Brevet FR2115095A1 — publié le 19720707

Les travaux de recherche vont quitter très prochainement le plateau contiez nental pour les zones en eau plus profonde. Les techniques actuellement à l'étude dans les grandes sociétés de recherches pétrolières et dans les organdis. mes d'état soutenant cette activité, s'orientent vers la définition de moyens de forage et de production par profondeurs d'eau très conséquentes. La présente invention a pour objet un type d'île en mer en forme de colonne tronconique creuse, mise en place par éléments. La colonne, selon l'inventior permet après sa construction, le forage à l'extérieur d'un nombre n de trous multiples de 3 pour la mise en production du champ pétrolier sur lequel elle est implantée. Cette colonne étanche et creuse sert de réservoir de collecte pour le stoc kage tampon de cette production. Elle est équipée à sa partie supérieure émergée de tout le matériel nécessaire au contrôle et à l'évacuation (générateurs d'énergie, séparateurs, gueules de puits et vannage de desserte, pompages de refoulement sur "pipe-lines" ou postes de chargement sur pétroliers, manifold de con tôle, etc...). Cette plateforme est équipée aussi, en encorbellement, des installations affectées au personnel de surveillance (quartiers d'habitation, bureaux, etc...). Un exemple non limitatif de réalisation de l'invention est décrit ci-après en se référant aux figures annexées où - la figure 1 représente une 1/2 coupe à gauche et 1/2 élévation à droite de l'île en mer, colonne tronconique creuse entièrement montée - la figure 2 illustre la vue en plan de la figure 1 - la figure 3 est la coupe suivant a b de la virole de base de l'île en mer (voir figure 1) - la figure 4 représente la 1/2 coupe élévation de 4 viroles mises en place il est supposé un ancrage nécessaire à partir de la 4ème virole posée - la figure 5 représente la 1/2 coupe suivant c d - la figure 6 représente la virole construite, coiffée de l'allégeur dans la forme de radoub vide - la figure 7 montre la mise en eau de l'ensemble - la figure 8 illustre l'allégement complet et la mise en flottaison de l'ensemble - la figure 9 illustre la manoeuvre de pose au fond de l'ensemble suspendu au crochet de la bigue 93 - la figure 10 représente l'abandon 1=2 la virole de base 2 au fond - la figure ll représente un mode de réalisation de l'taneiéité entre les modes - la figure 12 illustre le mode a'allégement et de transport d'une virole - la figure 13 est une vue en plan du dispositif représenté à la figure 12. L'ensemble à réaliser est représenté sur la figure 1. Dans cette illustration il est supposé une profondeur d'eau de 100 m et une hauteur émergée de 30 m ; avec une densité moyenne de l'huile brute de 0,8. Ce dimensionnenent permet de disposer du volume de stockage intérieur complet en gardant un vide de 5 m à la partie supérieure pour permettre la régulation sans ennui du remplissage. Cette régulation du remplissage du réservoir se fera grâce aux ouvertures prévues dans la virole de la base 2. Un flotteur compensé 3 de flottabilité positive dans l'eau de mer et négative dans l'huile brute, donc solidaire du plan d'eau, donnera en continu le volume d'huile stocké. En effet, l'équilibre des pressions extérieures et intérieures est donné théoriquement (influence dimensionnelle des ouvertures 1 négligée) par la relation : H il = hxl+h1 xd Pour d = 0,8 t h + hl = 125 m ; H = 100, l'égalité suivante peut être écrite 100 x 1 = 125 x 0,8. Les viroles sont posées les unes sur les autres suivant un processus qui sera examiné plus loin ; la réalisation de l'étanchéité des joints sera également examinée en fin d'exposé. La virole de base 2 est équipée à l'extérieur d'un nombre n multiplevde 3 de tubes guides 4 scellés et attachés par des colliers 5. Il sera pris dans la réalisation dessinée un nombre n = 9 de tubes guides 4. Ces tubes comporteront un léger évasement 6 à leur partie supérieure et seront munis de 2 câbles-guides 7 fixés en 2 points diaaé- tralement opposés de l'évasement 6.Ces câbles seront réunis en boucle et la longueur de cette boucle sera suffisante pour être ramenée à la partie supérieure de l'île, le cas échéant. bes installations de contrôle et de production ainsi que les quartiers d'habitation et bureaux du personnel de surveillance sont abrités par une couronne batie 8 à la partie supérieure de l'île en mer. La virole 9 est la première émergeant de la surface de l'océan. En fonction du régime des courants sous-marins régnant à l'endroit de la mise en place de l'île en mer constituée par cet empilage de viroles coniques, on peut être amené, après mise en place d'un certain nombre d'éléments, à ancrer l'ensemble ainsi constitué, sur le fond marin. L'illustration de la technique utilisée est donnée aux figures 4 et 5 annexées. Il est choisi au préalable 3 tubes guides 4 disposés à 1200 l'un de l'autre. La 4ème virole 10 destinée à recevoir l'ancrage est munie à la construction, à sa partie supérieure, de 3 oreilles ll ouvertes comme représenté sur la figure. 