Brevet FR2225582A1 — publié le 19741108

La présente invention est relative aux ensembles de platesformes de forage et d'extraction en mer, et elle a pour but de four nir un ensemble de plate-forme qui soit de fabrication et de mise en place faciles. Les forages de puits de pétrole en mer sont effectués actuellement dans des zones d'eaux profondes et la tendance actuelle est de stintéresser à des zones d'eaux plus profondes et plus dangereuses que par le passé. Ceci soulève des difficultés considérables en ce qui concerne la pré-fabrication et la mise en place des plates-formes sur les lieux de forage, avec une augmentation des prix de constructions, qui sont habituellement massives. Les ensembles de plates-formes de forage et d'exploitation qui reposent sur les fonds marins et sont fixées dans ceux-ci sont traditionnellement constitues d'une ossature en acier à éléments espacés. Au sommet de la partie supérieure de l'ossature, qui est située au dessus du niveau de la mer, est fixée une plate-forme proprement dite qui porte tous les appareillages et équipements nécessaires pour le forage et l'extraction, de façon qu'il ne soient pas affectés par l'action des vagues, La mise en place de l'ossature sur les lieux de forage et, ensuite, le montage de la plate-forme proprement dite, soulèvent habituellement des difficultés considérables et des dépenses importantes lorsque ces travaux sont effectués dans une mer agitée. Le but de l'invention est de fournir un ensemble de plateforme du type précité, de construction et de mise en place plus faciles, réduisant en conséquence les difficultés et les frais qu'en traient actuellement ces travaux. À cet effet, l'invention a pour objet un ensemble de plateforme qui comprend une colonne verticale dont la longueur est supérieure à la profondeur des eaux à l'emplacement du forage, et une plate-forme fixée autour de ladite colonne et adaptée pour coulisser le long de cette dernière. L'extrémité inférieure de la colonne constitue un socle d'appui pour soutenir l'ensemble sur le fond de la mer. Par ailleurs, la plate-forme proprement dite comporte une ouverture centrale, concentrique à la colonne, mais ayant une section plus grande, afin de faciliter son coulissement. Cette plateforme est fixée sur la colonne verticale en un point situé audessus du niveau des eaux. De façon avantageuse le socle est constitué par une chambre de forme annulaire, étanche à l'eau, disposée autour de la colonne et réunie à celle-ci par des bras intermédiaires radiaux. Cette chambre est divisée en compartiments indépendants au moyen de cloisons radiales, de préférence alignées avec lesdits bras. Chaque compartiment comporte dans son fond une ouverture qui est munie d'une vanne appropriée, et une autre ouverture dans sa partie supérieure, qui est munie d'une vanne reliée à un tuyau d'alimentation en air comprimé. L'air comprimé entrant et sortant en fonction de 1' ouverture des vannes du fond permet de modifier progressivement la flottabilité du socle, de la façon nécessaire, pendant les opérations de mise en place. Pour éviter des mouvements de glissement de l'ensemble dûs à l'action du vent, des courants et autres, il peut autre prévu des saillies, sous le socle, qui sont destinées à pénètrer dans le fond, sur le lieu de travail. De façon avantageuse, la colonne verticale est creuse et est ouverte à son extrémité inférieure pour réaliser un passage d'é- coulement libre, de sorte que la colonne n'est pas affectée par la pression hydrostatique de l'eau de la mer. Un train de tiges de forage peut titre disposé à l'intérieur de la colonne, et le moufle associé est disposé au sommet de celle-ci. L'extrémité supérieure de la colonne peut être réalisée sous la forme d'un tronc de cône inversé, comportant sur sa périphérie un monorail circonférentiel portant plusieurs moufles dont chacun supporte un train de tiges de forage qui traverse la plate-forme par des ouvertures tubulaires ainsi que le socle à travers les espaces libres entre les bras radiaux. D'une façon avantageuse, les compartiments du socle peuvent comporter une troisième ouverture munie de vannes appropriées pour permettre l'entrée et la sortie du pétrole, ces compartiments servant ainsi de cuves d'emmagasinage pour le pétrole extrait. D'une façon analogue, la colonne peut servir de réservoir d'emmagasinage, l'eau se trouvant à l'intérieur étant