Brevet FR2088411A1 — publié le 19720107

i 2088411 L'invention est relative à des installations de forage à propulsion autonome du type semi-submersible utilisées pour forer des puits en mer à partir d'une station flottante et comportant des éléments de coques ou flotteurs,munis d'unités propulsives 5 incorporées pour déplacer l'unité d'un point à un autre en mer. Comme les forages en mer ont progressé vers des eaux de plus en plus profondes, les installations de forage reposant sur le fond ont atteint leur limite de profondeur économique et l'industrie a dû créer pour cet usage des constructions flottantes. 10 II a été construit deux types principaux de plates-formes de forage en mer qui ont eu beaucoup de succès et ont été largement adoptées par l'industrie pétrolière. L'un de ces types était une adaptation d'un navire classique, normalement à propulsion autonome, auquel.on ajoutait des amarres pour le maintenir en posi-15 tion sur l'emplacement du forage ainsi que l'équipement spécial nécessaire à l'exécution de l'opération de forage, celle-ci étant effectuée d'ordinaire en passant par un trou traversant le centre du navire. Le second type qui a eu du succès est l'installation flot-20 tante semi-submersible, généralement de grandes dimensions, composée d'un ensemble inférieur ou flotteur servant de base, de colonnes tubulaires et d'un pont supérieur ou plate-forme de travail, supporté par lesdites colonnes. Le flotteur était dans certains cas une coque creuse, sensiblement continue, à structu-25 re de caisson, et était constitué dans d'autres cas par plusieurs éléments tubulaires vides assemblés de façon à former une base. Le flotteur était muni de colonnes-supports verticales sur lesquelles était monté un pont supérieur ou plate-forme de travail. Un tel bâtiment semi-submersible est prévu pour flotter sur son 30 flotteur inférieur et, normalement, on le déplace d'un emplacement à un autre, dans cette position flottante, au moyen de remorqueurs ou autres navires capables de le tirer. Quand on arrive sur les lieux de forage, on mouille un certain nombre d'ancres et de chaînes, ordinairement avec l'aide de bateaux auxiliaires, 35 et on noie les flotteurs pour submerger partiellement l'ensemble, d'où la désignation de "semi-submersible". Dans cette position de travail partiellement submergée, le flotteur inférieur est bien au-dessous du niveau de l'eau, tout en laissant sous le pont un espace suffisant pour les vagues les plus hautes auxquelles on 40 doive s'attendre. Les colonnes qui réunissent le pont supérieur 71 00121 2 2088411 et les flotteurs inférieurs assurent la stabilité en mer en même temps que la solidité de la construction et elles sont organisées de façon à obtenir ces propriétés tout en ne représentant pour les vagues qu'un obstacle minime et offrant à leur action 5 une "transparence" maximum. Il a été bien établi que le type d'installation semi-submersible offre en exploitation de nombreux avantages par rapport au type navire, le principal de ces avantages étant une plus grande stabilité, ce qui veut dire que la plate-forme serai-10 submersible répond dans une bien moindre mesure aux efforts du vent et des vagues et que ses mouvements de roulis, tangage et lacet et autres mouvements sont considérablement moindres. Cette minimisation de l'amplitude des mouvements est naturellement très désirable pour effectuer avec efficacité des forages, puis-15 que des mouvements trop- forts rendent pratiquement impossible un forage satisfaisant, ce qui rend l'installation semi-submersible particulièrement avantageuse dans les zones de gros temps. Les forces sur les amarres sont également sensiblement réduites. Ces avantages de l'unité semi-submersible sont obtenus 20 grâce à ses dimensions généralement importantes, conjointement avec la configuration dispersée et très "transparente" des éléments verticaux, à l'inertie et à la traînée constantes des grands éléments sustentateurs en forme de coques qui sont à une profondeur bien au-dessous de la surface de l'eau, profondeur à 25 laquelle, de plus, ils sont moins affectés par les vagues qu'ils ne le seraient à la surface. Le principal inconvénient des grandes unités semi-submersibles existantes, si on les compare à celles du type navire, réside dans la plus grande difficulté à les déplacer d'un endroit 30 à un autre, et ceci particulièrement s'il s'agit de déplacements à grande distance. Jusqu'à présent, ce genre de plates-formes semi-submersibles n'a pas eu de moyens de propulsion propres et a été tributaire de l'aide extérieure de remorqueurs pour les déplacer. Pour rendre ce genre de déplacements sûr et efficace, 35 on avait habituellement besoin d'au moins deux remorqueurs de grande puissance et la vitesse de progression était de l'ordre de quatre noeuds. D'un autre côté, un navire de forage, caractérisé par son autonomie de propulsion, se déplaçait seul à dix ou vingt noeuds, sans requérir l'aide extérieure de remorqueurs. 