5 et avec un siège conique comme illustré sur la figure. 4. La mise en place de cette virole 10 exige des précautions spéciales car les axes des ouvertures des oreilles doivent être sur les génératrices des tubes guides 4 choisis dans la virole de base 2. Pour effectuer les forages destinés à l'ancrage, il convient de relever les câbles-guides 7 jusqu a la surface,soit par action de plongeurs ou à l'aide d'un engin sous-marin téléguidé muni d'un dispositif de prise. Grâce à ces câbles-guides un tubage provisoire 12 (en position verticale et traits mixtes sur la figure 4) est raccordé au tube guide 4. Ce tube est ensuite incliné pour entrer dans le logement de l'oreille 11. Depuis la surface, le forage est alors exécuté au travers de ce tube provisoire 12. Le forage achevé à la profondeur voulue, le tube provisoire est remplacé par le tubage définitif 13 en traits pleins sur la figure 4. Ce tubage est posé sur le siège conique de l'oreille ll grâce à des cales d'épaisseur coniques 14 et la cimentation est faite ; elle remonte jusqu'à la partie supérieure du tube guide 4. En attente, attachés en 2 points diamétralement opposés du tube 13, sont placés 2 guides formant boucle 15. La longueur de la boucle est suffisante pour être ramenée à la partie supérieure de l'île en mer. En effet, ces câbles-guides 15 serviront à guider la descente du tube guide standard permettant la poursuite des forages de production rayonnante au travers des tubes l3 destinés à l'ancrage intermédiaire de la 4ème virole 10. La fabrication des viroles est réalisée de préférence en béton armé traditionnel mais elle doit être spédialement étudiée pour permettre le transport marin et la mise en place "in situ", l'ensemble étant suspendu à une bigue, car cette technique de pose est la seule valable. Pour permettre une telle technique de mise en place sur le fond marin les étapes suivantes sont recommandées - allègement prévu à l'essence légère de l'élément en béton de manière à obtenir dans l'eau de mer une flottabilité positive pour l'ensemble permettant son transfert marin par remorquage ; une légère flottabilité négative étant facilement obtenue sur place pour assurer la pose en position pendue au crochet de la bigue. - Lorsque l'île doit être érigée sur de grands fonds (plus de 200 m de hauteur d'eau), il peut être constaté, après étude préalable des volumes de béton minima à mettre en place, que l'ensemble 9 transporter ne peut être allégé suffisamment pour obtenir une flottabilité positive dans l'eau de mer. Deux cas sont à considérer ler cas - La flottabilité négative obtenue est comprise entre 0 et 600 t. ce dernier chiffre correspondant à l'utilisation d'une bigue déjà importante; Le transport est résolu par la mise en place sur le lieu de construction d'un flotteur supplémentaire et sur le lieu de pose, la bigue prévue peut être utilisée. 2ème cas - La flottabilité négative obtenue est supérieure à 600 t. Une étude d'allègement de chaque virole est alors entreprise, et on est amené à prévoir des structures creuses, le complément de béton étant mis en place "in situ". Ce béton assure, dans ce dernier cas, l'étanchéité des joints entre chaque virole. Un avantage non négligeable de cette conception réside dans le fait que la virole de base 2 peut être posée sur un fond légèrement imparfait; le complément de béton injecté depuis la surface donne une assise complémentaire et un plan de joint supérieur parfaitement horizontal. La technique de pose reste identique à celle définie par le présent brevet. - Le lieu choisi pour permettre de telles fabrications sera une forme de radoub ou, de préférence, un dock flottant. Dans ce qui suit, sont exposées les différentes opérations dans le cas général d'une flottabilité positive dans l'eau de mer obtenue pour l'ensemble (virole + allégeur). - Fabrication : Nous supposons cette fabrication entreprise dans une forme de radoub