CN105637271A - 用于支撑水下结构的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在水底(12)支撑水下结构(10)的系统(20)和相关联方法(100)。系统(20)包括可膨胀容器(22)、可凝结组合物的能沉水式供应装置(24)以及能沉水式输送系统(26)，该能沉水式输送系统可操作成将可凝结组合物从供应装置(24)输送至容器(22)。系统(20)被布置成使得供应装置(24)经受与作用于可膨胀容器(22)的流体静压大约相等的流体静压。

Description

用于支撑水下结构的方法和系统

技术领域

公开了用于支撑水下结构的系统和方法。特别地但非排他地，上述系统和方法适用于在水底支撑水下管道。还公开了用于在上述系统和方法中使用的可凝结组合物。

背景技术

水下管道用于许多不同的目的，包括：传送流体，所述流体例如但不限于油和气体；以及承载通信信道，所述通信信道例如金属缆线和光纤。管道置于水底(例如海床)。当管道横跨海床中已有的凹地时，或者当在管道附近流动的水或水流的作用引起对海床的冲蚀从而导致在管道下方产生洼地或凹地时，可能出现管道的悬跨段。重力趋于将管道推进洼地中或使管道弯曲进入洼地中。另外，水流可能会在管道内引起涡致振动。上述每种情况都对悬跨段具有不良影响，这样的不良影响可能在管道中引起具有潜在灾难性后果的故障。

出于上述原因，定期对水下管道进行检查，以确定洼地的存在和位置。如果检测到洼地，取决于其大小，可以监测该洼地的发展或使其经受补救措施。对于位于小于约200m的水深处的管道，潜水员能在管道下方的洼地中放置袋状物。将灌浆从水面船舶泵送入袋状物中，以填充或装填洼地，并因而支撑管道。通常，潜水员不能在大于200m的深度操作。在这种情况下，使用ROV(遥控潜水器)将袋状物放置在洼地中。但在大于约350m的深度处，出现了另外的技术问题。由于泵必须克服水头(headofwater，水位差)以将灌浆输送至袋状物，因此从水面船舶泵送灌浆在技术上变得较复杂，并且效率较低。因此，在大于约350m的深度处，使用与用于顶起客运公路车辆的机械千斤顶类似的机械千斤顶支撑管道。通过ROV操纵千斤顶进入洼地并进行操作。

以上对背景技术的参照并不表示承认该技术形成本领域技术人员公知常识的一部分。此外，以上参照并不意在限制本文公开的方法和系统的应用。

发明内容

广泛地且大体上公开了一种方法和系统，该方法和系统使得能够通过利用可凝结组合物使可膨胀容器在原位膨胀来支撑水下结构。总体理念是在可膨胀容器和管道附近提供可凝结组合物的供应装置。照此，可凝结组合物可以经受与可膨胀容器中的流体静压基本上相同(但不一定完全相同)的流体静压。这缓解了与大气压力下的材料供应装置和待利用该材料进行膨胀的水下容器之间的静压差相关的技术问题。

在一方面，公开了一种用于在水底支撑水下结构的方法，包括：

在水下结构和水底之间设置可膨胀容器；以及

利用可凝结组合物使所述可膨胀容器膨胀，该可凝结组合物来自可凝结组合物的水下供应装置。

在一个实施例中，使可膨胀容器膨胀包括使可凝结物的供应装置经受与作用于可膨胀容器的流体静压大约相等或基本上相同的流体静压。

在一个实施例中，使可膨胀容器膨胀包括：将输送系统沉入水中，并将输送系统与供应装置相关联，以选择性地使可凝结组合物能够从供应装置输送至可膨胀容器。

在一个实施例中，该方法包括：有效地向供应装置施加轻微超压，使得在供应装置与输送系统之间发生泄漏的情况下，通过轻微超压防止水进入供应装置中或进入用于在供应装置与输送系统之间提供流体连通的管道中。

