Brevet FR2270390A1 — publié le 19751205

La présente invention concerne une structure de support pour plates-formes marines, du type utilisé pour des plates-formes de production dthuile (pétrole)+ De telles platesformes sont typiquement utilisées pour une profondeur d'eau su périeure à 120 m et/ dans de tels cas, la plate-forme elle-même doit être supportée à une hauteur d'au moins 150 m au-dessus du fond de la mer, sur une charpente qui couvre une largeur d'environ 15 m sur le fond de la mer. De telles structures de support sont classiquement préfabriquées sous la fprme d'un bloe dlun seul tenant en cale sèche, et on les remorque jusqu au site situé au large sur leur côté au moyen de chambres flottantes ou d'embarcations auxiliaires.C'est un procédé coûteux et risqué5 en raison de la dimension de la structure de support, des caprices du vent et de l'action des vagues. En particulier, les conditions météorologiques susceptibles d'être rencontrées dans la Mer du Nord, où il faut actuellement de plus en plus de plates-formes marines de ce type, rendent le remorquage extrêmement risqué. Selon la présente invention, une structure de support pour plate-forte marine comprend une base triangulaire comportantà chaque sommet un caisson agencé pour reposer sur le fond de la mer, les caissons étant reliés entre eux par une charpente de liaison tubulaire, une colonne comportant à son extrémité la plus basse dans la structure érigée un accouplement de fixation au centre de la base5 et trois pieds comportant chacun, à son extrémité la plus haute dans la structure érigée, un accouplement de liaison avec une partie supérieure de la colonne et, à son autre extrémité, un accouplement de fixation à l'un des caissons5 de telle façon que, dans la structure érigée, les pieds soient dirigés radialement vers ltextérieur et vers le bas de la partie supérieure de la cOlonne aux caissons pour supporter la colonne en position verticale. De préférence, les trois pieds sont fixés à la colonne centrale au moyen dlun collet cylindrique, chacun des trois pieds comprenant à son extrémité supérieure un tiers du collet et les trois parties du collet étant bloquées fixement autour de la colonne centrale dans une position prédéterminée. Le bas de la colonne peut être supporté audessus du fond de la mer par les pieds5 les pieds recevant ainsi la plus grande partie de la charge verticale5 et les éléments de liaison radiaux entre le bas de la colonne et les trois caissons recevant les contraintes de flexion imposés à la colonne. Une telle structure a comme avantage fondamen- tal que lton peut fabriquer chacun de ses composants de façon simple et llamener en le faisant flotter au site situé au large pour former la structure composite qui sera protégée contre des conditions météorologiques sévères au cours de chaque stade de son montage. La colonne est, de préférence, creuse pour comprendre des tubes dans lesquels les tiges de forage peuvent être supportées et par lesquels du pétrole peut s'écouler vers la plate-forme, La colonne constitue ainsi un environnement protégé pour le forage et le pompage du pétrole, Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en élévation latérale schématique d'un caisson de a structure. La figure 2 est une vue en plan du caisson représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation schématique en coupe partielle de l'un des trois pieds du support. La figure 4 est une vue en élévation schématique en coupe partielle de la colonne centrale de la structure de support. Les figures 5 à 8 représentent schématiquement la structure de la charpente tubulaire et sa fixation aux trois caissons, La figure 9 représente en élévation la base achevée de la structure. Les figures 10 à 15 représentent le positionnement de la base et la construction de la structure sur place. La figure 16 est une coupe d'un caisson et-du raccord fixant le caisson à la charpente de liaison tubulaire et à son pied respectif. La figure 17 est une coupe suivant la ligne X\TII-X\tIT de la figure 16. La figure 18 est une coupe du collet reliant les trois pieds à la colonne centrale. La figure 19 est une coupe suivant la ligne XIX-XIX de la figure 18. La base de la structure de support est formée par trois caissons en béton armé cellulaires 1 dont chacun est relié à un sommet d'une charpente de liaison tubulaire 2 et ce sous-ensemble ou cette base peut être préalablement assemblé(e) en un emplacement voisin de la ligne du littoral, La charpente de liaison comprend trois éléments d'acier tubulaires 3 formant le triangle et trois éléments d'acier tubulaires 4 joints chacun aux autres à une extrémité et à la charpente de liaison à l'un des sommets. Les caissons sont circulaires et peuvent être coulés soit sur un slipwayl soit en cale sèche selon l'emplacement du site. Ils ont une forme cellulaire, comme le montre la figure 16, et ils sont conformés de façon à être aérodynamiques pour réduire lteffet de décapage-du courant et réduire au minimum les charges produites par le courant. La charpente de liaison 2 est une structure rigide et elle