CN117396649A - 海底锚具安装系统 - Google Patents

Abstract

各个方面包括用于将锚固元件装固至海床的装置、系统和方法。方法可使用海底锚具安装系统，其可包括海底灌浆供应组件。海底灌浆供应组件可包括可变容积灌浆储存室、桨叶和海底灌浆泵。可变容积灌浆储存室可构造成将干灌浆输送至海床。可变容积灌浆储存室可包括水注射端口，其构造成接收水用于在海床上与干灌浆混合。可变容积灌浆储存室还可构造成在注射水时，从塌缩构造扩张。

Description

海底锚具安装系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年3月12日提交的标题为“Remote Anchorage InstallationSystem”的美国临时专利申请No.63/160,385的优先权的权益，该申请的全部内容由此出于所有目的通过引用来并入。

背景技术

将物体锚固和系泊至海床的传统方法包括大且重的锚或桩以提供约束物体所需的强度。这些锚固和系泊系统既提供压载物以克服物体的浮力，又提供侧向稳定性以在动态水域中维持物体在海床上的位置以克服波浪和水流。这些锚固和系泊系统当前遍及海洋建筑行业使用，该海洋建筑行业包括浮动和水下海洋可再生能源系统、海上管道、海上结构(包括针对石油和天然气工业)以及海底基础设施。

传统锚固和系泊系统的缺点包括这些系统的成本和大小、所需的支持设备以及安装的环境影响。建造和安装大型锚和系泊用具的成本为高的，并且经常涉及海上开发成本的大部分。许多传统锚固和系泊系统的大小和重量需要大型支持船只和专用设备来输送和安装它们。遍及海洋建筑行业，此类支持设备的可用性经常是有限且合乎需要的，这倾向于提高项目成本并且可引起延误。这些系统中的许多的安装需要海床上的大区域的疏浚，其对周围水域造成环境危害。

微型桩是小型、轻质且坚固的基础支承的备选方案。在安装在地面或海床中之前，微型桩形成为具有构造成填充有灌浆的中空环带。针对海底应用安装微型桩通过使用装备用于海底使用的钻机来完成。这些系统从水面船只配置，但是需要附加的支持设备和材料利用钻机发送至海床，并且典型地需要潜水员支持。用于安装微型桩的灌浆在水面支持船只上混合，并且从水面支持船只泵送至海底钻机，以利用灌浆填充微型桩。

发明内容

各种实施例包括用于将锚固元件装固至海床的海底锚具安装系统。海底锚具安装系统可包括海底灌浆供应组件，其包括可变容积灌浆储存室、桨叶和海底灌浆泵。可变容积灌浆储存室可构造成将干灌浆输送至海床。可变容积灌浆储存室还可构造成从塌缩构造扩张。可变容积灌浆储存室可包括水注射端口，其构造成接收水用于与干灌浆混合。桨叶可设置在可变容积灌浆储存室中。桨叶可构造成将干灌浆和通过水注射端口接收的水混合成灌浆混合物。海底灌浆泵可构造成将灌浆混合物从可变容积灌浆储存室泵送出到海床处的锚固元件中。

在一些实施例中，可变容积灌浆储存室可包括上区段和下区段。上区段可形成有柔性囊，并且下区段可形成有刚性侧壁，其中上区段和下区段中的仅上区段构造成扩张和收缩。海底灌浆供应组件可进一步包括构造成驱动桨叶的混合马达。

在一些实施例中，海底锚具安装系统可进一步包括海底钻机。海底钻机可包括钻桅、钻头和羽流罩。钻桅可构造成升高至选定的钻取角度。钻头可联接于钻桅。钻头可构造成将锚固元件在钻取位置处钻取到海床中。羽流罩可联接于钻头。羽流罩可构造成收集与将锚固元件钻取到海床中相关联而生成的沉积物。

在一些实施例中，海底锚具安装系统可进一步包括羽流捕获组件。羽流捕获组件可包括喷射器、水过滤器和水泵。喷射器可构造成去除从锚固元件的钻取位置冲走的沉积物颗粒。水过滤器可构造成从水流去除沉积物和颗粒。水泵可构造成引导水流穿过水过滤器。

在一些实施例中，干灌浆可与来自海底灌浆供应组件周围水域的海水混合。备选地，干灌浆可与从海底容器供应的淡水混合。海底灌浆供应组件可耐受五十米或更深的海洋深度并在该海洋深度处操作。海底灌浆供应组件可构造成在海床处自推进。例如，海底灌浆供应组件可构造成使用马达和踏板或轮使自身沿海床移动。备选地或另外，海底灌浆供应组件可构造成使用推进器和浮力控制器来推进自身。

各种实施例包括一种将锚固元件安装在海床中的方法。方法可包括在可变容积灌浆储存室中将干灌浆输送至海床。干灌浆可在可变容积灌浆储存室内在海床处维持干燥。方法还可包括在海床处的可变容积灌浆储存室内混合干灌浆和水以形成灌浆混合物。另外，方法可包括将灌浆混合物从海床处的可变容积灌浆储存室泵送至钻取位置处的海底钻机。

