Пузырьковая газлифтная система и пузырьковый газлифтный способ

Пузырьковая газлифтная система и пузырьковый газлифтный способ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к пузырьковой газлифтной системе и пузырьковому газлифтному способу для подъема твердого материала или жидкого вещества, таких как песок, осадочные отложения или минералы, со дна глубоководного бассейна, такого как морское дно, дно озера или речное дно, или в грунте, залегающем ниже дна водного бассейна, к месту выше поверхности воды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Газлифтный способ широко применялся для добычи сырой нефти, чтобы эффективно поднимать тяжелую нефть, которая является слегка более легкой по удельному весу, чем морская вода, из подводного нефтяного месторождения, имеющего низкое давление естественного потока. В этом способе газ, имеющий незначительную, и практически пренебрежимо малую, массу, нагнетают в жидкость внутри подъемного трубопровода для снижения давления столба жидкости внутри трубопровода на величину, соответствующую объемному отношению газа, и тем самым создания выталкивающей силы, обусловленной давлением морской воды снаружи подъемного трубопровода, или же пластовым давлением, которое имеет место на нижнем концевом участке подъемного трубопровода. Подтверждено, что пузырьковый газлифтный (в том числе эрлифтный («воздушный подъем») или газлифтный) способ является эффективно применимым даже для минерала или тому подобного, имеющего высокий удельный вес, когда минерал преобразован в форму суспензии, будучи тонко измельченным и смешанным с морской водой или тому подобным.

[0003] В качестве одного примера этого типа, как описанного в Японской публикации патентной заявки № 2005-291171, газлифтный насос пузырьково-струйного типа или тому подобный был предложен для цели создания эффективного устройства, которое способно удалять осадочные отложения, такие как грунт, песок и ил, осевшие и спрессованные на дне моря, озера, на дамбе или в резервуаре для хранения жидкостей, и достигает высокой производительности в прокачивании жидкости. И предложены газлифтный насос пузырьково-струйного типа, включающий эрлифтный подъемный трубопровод (водоотделяющую колонну), через внутренность которого поднимаются вода и воздух, и пузырьково-струйный генератор, предусмотренный на донном участке эрлифтного подъемного трубопровода и предназначенный для выбрасывания струи воды, смешанной с пузырьками.

[0004] В случае суспензии, грунта, песка, ила или тому подобных (далее совокупно называемых суспензией), имеющих гораздо более высокий удельный вес, чем окружающая жидкость (морская вода или вода), пока не закачан значительный объем пузырьков, средний удельный вес смешанной текучей среды из суспензии и газа в трубопроводе не может быть снижен до или ниже удельного веса окружающей жидкости. В этом случае восходящий поток не может быть инициирован внутри подъемного трубопровода, и, следовательно, выталкивающая сила, обусловленная разностью давлений между внутренней и внешней средой, не может быть генерирована на нижнем концевом участке подъемного трубопровода.

[0005] С другой стороны, когда смешанная текучая среда, включающая суспензию и пузырьки, нагнетаемые в подъемный трубопровод в глубоководном районе или в районе с промежуточной глубиной воды, поднимается до мелководного района, пузырьки увеличиваются в объеме по мере снижения давления, но объем жидкости и твердого материала почти не увеличивается. Соответственно этому, объемное отношение пузырьков к смешанной текучей среде возрастает в ускоренном темпе. В результате этого, когда смешанная текучая среда достигает верхнего концевого участка подъемного трубопровода, возникают, например, такие проблемы, что скорость течения восходящего потока становится чрезмерно высокой; и объемное отношение поднимаемого наверх материала к смешанной текучей среде сокращается относительно остальной смеси, что соответственно снижает эффективность подъема, или, в наихудшем случае, делает совершенно невозможным подъем извлекаемого наверх материала. Эти проблемы возникают вследствие того, что соотношение между объемом пузырьков и глубиной воды представляет собой обратно пропорциональное отношение и становится более выраженным, когда становится большей глубина воды, где находится поднимаемый наверх материал. Между тем, в плане вертикального положения внутри подъемного трубопровода, эти проблемы проявляются в наибольшей степени, когда пузырьки поднимаются в мелководный район.