40 Leur vitesse plus élevée et l'économie des frais de remorquage 71 00121 3 2088411 donnaient ainsi aux navires un important avantage de compétition sur de longs déplacements. La présente invention, tout en conservant les caractéristiques d'exploitation propres à l'installation semi-submersible, 5 apporte en plus l'aptitude à se déplacer par sa propre puissance pro pulsive pendant de longues périodes et surpasse même les avantages de mobilité actuels des constructions du type navire. Cependant, pour assurer à la plate-forme semi-submersible des qualités maxima en tant qu'unité à propulsion autonome, il est né-10 cessaire d'y incorporer un certain nombre de caractéristiques de construction qui, conjointement avec les appareils propulsifs propres, ont pour résultat d'en faire une unité présentant un optimum de mobilité et d'efficacité de travail. Il est.donc prévu suivant l'invention une unité semi-15 submersible dans laquelle le flotteur de sustentation principal ou base est constitué par plusieurs éléments tubulaires allongés disposés parallèlement les uns aux autres et séparés par une certaine distance, dans les extrémités arrière d'au moins quelques-uns desquels sont montés des dispositifs de propulsion en-20 traînés à partir de sources de puissance installées à bord du bâtiment. Ces propulseurs sont capables de déplacer l'installation à des vitesses comparables à celles qu'atteignent des unités du type navire sur de longues distances et d'augmenter ainsi le rendement global d'exploitation de l'ensemble de l'installa-25 tion. Sur les éléments de coques ou flotteurs est montée une superstructure composéede plusieurs colonnes verticales de grand diamètre disposées suivant un schéma sensiblement circulaire, adaptées pour assurer une stabilité uniforme dans toutes les directions 30 et disposées pour offrir un maximum de stabilité à la mer en toutes conditions. La superstructure comporte un pont ou plateforme de travail et l'emplacement de l'installation de forage est au centre de la construction, ce qui assure encore une stabilité ma xlmum dans toutes les conditions de travail. 35 Le système de propulsion comprend des unités de propulsion montées dans au moins deux des flotteurs parallèles, de préférence les flotteurs intérieurs. Chaque unité est essentiellement constituée par une hélice à cinq pales carénée dans une tuyère Kort, type connu de tuyère accélératrice, qui est montée à la 40 poupe du flotteur et est disposée pour pouvoir être braquée à 71 00121 4 2088411 des fins qui seront décrites ci-après. L'hélice est entraînée par un arbre rectiligne directement accouplé au moteur électrique à courant continu. La tuyère est montée pivotante dans un support et un système de braquage électro-hydraulique la fait tour-5 ner. L'énergie électrique est fournie aux moteurs de propulsion par l'installation diesel-électrique générale nécessaire pour l'opération de forage. Le système de propulsion est économiquement adaptable à une unité de forage mobile puisque 1'installait) tion générale de production d'énergie n'est pas utilisée au forage pendant les déplacements et devient ainsi disponible pour alimenter Les moteurs de propulsion. Comme les besoins de puissance sont à peu près les mêmes pour le forage et pour la propulsion, la puissance fournie par un système diesel-électrique 15 peut facilement être transférée par un simple système de commutation du forage à la propulsion, ce qui rend le système relativement simple et économiquement séduisant. On comprendra mieux l'invention à partir de la description détaillée ci-après qui en fera ressortir encore d'autres 20 buts et avantages, en se référant aux dessins annexés, donnés ici uniquement à titre d'exemple illustratif et sans aucun caractère limitatif, dans lesquels : - la fig. 1 est une vue en perspective de l'ensemble de l'installation de forage ; 25 - la fig. 2 est une coupe horizontale par le plan 2-2 de la fio. 1 ; - la fig. 3 est une coupe longitudinale suivant la ligne 3-3 de la fig. 2, montrant l'une des unités de propulsion ; - la fig. 4 est un détail de l'une des unités de propul-30 sion à effet de gouvernail 5 - la fig. 5 est une vue latérale de l'installation ; - et la fig. 6 est une vue en élévation du côté de la poupe suivant la ligne 6-6 de la fig. 5 . Comme on le voit en se reportant aux dessins, l'installa-35 tion de forage comporte la base ou ensemble flotteur de sustentation désigné globalement par le repère 10, une superstructure désignée globalement par le repère 12, montée sur ladite base et portant à son tour une plate-forme de travail ou pont, désignée globalement par le repère 14. 