在一个实施例中，施加轻微超压包括提供大约为1/2巴的超压。

在一个实施例中，该方法包括操作ROV，以远程地使供应装置和容器连接或断开。

在一个实施例中，该方法包括操作ROV，以控制设置在促进供应装置与可膨胀容器之间的流体连接的管道中的一个或多个阀。

在一个实施例中，该方法包括操作ROV，以操作输送系统从而促进可凝结组合物至容器的输送。

在一个实施例中，该方法包括：将供应装置提供为多种混合部分，每种混合部分装盛在单独器皿中，混合部分相协作，使得当混合在一起时，混合部分形成可凝结组合物。

在一个实施例中，该方法包括：在从各个单独器皿去往可膨胀容器的途中使混合部分混合。

在一个实施例中，将多种混合部分提供为第一部分和第二部分，该第一部分包括树脂，该第二部分包括用于使树脂硬化的硬化剂。

在一个实施例中，该方法还包括：将第一部分和第二部分中的一者或两者提供为对应部分与填充物的混合物。填充物可以为颗粒固体材料。

在一个实施例中，该方法包括：产生包括填充物的每种混合部分的再循环流动。

在一个实施例中，设置可膨胀容器包括：设置具有多个彼此叠置且在流体上分离的隔室的可膨胀容器。

在一个实施例中，使可膨胀容器膨胀包括：一个接一个地顺序填充隔室中的每一个。

在一个实施例中，使可膨胀容器膨胀包括：同时填充隔室。

在一个实施例中，输送系统被提供为泵系统。

在一个实施例中，输送系统被提供为蓄能器(accumulator)系统。

在第二方面，公开了一种用于在水底支撑水下结构的系统，包括：

能够设置在水下结构和水底之间的可膨胀容器；

可凝结组合物的能沉水式供应装置；以及

能沉水式输送系统，该能沉水式输送系统能够被操作成将可凝结组合物从供应装置输送到容器中。

在第三方面，公开了一种用于在水底支撑水下结构的系统，包括：

能够设置在水下结构和水底之间的可膨胀容器；

可凝结组合物的水下供应装置；以及

水下输送系统，该水下输送系统能够被操作成将可凝结组合物从供应装置输送至容器。

在一个实施例中，该系统包括压力补偿器，该压力补偿器被布置成在供应装置和输送系统之间作用，以有效地向供应装置提供超压，使得在供应装置与输送系统之间发生泄漏的情况下，通过超压防止水进入供应装置中或进入用于在供应装置与输送系统之间提供流体连通的管道中。

在一个实施例中，供应装置包括至少一个柔韧器皿，该至少一个柔韧器皿被布置成在系统沉入水中时经受流体静压。

在一个实施例中，该系统包括第一柔韧器皿和第二柔韧器皿，并且其中，可凝结组合物包括两种混合部分的混合物，第一部分容纳在第一器皿中，并且第二部分容纳在第二器皿中。

在一个实施例中，系统包括用于混合多种混合部分的混合器。在使用中，混合器可以被配置成按照以体积为基准1:1的比例混合多种混合部分。

在一个实施例中，输送系统包括一个或多个泵。

在一个实施例中，输送系统包括蓄能器。

在又一方面，公开了一种可凝结组合物，该可凝结组合物的抗压强度足以在水底支撑水下结构，可凝结组合物包括多种混合部分的混合物，第一部分包括树脂，并且第二部分包括用于使树脂硬化的硬化剂。

在一个实施例中，环氧树脂可以包括按重量计占总可凝结组合物的15％至25％之间，甚至按重量计占总可凝结组合物的19％至22％之间。

在一个实施例中，硬化剂可以按重量计占总可凝结组合物的最多达10％，甚至按重量计占总可凝结组合物的4％至6％之间。

在一个实施例中，混合物包括以体积为基准比例为1:1的第一部分和第二部分。

在一个实施例中，第一部分和第二部分中的一者或两者还包括填充物。填充物可以按重量计占总可凝结组合物的50％至70％之间，甚至按重量计占总可凝结组合物的55％至65％之间。

在一个实施例中，填充物可以为固体颗粒材料。在具体的实施例中，填充物可以为砂(诸如钛铁矿砂或石榴石砂)。填充物可以具有大于2、优选地至少为3、以及此外至少为3.5的比重。

在另一方面，公开了一种用于在水底支撑水下结构的方法，包括下述步骤：

在水下结构和水底之间设置可膨胀容器；

在与可膨胀容器基本相同的压力下，混合可凝结组合物的多种混合部分，以提供如上述限定的可凝结组合物；

利用可凝结组合物使可膨胀容器膨胀；以及

使可膨胀容器中的可凝结组合物硬化。

在一个实施例中，该方法包括：使可膨胀容器中的可凝结组合物硬化到至少0.5MPa的抗压强度。至少0.5MPa的抗压强度被认为足以使经填充的可膨胀容器承受一个或多个另外叠置的填充有可凝结组合物的可膨胀袋的重量。

在一个实施例中，使容器膨胀的步骤包括：以可凝结组合物的连续层使容器膨胀，以形成多层可凝结组合物的堆叠体，其中在利用可凝结组合物使容器膨胀之前，使前一层能至少部分地硬化，以形成连续层。

在替选实施例中，设置可膨胀容器的步骤包括在水下结构和水底之间设置多个容器中的一个，并且其中，使容器膨胀的步骤包括依次使多个容器膨胀，以形成膨胀后容器的堆叠体，其中在另一容器的膨胀之前，使前一膨胀后容器中的可凝结组合物能至少部分地硬化。

附图说明

尽管存在可能落入发明内容中阐述的方法和系统范围内的任何其他形式，现在仍然将参照附图、通过仅示例的方式来描述具体实施例，附图中：

图1为水底上的水下结构的示意图；

图2为用于在水底支撑水下结构的系统的示意图；

图3为图2所示的系统中包括的可凝结组合物的供应装置的示意图；

图4a为描述利用图2所示的系统在水底支撑水下管道的方法的流程图；

图4b为更详细地描述图4a的流程图所示的方法的流程图；

图5为用于在水底支撑水下结构的系统的第二实施例的示意图；以及

图6为用于在水底支撑水下结构的系统的第三实施例的示意图，该系统结合有混合部分再循环系统。

具体实施方式

图1示出了水体14中位于水底12上的管道形式的水下结构10的一部分。在下文对方法和系统的具体实施例的描述中，结构10将由管道或管线例示。结构10沉入其中的水体14可以为任何水体，包括但不限于大洋、大海、海湾、河流和湖泊。取决于水体14的性质，水底12可以为海床、河床、湖床或其他相应的水下地层。结构在水体14的表面16下方的深度对于本系统和方法的实施例并不重要，该深度范围可以从平均海平面(即，例如在结构跨越海岸线的情况下)至几千米。