[0006] Например, в случае газлифтного подъема извлекаемого наверх материала с морского дна, находящегося под водой на глубине 100 м, закачанные в нижний концевой участок подъемного трубопровода пузырьки увеличиваются в объеме только в 10 раз на уровне верхнего концевого участка подъемного трубопровода. Однако в случае подъема извлекаемого наверх материала с морского дна, находящегося под водой на глубине 5000 м, пузырьки, закачанные в нижний концевой участок подъемного трубопровода, увеличиваются в объеме не менее чем в 500 раз у верхнего концевого участка подъемного трубопровода. Более конкретно, объем пузырьков, нагнетаемых под водой на глубине 5000 м, увеличивается только на 25%, когда пузырьки поднимаются до уровня глубины воды 4000 м, затем возрастает в 5 раз до глубины воды 1000 м, увеличивается в 50 раз до глубины воды 100 м, и далее возрастает в 500 раз вблизи поверхности воды.

[0007] Здесь приведена оценка для типичной ситуации подъема суспензии, более тяжелой, чем морская вода, в условиях, где объемный расход потока пузырьков жестко задан по соображениям эрозии или тому подобного, до величины объема, при котором эта скорость течения на верхнем конце подъемного трубопровода не может превышать 10 м/с, например, даже когда засасывается только морская вода. В этом случае может быть поднята только суспензия, лишь слегка, на несколько процентов, более тяжелая, чем окружающая морская вода, если отношение пузырьков к смешанной текучей среде на верхнем конце внутри подъемного трубопровода (далее называемое пузырьковым отношением («степенью газирования»)) регулируют на уровне 90% или ниже.

[0008] В дополнение, в случае подъема суспензии с морского дна при глубине воды 1000 м в таких же условиях можно поднять только суспензию, которая тяжелее морской воды не более чем на величину около 20 процентов. По этой причине, чтобы поднять минерал или тому подобный, имеющий высокий удельный вес, отношение морской воды к суспензии необходимо поддерживать на уровне, на котором удельный вес суспензии составляет 1,2 или менее, тогда как суспензия зависает, когда количество содержащихся минералов становится большим. Однако, как правило, затруднительно контролировать смесевое соотношение на такой глубине моря.

[0009] Таким образом, традиционным способом пузырькового газлифта нельзя нагнетать пузырьки в количестве, необходимом для подъема материала, имеющего более высокий удельный вес, чем окружающая морская вода или тому подобная, в глубоководном районе. Это обусловлено тем, что, когда пузырьки, нагнетаемые с нижней стороны подъемного трубопровода, поднимаются в сторону приближения к верхнему концу подъемного трубопровода, объем пузырьков возрастает по существу в обратно пропорциональной зависимости от глубины воды. Поэтому традиционный пузырьковый газлифт имеет тот недостаток, что пузырьковый газлифт не работает вообще, или является малоэффективным, даже если он действует.

ДОКУМЕНТ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0010] Патентный Документ 1: Публикация Японской нерассмотренной патентной заявки № 2005-291171

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеуказанных обстоятельств, и его задачей является создание пузырьковой газлифтной системы и пузырькового газлифтного способа, которые являются эффективными и работоспособными даже в глубоководном районе таким образом, что верхний конец подъемного трубопровода не открыт в атмосферу, но введен внутрь находящейся под высоким давлением герметизированной камеры, чтобы тем самым предотвратить расширение пузырьков и газа, и что на срединном участке подъемного трубопровода в мелководном районе также предусмотрен деаэратор для выведения пузырьков, отделенных центробежной силой, чтобы тем самым сделать более равномерным распределение пузырьков.

[0012] Более конкретно, задача заключается в создании пузырьковой газлифтной системы и пузырькового газлифтного способа для пузырькового подъема целевого материала в форме суспензии или тому подобной, имеющей более высокий удельный вес, чем окружающая морская вода или тому подобная, из глубоководного района. В пузырьковом газлифте, даже если пузырьки нагнетаются в подъемный трубопровод в глубоководном районе или районе с промежуточной глубиной воды, в объеме, эффективном для снижения среднего давления столба жидкости внутри подъемного трубопровода, система и способ способны предотвращать увеличение объема пузырьков в мелководном районе до чрезмерной степени газирования, например, такой как степень, превышающая 90% объема смешанной текучей среды. Здесь мелководный район представляет собой, например, самый верхний участок примерно одной десятой высоты подъемного трубопровода; другими словами, в случае глубины воды 1000 м самый верхний участок составляет около 100 м, то есть участок от 100 м ниже поверхности воды до непосредственной близости к водной поверхности.