éjectée, lorsque le pétrole est amené à la partie supérieure de la colonne. Une cheminée ou tube de sortie communiquant avec l'intérieur de la colonne peut assurer l'échappement des gaz pendant la phase d'extraction du pétrole. Pour faciliter le transport et le montage de la plate-forme, celle-ci peut astre constituée d'éléments modulaires séparés, capables chacun de flotter, qui sont réunis autour de la colonne verti cale, et qui peuvent être séparés de celle-ci après la fin du programme de forage pour être montés sur une autre colonne ou être démontés. Le levage de la plate-forme le long de la colonne verticale jusqu'à sa position de fixation peut être effectué en suspendant la plate-forme à des engins de levage montés au sommet de la colonne. Le levage peut également être effectué en disposant des réservoirs étanches à l'eau au-dessous de la plate-forme, ces réservoirs comportant des vannes pour les remplir et les vider et étant également reliés à une centrale d'air comprimé qui, en conjugaison avec les vannes, permet de commander la flottabilité des réservoirs. Ces réservoirs sont reliés à la plate-forme au moyen d'entretoises rigides verticales qui sont adaptées pour soutenir la plate-forme lorsqu'elle est élevée au dessus du niveau de la mer en utilisant la capacité de levage des réservoirs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap parattront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels La Fig.1 est une vue schématique en élévation d'un ensemble de plate-forme suivant l'invention; Les Fig. 2 et 3 sont des vues en plan de deux modes de réalisation du socle de support de cet ensemble de plate-forme; La Fig. 4 est une vue en élévation schématique de l'ensemble en cours de montage; Les Fig. 5 et 6 sont également des vues schématiques en élévation de l'ensemble en cours de montage; La Fig. 7 est une vue schématique en élévation montrant un autre procédé de montage d'un autre ensemble suivant l'invention; ; La Fig. 8 est une vue latérale en élévation montrant un autre procédé de montage d'un ensemble de plate-forme suivant l'invention; La Fig. 9 est une vue analogue à celle de la Fig. 8, mais montrant l'ensemble de plate-forme complètement monté. L'ensemble de plate-forme représenté à la Fig. t est composé d'une colonne verticale creuse t dont l'extrémité inférieure est un socle de support comportant une chambre annulaire interne 2 et plusieurs bras 3 s'étendant radialement et reliant lue socle à la colonne 1. On voit aux Fig. 2 et 3 que la chambre 2 peut Qtre de forme polygonale ou circulaire. Cette chambre 2 est divisée en com partiments 4 étanches à l'eau par des cloisons radiales qui sont de préférence alignées avec les bras 3. Une plate-forme 6 est fixée sur la colonne 1; cette plateforme comporte une ouverture centrale 7 qui est concentrique à la colonne t mais a une section plus grande que celle de la colonne afin de faciliter son coulissement le- long de celle-ci. Au sommet de la colonne 1 peut etre fixé un plateau 8 destiné à servir d'aire d'atterrissage pour des hélicoptères. A ce plateau peut également etre suspendu un moufle pour entratiier un train de tiges de forage qui peut tre'disposé-longitudinalement à l'intérieur de la colonne 1. La colonne 1 est creuse et est ouverte à son extrémité inférieure pour permettre la libre pénétration de liteau, de telle sorte que la colonne n'est pas affectée par la pression hydrostatique exercée par l'eau de mero les compartiments 4 formés par la division de la chambre 2 comportent chacun une ouverture à leur partie inférieure (non représentée) qui est munie de vannes appropriées reliées à des conduites, en vue de leur mise en eau et de leur vidange. Chaque compartiment 4 est également relié à un tuyau d'alimentation en air comprimé dont le passage est commandé par un robinet afin de modifier la quantité d'eau se trouvant dans les compartiments 4 et, par suite, leur flottabilité propre. Les tuyaux d'arrivée de l'air comprimé peuvent être disposés à l'intérieur de la colonne. On commence le montage de l'ensemble de plate-forme en construisant le socle annulaire 2 et les bras 3 s'étendant radialement, ainsi que la partie inférieure de la colonne 1. Cet assemblage est alors utilisé comme base de construction pour la plate-forme 6 proprement dite. On peut continuer la construction de la colonne 1 tandis que l'on effectue l'installation de la machinerie