在一些实施例中，方法可进一步包括使可变容积灌浆储存室扩张，并且将水注射到扩张的可变容积灌浆储存室中。在一些实施例中，注射的水可为来自海床处的钻取位置周围的区域的海水。在一些实施例中，注射的水可为不同于海水的淡水。在一些实施例中，在灌浆混合物从可变容积灌浆储存室泵送出时，可变容积灌浆储存室可收缩。

在一些实施例中，方法可进一步包括在钻取位置处将锚固元件钻取到海床中至选定深度。响应于将锚固元件钻取至选定深度，将灌浆混合物从海床处的可变容积灌浆储存室泵送至钻取位置处的海底钻机可包括将灌浆混合物泵送至锚固元件。在一些实施例中，方法可进一步包括将套管插入到海床中。因此，将锚固元件钻取到海床中可响应于将套管插入到海床中。锚固元件可插入穿过待钻取到海床中的套管。

附图说明

并入在本文中且构成本说明书的部分的附图示出各种实施例的实例方面，并且与以上给出的大体描述和下面给出的详细描述一起，用于阐释权利要求的特征。

图1A和图1B是根据各种实施例的海底锚具安装系统的示意图。

图1C是根据各种实施例的插入到海床中的套管中的锚固元件的近视图。

图2A是根据各种实施例的海底灌浆供应组件的等距视图。

图2B是根据各种实施例的图2A的海底灌浆供应组件的俯视图。

图2C是根据各种实施例的图2A和图2B的海底灌浆供应组件的正视图。

图2D是根据各种实施例的图2A-2C的海底灌浆供应组件的后视图。

图2E是根据各种实施例的图2A-2D的海底灌浆供应组件的左视图。

图2F是根据各种实施例的图2A-2E的海底灌浆供应组件的部分的截面仰视图。

图3是根据各种实施例的具有部分透明的可变容积灌浆储存室的海底灌浆组件的正视图。

图4A-4C是可变容积灌浆储存室的截面视图，其示出根据各种实施例的囊扩张和灌浆混合过程。

图5是根据各种实施例的移动式海底锚具安装系统的侧视图。

图6是根据各种实施例的另一个移动式海底锚具安装系统的侧视图。

图7是根据各种实施例的将微型桩安装在海床中的方法的工艺流程图。

图8是根据各种实施例的供应海底灌浆的方法的工艺流程图。

具体实施方式

将参照附图详细描述各种实施例。只要有可能，相同的附图标记将遍及附图用于指代相同或相似的部分。提及特定实例和实施是出于说明性目的，并且不旨在限制权利要求的范围。

本文中描述的各种实施例涉及海底锚具安装系统和方法，并且更具体地涉及打微型桩和海底灌浆混合和泵送，其与现有安装方法相比可降低成本。特别地，各种实施例包括允许干灌浆和水在钻取位置处或附近在海床上混合的硬件。定制的储存室可防止干灌浆在其利用海底钻机输送至海底时与水混合。一旦海底钻机定位在钻取位置处，控制系统可将海底钻机的钻桅升高并定位在期望的钻取角度处。接着，海底钻机可开始使用锚固元件(例如，微型桩)钻取到海床中，同时利用水、浆料或其它流体冲洗钻孔。水、浆料或其它流体可通过锚固元件自身的中空部分(诸如，微型桩的孔口)注射。钻取和流体注射可产生沉积物羽流，其可使用羽流罩收集。接着，由羽流罩收集的沉积物羽流可发送穿过羽流捕获组件，其过滤沉积物-水混合物并且分离出任何羽流颗粒。接着，可再使用过滤的水，诸如通过发送回穿过海底钻机用于流体注射，或发送至海底灌浆供应源以与灌浆混合。一旦锚固元件(例如，微型桩)达到指定深度，钻取可停止，并且灌浆混合可开始。灌浆混合可包括通过水注射端口将水添加至输送至海床的干灌浆。水注射端口可位于可变容积灌浆储存室的顶部、底部和/或侧部处。各种实施例可包括使用来自周围环境的海水或利用海底钻机发送的淡水来与干灌浆混合。在水注射到灌浆混合物中时，可变容积灌浆储存室扩张，并且上混合马达和下混合马达开始利用内部混合桨叶来混合灌浆混合物。一旦灌浆混合物被恰当地混合，可压缩囊，并且灌浆混合物泵送床过锚固元件的中空部分以填充钻孔，并将锚固元件设定到海床中。一旦灌浆混合物泵送到钻取位置中，锚固元件可从海底钻机释放，并且海底钻机恢复，或者移动至另一个锚固位置。

在一些实施例中，锚固元件可在钻取位置处钻取到海床中至海床中的选定深度。响应于将锚固元件钻取至选定深度，灌浆混合物可从海床处的可变容积灌浆储存室泵送至钻取位置处的海底钻机。特别地，灌浆混合物可泵送到锚固元件中。

在一些实施例中，套管可最初插入到海床中而穿过软基底层，其从海床的最上层延伸至适合于灌浆的锚固元件的较硬的海底下面基底层。套管可经由许多手段钻入、锤入或拧入。在一些实施例中，将锚固元件钻取到海床中可响应于将套管插入到海床中。锚固元件可插入穿过待钻取到海床中的套管。