40 Dans l'exemple représenté, la base est constituée par plu- 71 00121 5 2088411 sieurs éléments de coques ou flotteurs parallèles et espacés les uns des autres et elle comprend une paire de flotteurs intérieurs 16-16 et une paire de flotteurs extérieurs 18-18 de plus faible longueur que les premiers dont les milieux sont longitu-5 dinalement en regard des milieux de ceux-là. Ces flotteurs ont un très grand diamètre, par exemple 7,80» et ils fournissent à eux tous essentiellement toute la sustentation nécessaire pour faire flotter la construction. Bien qu'on ne l'ait pas représenté sur les figures, il est bien en-10 tendu que ces flotteurs ou éléments de coques seront divisés,par des cloisons adéquates,en plusieurs compartiments qui seront reliés à un système approprié pour lester et délester lesdits compartiments, tout ceci conformément aux pratiques connues, pour enfoncer ou élever la plate-forme comme l'exigent les opé-15 rations de forage et les déplacements qui doivent être exécutés avec ladite plate-forme. Certains des compartiments des flotteurs peuvent être utilisés pour le stockage d'eau douce, de mazout et à des fins analogues. La superstructure comprend plusieurs colonnes cylindriques 20 creuses de grand diamètre 19, au nombre total de huit dont deux sont montées sur chacun des flotteurs au voisinage de ses extrémités opposées. Ces colonnes 19 assurent la stabilité à la mer, en particulier quand on élève ou enfonce l'installation flottante, et en même temps elles supportent la plate-forme 25 de travail et ses charges et elles sont réparties en plan suivant une configuration annulaire définie par un cercle C (représenté en trait tireté sur la fig. 2) qui passe par les centres de toutes les colonnes 19 et a son centre en coïncidence avec le centre du poste de forage indiqué en 20 sur la fig. 2, 30 lequel se trouve à l'intersection des axes longitudinal et transversal de la plate-forme. L'espacement angulaire des colonnes 19 sur le cercle, tout en n'étant pas nécessairement égal dans tous les cas, donne généralement une disposition symétrique par rapport au centre 20. Les colonnes opposées 19 montées sur 35 les flotteurs extérieurs 18 sont reliées entre elles par des traverses cylindriques 21-21 disposées à une certaine hauteur au-dessus des flotteurs et fixés aux flotteurs intérieurs 16 par des montants 22. Les colonnes 19 montées sur les flotteurs intérieurs sont de même reliées entre elles par des traverses cylin-40 driques 23 disposées d'une façon analogue à une certaine hauteur 71 00121 6 2088411 au-dessus des flotteurs. La hauteur des diverses traverses au-dessus des flotteurs sera choisie de préférence telle qu'ils se trouvent bien au-dessus du niveau de l'eau quand lesdits flotteurs sont submergés au tirant d'eau normal de déplacement, ceci 5 afin de réduire la traînée pendant le déplacement. Un certain nombre de colonne^ supplémentaires 22, d'un diamètre essentiellement plus faible que ceux des colonnes stabilisatrices 19, sont montées entre les flotteurs et la plate-forme de travail pour lui apporter des appuis supplémentaires et renforcer d'une 10 façon générale la charpente. Un petit nombre d'éléments cylindriques 25 disposés horizontalement sont utilisés comme entretoises reliant les colonnes stabilisatrices ; cependant, il doit être évident qu'avec la configuration géométrique représentée, la superstructure comporte l'utilisation d'un nombre minimum 15 d'éléments de charpente, ce qui offre aux vagues un libre passage maximum dans celle-ci, tout en assurant une résistance adéquate en toutes circonstances. En adoptant la disposition générale circulaire des colonnes stabilisatrices principales, on obtient un certain nombre 20 d'avantages . Cette configuration élimine toutes directions de moindre résistance quand on considère, du point de vue de la stabilité, l'énergie nécessaire pour vaincre la force du vent qui tend à faire donner de la bande au bâtiment. Cette configuration permet également d'admettre un poids plus élevé des 25 parties supérieures (ce qui élève le centre de gravité). En plaçant la table rotative du derrick au centre du bâtiment, en longueur et en largeur, il en résultera une réduction des mouvements de tangage et de roulis sur la table rotative pendant les opérations de forage. 