et de l'appareillage sur la surface supérieure de la plate-forme. Dans ce but, on peut utiliser un mât 10 et disposer à son sommet les engins de levage appropriés pour suspendre les nouvelles sections de la colonne qui sont mises en place progressivement. On place le mât en un point plus élevé périodiquement, au fur et à mesure que la construction de la colonne progresse. Après l'achèvement de la construction de l'ensemble, on le fait flotter, grâce à la flottabilité du socle annulaire 2, qui procure une stabilité suffisante pour permettre le remorquage de l'ensemble jusqu'au lieu de forage choisi. Ceci peut dtre effectué de la façon suivante : au cours du remorquage, le socle annulaire 2 est rempli d'air sous une pression suffisante pour chasser toute l'eau de l'intérieur du socle, les vannes disposées au. fond du socle étant maintenues fermées. Lorsque l'on a atteint le lieu du forage, on ouvre ces vannes pour laisser l'air s'échapper du socle annulaire 2. Le tirant d-'eau augmente ainsi progressivement jusqu'à ce que le sommet du socle annulaire soit submergé.A partir de- ce. moment l'ensemble flotte grâce à la flottabilité de la plate-forme 6, qui procure la flottabilité et la stabilité nécessaires. Ce procédé de mise en place est représenté à la Figo 5, où l'on voit que le socle 2 est suspendu à la plate-forme 6 au moyen d'organes de levage 12. L'ensemble composé du socle 2 et de la colonne 1 peut être progressivement immergé simplement en modifiant la quantité d'eau à l'intérieur des compartiments 4 du socle. La plate-forme 6 constitue un élément indépendant qui est adapté pour coulisser le long de la colonne 1 et, de cette façon, l'ensemble constitué par le socle et la colonne descend pour venir reposer sur le fond marin, tandis que la plate-forme 6 continue de flotter. Les dispositifs de levage 12 sont destinés à commander cette opération en assurant le maintien d'une vitesse d'immersion appropriée du socle. Le raccordement à la source d'air comprimé est utilisé pour maintenir le volume d'air désiré à 11Ultérieur des chambres du socle 2, du fait que ce volume diminue en raison de l'augmentation de la pression hydrostatique au fur et à mesure que le socle annulaire descend vers le fond. Lorsque le socle 2 repose sur le fond tarin, les dispositifs 12 sont retirés de leur position initiale et placés dans une nouvelle position 12', représentée à la Fig.6. En utilisant ces dispositifs, ou d'autres dispositifs de levage, on élève la plate-forme 6 jusqu'à sa position de fixation dans laquelle elle est fixée sur la colonne 1 par soudage ou tout autre moyen approprié. On laisse également s'échapper l'air qui se trouve toujours dans le socle annulaire 2 pour permettre un remplissage complet de celui-ci et, de cette façon, on obtient la masse maximale venant-reposer fermement sur le fond. Les chambres du socle 2 peuvent comporter à leur partie in inférieure des saillies 13 constituées par des anneaux circulaires ou des nervures radiales qui empêchent tout glissement en pénètrant dans le fond et évitent ainsi tout déplacement consécutif à l'action des courants, des vagues, du vent, ou autres. Pendant la mise en place sur le lieu de forage, il est nécessaire de contrôler la position verticale de l'ensemble. Dans ce but, le volume d'air se trouvant dans les compartiments 4 peut être modifié sélectivement pour obtenir ainsi une pénétration appropriée des saillies 13, afin de maintenir la position verticale. La Fig.7 montre une autre façon de procéder pour la construction de l'ensemble de plate-forme, suivant laquelle on utilise à la partie supérieure de la colonne une partie 14 ayant la forme d'un tronc de cône inversé. Un monorail 15 est monté à la périphérie de la partie supérieure de la colonne, et l'on suspend à celui-ci un ou plusieurs moufles mobiles 16 destinés chacun à porter un train 17 de tiges de forage qui s'détendent à travers des ouvertures tubulaires 18 de la plate-forme 6. Ces trains de tiges s'étendent à travers les intervalles libres entre les bras radiaux 3. Cet agencement permet de forer simultanément plusieurs puits, en déplaçant les moufles le long du monorail lorsqu'un puits est achevé. Dans la phase consécutive de production, les gaz peuvent autre conduits de l'intérieur de la colonne vers l'extérieur par une cheminée 19. L'intérieur de la colonne peut également être utilisé comme réservoir