各种实施例包括在海床上远程地安装微型桩的方法，其包括在海床上混合和泵送灌浆的方法。海底钻机和海底灌浆供应组件可与所有支持材料和设备一起发送至海床，使得一旦安装开始，不需要将附加的材料发送至海床。一旦海底钻机和海底灌浆供应组件放置在钻取位置处或附近，钻桅可升高并且钻取可开始。由钻取生成的任何粉尘羽流可由钻取位置上方的羽流捕集罩容纳。海水泵可在羽流捕集罩中建立负压，其将水拉过锚固元件的中空内部并且冲走钻取位置的颗粒。水和颗粒流接着发送至水过滤系统。过滤系统可过滤掉所有羽流颗粒并且将它们储存在钻机上，直到由支持船只取回。

海底钻机和海底灌浆供应组件可与安装(多个)锚固元件所需的设定体积的干灌浆一起发送至海床。一旦锚固元件钻取到海床中，水可通过可变容积灌浆储存室的顶部、底部和侧部上的水注射端口添加至干灌浆。在一些实施例中，系统将使用海水来混合灌浆，并且在其它实施例中，使用淡水。淡水可容纳在海底钻机上并且用于混合灌浆。海底灌浆混合硬件可包括可变容积囊，其在海底混合和泵送期间容纳灌浆混合物。可变容积灌浆储存室可配置至海床，其中囊塌缩而包绕干灌浆。这减小海底灌浆供应组件在配置期间的大小和重量。囊的容积可通过线性致动器来控制，该线性致动器在混合和泵送期间分别使囊扩张和收缩。上混合桨叶和下混合桨叶可由液压马达驱动并且可用于彻底混合灌浆，使得一旦水添加至灌浆，混合开始。灌浆混合物可接着使用灌浆混合器的底部处的活塞泵来泵送穿过中空微型桩，并且囊的容积可利用线性致动器压缩。

各种实施例进一步包括如上总结的将微型桩安装在海床中的方法。

如本文中使用的，用语“锚固元件”指的是长形的耐用基础元件，其可装固在开孔中并且构造成将灌浆和/或树脂混合物接收在其中。例如，锚固元件可包括“微型桩”，其指的是可钻取到海床(即，海底)中的小直径金属管状元件。微型桩也称为微桩、销桩、根桩，并且大体上是高强度、耐用的小直径(例如，～1″-12″(25mm-300mm))钢套管桩、肋或棒，其构造成钻取到开孔中并且填充有高强度水泥灌浆和/或树脂。锚固元件还可为构造成钻取到开孔中的长形固体形式，其中灌浆和/或树脂直接施加到锚固元件周围的环带中以实现固定。锚固元件可为金属、塑料、复合材料和/或混凝土。锚固元件可钻取到开孔中或者放置到预先钻取的海底岩石插口中。

图1A和图1B示出根据各种实施例的海底锚具安装系统100。海底锚具安装系统100可包括海底灌浆供应组件140，其构造成将干灌浆输送至海床10，并且接着当海底锚固需要时，将干灌浆与水混合。海底灌浆供应组件140可构造成与诸如海底钻机150的海底钻机结合工作。特别地，海底灌浆供应组件140可构造成向一个或多个海底钻机供应混合灌浆。此外，海底灌浆供应组件140可被从各种源(诸如，羽流捕获组件130)供应水。水可用于将干灌浆转化为湿灌浆混合物。备选地，海底灌浆供应组件140可从单独的水泵送单元接收水，该单独的水泵送单元可被类似地浸没、位于水面船只上或其它地方。另外，海底锚具安装系统100可附加地包括电源110和可选地，液压动力单元(HPU)120，液压动力单元(HPU)120可用于控制海底灌浆供应组件140。电源110可向海底灌浆供应组件140的构件供能。可选的HPU120可用于包括在海底灌浆供应组件140中的机械致动器，该机械致动器原本不由电源110供能。下面关于图2A-3描述与海底灌浆供应组件140相关的另外的细节。

在各种实施例中，海底锚具安装系统100可附加地包括构造成与海底灌浆供应组件140结合工作的海底钻机150。海底钻机150可用于钻取开孔、在海床10中埋设诸如微型桩的锚固元件，以及利用由海底灌浆供应组件140供应的混合灌浆将锚固元件装固在海床10中。海底钻机150可包括钻桅151、钻头152和羽流罩154。钻桅151可构造成倾斜至期望的角度。可包括控制钻桅151的倾斜角度的倾斜致动器。一旦钻桅151倾斜至期望的角度，则钻头152可构造成将锚固元件153(例如，微型桩)钻取到海床中。各种实施例可包括液压缸以使钻桅151倾斜(即，升高)。图1A示出倾斜至水平位置的钻桅151，该水平位置可特别地用于移动和/或输送海底钻机150。图1B示出钻桅151升高至竖直位置，以便以用于锚固元件153的期望的角度将锚固元件153朝向海床10瞄准，以在钻取位置15处穿透。虽然图1B示出钻桅151倾斜至90度角(即，竖直)，但是可实现其它期望的钻取角度。

