１１２を示している。図３ｄは、フード１２４よりも低いが依然としてフード１２４から比較的離れた位置にあるＢＣ１１２を示している。
【００５２】
海底採掘の１つの実施形態では、補助カッタ（ＡＣ）１１６及びバルクカッタ（ＢＣ）１１２の双方が、特定の時点で、採掘エリア内のそれぞれの現場で同時に作業することが可能であり、それぞれが最高３０００ｍ３／時のスラリ流を生産することが望ましい。本発明は、１時間あたり３０００ｍ３をそれぞれ移送することが可能な２つのそれぞれのＲＡＬＳの必要性を回避するという点で重要な利点を提供する。その代わりに、ＡＣ１１６及びＢＣ１１２からのスラリ流は、１つ又は複数の海底ストックパイルフード１２４に送達することができ、単一のＲＡＬＳ１１８、１２２が、１時間あたりおよそ１０００ｍ３のスラリの形のストックパイル鉱石を抽出することができる。比較的狭い海段の採掘地では、ＢＣ１１２及びＡＣ１１６が現場内の移動に起因して連続的には動作しないことが予期され、そのため、ＲＡＬＳ１１８、１２２を低速で毎日長時間動作させることにより、上記ストックパイル１２４を動作上の緩衝装置として機能させながら、現場のスループットを概ね維持できると予測される。
【００５３】
図４は、本発明の実施形態の海底採掘システムの例の上側斜視図を示している。
図５ａ〜図５ｄは、例示的な収集機（ＣＭ）１１４をより詳細に示している。ＣＭ１１４は、クラウンカッタ収集装置５０２、ブーム／ラダー５０４、シャーシ５０６、回転ヨーク５０８、クローラアセンブリ５１０及びリフトポイント５１２を有する。この構成では、クラウンカッタは、岩石ガードとして働く５０ｍｍの吸引ヘッドグリッド、−２ｍ〜５ｍの収集範囲高さ、及び±４ｍの収集範囲幅（８ｍの総幅）を有する。そのようなＣＭ１１４は、本発明において、海底物質をスラリの形でストックパイル装置１２４から及び／又はストックパイル装置１２４に隣接して抽出するのに用いることができる。
【００５４】
図６は、ＣＭ１１４の例示的な浚渫圧送システム６００を示している。浚渫圧送システム６００は、周囲圧力をおよそ１７５０ｋＰａ上回る総出口圧力を生成する３つのポンプ６０２、６０４及び６０６を有する。圧送システム６００は、ライザ移送パイプ（ＲＴＰ）に流体接続されている出口６０８を有する。放出弁６１０が、出口６０８に隣接して設けられており、スラリ流の完全性が損なわれると作動される。特にクラウンカッタ収集機５０２が詰まるか又は閉塞物を有するときにクラウンカッタ収集機５０２を逆洗するのに用いることができる逆洗システム６１０も設けられている。逆洗システム６１０は、希釈システムとしても用いられ、必要に応じて抽出される海底物質を希釈することができる。
【００５５】
図７及び図８は、ストックパイル装置１２４が開口上部を有する沈澱タンク７００であるか又は沈澱タンク７００を少なくとも含む本発明の代替的な実施形態を示している。ＢＣ１１２及び／又はＡＭ１１６からのスラリは、送達入口７０２によってタンク７００の上部に送達される。スラリは通常、最高６０００ｍ３／時で送達され、この速度では、タンクから上方へ出る流量は１２ｍ／時である。この構成では、およそ６９μｍ未満のサイズの粒子は非常にゆっくりと沈殿するためタンクから出るが、およそ６９μｍよりも大きい全ての微粒子は、堆積物７０４内に沈澱する好適な状態を有し、したがって沈澱タンク７００に取り込まれて収容される。
【００５６】
本発明のストックパイルシステムは、代替的な海洋システム設計の一部として用いることができる。例えば、記載した実施形態は海上の船に回収されることになる貴重な海底物質に対処するが、本発明の第１の態様及び第２の態様によると、スラリは単にスラリ入口から離れた現場の所望の位置に送達され、例えば廃棄物を対象の現場から離れた別の海底現場に移すことができる。本発明では、そのようなストックパイル方法に伴う海底物質の二重の取扱いからは様々な費用及び損失が生じることも認識しているが、本システム及び技法を用いることによって、幾つかの海底採掘用途に対する大きな正味の動作上の利点を可能にしながらも、そのような費用及び損失を最小限に抑えることができることが認識されている。
【００５７】
当業者であれば、広範に記載される本発明の主旨又は範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に示されているような本発明に対して多くの変形及び／又は変更を加えることができることを認識するであろう。したがって、本実施形態はあらゆる点において例示的であるものとみなされ、限定的であるものとはみなされない。
【図１】
2014517173.tif 000004
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月8日(2013.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底ストックパイルシステムであって、
スラリをスラリ入口から、前記スラリ入口から離れた所望の位置に位置決めされたスラリ出口まで運ぶ可撓性の移送パイプを備え、
前記スラリ入口はスラリを海底の収集機から受け取り、
前記スラリ出口は、海底の現場において海底に位置付けられる海底ストックパイルフードに取り付けられるとともに、前記スラリを前記海底の現場に送達する、海底ストックパイルシステム。
【請求項２】
前記海底ストックパイルフードは開口底部を有する、請求項１に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項３】
