技术领域
[0001] 本发明涉及深海采矿技术领域，具体为利用深海采矿羽流泥浆作为海底钻井液的联合作业系统。
相关背景技术
[0002] 深海多金属结核开发技术日益成熟，逐步走向大规模商业化开采阶段。目前国际和国内社会都高度重视深海采矿引发的海洋环境污染问题，尤其是采矿车水下作业产生的海底羽流。深海沉积物是颗粒极细的稀软粘土，采矿车行驶和集矿都会破坏沉积物原生结构，导致沉积颗粒悬浮，形成扩散羽流。羽流会污染深海生物的食物来源，使部分滤食性生物窒息，破坏深海生态系统。解决羽流问题是深海采矿商业化的重要研究课题。
[0003] 目前，除了深海中含有大量金属结核等固体矿石外，其海底岩层深处也蕴藏着丰富的气体或液体矿藏，包括海底氢气、石油、天然气等，在开采这些矿藏需要在岩层内部钻井，通过管道采集输送到水上；然而深海钻井导致的环境污染问题和矿田枯竭引发的地质灾害风险问题也不容忽视。
具体实施方式
[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 实施例1：
[0042] 参照附图1和图2，利用深海采矿羽流泥浆作为海底钻井液的联合作业系统，包括安装于海平面上的采集平台1、位于海床上用于对矿石进行收集的采矿车主体2以及通过钻管3在海床上开设的钻井4；
[0043] 采矿车主体2的顶部通过支撑架固定连接有羽流防护罩21，羽流防护罩21上开设有若干个内外连通的通孔22，采矿车主体2上设置有与采集平台1进行连接的矿石收集管道23；
[0044] 通过羽流防护罩21的设置用于将矿石开采过程中所形成的羽流浑浊流体进行包裹，防止出现扩散的现象；通过羽流防护罩21上开设有若干个内外连通的通孔22，便于在抽吸浑浊海水的同时，干净的海水可以通过若干个通孔22进入羽流防护罩21中，保持内外压力平衡，其通孔22中可以设置单向阀，进一步避免罩内的羽流浑浊流体的流出；
[0045] 钻井4的顶部通过回收管5与安设在已开发的矿田上的采集管道6连通，且回收管5上安装有压力泥浆泵7；
[0046] 羽流防护罩21通过絮凝组件8将其内部的浑浊流体进行絮凝处理，并将絮凝成的流泥浆作为钻井液排至到钻井4中；
[0047] 通过将深海多金属结核开采过程中产生的海底羽流收集絮凝后，用作深海氢气、石油、天然气等矿藏开发的钻井液，最后回收钻井液回填至枯竭矿田内；不仅能降低深海采矿和海底钻井的环境影响，还能减小海底矿田枯竭带来的潜在地质危害；
[0048] 使用深海采矿车防护罩，降低了深海采矿羽流外溢风险，通过絮凝和枯竭矿田回填的手段，将羽流封存在控制区域内，不会对海洋环境造成影响，对深海采矿商业化具有促进意义；钻井液回收进一步降低了作业系统对海洋环境的污染风险；
[0049] 通过把深海羽流泥浆液作为海底岩层的钻井液，就地取材，降低了管道运输和整体作业系统能耗；
[0050] 通过将回收后的钻井液回填到枯竭矿藏内，保障岩层压力开采前后的相对平衡，能有效减小矿藏开发带来的地质灾害风险。
[0051] 参照附图1，絮凝组件8包括絮凝罐81，絮凝罐81通过柔性管道82与羽流防护罩21的内部连接，且柔性管道82上安装有抽吸泵83；
[0052] 通过抽吸泵83的设置，用于通过柔性管道82将羽流防护罩21内部形成的浑浊羽流体进行抽吸，并且排至到絮凝罐81中进行絮凝处理。
[0053] 参照附图1和图2，絮凝罐81的絮凝泥浆出口通过泥浆管84与钻管3的内部连接，泥浆管84上安装有第一控制泵85；
[0054] 通过第一控制泵85的设置，用于通过泥浆管84将絮凝罐81絮凝处理形成的高浓度羽流泥浆排至到钻管3中，形成钻孔处理所需的钻井液，在海底岩层的钻孔过程中，把高浓度羽流泥浆作为钻井液，用于携带清除旋转刀头切割而成的岩石碎屑；
[0055] 絮凝罐81的澄清水出口处安装有第二控制泵86；
[0056] 通过第二控制泵86的设置，用于将絮凝罐81絮凝处理后上层位置的澄清水进行导出。
[0057] 参照附图1，采集平台1上安装有絮凝剂储存罐9，且絮凝剂储存罐9通过传输管道10与絮凝罐81的内部连接，传输管道10上安装有压力泵11，絮凝罐81中设置有搅拌组件87；
[0058] 通过絮凝剂储存罐9的设置，用于将羽流浑浊流体进行絮凝处理所需的高浓度絮凝剂溶液进行储存，通过压力泵11的设置，用于控制把絮凝剂储存罐9中的絮凝剂溶剂传输至海底的絮凝罐81中，通过絮凝罐81上的搅拌组件87对其进行搅拌混合，加快絮凝效果；
[0059] 通过深海多金属结核采矿车作业导致沉积物颗粒悬浮，形成浑浊的羽状流，通过羽流防护罩21上的抽吸泵83将浑浊流体抽吸到絮凝组件8；