30 En donnant aux diverses traverses et entretoises une sec tion circulaire, les effets de traînée dus au courant sont minimisés, ainsi que les forces d'inertie et d'entraînement par les vagues quand l'ensemble est au tirant d'eau de forage. A la poupe des flotteurs intérieurs sont montés des appen-35 dices coniques 26-26 qui servent de logement et de support aux unités de propulsion. Celles-ci, comme on peut le voir au mieux sur les fig. 3 et 4, comportent des hélices à cinq pales 30 montées sur des arbres rectilignes 31 qui les entraînent en rotation et qui traversent les centres des appendices 26 pour se raccorder 40 à des unités motrices 32 qui sont de préférence des moteurs élec 71 00121 7 2088411 triques à courant continu. Le courant sera fourni à ces moteurs à partir de groupes générateurs diesel-électriques classiques (non représentés) montés sur la plate-forme de travail. Chacune des hélices est carénée à l'intérieur d'une tuyère 33 du type 5 à accélération d'écoulement qui peuvent être de la forme bien connue sous le nom de tuyère Kort. La tuyère est montée sur des pivots supérieur et inférieur 34 et 35 montés chacun sur un support 36 fixé à l'extrémité arrière de l'appendice 26 pour permettre un braquage de la tuyère. Le pivot supérieur 34 traverse 10 un carter 37 à l'intérieur duquel il est fixé au centre d'un pa-lonnier 38 dont les extrémités opposées sont articulées à des cylindres de commande à pression 39-39 qui reçoivent leur énergie d'un moteur et d'une pompe de gouverne classiques 40 montés à l'intérieur de l'appendice 26 (fig. 3). 15 En rendant la tuyère Kort 33 braquable, on en fait une gou verne efficace qu'on appelle gouverne Kort et qui dirige la poussée de ladite tuyère de la façon nécessaire pour créer un moment vireur appliqué au bâtiment. Cette poussée dirigée n'est pat tributaire de la vitesse du bâtiment, comme dans le cas d'un 20 gouvernail habituel. Grâce à l'utilisation de ces gouvernes, le bâtiment peut être piloté en faisant varier at inversant les vitesses des hélices dans les flotteurs opposés. Ainsi, ces tuyères braquables apportent une sécurité dans le cas d'une avarie à une hélice, l'un des gouvernails pouvant alors être utilisé pour 25 maintenir le bâtiment sur une trajectoire rectiligne. De plus, ces gouvernails sont également d'une grande utilité pour les manoeuvres sur l'emplacement du forage. On utilisera par exemple les moteurs de propulsion,pendant que le bâtiment est amarré sur les lieux du forage, pour réduire la fatigue des amarres par 30 très gros temps, ce qui réduit le risque de défa&llancee d'une ancre ou d'une chaîne. Un autre avantage de ces dispositifs de propulsion se trouve dans le fait qpe l'installation du système d'ancrage sur l'emplacement de forage est facilité par l'aptitude de 1'unité à se déplacer par ses propres moyens ou à garder 35 une position fixe sans l'aide de remorqueurs tandis que des bateaux auxiliaires mouillent les ancres. Outre cela, les dispositifs de propulsion se montreront encore utiles pour aider à positionner dynamiquement l'unité quand on fore en eau profonde où des amarrages classiques ne sont pas réalisables. 40 La plate-forme de travail 14 sera équipée des divers loge 71 00121 s 2088411 ments pour le personnel et le matériel comme le montre la fig. 1. Le derrick de forage D est représenté monté au centre du bâtiment au moyen duquel 1 * opération de forage sera conduite comme il se doit. 5 En fonctionnement, on peut faire varier le tirant d'eau de la plate-forme' de forage flottante. Les mouvements du bâtiment (qui dépendent de la hauteur et de la période des mers),en un emplacement particulier quelconque,détermineront le tirant d'eau qui donne lieu aux moindres mouvements. Les unités de propul-10 sion sont dotées d'une puissance suffisante pour assurer la propulsion autonome de l'installation flottante sur toute distance qu'on veut I une vitesse satisfaisante, soit par exemple huit noeuds . Le système décrit est utilisable pour la propulsion du bâtiment avec des tirants d'eau variant de celui avec lequel on 15 fait normalement le remorquage d'une plate-forme flottante (environ 5,8 m) jusqu'au tirant d'eau normal en forage (environ 21,4 m). Au cours d'un déplacement, le bâtiment peut prendre des tirants d'eau supérieurs au tirant d'eau normal de remorquage pour réduire au minimum les mouvements gênants que lui imprime 20 une grosse mer, tout en continuant à progresser. On peut compter que de tels tirants d'eau varieraient d'environ 13,7 à 60 mètres suivant l'état de la mer. En ajoutant des hélices ou dispositifs de poussée supplémentaires orientés transversalement par rapport à l'axe longi-25 tudinal du bâtiment, on pourrait obtenir dans cette direction un soulagement supplémentaire de la tension des chaînes. De plus, l'addition d'un système de commande central ferait de l'unité un bâtiment se positionnant lui-même et capable d'opérer en eau profonde sans chaînes d'amarrage. 