在图1中，描绘了位于水底12中的结构10下方的洼地18。洼地18可能是由于结构10附近的水的冲蚀或其他作用和运动形成的。结构10悬跨洼地18。重力作用于结构10(包括悬跨段部分)，从而具有使悬跨段部分弯曲进入洼地18中的趋势。在悬跨段周围经过或流过的水流可能引起涡致振动。

图2为示出了用于在水底12上支撑水下结构10的系统20的示意图。系统20包括可膨胀容器22、可凝结组合物的能沉水式供应装置24和能沉水式输送系统26，该能沉水式输送系统能够被操作成将可凝结组合物从供应装置24输送至容器22。

系统20被布置成使得供应装置24经受与作用于可膨胀容器22的流体静压大约相等的流体静压。更具体地，系统20被布置成使得：在没有其他影响的情况下，容器22和供应装置24经受基本相同的压力。这种情况的出现是由于供应装置24和容器22在使用时处于水体中相同或大约相同的深度，并且供应装置中的材料经受环境流体静压。相应地，当系统20运行时，只需要输送系统26提供足够的水头或压力以将可凝结组合物从供应装置24输送至容器22中。不需要输送系统26克服供应装置24和容器22之间的任何实质性压差。

系统20还可以包括在供应装置24和输送系统26之间作用的可选压力补偿器28。压力补偿器28施加轻微超压。超压仅需使得在供应装置24和泵系统26之间发生泄漏的情况下防止水进入供应装置24就足够了。为了提供此环境，超压可以大约为最高达1巴，在一个示例中可以为约1/2巴。其还可以小于1/2巴。相比之下，当系统20正在运行以使处于例如2000m的深度处的容器22膨胀时，环境压力大约为200巴。

在该实施例中，容器22为袋30形式的，该袋具有多个彼此叠置且在流体上分离的隔室32a和32b。袋30可以以完全塌缩的状态被送至海底12。在替选实施例中，代替具有多个叠置隔室的单袋，可以使用一个或多个单隔室袋。如果需要填充的洼地18的深度超过膨胀后的单隔室袋的高度，则可以层层堆叠多个单隔室袋。

袋30的可塌缩和可膨胀性质是由袋的结构和制作该袋所用的材料产生的。袋30可以由连接在一起的两张或多张薄片(panel)制成，或者甚至是由柔韧不渗液材料制成的单层袋结构。这种材料的示例包括但不限于制造的Hypalon^TM合成橡胶、uPVC或氯丁橡胶。当利用可凝结组合物进行膨胀后，袋30以及每个隔室32a和32b具有大体为长方体的形状。每个隔室32a和32b均设置有独立的通流阀/卸压阀34。阀34可以用于将可凝结组合物(在凝结前)排放至周围环境，以防止袋30在被填充材料时满溢，并使该袋破裂的风险最小化。另外，当正在部署系统20以及正在填充袋30时，阀34是打开的。这样，输送系统26不需要推挤袋30中的真空，也不需要推挤作用于袋30的水头。

各管道36a和36b在一端固定于相应的隔室32a和32b，使得每个隔室可以彼此独立地被填充。每个管道36a和36b均设置有两条单独的供料线。两根供料线38a和40a向管道36a供料；而供料线38b和40b向管道36b供料。每根供料线通过相应的快速连接器42连接至输送系统26。快速连接器42使得管道36能与泵系统26连接和断开，从而使得容器22能与泵系统连接和断开。在管道36a和36b与相应的快速连接器42的中间设置有相应的止回阀44。这些止回阀防止可凝结组合物的逆流。逆流为沿从容器22至输送系统26的方向的流动。

在该实施例中，输送系统26包括两个泵46a和46b。泵46a具有入口48和出口50。出口50被分成两个分支，其中一个分支设置有阀52，另一个分支设置有阀54。阀52能通过对应的快速连接器42连接至供料线38a。阀54能通过对应的快速连接器42连接至供料线38b。

泵46b具有入口56和出口58。出口58向设置有相应的阀60和62的两条支线供料。阀60通过对应的连接器42连接至供料线40a；而阀62通过对应的快速连接器42连接至供料线40b。因此，输送系统26包括：两个泵46a和46b；阀52、54、60和62；以及四个快速连接器42中每一个的一端或一部分。

输送系统26还设置有用以促进ROV与输送系统26的连接的接口面板64，从而使得能够操作输送系统26。接口面板64使航行至海底12的ROV能够通过连接至接口面板64来操纵系统20。例如，ROV可以设置有类似于动力输出装置的液压从动轴或电力从动轴，该液压从动轴或电力从动轴与联接器接合，该联接器驱动所述泵46a和46b。ROV还可以设置有装配多条液压线的连接板，这些液压线可以用于操纵阀52、54、60和62。另外，ROV设置有，可以使快速连接器42连接和断开的臂。

