Brevet FR2278563A1 — publié le 19760213

L'invention concerne une plate-forme flottante, notamment pour des forages au large des c8tes et l'exploitation de gisements naturels sous-marins. L'invention concerne également un procédé pour la construction de cette plate-forme. La structure ou plate-forme selon l'invention est essentiellement du type semi-submersible, c'est-à-dire qutà l'état semiimmergé elle a une infrastructure immergée relativement grande, une superstructure à section réduite au niveau de la mer, et enfin un pont de service situé au-dessus du niveau de la mer à une hauteur supérieure à celle des plus fortes vagues. L'invention a pour but de réaliser une plate-forme semi-submersible perfectionnée par rapport aux platesformes conventionnelles, et dont les caractéristiques sont les suivantes: - ltinfrastructure se compose d'un certain nombre de cellules, de préférence verticales, formant un seul bloc, alors que la plupart des plates-formes semi-submersibles conventionnelles ont une infrastructure composée d'un certain nombre de cellules disposées parallélement entre elles et espacées entre elles, ces cellules étant rigidement reliées les unes aux autres par une charpente; - la superstructure se compose d'un nombre limité de colonnes, lesquelles sont encastrées dans l'infrastructure, tandis qutor- dinairement la superstructure conventionnelle est construite sous forme de charpente;; - la stabilité est principalement obtenue du fait que le centre de gravité de la plate-forme se trouve au-dessous du centre de poussée, tandis que la stabilité des plates-formes conventionnelles dépend plus d'une grande surface de plan de flottaison. La plate-forme selon l'invention offre de nombreux avantages et perfectionnements par rapport aux plate-formes semi-submersibles conventionnelles. Celles-ci ont jusqutici été faites en acier, du fait do la complexité de construction de leurs charpentes, alors qutune plate-forme selon l'invention est de préférence faite en béton. Les principaux avantages de ltemploi de béton sont: un prix de revient plus bas, une durée de construc tior. plus courte, un minimum d'entretien, une plus grande aptitude à résister sans défaillance à de grands efforts de compression et de déformation, une sécurité supplémentaire en cas de collision, et enfin un minimum de risque de défaillance due à la fatigue des matériaux, fatigue qui pose de graves problèmes avec les plates-formes conventionnelles en acier. Du rait que selon l'invention on a une infrastructure relativement lourde et une superstrcrcture et un pont beaucoup plus lé gers, il est facile d'arriver a ce que le centre de gravité soit au-dessous du centre de poussée, et d'obtenir ainsi une stabilité positive. Comme le centre de gravité de la structure se trouve au-dessous du centre de poussée, la stabilité ne dépend pas de la surface du plan de flottaison, si bien que cette surface peut etre réduite au minimum sans affecter la stabilité positive. Le nombre de colonnes de la superstructure peut ainsi te rame ne a un nombre limité, par exemple une ou deux colonnes. Aucune des plates-formes semi-submersibles conventionnelles ne convient pour emploi dans une zone de glaces flottantes pro venant du norctllenent des banquises, ou dans des eaux glaciales. Au contraire, la plate-forme selon l'invention convient bien pour travailler dans de telles eaux, étant donné le minimum de ligne de flottaison exposé à la glace et la rigidité de la con- struction dans la zone de cette ligne. Le dessin annexe, donné à titre dtexemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est une vue schématique, en coupe verticale, d'une plate-forme selon l'invention. Fig. 2 est une vue en coupe horizontale de la partie immergée de la plate-forme; Fig. 3 est une vue en coupe horizontale de la plate-forme au niveau de la ligne de flottaison. On a représenté dans le dessin une plate-forme flottante selon l'invention qui se compose essentiellement d'une infrastructure immergée, d'une superstructure, et d'un pont porté par cette superstructure. L'infrastructure se compose de dix-neuf cellules 7 cylindriques et verticales, contiguës les unes aux au- tres. Deux de ces cellules se prolongent jusqu'au-dessus du niveau de la mer pour former les colonnes 2 de la superstructure et supporter la structure de pont 3.Les autres cellules 1 sont arrondies en haut et en bas en forme de dome;.Toutes les cellules sont en béton. Gracie à leur forme, ce sont principalement des forces de compression qui s'exercent sur la structure, ce qui est tres avantageux pour une structure en béton. La base et la partie inférieure de l'infrastructure sont munies d'une plaque de base 5 et d1une paroi 4 dont les deux cotés seront soumis à une pression d'eau identique(Figs. 1 et 2), ce qui diminue la résistance au remorquage et réduit en outre la profondeur de bassin nécessaire lors de la construction de l'infrastructure. À ltintérieur de chacune des deux colonnes 2 formant la superstructure se trouve un tube 6. L'un de ces tubes sert aux opérations de forage et pour les tuyauteries nécessaires à l'exploita- tiont tandis que le second peut servir d'accès à la mer pour un plongeur ou pour re6Xillir, par exemple, des échantillons sur le fond de la mer. Les chambres 7 définies entre chaque colonne creuse 2 et son tube 6 servent de flotteurs supplémentaires; elles sont chacune divisées par des cloisons 8 par mesure de sécurité en cas de fuites. Les cellules l peuvent centre partiellement remplies de lest 9 pour améliorer la stabilité. Une chambre despompes 10 renfermant les pompes nécessaires pour pomper du lest d'eau}3ans les cellules ou l'en chasser peut être placée dans l'une des cellules. Les cellules peuvent également titre partiellement remplies d'un matériau cellulaire léger 12 afin de limiter les risques d'une pénétration de l'eau de mer en cas de collision ou de fuite. Les plates-formes