一旦钻桅151在适当的钻取位置15处且以期望的角度瞄准，则钻头152可类似于钻咀使锚固元件153旋转。钻头152还可供能成沿钻桅151的轨道骑乘，以便将锚固元件153推进(即，钻取)到海床10中。钻头152沿桅杆轨道的移动可由单独的致动器控制。在钻取过程期间，环境沉积物羽流可由扬起的海床10上的沉积物生成。因此，在各种实施例中，羽流罩154可构造成捕获环境沉积物羽流，并且将捕获的沉积物再引导至羽流捕获组件130，用于过滤水并且去除沉积物。电源110可向海底钻机150的构件(例如，倾斜致动器或其它致动器和/或钻头152)供能。此外，可选的HPU120可用于包括在海底钻机150中的机械致动器(例如，倾斜致动器和/或钻头152)，该机械致动器原本不由电源110供能。一旦锚固元件153钻取到海床10中至适当的深度，则海底钻机150可准备好从海底灌浆供应组件140接收混合灌浆，其可通过灌浆供应线155供应。

在各种实施例中，海底锚具安装系统100可进一步包括羽流捕获组件130，其可构造成通过灌浆-水供应线137向海底灌浆供应组件140供应水(例如，用于混合灌浆)。备选地或附加地，羽流捕集组件130可构造成通过钻取水供应线139将水供应至海底钻机150。根据各种实施例，由羽流捕获组件130供应的水可从可在钻取期间产生的环境沉积物羽流捕获。

为了捕获环境沉积物羽流，羽流捕获组件130可包括喷射器131、水过滤器133和水泵135。喷射器131可构造成去除从锚固元件153的钻取位置15冲走的沉积物颗粒。喷射器131利用流体动力学的性质来将水与装载在其中的沉积物分离。使用由水泵135供应的负压，喷射器131可吸入与沉积物混合的水，以便将两者分离。另外，通过将喷射器131经由羽流捕获线157联接于海底钻机150上的羽流罩154，环境沉积物羽流可抽吸到羽流罩154中，穿过羽流捕获线157和穿过喷射器131。以该方式，喷射器131可用于提供将水与沉积物分离的第一水平。

通过使用由水泵135提供的压力来迫使由喷射器131吸入的水穿过水过滤器133，附加水平的沉积物可从水去除。水泵135可为将机械转矩转化为液压能的机械装置。水泵135可便于流体(即，水和/或具有沉积物的水)使用吸力或压力或两者来从一个地方到另一个地方的移动。水泵135可由水泵马达驱动，该水泵马达可为用于将电能转化为机械能的机电装置。备选地，水泵马达可由HPU(例如，120)驱动。

水过滤器133可构造成从水流去除另外的沉积物和颗粒。水过滤器131可包括一系列过滤器。一系列过滤器可构造成从穿过它们的水分离大小越来越小的沉积物和颗粒。

与常规的微型桩钻孔系统不同，海底锚具安装系统100的所有构件可构造成在钻取位置处在水下操作，因此消除将来自水面上的支持船只的灌浆混合并泵送至钻取位置的需要。这将降低海底锚具安装的复杂性和成本。

图1C示出根据各种实施例的另一个环境101的近视图，其中锚固元件153插入到海床10中的套管160中。在各种实施例中，套管160可在钻入或插入锚固元件153之前插入到海床中。以该方式，将锚固元件钻取到海床中可在套管160插入到海床中之后执行。在插入锚固元件153之前，套管160可钻取和/或锤打到海床中。取决于应用，套管的长度可比锚固元件153的长度长或短。在一些实施例中，套管160可比锚固元件153短，使得套管160构造成仅延伸穿过海床的较硬层，并且锚固元件153一旦被完全埋入，则构造成延伸超过套管160。以该方式，锚固元件153可仍需要钻取超过套管160的深度。另外，虽然套管160示为没有完全埋入在海床10中，但是备选地，套管160的顶部可与海床的上层齐平或低于该上层。

图2A-2F示出根据各种实施例的海底灌浆组件140。海底灌浆供应组件140可包括可变容积灌浆储存室216、至少一个桨叶(见图3中的桨叶311，312)和海底灌浆泵251。可变容积灌浆储存室216可构造成从塌缩构造扩张。在各种实施例中，处于塌缩构造的可变容积灌浆储存室216可接收干灌浆。在海底灌浆组件140配置在水下之前，干灌浆可添加至可变容积灌浆储存室216。在塌缩构造中，可变容积灌浆储存室216可构造成保持足够的灌浆用于安装一个或多个锚固元件(例如，153)。可变容积灌浆储存室216可密封成维持储存在其中的干灌浆干燥，直到润湿灌浆并产生灌浆混合物的时刻为止。以该方式，可变容积灌浆储存室216可构造成在50米或更深，以及优选地，超过100米的深度处保持不透水密封。以该方式，海底灌浆供应组件140可构造成耐受50米或更深的海洋深度并在该海洋深度处操作。

当适当时，水可注射到可变容积灌浆储存室216中以与干灌浆混合用于产生灌浆混合物。水可使用包括在可变容积灌浆储存室216中的一个或多个水注射端口231,232,233来注射到可变容积灌浆储存室216中。至少一个桨叶(例如，311，312)可构造成将干灌浆和接收的水混合成灌浆混合物。以该方式，至少一个桨叶(例如，311，312)可生成均匀的灌浆混合物，其中水与干灌浆良好整合。一旦灌浆混合物被完全混合，则海底灌浆泵251可构造成将灌浆混合物从可变容积灌浆储存室216泵送出到海床处的锚固元件中。