该具体实施例中的供应装置24包括两个器皿66和68，每个器皿容纳可凝结组合物的相应混合部分或组分。因此，在该情况下，可凝结组合物由装盛在器皿66和68中的混合部分的混合物制成。

可凝结组合物包括多种混合部分的混合物，其中第一部分包括树脂，第二部分包括用于使树脂硬化的硬化剂。在一个示例中，可凝结组合物包括具有第一部分和第二部分的两部分环氧树脂体系，其中第一部分为装盛在器皿66中的环氧树脂，第二部分为装盛在器皿68中的硬化剂。在一个实施例中，混合物包括以体积为基准比例为1:1的第一部分和第二部分。

在一个实施例中，环氧树脂包括可交联的环氧聚合物组分，当与可凝结组合物的第二部分结合时，可交联的环氧聚合物组分能够在环境温度下交联或固化。环氧树脂可以按重量计占总可凝结组合物的15％至25％之间，甚至按重量计占总可凝结组合物的19％至22％之间。

环氧树脂是本领域公知的，并且本文中可以使用任何环氧聚合物。环氧聚合物的特征在于包含一个或多个1,2-环氧基团，优选地不止一个1,2-环氧基团，并且环氧聚合物或环氧树脂优选地在环境温度下为液体。环氧树脂一般具有以固体物为基准的环氧当量(EEW)，该环氧当量从约150至约1000，优选地从约150至700。

环氧聚合物可以为饱和的或不饱和的、脂环族的、烯丙基环的或者杂环的，并且可以用诸如卤素原子、羟基和醚基等成分替换。环氧聚合物优选地为双官能的，并且还可以为三官能的或多官能的。

环氧树脂可以按原状使用，可以溶解在合适的溶剂中，或者可以作为已形成在水中或水/助溶剂混合物中的乳化液被采用。本领域技术人员将理解的是，对于固体环氧树脂或特稠环氧树脂来说可能需要溶剂或水/助溶剂混合物。环氧树脂中的环氧基团与硬化剂中的胺氢的比例可以在大范围内变化，该比例将取决于所采用的环氧树脂的性质以及满足可凝结组合物要求所需的性能。

特别地，优选的环氧树脂为聚丙烯酸酯环氧树脂(如，CAS号25068-38-6和CAS号15625-89-5)以及双酚A二缩水甘油醚(CAS号25068-38-6)。

在一个实施例中，硬化剂包括能够使环氧树脂交联的环氧固化剂。硬化剂可以按重量计占总可凝结组合物的最高达10％，甚至按重量计占总可凝结组合物的4％至6％之间。

适合的环氧固化剂可以选自包括聚酰胺-酰亚胺、基于脂肪族和脂环族聚胺的固化剂以及曼尼希碱的组中。作为环氧固化剂的脂肪族胺的说明性示例包括但不限于：二乙基四胺(DETA)、三乙基四胺(TETA)、改性多胺(Ancamine)2758。作为环氧固化剂的脂环族聚胺的说明性示例包括但不限于氨乙基哌嗪。适合的曼尼希碱的说明性示例包括但不限于IpoxChemicals/AmyaAus公司的EH2212。

优选地，可凝结组合物的第二部分在环境温度下为液体。硬化剂可以按原状使用，可以溶解在合适的溶剂中，或者可以作为已形成在水中或水/助溶剂混合物中的乳化液被采用。本领域技术人员将理解的是，在固体硬化剂或特稠硬化剂的情况下可能需要使用溶剂或水/助溶剂混合物。

第一部分和第二部分中的一者或两者还可以包括填充物。在使用时，填充物可以为颗粒固体材料。填充物可以按重量计占总可凝结组合物的50％至70％之间，甚至按重量计占总可凝结组合物的55％至65％之间。

填充物的目的之一是增加输送至袋30的可凝结组合物的比重。可以选择填充物并以一定量提供该填充物，使得可凝结组合物的比重大于1，例如至少为1.2，以及此外至少为1.5。在一个示例中，可凝结组合物的比重可以为从1.8至1.9。

比重大于2、或至少为3、以及此外至少为3.5的填充物是特别优选的。

合适的颗粒固体材料的示例包括：砂，例如但不限于钛铁矿砂或石榴石砂；或滑石粉。一般地，对填充物的颗粒直径大小进行选择，以确保填充物穿过第一部分和第二部分中的一者或两者的良好散布。例如，石榴石砂的平均颗粒直径大小可以为60μm。

当第一部分和/或第二部分包含填充物时，第一部分和/或第二部分还可以包括絮凝剂或防沉剂，以使填充物在器皿66、68中沉淀的风险最小化。防沉剂的合适示例包括但不限于：海藻酸、黄原胶、膨润土粉、固体石腊和Altana的BYKD410。

可替选地或另外地，可以包含再循环系统，以使各混合部分再循环，从而在将混合部分结合在一起之前保持填充物在树脂和/或硬化剂中基本均匀的悬浮。这还具有避免填充物的沉淀或使沉淀最小化的效果。图6中示出了被修改为包括再循环系统的系统20的示例，其将在下文描述。

第二部分还可以包括促进剂，以增加可凝结组合物的固化速率。合适的促进剂的说明性示例包括但不限于：壬基苯酚、氨乙基哌嗪、2,4,6-三-(二甲氨甲基)苯酚和1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯。