[0013] В дополнение, еще одной задачей является создание пузырьковой газлифтной системы и пузырькового газлифтного способа, которые являются применимыми для использования с непрерывным подъемом суспензии, содержащей смесь морской воды и бурового раствора с частицами разнообразных размеров, минерала, измельченного до размера на уровне гальки, или тому подобного. Для этой цели система и способ предотвращают повышение скорости течения до уровня, который может создавать проблему эрозии, даже если удельный вес суспензии снижается до такого же уровня, как морская вода, вследствие уменьшения концентрации твердого материала в суспензии, или, напротив, система и способ предотвращают зависание суспензии, даже если удельный вес суспензии возрастает до степени, близкой к удельному весу самого твердого материала.

[0014] Кроме того, еще одна дополнительная задача состоит в создании пузырьковой газлифтной системы и пузырькового газлифтного способа, в которых для обработки такой суспензии суспензионная система в подъемном трубопроводе или приемное устройство не требуют оснащения вращающимся машинным оборудованием или инструментом, отсечным клапаном, клапаном для регулирования давления, дроссельным клапаном, соплом или тому подобным, которые обусловливают высокую вероятность возникновения отказа вследствие повреждения, разрушения, заедания, заклинивания, или тому подобного.

[0015] Для достижения вышеуказанных задач пузырьковая газлифтная система согласно настоящему изобретению представляет собой пузырьковую подъемную систему для подъема твердого материала или жидкого вещества со дна водного бассейна или из-под дна водного бассейна через подъемный трубопровод до места вблизи поверхности воды, причем пузырьковая газлифтная система предназначена для: нагнетания газа в участок нижней стороны подъемного трубопровода для инициирования подъема газа в форме пузырьков; и, с использованием того эффекта, что пузырьки обеспечивают снижение давления в столбе текучей среды внутри подъемного трубопровода, засасывания поднимаемого материала у нижнего концевого участка подъемного трубопровода и подъема извлекаемого материала к месту выше поверхности воды. В пузырьковой газлифтной системе на верхнем концевом участке подъемного трубопровода предусмотрена находящаяся под давлением камера, и находящаяся под давлением камера создает давление на верхнем участке внутри подъемного трубопровода, чтобы тем самым подавлять увеличение объемного отношения пузырьков к смешанной текучей среде, поднимающейся внутри подъемного трубопровода в мелководный район.

[0016] В этой конфигурации верхний концевой участок подъемного трубопровода не является открытым до атмосферного давления, но вставлен и открыт в находящуюся под давлением камеру, внутренность которой находится под повышенным давлением. В пузырьковом газлифте поднимаемой суспензии, имеющей в 1,5 раза больший удельный вес, с морского дна на глубине воды, например, 5000 м, внутренность находящейся под давлением камеры рассчитана на повышенное давление около 20 атмосфер (2,03 МПа), которое эквивалентно гидравлическому давлению на глубине воды 200 м, то есть 1/25 от 5000 м. При таком регулировании объем пузырьков, нагнетаемых у нижнего концевого участка подъемного трубопровода, возрастает только в 25 раз вблизи верхнего конца подъемного трубопровода, и тем самым расширение пузырьков может быть в значительной степени подавлено по сравнению с увеличением в 500 раз в случае, где верхний конец подъемного трубопровода является открытым при атмосферном давлении.

[0017] Следует отметить, что в этом случае в 200 метрах ниже верхнего конца подъемного трубопровода давление внутри подъемного трубопровода составляет около 25 атмосфер (2,53 МПа), тогда как гидравлическое давление снаружи подъемного трубопровода составляет около 20 атмосфер (2,03 МПа). Такое явление, при котором давление внутри подъемного трубопровода становится выше, чем гидравлическое давление снаружи подъемного трубопровода в мелководном районе, не может возникать без присутствия находящейся под давлением камеры.