在一些实施例中，可变容积灌浆储存室216可包括不同的上区段214和下区段212。下区段212可构造成干灌浆储存区段。下区段212可形成有刚性侧壁，形成更适合于抵抗海底水压力的刚性结构。另外，下区段212的刚性侧壁可更好地适合保持侧部水注射端口232。上区段214可形成有柔性囊，其可根据需要扩张和收缩。例如，上区段214可压缩至收缩构造，其中上区段214的顶部比处于扩张构造时的顶部靠近下区段212。收缩构造可与可变容积灌浆储存室216的塌缩构造一致。具有比塌缩构造大的内部容积的扩张构造可与其中灌浆混合物被混合的混合构造一致。上区段214的部分(诸如，顶部)可固定于升降机222，升降机222构造成以图1A、图1B、图2A、图2C-2E、图3、图4A-4C和图5B中示出的定向竖直地向上和向下移动。通过向上移动，升降机222可使可变容积灌浆储存室216或至少其上区段214扩张。通过向下移动，升降机222可使可变容积灌浆储存室216或至少其上区段214收缩。在各种实施例中，升降机222可形成为顶板，其水平地延伸并且封闭可变容积灌浆储存室216的顶部。因此，不透水密封可设在上区段214的上边缘和升降机222之间。类似地，不透水密封可设在底板与下区段212的底部之间。底板可水平地延伸并且封闭可变容积灌浆储存室216的底部。与升降机222相比，底板可相对于海底灌浆供应组件140的结构底盘213保持固定位置。

备选地，可变容积灌浆储存室216可不包括刚性下区段，而是包括一个连续囊，其可压缩至各种程度以提供可变塌缩构造。以该方式，可变容积灌浆储存室216的囊可塌缩至保持在可变容积灌浆储存室216内的几乎任何水平的干灌浆，并且稍后扩张用于混合过程。

海底灌浆供应组件140可附加地包括位于可变容积灌浆储存室216的顶部处的干灌浆填充舱口211，用于将干灌浆添加至可变容积灌浆储存室216。打开舱口211并且添加干灌浆可在海底灌浆供应组件140配置至海床之前完成。海底灌浆供应组件140可包括结构底盘213，其可用作海底灌浆供应组件140的各种构件的框架和支承件。海底灌浆供应组件140还可包括控制升降机222的移动的升降机控制缸221，该移动使可变容积灌浆储存室224扩张和收缩。可变容积灌浆储存室224可以以完全塌缩(即，收缩)构造配置至海床，并且在灌浆混合过程期间扩张。线性可变差动变压器(LVDT)223可用于测量升降机的位移，以确定可变容积灌浆储存室224在其改变构造之前、期间和/或之后的容积。

可变容积灌浆储存室216可包括一个或多个水注射端口231,232,233，其构造成接收水用于与干灌浆混合。例如，可变容积灌浆储存室216可包括设置在可变容积灌浆储存室216的顶侧上的上水注射端口231，其构造成接收水用于与干灌浆组合来作为混合过程的部分。附加地或备选地，可变容积灌浆储存室216可包括设置在可变容积灌浆储存室216的底侧上的下水注射端口233。作为又一添加或备选方案，可变容积灌浆储存室216可包括设置在可变容积灌浆储存室216的一个或多个侧向侧部上的侧部水注射端口232。一起和/或单独地，水注射端口231,232,233可构造成使水恰当地分散在可变容积灌浆储存室216内并使干灌浆恰当地饱和，用于形成具有适当水合水平的灌浆混合物。

图2F示出图2E中的A-A处的截面视图，其示出海底灌浆供应组件140的部分的仰视图。闸阀254可包括在灌浆泵251上方，这可用于在配置和混合操作期间，将灌浆容纳在可变容积灌浆储存室(例如，216)内。一旦混合完成，灌浆混合物的泵送可开始。闸阀致动器253可用于打开和关闭闸阀254。

图3示出根据各种实施例的海底灌浆设备140的可变容积灌浆储存室224的半透明视图。如示出的，至少一个桨叶311，312可设置在可变容积灌浆储存室224内侧。上灌浆混合桨叶311可设置在可变容积灌浆储存室224的顶部处，并且下灌浆混合桨叶312可设置在可变容积灌浆储存室224的底部处。备选地，可变容积灌浆储存室224可包括仅一个灌浆混合桨叶，诸如，下灌浆混合桨叶312。可变容积灌浆储存室224可构造成使得在塌缩构造(即，具有最短竖直轮廓的构造)中，可变容积灌浆储存室224仍然维持用于上灌浆混合桨叶311的足够空间。这些桨叶由上混合马达241和下混合马达242驱动，并且用于在水通过水注射端口231,232,233添加之后，使灌浆在水下混合。使用多个混合桨叶有助于使灌浆恰当地混合。