30 Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'applications , non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 71 00121 9 2088411 - REVENDICATIONS - 1 - Installation de forage semi-submersible à propulsion autonome, comportant une plate-forme de travail supportée par une base flottante constituée d'éléments creux, caractérisée par le fait que 5 la plate-forme de travail (14) est supportée par une superstructure stabilisatrice (12) laissant libre passage aux vagues et composée de plusieurs colonnes cylindriques verticales (19) distribuées sur la périphérie et dressée sur une base flottante qui est un ensemble de coques submersibles (10) comprenant plusieurs éléments cylin-10 driques allongés ou flotteurs (16,18) disposés parallèlement et à distance les uns des autres, dont deux au moins comportent des moyens de propulsion orientables (30, 33, 38) capables de propulser ladite installation flottante sur un plan d'eau, ladite plate-forme de travail (14) portant à poste fixe -une unité de forage. 15 2 - Installation de forage suivant la revendication 1, caracté risée par le fait que ladite base flottante (10) comprend une paire de cylindre creux intérieurs (16) et une paire de cylindre creux extérieurs (18), ces derniers étant plus courts que les premiers (16) et ayant leurs milieux sensiblement alignés avec les milieux des 20 premiers sur un axe transversal. 3 - Installation de forage suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que lesdites plusieurs colonnes verticales cylindriques creuses stabilisatrices (19) constituant ladite superstructure (12) ont leurs centres distribués sur la circonférence d'un 25 cercle (C) centré sur le point d'intersection des axes longitudinal et transversal du bâtiment et qu'il est prévu des traverses cylindriques creuses (21) qui relient entre elles celles desdites colonnes (19) qui sont sur une même transversale à des niveaux situés au-dessus desdits flotteurs (16, 18) ainsi que des montants verticaux 30 (22) qui relient lesdits flotteurs intérieurs (16) à quelques-unes au moins desdites traverses (21). 4 - Installation de forage suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que, dans ladite superstructure (12), deux desdites colonnes cylindriques stabilisatrices (19) sont montées sur 35 chacun desdits flotteurs (16, 18) au voisinage de leurs extrémités opposées et qu'on prévoit des colonnes verticales supplémentaires (24) de plus petit diamètre que lesdites colonnes cylindriques stabilisatrices (19) pour supporter ladite plate-forme de travail (14) en prenant appui sur lesdits flotteurs (16, 18) en des points inter-40 médiaires entre lesdites colonnes cylindriques stabilisatrices (19). 71 00121 10 2088411 5 - Installation de forage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4» caractérisée par le fait que chactin desdits moyens de propulsion est constitué par une hélice (30) montée tournante à la poupe du flotteur intérieur (16) et relié à une unité motrice 5 (32) qui est logée dans ladite poupe audit flotteur intérieur et qu'il est prévu une tuyère accélératrice orientable (33) enveloppant ladite hélice et montée sur ledit flotteur intérieur (16) de façon à pouvoir pivoter autour de ladite hélice de façon à diriger le bâtiment, ainsi qu'une commande de gouvernail installée sur ledit 10 flotteur intérieur (16) pour braquer ladite tuyère (33). 6 - Installation de forage suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que ladite commande de gouvernail comporte tua axe de gouvernail solidaire de ladite tuyère (33), un palonnier (38) fixé audit axe et un cylindre de commande à fluide sous pression (39) 15 attelé audit palonnier (38) pour le faire tourner. 7 - Installation de forage suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le derrick de forage (D) est centré sur l'intersection des axes longitudinal et transversal du bâtiment. 8 - Installation de forage suivant la revendication 2, caracté-20 risée par le fait que les poupes desdits flotteurs intérieurs (16) portent des appendices coniques (26) se rétrécissant vers l'arrière dans lesquels sont logés et portés lesdits moyens de propulsion (30, 33, 38). 9 - Installation de forage suivant la revendication 5, caracté-25 risée par le fait que ladite tuyère (33) est une tuyère Kort.