可凝结组合物被配制成具有足以在水底12支撑水下结构10的抗压强度。可凝结组合物的抗压强度可以在第28天时或之后大于25MPa。可凝结组合物的抗压强度可以在第28天时或之后至少为27MPa，以及此外在第28天时或之后至少为30MPa。

要理解的是，可以选择填充物并以一定量提供该填充物，使得可凝结组合物具有足以支撑水下结构的抗压强度。

作为指导，可凝结组合物应在30分钟后达到0.5MPa的抗压强度，在24小时内达到5MPa，并且在28天内达到30MPa。该功能要求的原因在于：在一些具有多隔室袋30的实施例中，可以用可凝结组合物依次填充隔室32a、32b，例如，首先填充下隔室32a、然后填充上覆隔室32b。可能需要隔室32a在30分钟后实现至少0.5MPa的抗压强度，以足以在隔室32b被填充可凝结组合物时承受该隔室32b的重量。因此，可凝结组合物需要相对快速地凝结。另一方面，可凝结组合物也不应过快地凝结，这是因为在如下所述的那样使第一部分和第二部分混合后，可能难以将可凝结组合物相继地泵送到隔室32a、32b中。如前所述的那样代替多隔室容器30，可以使用多个单隔室容器30，它们彼此堆叠以有效地装填洼地18。在这种情况下，容器30可以被一个接一个地顺序地填充有可凝结组合物，但在使另一容器膨胀之前，使前一膨胀后容器中的可凝结组合物能至少部分地硬化。

器皿66和68可以包括柔韧的囊状物或袋状物，该囊状物或袋状物也经受流体静压。器皿66和68可以装盛在中型散装集装箱(IBC)70中(还参见图3)。IBC70可以设置有孔或是敞开的，以使水体14中的水能作用于器皿66和68。

当系统20在使用中使容器22膨胀时，通过相应的泵46a和46b泵送来自器皿66和68的混合部分，并且每种混合部分将流过管道36a和36b。为了确保混合部分在进入容器22之前进行混合，在管道36a和36b中分别设置有混合室78a和78b。混合室78a接收并混合下述混合部分：(a)来自器皿66的混合部分，该混合部分由泵46a泵送并通过供料线38a运送；以及(b)来自器皿68的混合部分，该混合部分由泵46b泵送并通过供料线40a运送。然后，经混合的混合部分构成可凝结组合物，该可凝结组合物流过管道36a到达容器22，特别地到达隔室32a。

在经过管道36b进入容器22(特别地进入隔室32b)之前，来自器皿66和68的混合部分还在混合室78b中进行混合。在这种情况下，来自器皿66的混合部分由泵46a泵送，并通过供料线38b行进至混合室78b；而来自器皿68的混合部分由泵46b泵送，并流过供料线40b到达混合室78b。

压力补偿器28连接在供应装置24和输送系统26之间。更特别地，压力补偿器28接至供应线72和74，其中供应线72从器皿66通向泵46a的入口48，供应线74从器皿68通向泵46b的入口56。

在使用系统20之前，使IBC70装载有器皿66和68、容器22、输送系统26、压力补偿器28和接口面板64。此时，系统20完全接通，使得：供料线38a、38b、40a和40b通过快速连接器42连接至泵系统26的出口端；器皿66和68连接至输送系统26的入口侧；以及容器22接至管道36a和36b。然后，容纳于IBC70中的系统20在船舶中航行至部署地点。

现在将参照图4a和图4b所示的流程图描述系统20的使用方法100。图4a非常宽泛地描绘了支撑水下结构10的方法。在其最宽泛、最简单的形式中，方法100包括：第一步骤102，在水下结构10和水底12之间设置容器22；以及第二步骤104，用来自可凝结组合物的水下供应装置24的可凝结组合物使可膨胀容器22膨胀。

图4b以扩展的或更详细的方式描绘了步骤102和104。步骤102自身包括两个子步骤106和108。步骤106要求将容器22从船舶沉至海底12。这一步骤通过利用例如绞车或吊车将IBC70从船舶下降至海床12来实现。要注意的是，IBC70包含系统20的所有部件，因此所有部件同时沉入。一旦IBC70到达海床12，因此容器22也因此到达海床，在步骤108中，ROV航行至海床，以定位IBC70和容器22。操作ROV(从水面船舶对该ROV进行远程控制)以抓取容器22并将容器22安装在管道10的悬跨段下方的洼地18中。此时完成了所要求的在结构10下方设置容器22的步骤。

使容器22膨胀的步骤104包括使供应装置24和泵系统26下降或沉入的初始步骤110。如上所说明的，供应装置24和输送系统26(甚至压力补偿器28)连同容器22一起装盛在IBC70中。因此，步骤110实际上与步骤106同时完成。这在图4b中用连接线111表示。通过将供应装置24沉至海床12并且使其位于相对靠近容器22的位置，供应装置24且特别是装盛在器皿66和68中的混合部分经受与容器22基本上相同的流体静压。