在各种实施例中，海底灌浆供应组件140可包括构造成驱动至少一个桨叶311，312的至少一个混合马达。在一些实施例中，至少一个混合马达可包括上灌浆混合物马达241和下灌浆混合物马达242。上灌浆混合物马达241和下灌浆混合物马达242可结合工作以在海床处混合并形成恰当的灌浆混合物。上灌浆混合物马达241可构造成驱动上灌浆混合桨叶311。类似地，下灌浆混合物马达242可构造成驱动下灌浆混合桨叶312。上灌浆混合物马达241和下灌浆混合物马达242中的一个或两者可由电源(例如，110)供能。备选地，至少一个桨叶311，312可由HPU(例如，120)驱动。

海底灌浆泵251可由灌浆泵马达252驱动，灌浆泵马达252可固定地装固于结构底盘213。例如，海底灌浆泵251和灌浆泵马达252可位于海底灌浆供应组件140的底部处，以在通过灌浆供应线(例如，155)将灌浆混合物泵送至海底钻机(例如，150)以及特别是钻头(例如，152)时利用重力，用于在钻取完成之后，将锚固元件(例如，微型桩)设定到海床(例如，10)中。备选地，海底灌浆泵251可由HPU(例如，120)驱动。

图4A-4C示出根据各种实施例的处于各种构造的可变容积灌浆储存室216的截面视图。图4A示出配置构造410，其中升降机(例如，222)可处于最低位置413，并且上区段(例如，214)处于完全塌缩构造412。在配置至海床期间，干灌浆411可以以完全塌缩构造412储存在可变容积灌浆储存室216内。

图4B示出水注射构造420，其中升降机(例如，222)升高至上位置423以将可变容积灌浆储存室(例如，216)或至少上区段(例如，214)扩张至完全扩张构造422。完全扩张构造422为添加至可变容积灌浆储存室(例如，216)的一定体积的水424腾出空间。在水424最初注射到可变容积灌浆储存室(例如，216)中时，除了部分混合的灌浆421的小区(其中干灌浆411和水424相遇)之外，其余的水424可不与干灌浆411自动地混合。因此，图4B示出尚未恰当地混合到干灌浆411中的水424。

图4C示出灌浆混合构造430，其中升降机(例如，222)保持在上位置423，并且可变容积灌浆储存室(例如，216)处于完全扩张构造432。可变容积灌浆储存室(例如，216)可在混合构造430中具有比在水注射构造(例如，420)中稍大的容积，以为混合和扩张灌浆腾出空间。一旦水和干灌浆完全混合至恰当的稠度(其可通过预定的混合时间来测量)，灌浆混合物431可准备好发送至海底钻机(例如，150)。

图5示出根据一些实施例的海底锚具安装系统的元件的移动版本。特别地，图5示出移动式海底灌浆供应组件540和移动式海底钻机550，它们均构造成在海底自推进。例如，移动式海底灌浆供应组件540和移动式海底钻机550中的每个可包括连续履带式运载工具推进系统545,555，其在由两个或更多个轮驱动的踏板或履带板的连续带上行进。连续履带式运载工具推进系统545,555可由机载马达驱动。

图6示出根据一些实施例的海底锚具安装系统的元件的另一个移动版本。特别地，图6示出移动式海底灌浆供应组件640和移动式海底钻机650，它们均构造成在海底自推进。例如，移动式海底灌浆供应组件640和移动式海底钻机650中的每个可包括一个或多个滑橇或雪橇式底部642,655，其构造成帮助组件沿海床滑动。另外，移动式海底灌浆供应组件640和移动式海底钻机650中的每个可包括用于沿海床推进组件的推进器644,654。此外，移动式海底灌浆供应组件640和移动式海底钻机650中的每个可包括浮力控制装置648,658，其构造成帮助移动式海底灌浆供应组件640和移动式海底钻机650实现正向、中性和/或负向浮力。

图7示出根据如上面参照图1A-6描述的各种实施例的、将锚固元件装固至海床的实施例方法700。参照图7，如本文中描述的，方法700及其操作可使用海底锚具安装系统100来执行，海底锚具安装系统100构造成将锚固元件装固至海床。例如，方法700及其操作可使用海底灌浆供应组件(例如，140,540,640)来执行。另外，方法700及其操作可使用海底钻机(例如，150,550,650)和/或羽流捕获组件(例如，130)来执行。方法700的操作可由操作员控制、由控制系统的处理器执行，或它们的组合。

方法700可包括在框710中从支持船只朝向海床配置海底锚具安装系统。例如，海底灌浆供应组件(例如，140)可使用船的甲板上的起重机或吊艇架从水面船下降。下降过程可将海底灌浆供应组件定位在更具体的钻取位置(例如，15)中的一般位置。在一些实施例中，海底钻机(例如，150,550,650)也可从支持船只朝向海床配置。另外，在一些实施例中，羽流捕获组件可进一步从支持船只朝向海床配置。配置海底灌浆供应组件、海底钻机和/或羽流捕获组件可一起或单独地发生。

在框720中，海底锚具安装系统可移动至钻取位置(例如，15)。在一些实施例中，海底锚具安装系统可利用外部支持设备定位。备选地，锚固安装系统可使用机载推进来使锚具安装系统的所有或一些构件移动或推进至钻取位置。例如，海底锚具安装系统可具有其自己的输送方法以使其在海底前进至钻取位置。一些实施例可包括与驱动马达结合使用轮或踏板来沿海床移动。其它实施例可包括推进器和浮力控制器以在海底前进。