[0060] 海上作业平台通过管道向絮凝罐81内投加高浓度绿色絮凝剂，通过机械搅拌作用加快羽流絮凝沉降至罐底部；上部分澄清液直接排放到海水中，下部高浓度羽流泥浆用于钻井；
[0061] 在海底岩层的钻孔过程中，把高浓度羽流泥浆作为钻井液，用于携带清除旋转刀头切割而成的岩石碎屑；
[0062] 钻井液回流到海床面后进行回收，通过枯竭矿田已有井道将其注入回填到岩层中，完成羽流收集与处理。
[0063] 实施例2：基于实施例1有所不同的是；
[0064] 参照附图2至图6，搅拌组件87包括固定于絮凝罐81顶部的保护罩871以及转动连接于絮凝罐81顶部的空心管872，空心管872的底端延伸至絮凝罐81的内部，空心管872底端的外表面固定连接有若干个搅拌片873，若干个搅拌片873的内部均开设有分流腔874，且分流腔874均与空心管872的内部连通；
[0065] 保护罩871的内部固定连接有用于对空心管872旋转驱动的驱动件876，传输管道10的底端延伸至保护罩871的内部，且传输管道10的底端固定连接有旋转套875，旋转套875与空心管872的转动连接，且旋转套875与空心管872的内部连通；
[0066] 驱动件876采用现有技术中的电动驱动机构，包括电机、减速机以及两个齿轮组成，用于带动空心管872进行旋转，使得搅拌片873对羽流浑浊流体和高浓度绿色絮凝剂进行搅拌混合，提高其絮凝效率；
[0067] 通过旋转套875的设置，不仅便于传输管道10向空心管872的内部注入絮凝剂，而且不影响空心管872的正常旋转，且可以通过搅拌片873内部的分流腔874将空心管872内部的絮凝剂进行均匀导出，进一步提高了絮凝剂与浑浊流体的接触效果，进一步增加絮凝力度。
[0068] 絮凝罐81的内部固定连接有过滤板811，若干个搅拌片873均位于过滤板811的底部；
[0069] 通过过滤板811的设置，用于将絮凝罐81的内部进行分为两个空腔，不仅可以对絮凝处理后的澄清水进行过滤处理，提高了澄清水的纯净度，而且可以防止搅拌片873在旋转搅拌的过程中，其搅动力对上层的澄清水的扰动影响，进而避免处理后的澄清水出现再次浑浊的问题；
[0070] 絮凝罐81内壁的一侧滑动连接有浮板812，浮板812的底部固定连接有抽液嘴813，抽液嘴813的顶部通过伸缩软管与澄清水出口连接；
[0071] 通过抽液嘴813对澄清水进行抽取导出工作，通过浮板812的设置，用于浮在澄清水的顶部，不仅便于抽液嘴813对不同液面高度的澄清水进行抽取，而且通过采用由上至下的抽取导出工作，进一步避免了絮凝不彻底的液体抽取导流，进一步提高了澄清水的导出效果。
[0072] 实施例3：基于实施例1有所不同的是；
[0073] 参照附图6，絮凝罐81的底部设置为内凹状，且絮凝罐81的底部设置有加压组件88，加压组件88包括固定于絮凝罐81底部的加压筒881，加压筒881的底部的外表面固定连通有若干个抽取管882，若干个抽取管882的一端均与絮凝罐81的底部固定连通，泥浆管84的一端与加压筒881的底部固定连通，泥浆管84和若干个抽取管882上均安装有单向阀门，加压筒881的内部设置有加压件；
[0074] 通过加压件的设置，不仅可以对絮凝于絮凝罐81底部的泥浆水通过若干个抽取管882进行抽取，而且可以对抽取后的泥浆水进行加压处理，使得泥浆水快速通过泥浆管84进行导出，提高了泥浆水导出的流畅性。
[0075] 加压件包括滑动连接于加压筒881内部的活塞板883，活塞板883的顶部固定连接有U型连接架884；
[0076] 通过活塞板883向上的运动，即可通过若干个抽取管882将絮凝罐81底部的高浓度泥浆水进行抽取，配合活塞板883向下的运动，即可对加压筒881内部的泥浆水进行挤压，使得泥浆水快速通过泥浆管84进行导出，提高了泥浆水补给的流畅性；
[0077] 空心管872的底端延伸至加压筒881的内部，空心管872的底端固定连接有往复丝杠885，往复丝杠885的外表面与U型连接架884的内部传动连接；
[0078] 通过空心管872的旋转，可以同步带动往复丝杠885进行旋转，进而可以带动U型连接架884上下往复运动，通过U型连接架884上下的运动，即可带动活塞板883上下运动，进行泥浆水的抽取和加压排出，不仅避免由于泥浆水浓度较高，以至于对管道造成堵塞，影响其泥浆水正常的流动工作，而且充分的对搅拌混合的驱动力进行利用，减少了电动驱动源的使用，提高其絮凝组件8的功能性和实用性。
[0079] 需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0080] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