为了简化系统20的使用，供应装置24通过管道36a和36b以及快速连接器42预先连接至输送系统26和容器22。使容器22膨胀的步骤中的下一阶段是步骤112，在该步骤中，ROV与接口面板24联接。随后在步骤114中，远程操作ROV以打开阀52、54、60和62或以其他方式控制这些阀，并操作泵46a和46b。如果需要向混合室78a和78b提供动力，ROV还通过接口面板24连接至上述混合室。但如果混合室为静态混合器，则不需要该步骤。此外，ROV可以操纵阀52、54、60和62，以使单独的隔室32a和32b依次或同时地膨胀。

一旦容器22已经膨胀，在步骤116中操作ROV以断开快速连接器42。之后，装有器皿66和68、输送系统26以及压力补偿器28的IBC70可以返回船舶。同样地，ROV可以返回至同一船舶或另一船舶。

如果需要通过使用彼此相邻设置或近邻设置的两个或更多个容器22来支撑结构10，则IBC70可以在沉入之前装载第二容器或更多个容器22。第一容器(即，预先连接至供应装置24和输送系统26的容器)以上述方式进行设置和膨胀。之后，第二容器和所有其他的后续容器22可以依次以与上述方式基本相同的方式进行设置和膨胀，唯一的区别在于，这是在第一容器22的膨胀之后进行的，操作ROV以将快速连接器42与最先膨胀的容器22断开，并通过快速连接器42与第二容器(和任何其他的容器)22建立新的连接。

尽管已描述了用于支撑水下结构的具体系统和方法，应当理解的是，上述系统和方法可以以很多其他形式实施。例如，容器22可以包括单室袋。可替选地，容器22可以包括两个以上的室。在存在两个以上的室的情况下，需要对输送系统26进行改进，以使得能够对室进行独立填充。这需要具有类似于阀52、54、60和62的对应阀的额外供料线。

图5描绘了又一实施例的用于在水底12支撑水下结构10的系统20'。系统20'与系统20中的特征相同的所有特征均用相同的附图标记标示。功能类似但结构不同的特征用相同的附图标记标明，但增加上撇号(')。

系统20'与系统20的区别仅在于供应装置24'的构造以及输送系统26'的结构。在该实施例中，供应装置24'包括单独的器皿，每个器皿均包含用于装盛可凝结组合物的混合部分的柔韧袋66和68。然而，此外，器皿66和68容纳在刚性壳体88中，该刚性壳体还容置相应的活塞90。活塞90被布置成向器皿66和68施加压力，从而使混合部分最终流过供料线38a、38b、40a、40b，随后流过管道36a和36b而分别进入可膨胀容器22的隔室32a和32b。

刚性壳体88设置有开口92，以确保器皿66和68经受与容器22基本上相同的流体静压。活塞90由装盛在蓄能器26'中的压缩流体(方便地，为空气)操作。蓄能器26'通过供料线94和阀96连接至各壳体88且连接至各活塞90的与器皿66和68相反的一侧上。阀96通过接口面板64'上的连接端口97由ROV远程操作。接口面板64'还包括用以使ROV能对蓄能器26'充电的连接端口99。

压力补偿器28连入在阀96下游的供料线94中，以向活塞90(并因而向器皿66和68)施加较小的超压。该超压与上文关于图2所示的实施例描述的超压大约相同，即，约1/2巴。该超压将确保在器皿66和68以及阀52、54、60和62之间发生泄漏的情况下，没有水进入系统20'的这一部分。而且，在该实施例中，混合室78a'和78b'为静态螺旋混合管的形式。

系统20'的功能和操作与上文所述的系统20实质上相同。当前唯一的实质区别在于，ROV并非如系统20中一样向泵46a和46b施加转矩或动力，而是控制阀96以使蓄能器26'中的压力作用于活塞90，从而将可凝结组合物的混合部分输送到容器22中。在该实施例中，ROV以与第一实施例相同的方式操作阀52、54、60和62，并能够根据需要连接或断开快速连接器42。

系统20’还可以使用或结合下述技术，这样的技术与上面针对系统20所描述的那些技术类似，用以使填充物在器皿66中沉淀的风险最小化。这些技术包括向填充物添加絮凝剂或反相分离系统或者将再循环系统接入系统20'，以保持填充剂在树脂中基本均匀的悬浮。

图6为又一实施例的用于在水底12支撑水下结构10的系统20″的示意图。系统20″与实施方式20和20′中的特征相同的所有特征均用相同的附图标记标示。功能类似但结构不同的特征用相同的附图标记标明，但增加双上撇号(″)。

系统20″包括两个器皿66″和68″，以用于装盛第一和第二混合部分。器皿66″和68″形成有刚性壁，并在其各自上端具有相应的压力补偿隔膜120。压力补偿隔膜120通过形成每个器皿的上壁122中的孔或开口(未示出)经受环境流体静压。隔膜120维持器皿内相应的过量混合部分与外部环境之间的流体分离。隔膜120可以由与上述容器30相同的材料制作。隔膜120被形成为处于一定的形状和构造，使得隔膜能够将环境流体静压传输至其器皿中的相应混合部分。这可以通过下述方式实现：例如，使隔膜120的形状和构造形成为使得隔膜实质上内衬于其相应器皿的内部。因此，当器皿被填满时，隔膜120将处于相应器皿的顶部附近，并形成有多个折叠部。