[0018] Более того, находящаяся под давлением камера может исполнять функцию сепаратора для отделения газа от суспензии, включающей поднимаемый материал, путем центробежного разделения с использованием скорости потока текучей среды, гравитационного разделения, или тому подобного. Кроме того, в этом случае отделенный газ может быть направлен в компрессор, в то же время будучи все еще сжатым без расширения до атмосферного давления, и затем повторно использован в качестве сжатого воздуха для пузырькового газлифта.

[0019] В дополнение, вышеуказанная пузырьковая газлифтная система дополнительно оснащена деаэратором на срединном участке подъемного трубопровода вблизи верхнего концевого участка. Деаэратор конфигурирован для завихрения смешанной текучей среды внутри подъемного трубопровода, сведения пузырьков и газа в смешанной текучей среде к оси завихрения действием центробежной силы и для выведения пузырька и газа от оси завихрения наружу из подъемного трубопровода.

[0020] В этой конфигурации деаэратор размещают, например, в надлежащем местоположении на глубине воды около 200 м. В этом случае смешанная текучая среда, поднимающаяся вместе с пузырьками внутри подъемного трубопровода, вовлекается в спиральное течение и тем самым завихряется на участке с формой улитки (спиральном участке). Затем пузырьки и газ стягиваются в сторону осевой части завихрения в результате эффекта центробежного разделения под действием центробежной силы, выталкивающей суспензию, содержащую поднимаемый материал в смешанной текучей среде, в сторону наружной стенки, и избыточные пузырьки и газ выводятся наружу из подъемного трубопровода через вытяжную трубу (вентиляционный патрубок), введенную в осевую часть завихрения. Этим путем объем газа может быть сокращен сообразно этой глубине воды. Чтобы эта смешанная текучая среда после сокращения пузырьков могла эффективно поднимать на участке выше деаэратора, суспензию и пузырьки в смешанной текучей среде тщательно перемешивают между собой с помощью статорных лопаток или тому подобного, предусмотренных внутри трубопровода.

[0021] Деаэраторы согласно настоящему изобретению могут быть предусмотрены в двух или более местоположениях на различных глубинах воды, и каждый из них может выполнять деаэрацию (вентиляцию) в малом объеме. При такой конфигурации величина занимаемого пузырьками объема может быть сделана однородной от глубоководного района до мелководного района. Соответственно этому, скорость потока текучей среды делается более равномерной, и может быть доведена до максимума эффективность подъема текучей средой.

[0022] В дополнение, в вышеуказанной пузырьковой газлифтной системе давление, создаваемое в находящейся под давлением камере, регулируют в пределах такого предварительно заданного диапазона давлений, чтобы нагнетаемый объем газа, закачиваемого в нижний участок подъемного трубопровода, не нуждался в динамическом контроле сообразно условиям всасывания, чтобы скорость течения смешанной текучей среды поддерживалась в пределах предварительно заданного диапазона, даже когда засасывается только окружающая вода, и чтобы, даже когда засасывается только поднимаемый материал, проектный верхний предел удельного веса по-прежнему был бы выше, чем удельный вес засасываемого вещества.

[0023] Эта конфигурация позволяет эффективно поднимать извлекаемый материал только в результате того, что: регулируют давление, создаваемое в находящейся под давлением камере, в пределах диапазона давлений, предварительно заданного предварительным компьютерным моделированием или тому подобным, с учетом глубины подъема, удельного веса поднимаемого материала, и тому подобного; и затем корректируют создаваемое в находящейся под давлением камере давление на уровень в пределах диапазона давлений.