前記海底ストックパイルフードは水を放出可能である、請求項１又は２に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項４】
前記出口は、前記海底の現場において海底に位置付けられる沈澱タンクに取り付けられる、請求項１に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項５】
前記海底の現場において、送達された前記スラリから海底物質を抽出する回収ツールを更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項６】
前記回収ツールは、抽出された前記海底物質を、可撓性のライザ移送パイプを介してライザ・リフトシステムに送達する、請求項５に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項７】
前記ライザ・リフトシステムは、抽出された前記海底物質を前記回収ツールから海上の船に送達する、請求項６に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項８】
２つ以上のスラリ入口が存在し、各スラリ入口はそれぞれ１つの海底の収集機に付随している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項９】
各スラリ入口は関連するスラリ出口を有し、前記スラリ出口は全て前記スラリを同じ海底の現場に送達する、請求項８に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項１０】
前記スラリ入口及び前記出口は互いに対して移動可能である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の海底ストックパイルシステム。
【請求項１１】
海底ストックパイル方法であって、
海底物質をスラリの形で取り込む工程、
取り込んだスラリを、可撓性の移送パイプを通してスラリ出口まで運ぶ工程、及び
前記スラリ出口を、前記スラリ入口から離れた所望の海底の現場に位置付けられた海底ストックパイルフード内に位置決めする工程、及び
前記スラリを前記海底の現場に送達する工程
を含む、海底ストックパイル方法。
【請求項１２】
前記スラリは前記海底ストックパイルフードによって取り込まれて収容される、請求項１１に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１３】
前記海底ストックパイルフードは開口底部を有し、かつ水を放出可能である、請求項１２に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１４】
前記出口は、前記所望の海底の現場において海底に位置付けられる沈澱タンクに取り付けられ、前記スラリは前記沈澱タンクに取り込まれて収容される、請求項１１に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１５】
取り込んだ海底物質を、回収ツールを用いて前記所望の海底の現場から抽出する工程を更に含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１６】
前記回収ツールは、抽出された海底物質を、可撓性のライザ移送パイプを介してライザ・リフトシステムに送達する、請求項１５に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１７】
前記抽出された海底物質を海上の船に送達する工程を更に含む、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の海底ストックパイル方法。
【請求項１８】
海底採掘システムであって、
海底物質をスラリの形で取り込む少なくとも１つの海底ツール、
海底物質をスラリの形で受け取る海底ストックパイルフードであって、前記スラリ中に存在する水の前記フードからの放出を可能にすると同時に、海底の現場において前記スラリ中に存在する海底物質を取り込んで収容する、海底ストックパイルフード、
スラリを前記海底ツールから前記海底ストックパイルフードに運搬する少なくとも１つの可撓性のストックパイル移送パイプ、
前記フードが取り込んだ海底物質を抽出するとともに、前記海底物質を海面に引き上げるライザ・リフトシステムに回収された海底物質を送達する回収ツール、及び
前記海底物質を前記ライザ・リフトシステムから受け取る海上の船
を備える、海底採掘システム。
【請求項１９】
海底採掘方法であって、
少なくとも１つの海底ツールが海底物質をスラリの形で取り込む工程、
海底ストックパイルフードが、前記海底物質をスラリの形で前記海底ツールから受け取るとともに、前記スラリ中に存在する水の前記フードからの放出を可能にすると同時に、海底の現場において前記スラリ中に存在する海底物質を取り込んで収容する工程、
前記フードから海底物質を抽出するとともに、回収された前記海底物質をライザ・リフトシステムに送達する工程、及び
海上の船が前記海底物質を前記ライザ・リフトシステムから受け取る工程
を含む、海底採掘方法。
【国際調査報告】
2014517173.tif 000018
2014517173.tif 000019
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