系统20″结合有用于器皿66″的再循环系统124a和用于器皿68″的再循环系统124b。当各器皿中的混合部分包括填充物时，优选地包括相应的再循环系统。然而，如果混合部分中的一个不包括填充物，则可能不需要相应的再循环系统。在此实例中，假设器皿66″和68″中的混合部分两者均包括填充物。

再循环系统124a包括在器皿66″的底端处的螺旋钻126a。螺旋钻126a与泵46a流体连通。泵46a具有向阀52″供料的相对端。阀52″控制材料流过再循环线128a或供料线38″。供料线38″与静态混合器78″流体连通。静态混合器78″转而通过阀130a和130b分别与管道36a和36b流体连通。

再循环系统124a通过如下方式运行：使器皿66″内的混合部分沿着从器皿66″通过管道128a、泵46a和螺旋钻26a再返回到器皿66″中的方向进行再循环。为了实现该再循环流动，由ROV移动或操作阀52″以切断与供料线38a″的连通。通过再循环流动，引起包括填充物的混合部分在器皿66″内沿向上的方向流动。

再循环系统124b在结构和操作两者上均与系统124a相同。在使用时，系统124b使得器皿68″内的混合部分能够进行从器皿68″的上部通过螺旋钻126b返回到器皿68″的下端的再循环。

当需要操作系统20″填充容器30时，泵46a和46b的方向反转，并且相应的阀52″和60″移动，使得分别来自器皿66″和68″的混合部分流过供料线38a″和38b″到达静态混合器78″。第二混合器78″使混合部分混合，并形成合适的化合物。然后，通过操作阀130a和130b将合适的化合物引导至容器30。

在任一系统实施例中，可凝结组合物可以为自凝结材料或自固化材料的形式，例如为可以装盛在每个器皿66或68中的灌浆或水泥。这简化了系统20/20'/20″，因为无需在使容器30膨胀之前混合两种单独的物质。然而，灌浆或水泥的凝结的时间可能比树脂的凝结时间长。

现在将描述可凝结组合物的非限制性示例。

示例

表1-3给出了用于器皿66和68的混合部分在代表性的质量和体积比例方面的三个示例，这些示例共同形成可凝结组合物的实施例。

表1

表2

表3

在表中：

填充物为石榴石砂；

防沉剂的示例为由Altana供应的BYKD410；

曼尼希碱为硬化剂/固化剂，示例为由IpoxChemicals/OmyaAus供应的EH2212；

NP是壬基苯酚，一种促进剂；

AEP是氨乙基哌嗪。

本领域技术人员要理解的是，在不偏离本发明的宽泛描述的精神或范围的情况下，可以对具体实施例中所示的本发明做出许多变型和/或修改。因此，本发明实施例在各方面均被视为说明性的，并非限制性的。

在所附权利要求和上述说明书中，除非上下文要求，否则由于语言表达或必然含意，词语“包括(comprise)”及其变型(诸如“包含(comprises或comprising)”)均以包容的含义使用，即，指明本文公开的系统和方法的各实施例中存在所陈述的特征，但不排除其他特征的存在或添加。

Claims (42)

1.一种用于在水底支撑水下结构的方法，包括：

在水下结构和水底之间设置可膨胀容器；以及

利用可凝结组合物使所述可膨胀容器膨胀，所述可凝结组合物来自所述可凝结组合物的水下供应装置。

2.根据权利要求1所述的方法，包括使所述可凝结物的供应装置经受与作用于所述可膨胀容器的流体静压大约相等或基本相同的流体静压。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，使所述可膨胀容器膨胀包括：

将输送系统沉入水中，并将所述输送系统与所述供应装置相关联，以选择性地使所述可凝结组合物能够从所述供应装置输送至所述可膨胀容器。

4.根据权利要求3所述的方法，包括：

有效地向所述供应装置施加轻微超压，使得在所述供应装置与所述输送系统之间发生泄漏的情况下，通过所述轻微超压防止水进入到所述供应装置中或进入到在所述供应装置与所述输送系统之间提供流体连通的管道中。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，施加轻微超压包括提供大约为1/2巴的超压。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括：

操作ROV，以远程地使所述供应装置和所述容器连接或断开。

7.根据权利要求6所述的方法，包括：

操作所述ROV，以控制设置在促进所述供应装置与所述可膨胀容器之间的流体连接的管道中的一个或多个阀。

8.根据权利要求6或7所述的方法，包括：

操作所述ROV，以操作所述输送系统从而促进所述可凝结组合物至所述容器的输送。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，包括：

所述供应装置设置有多种混合部分，每种混合部分装盛在单独器皿中，所述混合部分相协作，使得当混合在一起时，所述混合部分形成所述可凝结组合物。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：

在从预期的单独器皿至所述可膨胀容器的途中使所述混合部分混合。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，其中，所述多种混合部分被提供为第一部分和第二部分，所述第一部分包括树脂，所述第二部分包括用于使所述树脂硬化的硬化剂。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

将所述第一部分和所述第二部分中的一者或两者提供为对应部分与填充物的混合物。

13.根据权利要求12所述的方法，包括：

产生包括填充物的每种混合部分的再循环流动。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，设置所述可膨胀容器包括：