de stockage temporaire pour le pétrole brut tandis qu'il est dégazé et traité. Lorsque le pétrole 20 est pompé dans la colonne, l'eau de mer 21 s'écoule à l'extrémité inférieure. La capacité d'emmagasinage peut être augmentée en utilisant les compartiments 4 du socle annulaire0 En donnant à ce socle des dimensions appropriées, on peut obtenir un ensemble qui permet d'effectuer le forage, de produire du pétrole, de l'emmagasiner et de le pomper pour charger des pétroliers en vue de son transport. L'immersion et la mise en place de l'ensemble de plate-forme sur le lieu de travail peuvent titre effectués comme représenté aux Fig. 8 et 9. Au commencement de l'opération d'immersion, on détermine un certain nombre de compartiments 4 dont le volume est dans son ensemble équivalent à la masse de l'ensemble de la colonne et du socle. Ces compartiments sont maintenus vides pendant la totalité de l'opé- ration d'immersion, en maintenant fermées les vannes prévues dans leur partie inférieure, les vannes des autres compartiments étant maintenues ouvertes pendant tout le temps, ces compartiments étant par conséquent librement remplis, et de cette façon, l'immersion initiale du socle s'effectue jusqu'à ce que la partie supérieure du socle annulaire se trouve juste au dessous du niveau de l'eau. À ce moment, les flottabilités et les masses se trouvent en état d'équilibre. Pour continuer l'immersion, on ouvre une vanne 22 située dans l'ouverture de la partie inférieure de la colonne 1 pour permettre l'entrée et la sortie de l'eaux lorsque l'eau submerge la partie inférieure de la colonne, l'ensemble descend0 Ainsi, le processus d'immersion peut & re poursuivi jusqu'à ce que le socle repose sur le fond de la mer. Pendant l'opération d'immersion, la plateforme 6 flotte, procurant une stabilité suffisante pour que l'en- semble ne chavire pas. la seconde phase du travail consiste à élever la plate-forme 6 au dessus du niveau de l'eau. Dans ce but, on dispose au-dessous de la plate-forme un certain nombre de réservoirs 23 et on les fixe à elle au moyen de solides entretoises 24 pendant la phase de construction. Les réservoirs 23 comportent à leur partie inférieure des ouvertures 25 et des vannes appropriées, ainsi que des ouvertures d'entrée pour de l'air comprimé, comportant également les vannes nécessaires. les dimensions des réservoirs 23 permettent de les placer entre les bras radiaux 3 pendant la construction. le volume des réservoirs est approximativement équivalent à la masse de la plateforme 6. Pendant l'immersion de ensemble composé du socle et de la colonne; les réservoirs ?3 sont maintenus remplis et sont suspendus à la plate-forme 6. Lorsque le socle de la colonne repose sur le fond, de l'air est envoyé dans les réservoirs 23, à partir d'une centrale d'air comprimé, afin d'en chasser toute l'eau qu'ils contiennent. La flottabilité des réservoirs est transmise à la plateforme 6 par l'intermédiaire des entretoises 24, élevant la plateforme jusque dans sa position de fixation sur la colonne 1. Si cette flottabilité est supérieure à la masse de la plate-forme 6, celleci est élevée en coulissant le long de la colonne jusque dans la position finale désirée.Si la flottabilité est légèrement inférieure à la masse de la plate-forme, on peut utiliser les moufles 16 pour fournir la force de levage supplémentaire nécessaire. Le type d'ensemble de plate-forme décrit en référence à la Fig.7 permet de séparer les travaux de forage de ceux de la production. Dans ce but, les installations nécessaires pour des forages multiples ainsi que les appareillages correspondants sont placés dans la.plate-forme 6, tandis que les équipements nécessaires pour l'opération consécutive de production du pétrole et d'emmagasinage sont disposés dans la partie 14 de la colonne et dans les réservoirs du socle 2, respectivement. Cet agencement permet d'utiliser un appareillage puissant pour des forages multiples, avec lequel on peut forer simultanément plusieurs puits, en réduisant ainsi le temps de travail nécessaire. la plate-forme 6 peut & re divisée en deux ou plus de deux modules indépendants dont chacun est flottant, et qui sont réunis de façon temporaire autour de la colonne. Lorsque le programme de forage est achevé, la plate-f;-rme est descendue jusqu'à ce quelle flotte, en effectuant les opérations utilisées pour le montage, mais en sens inverse, et