voisine du lieu où doit être mise en place l'île en mer. Un exemple non limitatif du déroulement de ces opérations est illustré sur les figures 6, 7 et 8. La forme de radoub est vide, la porte 16 étant fermée sur la mer 17. La virole de base 2 une fois terminée est coiffée, à l'aide d'une grue de chantier, avec le réservoir allégeur 18 en forme de *chapeau chinois". Ce réservoir repose sur la virole 2 et est relié à cette dernière par une série de crochets compensés 19 solidement accrochés sur la virole 2 sur laquelle ils sont articulés. Chacun de ces crochets articulés 19 comporte un contrepoids 30 reposant sur une cale 21 afin d'éviter que les crochets 19 n'échappent au moment du remplissage du réservoir 18 en essence légère ou en air. Ce remplissage est prévu par l'intermédiaire d'une conduite flexible 22 et de la vanne 23 qui est en position fermée sur la figure 6. L'essence est pmm"e''e.au moyen de la pompe 24.En complément d'équipement, il est signalé le crochet 25 permettant de soutenir ltensemble et l'amarrage 26 pour le remorquage marin0 La figure 7 représente la mise en eau de l'ensemble par ouverture progressive des portes 16 et entrée de la mer 17. La vanne 23 est ouverte pour évacuer l'air et permettre ainsi le remplissage complet en eau de mer du réservoir allégeur 18. Ensuite par la pompe 24 et la conduite 22 on introduit de l'essence légère dans le réservoir allégeur 18. Cette essence occupe progressivement l'espace ombré 27 et on arrête le pompage quand le réservoir 18 s'est soulevé mettant en tension les crochets 19 dont les contrepoids 20 reposent toujours sur les cales 21. L'eau contenue dans le réservoir 18 s'est échappée au fur et à mesure du pompage de l'essence par 28.La vanne 23 est fermée et une vérification générale est faite par plongeurs, principalement pour s'assurer de la mise en place correcte des crochets 19. Sur la figure. 8 le remplissage en essense légère du réservoir 18 se poursuit par la pompe 24, la conduite 22 et la vanne ouverte 23. On suppose que la quantité d'essence légère mise en place dans l'espace ombré 29 donne à l'ensemble réservoir allégeur 18 et virole 2 une flottabilité positive, comme représenté en fin d'opération sur la figure. 8. La vanne 23 est fermée, la conduite flexible 22 déconnectée du raccord 3 pièces 30 et un remorqueur, attelé à l'amarrage 26, peut évacuer l'ensemble vers le lieu de mouillage. - Transport marin L'ensemble (réservoir 18 + virole) ayant une flottabilité positive, comme représenté à la figure 8, le transport marin peut être effectué sans trop de problèmes, car la flottabilité peut être légèrement modifiée en étudiant, par exemple, la forme du réservoir 18 en fonction de la houle habituellement établie pour un temps calme. Il peut se présenter cependant, pour des profondeurs importantes (de l'or- dre de 200 m et plus), que la virole de base 2, la plus conséquente, ne puisse être allégée suffisamment. Dans ce cas, il faut ajouter un ou plusieurs flotteurs permettant d'annuler la flottabilité négative de l'ensemble et assurer ainsi son transfert marin. La mise en place de ces flotteurs peut être effectuée entre la phase représentée à la figure 7 et celle de la figure 8. L'allègement donné par ces flotteurs doit être compris entre O et 600 t pour permettre l'intervention d'une bigue flottante au moment de la pose. Afin d'amortir, en cours de transport, les oscillations dues à la -houle, il sera intercalé un amortisseur hydraulique dans chaque attache. - Montage des éléments Un exemple non limitatif de pose au fond est illustré sur les figures 9 et 10. Une investigation minitieuse du fond marin doit être faite au préalable pour choisir une aire parfaitement horizontale. Cette dernière est balisée par des lests 31. Ltensemble (virole 2 + réservoir 18) amené par transport marin comme vu précédemment est amarré au crochet 32 de la bigue 33 en interposant entre le réservoir 18 et le crochet 32 un amortisseur hydraulique 34. Cet ensemble est relié à la grue de la bigue 33 par un moufle mobile 35, le mouflage 36, le point fixe 37 et le brin moteur 38 s'enroulant sur le treuil 39. La figure 9 représente la fin d'opération de pose au fond. Pour arriver à cela depuis l'amarrage de l'ensemble à poser au crochet 32, les opérations suivantes ont été nécessaires - ouvrir les vannes 25 et 40 pour évacuer une partie de l'essence légère par le flexible 22 vers le réservoir prévu comme stockage dans la bigue 33. Cette opération est