nécessite une grande surface plane au voisinage d'une eau abritée pour être montée.Les composants de la charpente peuvent zetre rabri- qués sur place ou, en variantel ils peuvent être préfabriqués par sections et n'hêtre assemblés sur place qu'à la fin, Comme le montre la figure 5 > la charpente de liaison triangulaire 2 peut être assemblée au voisinage d'une ligne de littoral 5, en montant un sommet de la charpente triangulaire sur une première voie ferrée 6 qui est perpendiculaire à la ligne de littoral et se prolonge sur une jetée 7 s'étendant au-dessus de liteau, et en positionnant le second sommet et le troisième sommet du triangle sur une seconde voie ferrée 6' qui est, à son tour, perpendiculaire à la ligne de littoral et se prolonge sur une jetée 7' semblable. Lorsque la charpente de liaison a été achevée, y compris les éléments de liaison de support 4 pour l'extrémité inférieure de la cage centrale, on peut transporter l'ensemble de la charpente, sur les voies ferrées, vers les extrémités des jetées 7, 7', où les trois caissons 1, qui peuvent avoir été préfabriqués ailleurs, sont positionnés chacun à l'extrémité de l'une des jetées 7, 7', le troisième caisson se trouvant entre les deux premiers. Tandis que la charpente de liaison 2 est transportée le long des voies ferrées 6,6', le premier des second et troisième sommets parvient en premier en position sur le caisson ~ se trouvant à l'extrémité de la jetée 7' et le sommet peut être fixé fixé au caisson au moyen de joints universels, non représentés, qui permettent tout mouvement nécessaire entre la charpente et les caissons. Si l'on déplace alors la charpente 2 plus loin sur l'eau, le premier sommet parvient alors en position sur son caisson et peut lui être fixé.Ces deux manoeuvres sont représentées sur les figures 6 et 7, où la charpente de liaison tubulaire a été représentée par une ligne en traits mixtes à des fins de clarté, Le déplacement final de la charpente tubulaire 2 a alors lieu (figure .8) -et le dernier sommet est monté sur le troisième caisson pour achever le sous-ensemble ou la base. Pour permettre de remorquer tout l'ensemble jusqu'à l'emplacement situé au large, la charpente de liaison et les caissons comportent des compartiments hermétiques pour constituer des réservoirs de flottement permettant au sous-ensemble de flotter. La figure 9 est une élévation latérale de la base finie, comprenant une partie 8 d'un accouplement permettant de relier la base à la colonne tubulaire. Pendant que l'on construit la base, on construit la colonne centrale tubulaire 9 et trois pieds 10, probablement ailleurs. La colonne centrale et les pieds sont en acier, ont une forme tubulaire et comprennent chacun un certain nombre de cloisons étanches et une tuyauterie complémentaire pour permettre d'inonder systématiquement les compartiments formés entre les cloisons, afin de faire descendre les pieds et la colonne au fond de la mer à l'emplacement situé au large. On décrira plus loin d'autres détails de la fixation des pieds à la charpente de liaison tubulaire et aux caissons et de la fixation des parties supérieures des pieds à la colonne centrale. Une fois arrivés à l'emplacement situé au large, on peut faire descendre les caissons 1 dans leurs posai tions exactes sur le fond de la mer en inondant systématiquement les compartiments de flottement incorporés, que l'on peut inonder complètement une fois que l'ensemble de caissons est parvenu au fond de la mer, On le fait à partir d'un chaland amarré 11 et l'on fait descendre l'ensemble de caissons ou la base au moyen d'un treuil 12 et de câbles de guidage 13, comme le montrent les figures 10 et 11. Les joints universels entre la charpente de liaison tubulaire 2 et les caissons 1 permettent aux caissons de s'aligner indépendamment sur le plan du fond de la mer. On peut alors assembler finalement la structure complète en ajoutant les trois pieds inclinés et la colonne centrale. Pour ce faire, on inonde systématiquement les pieds 10 et la colonne Il, que l'on avait rendus flottants pour permettre le passage de la mer, jusqu a ce qu'ils soient aussi proches de la verticale que possible On tire alors les pieds vers le bas jusqu'à leurs points de liaison sur les caissons et on les relie aux caissons et à la charpente de liaison par des joints universels qui sont réalisés de façon à n'agir que sous une charge relativement légère. On prévoit de grandes surfaces de contact pour recevoir les fortes charges rencontrées après montage.On peut ainsi positionner les pieds exactement, comme il-est nécessaire, mais après l'assemblage, ils seront reliés parfaitement rigidement aux caissons. L'ordre d'assemblage est conforme à la représentation des figures 12 à 14. Avant de positionner la colonne, on augmente la flottabilité des pieds pour les maintenir aussi proches que possible de la verticale, et l'on installe alors la colonne, de façon analogue, aux pieds et l'on augmente encore une fois la flottabilité après avoir achevé la liaison. Le procédé d'accouplement du bas de la colonne 9 à la partie d'accouplement & au centre