l'on sépare les modules qui peuvent alors être remorqués jusqu'à un second emplacement de forage ou à terre afin de permettre de récupérer le coûteux matériel de forage. L'ensemble de plate-forme peut & re entièrement réalisé en acier, bien que certaines parties, telles que le socle annulaire, les bras radiaux et la partie inférieure de la colonne puissent être réalisés en béton armé ou en hybride (béton-acier), ou en béton ou autre matériau qui soit économique et résistant à la corrosion. REVENDICAT 10N 1. Ensemble de plate-forme de forage en mer de puits de pétrole, et pour ltextraction de pétrole de ces puits, caractérisé en ce qu'il comprend une colonne verticale dont la longueur est supérieure à la profondeur de l'eau sur le site de forage, une plateforme, montée autour de ladite colonne et adaptée pour coulisser le long de cette dernière et pour flotter, l'extrémité inférieure de ladite colonne étant constituée par un socle de support destiné à reposer sur le fond de la mer, ladite plate-forme comportant une ouverture centrale concentrique à la colonne mais de section supérieure à celle de la colonne pour faciliter son coulissement sur celle-ci, et cette plate-forme étant fixée sur la colonne en un point de celle-ci situé au-dessus du niveau de l'eau. 2. Ensemble de plate-forme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit socle est une chambre annulaire disposée autour de la colonne et réunie à celle-ci par des bras radiaux intermédiaires, cette chambre étant divisée en compartiments indépendants au moyen de cloisons de séparation qui sont de préférence alignés avec lesdits bras, chacun de ces compartiments comportant dans sa partie inférieure une ouverture munie d'une vanne et, dans sa partie supérieure, une autre ouverture munie également d'une vanne et reliée à un tuyau d'alimentation en air comprimé. 3. Ensemble de plate-forme suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs saillies prévues sous ladi te chambre annulaire et adaptées pour pénétrer dans le fond afin d'éviter un glissement de l'ensemble0 4. Ensemble de plate-forme suivant la revendication t, Ca- ractérisé en ce que la colonne est creuse et ouverte à son extrémité inférieure pour permettre la pénétration de l'eau et le passage d'un train de tiges de forage associé à un moufle suspendu au sommet de la colonne. 5. Ensemble de plate-forme suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la colonne comporte à sa partie supérieure une partie ayant dans son ensemble la forme d'un tronc de cône inversé qui est pourvu sur sa périphérie supérieure d'un monorail circonférentiel, présentant plusieurs moufles dont chacun porte un train de tiges de forage qui traverse la plate-forme par des ouvertures tubulaires et ledit socle de support à travers les espaces laissés libres entre lesdits bras radiaux. 6. Ensemble de plate-forme suivant la revendication 2, ca ractérisé en ce que les compartiments dudit socle comportent chacun une troisième ouverture munie d'une vanne pour y amener et en évacuer du pétrole, lesdits compartiments servant ainsi de cuves d'emmagasinage du pétrole extrait. 7. Ensemble de plate-forme suivant la revendication t, caractérisé en ce qu'il est prévu des réservoirs étanches å l'eau disposés sous la plate-forme, ces réservoirs comportant à leur partie inférieure des vannes pour permettre l'admission et le refoulement d'eau et étant également reliés à une centrale d'air comprimé qui permet, en conjugaison avec lesdites vannes, de commander la flottabilité des réservoirs, ceux-ci étant reliés à la plate-forme au moyen d'entretoises rigides verticales capables de supporter la plate-forme lorsque celle-ci est soulevée sous l'action de la flottabilité des réservoirs. 8. Ensemble de plate-forme suivant la revendication t, caractérisé en ce que la plate-forme est suspendue à la partie supérieure de la colonne afin d'être élevé jusque sa position de fixation. 9. Ensemble de plate-forme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plate-forme est divisée en un certain nombre de modules indépendants dont chacun présente une capacité de flottabilité et qui sont reliés ensemble autour de la colonne verticale. 10. Ensemble de plate-forme suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'appareillage de forage est disposé dans la plate-forme, tandis que l'appareillage de production est disposé dans la colonne.