在框730中，海底钻机的钻桅(例如，151)可倾斜至选择的钻取角度。钻桅的倾斜可控制成将钻桅和对应的钻头(例如，152)和锚固元件(例如，微型桩153)放置在适当的钻取角度处。各种实施例可包括用以升高钻桅的液压缸。

在框740中，海底钻机的钻头(例如，152)可开始将锚固元件(例如，微型桩153)钻取到海床中。

在框750中，海底钻机的羽流罩(例如，154)可用于冲洗钻取位置，并且去除因钻取到海床中而生成的环境沉积物羽流中的大部分。水可泵送穿过锚固元件(例如，微型桩153)的中空内部，以从钻取位置去除沉积物。羽流罩可维持负压以便捕获环境沉积物羽流。由羽流罩捕获的沉积物和水的混合物可发送至羽流捕获组件(例如，130)，其可用于去除沉积物并过滤供水。羽流捕获组件(例如，130)可包括喷射器(例如，131)和水过滤器(例如，133)，以去除沉积物并过滤供水。羽流捕获组件中还可包括水泵，其用于将过滤的水分配至海底锚具安装系统的其它部分，诸如，海底灌浆供应组件和/或海底钻机。

在框760中，海底灌浆供应组件(例如，140)可用于在海底钻取位置的海底区域处(即，在海床上)将干灌浆和水组合和混合。

在框770中，海底灌浆供应组件(例如，140)可将灌浆混合物泵送至海底钻机且穿过锚固元件(例如，微型桩153)，以填充钻腔并且将锚固元件装固在海床中。

在框780中，海底锚具安装系统可使用支持船只从海床取回。特别地，海底灌浆供应组件(例如，140,540,640)可使用船的甲板上的起重机或吊艇架由水面船取回。另外，水下钻机(例如，150,550,650)和/或羽流捕获组件(例如，130)可使用船的甲板上的起重机或吊艇架由水面船取回。

图8示出根据如上面参照图1A-6描述的各种实施例的、海底灌浆供应的实施例方法800。方法800的操作可使用构造成将锚固元件装固至海床的海底锚具安装系统100来执行。例如，方法800及其操作可使用海底灌浆供应组件(例如，140,540,640)来执行。另外，方法800及其操作可使用海底钻机(例如，150,550,650)和/或羽流捕获组件(例如，130)来执行。方法800的操作可由操作员控制、由控制系统的处理器执行，或它们的组合。

在框810中，干灌浆可储存在可变容积灌浆储存室(例如，216)中。在一些实施例中，柔性囊214可形成可变容积灌浆储存室的全部或部分。另外，可变容积灌浆储存室可通过升降机(例如，222)维持在压缩构造中，该升降机构造成将可变容积灌浆储存室的构造从压缩构造选择性地改变。

在框820中，干灌浆可在可变容积灌浆储存室(例如，216)内输送至海床。例如，海底灌浆供应组件(例如，140,540,640)可从支持船只下降至海床。

在框830中，当在海床上时，水可注射到海底灌浆供应组件(例如，140,540,640)中。例如，水可通过水注射端口(例如，231,232,233)注射到可变容积灌浆储存室(例如，216)中。注射的水用于使干灌浆饱和，用于在海床上执行的灌浆混合过程。在一些实施例中，来自海底灌浆供应组件周围水域的海水可用于混合灌浆混合物。其它实施例可使用储存在微型桩钻机上的除了海水之外的水(例如，饮用水)来用于灌浆混合物。水注射端口可放置在海底灌浆供应组件上的各种位置，以使干灌浆混合物恰当地饱和。

在框840中，可变容积灌浆储存室(例如，216)可扩张。例如，控制系统可促动升降机(例如，222)来使可变容积灌浆储存室扩张，以为添加至灌浆混合物的水腾出空间。

在框850中，可变容积灌浆储存室中的干灌浆和水可混合。例如，上混合马达和/或下混合马达(例如，241,242)可在水添加至干灌浆之后，驱动混合桨叶(例如，311，312)以混合并搅拌灌浆。混合可继续直到灌浆恰当地混合并且灌浆饱和。混合过程可为定时过程，以便确保恰当混合至正确的灌浆稠度。

在框860中，由框840中的混合产生的灌浆混合物可泵送至海底钻机(例如，150,550,650)。例如，闸阀(例如，254)可打开，并且灌浆泵(例如，252)可开始将恰当混合的灌浆混合物泵送至海底钻机并最终穿过锚固元件(例如，微型桩153)的中空部分，以填充钻腔并且将锚固元件装固在海床中。

在框870中，可变容积灌浆储存室(例如，216)可在灌浆混合物被泵出时收缩。例如，在灌浆混合物从可变容积灌浆储存室泵出时，升降机(例如，222)可下降以使可变容积灌浆储存室或至少上部分(例如，214)塌缩。

各种实施例使得诸如微型桩的锚固元件能够安装在海床上，而无需附加的支持设备或从水面支持船只泵送灌浆。这具有支持较深水域安装并且比现有的海底锚固安装方法成本低的潜力。