设置具有彼此叠置且流体隔离的多个隔室的可膨胀容器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，使所述可膨胀容器膨胀包括：

一个接一个地顺序地填充所述多个隔室中的每一个。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，使所述可膨胀容器膨胀包括：

同时填充所述多个隔室。

17.根据权利要求3至16中任一项所述的方法，其中，所述输送系统被设置为泵系统。

18.根据权利要求3至16中任一项所述的方法，其中，所述输送系统被设置为蓄能器系统。

19.一种用于在水底支撑水下结构的系统，包括：

能够设置在水下结构和水底之间的可膨胀容器；

可凝结组合物的能沉水式供应装置；以及

能沉水式输送系统，所述能沉水式输送系统能够被操作成将可凝结组合物从所述供应装置输送到所述容器中。

20.一种用于在水底支撑水下结构的系统，包括：

能够设置在水下结构和水底之间的可膨胀容器；

可凝结组合物的水下供应装置；以及

水下输送系统，所述水下输送系统能够被操作成将可凝结组合物从所述供应装置输送至所述容器。

21.根据权利要求19或20所述的系统，包括压力补偿器，所述压力补偿器被布置成在所述供应装置和所述输送系统之间作用，以有效地向所述供应装置提供超压，使得在所述供应装置与所述输送系统之间发生泄漏的情况下，通过所述超压防止水进入到所述供应装置中或进入到在所述供应装置与所述输送系统之间提供流体连通的管道中。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的系统，其中，所述供应装置包括至少一个柔韧器皿，所述至少一个柔韧器皿被布置成在所述系统沉入水中时经受流体静压。

23.根据权利要求22所述的系统，包括第一柔韧器皿和第二柔韧器皿，并且其中，所述可凝结组合物包括两种混合部分的混合物，第一部分容纳在所述第一器皿中，并且第二部分容纳在所述第二器皿中。

24.根据权利要求19至23中任一项所述的系统，其中，所述输送系统包括一个或多个泵。

25.根据权利要求19至23中任一项所述的系统，其中，所述输送系统包括蓄能器。

26.一种可凝结组合物，所述可凝结组合物的抗压强度足以在水底支撑水下结构，所述可凝结组合物包括多种混合部分的混合物，第一部分包括树脂，并且第二部分包括用于使所述树脂硬化的硬化剂。

27.根据权利要求26所述的可凝结组合物，其中，所述树脂包括环氧树脂。

28.根据权利要求27所述的可凝结组合物，其中，所述环氧树脂按重量计占总可凝结组合物的15％至25％之间。

29.根据权利要求28所述的可凝结组合物，其中，所述环氧树脂按重量计占总可凝结组合物的19％至22％之间。

30.根据权利要求26至29中任一项所述的可凝结组合物，其中，所述硬化剂按重量计占总可凝结组合物的最高达10％。

31.根据权利要求30所述的可凝结组合物，其中，所述硬化剂按重量计占总可凝结组合物的4％至6％之间。

32.根据权利要求26至31中任一项所述的可凝结组合物，其中，所述第一部分和所述第二部分中的一者或两者还包括填充物。

33.根据权利要求32所述的可凝结组合物，其中，所述填充物按重量计占总可凝结组合物的50％至70％之间。

34.根据权利要求33所述的可凝结组合物，其中，所述填充物按重量计占总可凝结组合物的55％至65％之间。

35.根据权利要求32至34中任一项所述的可凝结组合物，其中，所述填充物为固体颗粒材料。

36.根据权利要求35所述的可凝结组合物，其中，所述填充物为钛铁矿砂或石榴石砂。

37.根据权利要求26至36中任一项所述的可凝结组合物，其中，所述混合物包括体积基准比例为1:1的所述第一部分和所述第二部分。

38.根据权利要求26至37中任一项所述的可凝结组合物，其中，所述可凝结组合物的抗压强度在第28天时或之后大于25MPa。

39.一种用于在水底支撑水下结构的方法，包括下述步骤：

在所述水下结构和所述水底之间设置可膨胀容器；

在与所述可膨胀容器基本相同的压力下，将可凝结组合物的多种混合部分混合，以提供如权利要求26至38中任一项所限定的可凝结组合物；

利用所述可凝结组合物使所述可膨胀容器膨胀；以及

使所述可膨胀容器中的所述可凝结组合物硬化。

40.根据权利要求39所述的方法，包括：

使所述可膨胀容器中的所述可凝结组合物硬化到至少0.5MPa的抗压强度。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，使所述容器膨胀包括：

以所述可凝结组合物的连续层使所述容器膨胀，以形成多层所述可凝结组合物的堆叠体，其中在利用所述可凝结组合物使所述容器膨胀之前，使前一层能至少部分地硬化，以形成连续层。

42.根据权利要求40所述的方法，其中，设置所述可膨胀容器包括在所述水下结构和所述水底之间设置多个容器中的一个，并且其中，使所述容器膨胀包括依次使所述多个容器膨胀，以形成膨胀后容器的堆叠体，其中使前一膨胀后容器中的所述可凝结组合物能在另一容器的膨胀之前至少部分地硬化。