arrêtée en fermant la vanne 40 quand la flottabilité négative de l'ensemble à poser a été obtenue. Cette flottabilité négative qui sollicite le crochet 32 est fonction de l'état de la mer et de la capacité choisie pour la coulisse hydraulique 34 ; en général, il convient de la fixer très faible de manière à garder jusqu'au fond une grande souplesse de manoeuvre. - Avant de descendre l'ensemble à l'aide de la grue de la bigue 33, un engin de surveillance est envoyé au fond ; il s'agit du sous-marin 4a télécommandé depuis la surface par câble 42 et possédant projecteurs et appareils de prise de vue 43. L'image de ce qu'il voit est transférée par 42 sur un écran de télévision 44 en surface. Cette observation continue permet de déposer avec exactitude l'ensemble (réservoir 18 + virole 2) à l'endroit balisé au préalable par rapport aux corps morts 31. La coulisse 34 joue alors son rôle et suit les fluctuations de la houle, la charge restant parfaitement stable pesée légèrement au fond. On procède alors rapidement à une mesure visuelle, grâce à l'engin 41, du plan supérieur de la virole 2.Il est toujours possible de soulever l'ensemble, le faire tourner et le reposer pour analyser le plan supérieur de la virole 2. Quand la position est correcte on procède alors aux manoeuvres d'abandon de la virole 2. Cette manoeuvre est illustrée conjointement par les figures. 9 et 10. Après une dernière vérification de l'horizontali- té de la face supérieure de la virole 2, on alourdit le réservoir allégeur 18 en ouvrant la vanne 40, la vanne 25 étant restée ouverte. On laisse également descendre le crochet 32 du jeu initial 45 existant entre le réservoir 18 et la virole 2. Les crochets 19 se libèrent alors et occupent la position illustrée sur la figure 10. A l'aide de l'engin 41 on fait le tour de la virole 2 pour vérifier que tous les crochets 19 sont bien décrochés. Cette observation est suivie sur l'écran de télévision 44 par un appareillage comportant un appareil de prise de vue, les projecteurs 43 et le câble 42. Suite à cette vérification la vanne 40 est fermée et le réservoir allégeur 18 est remonté à la surface par le crochet 32, le moufle mobile 35, le mouflage 36, par enroulement du brin moteur 38 sur tambour du treuil 39 de la bigue 33. Si le réservoir allégeur 18 doit être ramené à la base par voie de mer, on l'allège à nouveau en ouvrant la vanne 46 et en refoulant de l'essence légère par la pompe 24 et le flexible 22. Après fermeture de la vanne 25, on déconnecte le flexible 22 des raccords 3 pièces 30 et le réservoir allégeur 18 est remorqué sur la base pour coiffer une nouvelle virole. Ce réservoir allégeur 18 peut également hêtre ramené à la base après avoir été vidé complètement de son essence légère et chargé alors vide sur un bateau de service par la bigue 33. La mise en place des viroles suivantes est faite suivant un processus identique, le réservoir allégeur 18 étant étudié pour tenir son roule avec le plus grand nombre possible de viroles à poser. La figure. 11 donne une illustration de 2 solutions d'étanchéité possible du joint entre 2 viroles. Ce dernier joint d'étanchéité peut etre réalisé de deux manières suivantes : - soit par cordons 47 en gomme synthétique ou tout autre produit plastique résistant à l'eau de mer et à l'huile brute. Ces cordons 47 sont placés à la partie supérieure de la virole dans les plans inclinés d'une rainure en forme d'auge prévue de construction. Au moment de la pose ces cordons 47 sont écrasés par une couronne mâle en section d'auge identique prévue de construction au bas de la virole à poser laissant un jeu 48. - soit par une couche d'asphalte 49 ou autre produit plastique équivalent résistant à l'eau de mer et à l'huile brute placée à la partie supérieure de la virole dans une rainure femelle en section d'auge venant de construction. Après pose de la virola supérieure, le jeu 50 reste rempli du produit assurant l'étanchéité. Il est représenté sur la virole de base 2 un des tubes guides 4, un de ses colliers d'attache et scellement 5 avec les 2 câbles-guides 7 en attente de récupération depuis la surface afin de permettre le guidage du tube destiné à : soit des forages d'ancrage, soit des forages rayonnants de production. La position de ces tubes 4 placés à l'extérieur des viroles a été choisie pour illustrer le processus décrit t mais ces tubes peuvent être placés à l'intérieur ou dans l'épaisseur des viroles sans rien modifier au processus de pose. La mise en place de la virole débouchant à la surface (9 sur la figure 1) pose un problème particulier d'allégement. Les figures. 