[0024] В дополнение, вышеописанная пузырьковая газлифтная система конфигурирована для регулирования давления в находящейся под давлением камере до величины от 1/50 до 1/3, оба значения включительно, или более предпочтительно от 1/50 до 1/10, оба значения включительно, гидравлического давления на нижнем концевом участке подъемного трубопровода. Если это давление составляет менее 1/50, подавление объема пузырьков действием находящейся под давлением камеры является настолько малым, что наличие находящейся под давлением камеры вообще не дает никаких преимуществ. Напротив, если давление составляет больше 1/3, находящаяся под давлением камера должна иметь высокое сопротивление напору, чтобы находящаяся под давлением камера могла бы соответствовать повышенным технологическим требованиям, но нельзя ожидать какого-то улучшения ее подъемной производительности. В дополнение, регулированием верхнего предела на 1/10 может быть сделано низким сопротивление напору, необходимое для находящейся под давлением камеры, приемное устройство может быть в целом сделано компактным, и может быть достигнута достаточная производительность подъема при использовании совместно системы деаэрации, как это требуется.

[0025] Кроме того, вышеописанная пузырьковая газлифтная система рассчитана на рециркуляцию в компрессор отделенного в находящейся под давлением камере газа, в то же время остающегося по-прежнему в сжатом состоянии, для сжатия газа опять в компрессоре, и затем на направление газа к нижней стороне подъемного трубопровода. Эта конфигурация может экономить энергию, необходимую для сжатия.

[0026] Более того, в вышеописанной пузырьковой газлифтной системе ниже по потоку относительно находящейся под давлением камеры предусмотрена одноступенчатая или многоступенчатая (или две или более ступеней) система перелива восходящего потока, каждая ступень которой включает находящийся под давлением контейнер и трубопровод для суспензии, чтобы поддерживать давление в находящейся под давлением камере в пределах проектного диапазона, и каждая ступень системы перелива восходящего потока поддерживает давление на стороне ниже по потоку относительно трубопровода для суспензии в пределах предварительно заданного диапазона давлений (проектного диапазона) путем регулирования давления газонаполненной части находящегося под давлением контейнера, заключающего в себе верхний конец трубопровода для суспензии.

[0027] Суспензия, накопившаяся в нижней части находящейся под давлением камеры, выдавливается давлением внутри находящейся под давлением камеры и перетекает вверх внутри трубопровода для суспензии, предусмотренного в предназначенном для этого находящемся под давлением контейнере на стороне ниже по потоку. Во время протекания вверх внутри этого трубопровода для суспензии давление суспензии падает на величину сообразно столбу, и соответственно этому суспензия подвергается декомпрессии. Давление внутри находящегося под давлением контейнера, заключающего в себе трубопровод для суспензии, поддерживается до определенной степени более низким, чем давление внутри находящейся под давлением камеры, чтобы быть по существу в равновесном состоянии с давлением подвергнутой декомпрессии суспензии.

[0028] После протекания вверх в трубопроводе для суспензии системы перелива восходящего потока суспензия падает вниз в соответствующий находящийся под давлением контейнер, и суспензия, собирающаяся в донной части находящегося под давлением контейнера, выдавливается в еще один находящийся под давлением контейнер, включающий следующий трубопровод для суспензии на стороне ниже по потоку. При повторении этого цикла давление суспензии в конечном итоге снижается до атмосферного давления. В настоящем изобретении суспензионная система в подъемном трубопроводе или в приемном устройстве не нуждается в наличии вращающегося машинного оборудования или инструмента, отсечного клапана, клапана для регулирования давления, дроссельного клапана, сопла или тому подобного, которые обусловливают высокую вероятность возникновения отказа вследствие повреждения, разрушения, заедания, заклинивания или тому подобного в вышеуказанном процессе.

[0029] Кроме того, в вышеописанной пузырьковой газлифтной системе предусматривается соединительный трубопровод, через который газонаполненная часть находящегося под давлением контейнера системы перелива восходящего потока и верхняя часть U-образного сифонного затвора сообщаются друг с другом, и одноступенчатый или многоступенчатый U-образный сифонный затвор с использованием давлений столбов жидкости регулирует давления газонаполненных частей находящихся под давлением контейнеров. С такой конфигурацией рабочее давление в каждом из находящихся под давлением контейнеров, включая трубопроводы для суспензии в системе перелива восходящего потока, может поддерживаться регулированием давления газа в находящемся под давлением контейнере. Регулирование давления газа может быть выполнено с помощью клапана для регулирования давления или тому подобного, предусмотренного в газонаполненной части, но может быть сделано посредством многоступенчатого уплотнения, имеющего число ступеней соответственно числу ступеней системы перелива восходящего потока, и с использованием давлений столбов жидкости. Применение многоступенчатого U-образного сифонного затвора позволяет избежать проблем, какие в противном случае возникали бы при использовании клапана для регулирования давления или тому подобного вследствие, например, поступления песка, грязи, и подобного распыления вроде тумана.