de la base est analogue au procédé d'accouplement des pieds aux caissons, comme on le décrira plus loin. A ce stade, les segments de collet 14 se trouvant aux extrémités supérieures des pieds 10 sont rapprochés autour de la colonne 9, tandis qu'en même temps la flottabilité des pieds est réduite. Des verrous mécaniques provisoires positionnent les segments de collet autour de la colonne et des vérins mécaniques agencés pour agir entre le collet et la colonne ajustent ladite colonne jusqu'à ce qu'elle soit dans une position verticale exacte. On effectue le raccordement final de la colonne au collet qui l'entoure en plaçant un béton coulé eolloidal 15 à l'intérieur du collet formé par les trois segments 14 et autour de la colonne 9. Cela est représenté plus particulièrement sur les figures 18 et 19. L'utilisation de béton "in situ" permet la transmission de charges lourdes entre les grands éléments d'acier tubulaires de la structure de support. Si on laisse un intervalle assez grand entre les segments de collet et entre les segments et la colonne, on peut obtenir un transfert de charge complet entre les composants, une fois que le ciment a durci, sans qu'il soit nécessaire de constr-are les composants à des degrés due tolérance très élevés. Les joints universels reliant les pieds 10 aux caissons 1 sont représentés avec davantage de détails sur les figures 16 et 17. Le joint universel 16 comporte une extrémité moulée dans un tampon de béton 17 à l'extrémité du pied 10, et son autre extrémité est fixée de façon analogue dans le béton du catis son 1. Grâce à deux chevilles 18 et 19 disposées transversalement l'une par rapport à l'autre, le pied 10 est entièrement libre de ses mouvements par rapport au caisson. Pour que, dans la structure finie, les chevilles 18 et 19 n'aient pas à supporter les fortes charges rencontrées, le joint universel 16 est réalisé avec des surfaces d'appui 20 et 21 qui, en cours d'utilisation, transmettent les fortes charges des pieds 10 aux caissons 1. Ces -surfaces d'appui ne sont pas nécessaires dans l'accouplement au bas de la colonne. Lorsque la surface doit être installée sur une surface non plane, les pieds peuvent avoir des longueurs variables pour s'adapter au site particulier. Lorsque la structure de support a été achevée, on peut finir entièrement la plate-forme marine en montant ladite plate-forme autour de la cage, nettement au-dessus du niveau de la mer. -REVENDICATIONS 1.- Structure qui est érigée ou est agencée pour être érigée dans des eaux profondes pour supporter une plateforme marine, caractérisée en ce qu'elle comprend une base triangulaire comportant à chaque sommet un caisson agencé pour reposer sur le fond de la mer, les caissons étant reliés entre eux par une charpente de liaison tubulaire, une colonne comportant à son extrémité la-plus basse dans la structure érigée un accouplement de fixation au centre de la base, et trois pieds comportant chacun, à son extrémité la plus haute dans la structure érigée un accouplement de liaison avec une partie supérieure de la colonne et, àson autre extrémité, un accouplement de fixation à llun des caissons, de telle façon que, dans la structure érigée, les pieds soient dirigés radialement vers l'extérieur et vers le bas de la partie supérieure de la colonne aux caissons pour supporter la colonne en position verticale, 2.- Structure de support selon la revendication 1, caractérisée en ce que les trois pieds sont agencés pour être fixés à la colonne centrale au moyen d'un collet cylindrique, chacun des pieds comprenant à son extrémité supérieure un tiers du collet et les trois portions du collet étant agencées pour être bloquées fixement autour de la colonne centrale en une position prédéterminée. 3. - Structure de support selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chacun des pieds et la colonne centrale comprennent des compartiments hermétiques pour former des-réservoirs de flottement lui permettant de flotter, et des moyens pour permettre aux réservoirs d'être inondés systématiquement lorsqulon érige la structure à son emplacement. 4.- Structure de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments de la charpente de liaison tubulaire et les caissons comportent des compartiments étanches pour former des réservoirs de flottement permettant à l'ensemble de base de flotter. 5.- Structure de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que-les caissons sont joints à la charpente de liaison par des liaisons articulées. 6.- Structure de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les pieds et les caissons sont agencés pour être reliés entre eux par des joints universels. 7.- Structure de support selon la revendication 6, caractérisée en ce que les joints universels sont réalisés de façon à agir que sous une charge relativement légère, et en ce que des surfaces de contact agrandies sont prévues pour recevoir les charges rencontrées après montage à l'emplacement final. 8,- Plate-forme marine, caractérisée en ce qu'-elle est supportée par une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.