另外，各种实施例的海底钻机可具有自给自足所需的所有支持设备，并且执行将其自身定位在钻取位置处、将锚固元件(例如，微型桩)钻取到海底中、捕获并过滤出在钻取过程期间生成的环境沉积物羽流、在海床处混合灌浆、泵送灌浆混合物以将锚固元件装固在海床中，以及填充钻腔所需的所有任务。

公开的实施例的前述描述提供成使得本领域技术人员能够做出或使用权利要求。对这些实施例的各种修改将对本领域技术人员而言为容易显而易见的，并且本文中限定的大体原理可应用于其它实施例而不脱离权利要求的范围。因此，权利要求不旨在限制于本文中示出的实施例，而是将符合与下列权利要求的语言以及本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (18)

1.一种用于将锚固元件装固至海床的海底锚具安装系统，其包括：

海底灌浆供应组件，其包括：

可变容积灌浆储存室，其构造成将干灌浆输送至所述海床，其中所述可变容积灌浆储存室包括水注射端口，所述水注射端口构造成将水注射到所述可变容积灌浆储存室中，用于当在所述海床上时，与所述干灌浆混合，并且所述可变容积灌浆储存室构造成在注射水时，从塌缩构造扩张；

桨叶，其设置在所述可变容积灌浆储存室中，其中所述桨叶构造成将所述干灌浆和通过所述水注射端口接收的水混合成灌浆混合物；以及

海底灌浆泵，其构造成将所述灌浆混合物从所述可变容积灌浆储存室泵送出到所述海床处的所述锚固元件中。

2.根据权利要求1所述的海底锚具安装系统，其中，所述可变容积灌浆储存室包括上区段和下区段，其中所述上区段形成有柔性囊，并且所述下区段形成有刚性侧壁，并且其中所述上区段和所述下区段中的仅所述上区段构造成扩张和收缩。

3.根据权利要求1所述的海底锚具安装系统，其中，所述海底灌浆供应组件进一步包括构造成驱动所述桨叶的混合马达。

4.根据权利要求1所述的海底锚具安装系统，所述海底锚具安装系统进一步包括：

海底钻机，其包括：

构造成升高至选定的钻取角度的钻桅；

联接于所述钻桅的钻头，其中所述钻头构造成在钻取位置处将所述锚固元件钻取到所述海床中；以及

联接于所述钻头的羽流罩，其中所述羽流罩构造成收集与将所述锚固元件钻取到所述海床中相关联而生成的沉积物。

5.根据权利要求4所述的海底锚具安装系统，所述海底锚具安装系统进一步包括：

羽流捕获组件，其包括：

喷射器，其构造成去除从所述锚固元件的所述钻取位置冲走的沉积物颗粒；

水过滤器，其构造成从水流去除沉积物和颗粒；以及

水泵，其构造成引导所述水流穿过所述水过滤器。

6.根据权利要求4所述的海底锚具安装系统，其中，所述水注射端口构造成将来自所述海底灌浆供给组件周围水域的海水注射到所述干灌浆中，以在所述钻取位置处形成所述灌浆混合物。

7.根据权利要求4所述的海底锚具安装系统，其中，所述水注射端口构造成将从海底容器供应的淡水注射到所述干灌浆中，以在所述钻取位置处形成所述灌浆混合物。

8.根据权利要求1所述的海底锚具安装系统，其中，所述海底灌浆供应组件构造成耐受五十米或更深的海洋深度并在所述海洋深度处操作。

9.根据权利要求1所述的海底锚具安装系统，所述海底锚具安装系统进一步包括构造成在所述海床处移动所述海底锚具安装系统的自推进机构。

10.根据权利要求9所述的海底锚具安装系统，其中，所述自推进机构包括马达和踏板或轮。

11.根据权利要求9所述的海底锚具安装系统，其中，所述自推进机构包括推进器和浮力控制器。

12.一种将锚固元件安装在海床中的方法，其包括：

在可变容积灌浆储存室中将干灌浆输送至所述海床，其中输送的干灌浆在所述可变容积灌浆储存室内在所述海床处维持干燥；

在所述海床处的所述可变容积灌浆储存室内混合所述输送的干灌浆和水以形成灌浆混合物；以及

将所述灌浆混合物从所述海床处的所述可变容积灌浆储存室泵送至钻取位置处的海底钻机。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括：

将水注射到所述可变容积灌浆储存室中，同时使所述可变容积灌浆储存室扩张。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将水注射到所述可变容积灌浆储存室中包括将来自所述海床处的钻取位置周围的区域的海水注射到所述可变容积灌浆储存室中。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，将水注射到所述可变容积灌浆储存室中包括注射不同于海水的淡水。

16.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括：

在所述灌浆混合物从所述可变容积灌浆储存室泵送出时，使所述可变容积灌浆储存室收缩。

17.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括：

在所述钻取位置处将锚固元件钻取到所述海床中至选定的深度；以及

其中将所述灌浆混合物从所述海床处的所述可变容积灌浆储存室泵送至所述钻取位置处的所述海底钻机包括响应于将所述锚固元件钻取至所述选定深度而将所述灌浆混合物泵送到所述锚固元件中。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括将套管插入到所述海床中，

其中将所述锚固元件钻取到所述海底中包括响应于将所述套管插入到所述海床中而将所述锚固元件钻取到所述海床中，以及

其中所述锚固元件插入穿过待钻取到所述海床中的所述套管。