[0030] Вышеописанная конфигурация создает эффект обеспечения непрерывной эксплуатации без технического обслуживания, поскольку рабочее давление может поддерживаться в пределах проектного диапазона, даже когда удельный вес суспензии более или менее варьирует, без необходимости в применении вращающегося машинного оборудования или инструмента, отсечного клапана, клапана для регулирования давления, дроссельного клапана, сопла или тому подобного, которые обусловливают высокую вероятность отказа вследствие закупоривания, вызванного повреждением, разрушением, заеданием, заклиниванием или тому подобным в суспензионной системе.

[0031] Поэтому в случае подъема твердого материала, такого как песок, осадочный материал или минерал, со дна глубокого моря, со дна глубокого озера, со дна глубокой реки, или грунта из-под них, вышеуказанная конфигурация не нуждается в контроле смесевого отношения твердого материала и морской воды в суспензии, который, как правило, считается затруднительным, и способна приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям в отношении размера или твердости частиц твердого материала, содержащегося в суспензии, удельного веса суспензии, и тому подобного.

[0032] Существует потребность в идеальной способности поднимать смешанную текучую среду с нагнетаемым объемом пузырьков, настроенным на фиксированный объем, путем регулирования скорости течения на верхнем конце подъемного трубопровода в пределах проектной максимальной скорости течения, даже когда засасывается только морская вода, и с предотвращением зависания (прекращения подъема) смешанной текучей среды, даже когда засасывается только твердый материал.

[0033] Согласно настоящему изобретению, давление в камере останавливает рост скорости течения, прежде чем станет чрезмерным падение давления, которое по существу пропорционально квадратной степени скорости течения. Поэтому, даже когда засасывается суспензия, удельный вес которой является меньшим проектного, чрезмерного возрастания скорости течения не происходит. Например, в пузырьковом газлифте при подъеме твердого материала, имеющего удельный вес, в два или более раз превышающий удельный вес морской воды, с глубины воды 5000 м, непрерывная эксплуатация может проводиться практически с нагнетаемым объемом пузырьков, настроенным на фиксированный объем, даже если концентрация морской воды в суспензии становится равной 100%, или даже если концентрация твердого вещества в суспензии достигает 100%.

[0034] Кроме того, в вышеописанной пузырьковой газлифтной системе пузырьки или газ, выведенные наружу из подъемного трубопровода деаэратором, вовлекаются в рециркуляцию внутрь находящейся под давлением камеры через трубопровод для транспорта отведенного воздуха, соединенный с вытяжным трубопроводом. Эта конфигурация может экономить энергию, необходимую для сжатия, путем циркуляции в компрессор выведенного газа вместе с газом, отделенным в находящейся под давлением камере, без расширения выведенного газа до атмосферного давления, и повторного использования газа в качестве пузырьков для пузырькового газлифта.

[0035] В дополнение, в вышеуказанной пузырьковой газлифтной системе используют многоступенчатый компрессор для сжатия газа, отделенного в находящейся под давлением камере, и для направления газа опять к нижней стороне подъемного трубопровода, и пузырьки или газ, выведенные в деаэраторе наружу из подъемного трубопровода через вытяжной трубопровод, рециркулируют через соединенный с вытяжным трубопроводом трубопровод для транспорта отведенного воздуха в ступень многоступенчатого компрессора, имеющую более высокое давление, чем давление газа из находящейся под давлением камеры. Эта конфигурация может дополнительно экономить энергию, необходимую для сжатия, благодаря циркуляции в компрессор выведенного газа, удерживаемого при высоком давлении, и повторному использованию газа в качестве пузырьков для пузырькового газлифта.

