[发明专利]水下锚系统和方法

说明书

领域

一种用于将对象锚固在水中的改进的水下锚系统。

背景

系泊海上的对象通常需要在平台与海底之间的多根系泊缆线以及在海底上的连接到系泊缆线的适当锚。目前使用的系泊系统包括图1所示的悬链系泊和图2所示的拉紧系泊。图3示出已知系泊缆线分布。

在悬链系泊中，悬链系泊缆线抵抗由缆线重量造成的水平力，缆线通常是钢链或金属丝绳。当缆线顶部水平移动时，悬链的下垂减小且水平恢复力增加。相对于水平力，缆线的水平刚度与缆线的重量直接相关。

在拉紧系泊中，拉紧系泊缆线通过拉伸抵抗水平力。缆线相对轻（例如合成绳索）并在拉力下保持相对直。水平刚度与缆线的刚度而不是其重量直接相关。

用于这些类型系泊的锚必须设计成承受在海床由缆线施加的最大水平和垂直负载。悬链系泊通常设计成使得锚不经受任何垂直负载（“上提”）。这需要比拉紧系泊长的缆线长度（“范围”）并需要在海床上分配给系泊分布的较大面积，即较大的“占地面积”。由于低成本的系泊缆线和较小的占地面积，近年来海上对象在深水中的系泊青睐拉紧系泊。但是，拉紧系泊需要能够承受上提的锚。

目前有多种常见类型的锚。拖曳嵌埋式锚通常用于诸如钻机的临时系统的悬链系泊。目前使用的大多数永久系泊使用拉紧系泊和用水下桩锤驱动或使用抽吸原理安装的桩锚。这些“抽吸式锚”通过将它们垂直设置在海床上以围绕其基部形成密封来进行安装。通过从其内部抽水而达到大的压差，该大的压差致使桩被“抽吸”到海床内。

多种常规锚需要厚层的适当底泥或沙来作用。它们不适用于岩石底部或具有例如珊瑚化（coralific）或钙化底泥的高度有机底泥的区域。对于这些类型的区域，可利用重力锚或钻孔桩锚。两种形式的重力锚包括上置有岩石或铁矿石的格架或装有压载物的重力盒。重力锚用重量抵抗上提，并用底部摩擦抵抗水平力。

重力锚需要是非常重的来抵抗垂直和水平负载。如果锚部署在深水中，则仅有的能够提升和降低这些重锚的船可能是每天耗费几十万美元的大型起重船。或者，可用较小较廉价的船来降低较轻的盒子或格架，但然后必须安装压载物。

钻孔的桩锚通常需要昂贵的钻探船进行安装。此外，钻孔的桩锚需要海床上的系泊线附连件。由于由水平力的偏心率施加到桩的大弯矩，将系泊缆线附连到桩顶部通常是不利的。附连点通常低于海底、靠近来自土壤的反作用力的中心。这对钻入岩石的桩提出了困难的设计问题，因为不能将系泊缆线附连到海床以下。为此，钻孔锚更通常用作张紧桩。

发明内容

描述了一种水下锚固概念，其尤其适用于岩石底部或底泥厚度不足以进行常规锚固的地方。该水下锚可用海床钻进行远程安装，不再需要地面上昂贵的深水钻机。此外，锚以允许沿桩沿轴向承受大部分系泊力的方式来设计，消除了与常规钻孔桩和系泊相关的弯曲力和剪切力。水下锚可用于例如拉紧系泊系统，以实现锚上水平力和垂直力之间的最佳关系。

在一实施例中，水下锚采用通过一个或多个桩锚固定到海底的框架，桩锚例如是灌浆的桩锚。该框架构造成允许其与一个或多个海床钻共同起作用，并将该钻定向成允许桩锚以预定角度安装。在一实施例中，预定角度是相对于水平方向的锐角，所以桩锚可承受水平和垂直负载。在一实施例中，框架设计成允许使用多个桩锚。当使用灌浆的桩锚时，可采用在深水中对桩锚灌浆的系统。

所揭示的水下锚可用于将任何类型的对象锚固在水中，例如诸如海洋热能转化系统（OTEC）系统、钻井平台等的浮动结构。此外，所揭示的水下锚可用于将浮动对象锚固到任何水体、淡水或海水。因此，术语水下、海底等旨在也包括淡水用途。

在一实施例中，水下锚包括框架、连接到框架的系泊缆线连接部位、以及允许将海床钻安装在框架上的在框架上的海床钻安装系统。该安装系统将海床钻定向成海床钻可将桩锚以预定角度安装在海床内。海床钻用于安装连接到框架的至少一个桩锚，使桩锚以预定角度布置。在一实施例中，桩锚相对于水平方向成锐角延伸，大致平行于连接到框架的系泊缆线的合成负载方向。

该安装系统允许调节海床钻在框架上的位置，从而海床钻可安装多个倾斜的桩锚。该安装系统可以是允许调节钻位置的任何系统，例如一对平行的U形轨道。该框架可包括在框架的第一和第二侧上的一对平行U形轨道。

在一实施例中，当桩锚成锐角时，桩锚可相对于水平方向以大于或等于约20度但小于约90度的角度延伸。

一种锚固方法，包括将框架放置在海底上，该框架包括系泊缆线连接部位。海床钻被安装在框架上使得海床钻可将桩锚以预定角度安装在海床内。海床钻用于以预定角度安装桩锚，然后将安装好的桩锚连接到框架。

附图