1l et 12 illustrent une solution possible de ce problème. La virole 9 est conçue avec la hauteur maximum admissible et entourée, dans la forme de radoub ou dock flottant, lieu de sa construction, par un flotteur rempli d'air constitué par deux demi-couronnes identiques 51 (fig. 12 et 13). La virole 9 repose par des ancrages scellés 51 a (figures. 12 et 13) sur des poutres 52. Ces poutres sont amarrées au flotteur en deux parties 51 par plaques et boulons 53. Les deux demi-couronnes 51 sont solidarisées également par un système de cornières 54. Arrivé sur le lieu de pose, la virole est accrochée par la bigue et le flotteur en deux parties 51 est alourdi pour permettre la pose en suspension. Ensuite, les flotteurs 51 sont alourdis un peu plus pour dégager les poutres 52 qui sont démontées et récupérées. Ensuite, les flotteurs 51 sont détachés l'un de l'autre et évacué. Grâce aux armatures en attente 55 (figures 12 et 13), la construction de la partie supérieure peut être achevée "in site. Après terminaison de l'ouvrage béton armé, il est utile de coiffer l'en- semble d'une calotte en tôle d'acier avec jupe couvrant largement le joint (9 a - figure. 1). Un tel revêtement évite la détérioration de ce joint proche de la surface et permet plus facilement l'implantation de la couronne 8 - fig.1, le raccordement des puits de production, et renforce la partie supérieure émergée de l'île en mer. La conception, telle que décrite par le présent brevet, de ces îles en mer n'est pas exclusivement orientée sur les techniques d'exploitation du pétrole mais peut également donner une solution valable pour des culées en eau profonde destinées à supporter des tabliers de ponts à lancer au-dessus de la mer ou de fleuves R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1.- Procédé de construction d'une structure marine par empilement d'éléments préfabriqués, ce procédé se caractérisant par la combinaison des étapes successives suivantes a) à un emplacement de profondeur suffisante pour pouvoir immerger complè- tement un élément fabriqué sur place, on attache de façon amovible à cet élément préfabriqué un allégeur creux renfermant un liquide de densité différente de celle de l'eau, dont la variation de volume dans l'allégeur permet de régler la flottabilité de celui-ci, on ajuste cette flottabilité de manière à amener l'ensemble formé par l'allégeur et l'élément préfabriqué en position de flottaison, b) on déplace dans liteau jusqu'au lieu de construction l'ensemble constitué par ledit élément préfabriqué et ledit allégeur, c) lorsque ledit ensemble est parvenu au lieu de construction, on diminue sa flottabilité de façon à descendre plus facilement dans l'eau ledit élément préfabriqué à l'emplacement choisi, puis l'on détache et remonte ledit allégeur et d) on répète les étapes ci-dessus pour transporter jusqu'au lieu de construction au moins un autre élément préfabriqué que l'on descend dans l'eau pour le faire reposer sur l'élément préfabriqué déjà mis en place. 2.- Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé de construction selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il comporte un allégeur se raccordant à une conduite flexible d'alimentation en liquide de densité différente de celle de l'eau et comportant des moyens de solidarisation avec ledit élément préfabriqué, ces moyens de solidarisation étant détachables. 3. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de solidarisation ont une position d'accrochage dudit élément préfabriqué audit allégeur, dans laquelle il subsiste un certain jeu (45, figure 9) entre l'alléger et le bord supérieur de l'éléments préfabrlc et une position de désolidarisation obtenue par déplacement dudit allégear vers le bas par rapport audit élément préfabriqué et permettant d'obtenir cette désolidarisation par simple dir,1inution de la flottabilité de l'alléger 4.- Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de solidarisation sont constitués par des crochets articulés associés à des contrepoids. 5.- Appareillage selon la revendication 2, pour la construction d'une structure marine formée d'éléments préfabriqués creux, caractérisé en ce qu'il comporte un allégeur dont une partie au moins de la capacité peut être logée dans-chaque élément préfabriqué à transporter, afin de réaliser un encombrement plus réduit de l'ensemble.