[0036] Кроме того, вышеуказанная пузырьковая газлифтная система конфигурирована для регулирования выводимого объема над поверхностью воды тем, что предусматривает трубопровод для транспорта отведенного воздуха с клапаном для регулирования давления, дроссельным клапаном, соплом, или тому подобным, выше поверхности воды.

[0037] К тому же дополнительно в вышеописанной пузырьковой газлифтной системе предусмотрен деаэратор в мелководном районе, где давление внутри подъемного трубопровода делают более высоким, чем давление снаружи подъемного трубопровода, благодаря действию находящейся под давлением камеры, и выводят пузырьки или газ в воду снаружи подъемного трубопровода с использованием разности давлений между внутренней и наружной стороной. В этом случае можно обойтись без трубопровода для транспорта отведенного воздуха, протяженного от деаэратора до места над поверхностью воды. Тем самым можно упростить конфигурацию системы.

[0038] Кроме того, в еще одном дополнительном варианте, в вышеуказанной пузырьковой газлифтной системе деаэратор оснащен клапаном сброса давления на вытяжном трубопроводе. Клапан сброса давления срабатывает в ответ на перепад давлений между внутренностью подъемного трубопровода и окружающей внешней средой. Таким образом, деаэратор конфигурирован для корректирования давления внутри подъемного трубопровода посредством регулирования объема, выводимого через клапан сброса давления. В этой конфигурации вытяжной трубопровод деаэратора оснащен клапаном сброса давления, рассчитанным на открывание и закрывание, когда перепад давления между внутренней и наружной стороной подъемного трубопровода достигает давления, например, 5 атмосфер (0,5 МПа), которое эквивалентно его исходному уровню. Даже когда из нижнего участка подъемного трубопровода нагнетается большее количество пузырьков, пузырьки могут быть выведены на глубине, где присутствует деаэратор, прежде чем объем пузырьков станет чрезмерным у верхнего участка подъемного трубопровода, пока разность давлений не снизится до давления 5 атмосфер (0,5 МПа), которое эквивалентно его исходному уровню.

[0039] Другими словами, пузырьки или газ, выведенные из деаэратора, могут быть направлены через трубопровод для транспорта отведенного воздуха (предназначенный для вентиляции трубопровод) на место выше поверхности воды, и выпущены при атмосферном давлении, или выпущены при повышенном давлении внутрь находящейся под давлением камеры, или могут быть направлены в компрессор и использованы повторно. Вместо этого пузырьки или газ могут быть выведены в воду снаружи подъемного трубопровода с использованием явления, в котором давление внутри подъемного трубопровода делают более высоким, чем гидравлическое давление снаружи колонны, причем явление специфично для ситуации, где имеется находящаяся под давлением камера.

[0040] Пузырьковый газлифтный способ согласно настоящему изобретению для достижения вышеуказанных целей представляет собой пузырьковый газлифтный способ, включающий стадии, в которых: устанавливают подъемный трубопровод таким образом, что подъемный трубопровод является протяженным от места вблизи поверхности воды вниз до дна водного бассейна или ниже дна водного бассейна; нагнетают газ в форме пузырьков в нижнюю сторону подъемного трубопровода для инициирования подъема пузырьков; и с использованием того эффекта, что пузырьки обусловливают снижение давления столба текучей среды внутри подъемного трубопровода, засасывают поднимаемый материал, собираемый вокруг нижнего конца подъемного трубопровода, в нижнюю концевую сторону подъемного трубопровода, и поднимают смешанную текучую среду, содержащую поднимаемый материал, к приемному устройству, размещенному у верхнего конца подъемного трубопровода. В этом способе находящаяся под давлением камера, размещенная у верхнего конца подъемного трубопровода, создает давление на верхнем участке внутри подъемного трубопровода.

[0041] Этим способом можно подавить возрастание объемного отношения пузырьков или газа к смешанной текучей среде вблизи верхнего конца подъемного трубопровода. В дополнение, всего лишь регулированием давления, создаваемого находящейся под давлением камерой, без динамического контроля объема нагнетаемого воздуха сообразно условиям всасывания, скорость течения можно регулировать в пределах проектного диапазона, даже когда засасывается только морская вода (удельный вес становится минимальным); или даже когда засасывается только твердый материал, имеющий высокий удельный вес, причем удельный вес засасываемого материала можно контролировать в границах проектного верхнего предела удельного веса.

[0042] В дополнение, в вышеуказанном пузырьковом газлифтном способе деаэратор, предусмотренный на верхней стороне подъемного трубопровода, выполняет деаэрацию удалением части пузырьков или газа в смешанной текучей среде. Кроме того, этим способом можно подавлять увеличение объемного отношения пузырьков или газа к смешанной текучей среде вблизи верхнего конца подъемного трубопровода.

[0043] Соответственно пузырьковой газлифтной системе и пузырьковому газлифтному способу согласно настоящему изобретению, у верхнего концевого участка подъемного трубопровода предусмотрена находящаяся под давлением камера, благодаря чему при пузырьковом газлифте в глубоководном районе на глубине воды, например, в 5000 м, возрастание величины занимаемого пузырьками объема у верхнего концевого участка подъемного трубопровода можно регулировать в пределах нескольких десятков раз, что является практически приемлемым уровнем. Напротив, в традиционном способе пузырьковый газлифт в тех же условиях является по существу невозможным, поскольку на самом деле может быть поднята только текучая среда, слегка более тяжелая в пределах нескольких процентов, чем морская вода, так как объем пузырьков у верхнего концевого участка подъемного трубопровода становится не менее чем в 500 раз больше объема у нижнего концевого участка подъемного трубопровода.

[0044] Этим путем пузырьковая газлифтная система может поднимать извлекаемый материал даже в глубоководном районе, который является гораздо более глубоким, чем в случае традиционного способа, и тем самым может поднимать целевой материал, имеющий более высокий удельный вес. В дополнение, создается эффект, обеспечивающий возможность эффективного подъема путем снижения потери давления, которая по существу пропорциональна квадратной степени скорости течения. Например, сделан возможным с практически достаточной производительностью пузырьковый газлифт текучей среды, имеющей удельный вес, более чем в два раза превышающий удельный вес морской воды, с глубины воды 5000 м.

[0045] Более того, в результате размещения деаэраторов на срединных участках подъемного трубопровода не только верхний концевой участок подъемного трубопровода, но также несколько местоположений в мелководном районе, могут быть устроены как места, где степень газирования достигает максимума. Таким образом, величина объема, занимаемого пузырьками, может быть сделана равномерной по всему подъемному трубопроводу от глубоководного района до мелководного района. В результате этого степень газирования может быть в среднем повышена без увеличения максимальной скорости течения.

[0046] Это делает возможным значительное снижение скорости течения во всем подъемном трубопроводе, в частности скорость течения у верхнего концевого участка подъемного трубопровода, и тем самым резкое сокращение проблемы эрозии. В результате подъемный трубопровод, участок, соединяющий верхний конец подъемного трубопровода с технологическим оборудованием ниже по потоку, и тому подобные, могут быть сформированы с использованием металла, имеющего более низкую твердость, с использованием легковесного материала или коррозионно-стойкого материала, такого как пластик или эластомер, или с использованием снабженного покрытием материала, облицованного материала, материала для регулирования вибраций, гасящего вибрации материала, эластичного материала, способного поглощать энергию деформации, или тому подобного.

[0047] Таким образом, этим создается возможность пузырькового подъема в более глубоководном районе с использованием легковесного подъемного трубопровода, возможность снизить расходы применением недорогого коррозионно-стойкого покрытия или облицовки, и возможность избежать резонанса продольных колебаний с периодами волн, вибраций вихревого происхождения, или тому подобного, путем замены материалов. В дополнение, это также позволяет, например, использовать гибкий подъемный трубопровод или гофрированные трубы, в которых тонкую металлическую пластину применяют на внутренней поверхности, тем самым делая ненужным использование дорогостоящего и сложного натяжного устройства водоотделяющей колонны, телескопического соединения или тому подобного.

[0048] Дополнительно, поскольку скорость течения в подъемном трубопроводе сделана равномерной, эта конфигурация разрешает такие проблемы, как проблема, обусловленная пульсацией потока внутри подъемного трубопровода, проблема изменения режима течения (пузырьковое течение, пробковое течен