semi-submersibles conventionnelles ont habituellement un tirant dteau total d'environ 20 mètres, alors que la plate-forme décrite a une superstructure de section réduite jusqu'à 20 mètres au-dessous du niveau de la mer et un tirant dteau total dtenviron 50 mètres. À cette profondeur la mer est pratiquement calme quelles que soient les vagues à la surface. Celà signifie que la majeure partie de la structure et de la masse se trouve à une profondeur à laquelle les forces résultant de l'action des vagues sont très faibles. Le poids élevé de l'infrastructure, la section réduite des colonnes à la ligne de flottaison, et le grand déplacement ajoutent à la stabilité, et le résultat est une plate-forme qui est beaucoup plus stable en mer que d'autres plates-formes flottantes. De ce fait , et contrairement aux plates-formes conventionnelles, avec une plateforme selon ltlnvention il n'est pas nécessaire d'interrompre le travail par suite de mauvais temps. Celà est d'une importance vitale, car selon les prévisions une plate-forme d'exploitation doit travailler continuellement pendant au moins 20 à 3C ans. Celà n'est guère réalisable avec les plates-formes convention- nelles, car celles-ci sont obligées d'interrompre leur travail étant donné la houle et le roulis excessifs par mauvais temps. En outre, les systèmes clasiciues d'ancrage profitent du grand tirant d'eau, du fait que les cibles d'ancrage 13 peuvent entre fixés plus bas sur l'infrastructure, avec une action plus efficace parce qu'ainsi les cibles sont plus à I'horzotale, Conte montré dans la Fig. 1, le pont 3 est soutenu en un nombre limité de points, et en le réalisant sous forme de pont supporté par une ou des colonnes 2, on peut calculer son équilibrage. Si la superstructure est constituée iar plus d'une colonne, chaque colonne peut supporter une section du pont, des rigoles 20 étant laissées entre les sections.Avec les plates-formes semi-submersibles conventionnelles, par contre, il est la plupart du temps impossible de calculer l'équilibrage du pont, et par conséquent, à cause des charges répétées appliquées par les vagues a ces plates-formes, une défaillance due à la fatigue est susceptible de se produire. Avec un pont supporté par colonnes comme indiqué ci-dessus, ce risque est évité. Une plate-forme est soumise dans une certaine mesure à l'action des vagues et à des variations dans les charges appliquées à sa structure, ctest-à-dire à la houle, au tangage, aux oscillations, au roulis, aux embardées et aux rebonds. Le mouvement posant le plus grave problème est le soulèvement sur la lame. Ce mouvement est principalement provoqué par les vagues et la suppression de fortes charges par exemple sur le câble de forage. Le soulevement dA à une action quelconque des vagues sera, comme mentionné précédemment, réduit par lternploi d'une plate-forme selon l'invention, tandis que le soulèvement dA à une réduction ou une suppression des charges est plus difficile à amortir du fait de la section relativement petite de la structure au niveau de la mer. Ce soulèvement peut être emp8ché de différentes fa çons. Des poids 14 peuvent entre suspendus à des câbles 15 (Fig. 1), ces poids reposant à peine sur le fond de la mer et avec une certaine tension dans les câbles 15. Ce système doit de préférence être flexible pour permettre des changements brusques dans les forces: pour celà on peut intercaler une corde elasti- que 16 en nylon entre chaque poids 14 et son cible 15. Une autre façon de réduire le soulèvement sur la lame consiste à augmenter la surface du plan de flottaison en équipant chaque colonne 2 dtune pièce annulaire d'agrandissement 17 d'uiie longueur beaucoup plus petite que les colonnes. Le rtle essentiel des pièces d'agrandissement est d'augmenter la surface du plan de flottaison au niveau de travail par rapport à la surface du plan de flottaison à n'importe quel autre niveau entre ltinfra- structure et le pont.De cette façon la capacité de soutien de la structure au niveau de travail est accrue, en augmentant au maximum le facteur d'iaimersion de la structure et en rendant relle-ci beaucoup plus stable en ce qui concerne les déplacements verticaux sous l'action des variations de charge pouvant se produire pendant le forage. Ces pièces annulaires dtagrandissement peuvent être réalisées sous forme de réservoirs séparés et eAtre montées pour coulisser sur les colonnes 2 de manière à pouvoir être enlevées si nécessaire. Ces réservoirs peuvent être suspendus à des cibles 18. En position de repos, ils se trouveront dans la position 19 indiquée en pointillé dans la Fig. 1. On peut pomper de l'eau dedans ou en retirer pour régler leur poids. Des opérations de forage et de plongée peuvent être effectuées par les tubes 6, si bien quelles ne sont pas entravées par les vagues ou la glace. Cette solution offre un grand avantage, en particulier pour les plongeurs, du fait que leur travail se trouve souvent gOné par suite de la difficulté de descendre et de remonter à travers la couche de vagues. Il ntest pas obligatoire que les colonnes forment des compartiments flotteurs. La plate-forme peut également être utilisée comme réservoir de stockage, auquel cas on chasse l'eau par pompage et on pompe le pétrole, ou vice versa. Des parties des cellules peuvent également servir à stocker des approvisionnements et des pièces de rechange, ou d'autres articles: ces magasins doivent de préférence entre disposés aussi bas que possible dans les cellules pour assurer un centre de gravité bas. Le tirant d'eau prévu peut entre facilement maintenu pendant le forage en faisant varier le lest d'eau. Les cellules peuvent aussi servir de réservoirs de stockage pour les produits des gisements naturels: cela a une grande importance si la plateforme doit entre utilisée coe plate-forme d'exploitation. Une infrastructure à cellules et dtun seul blocs faite en béton est particulièrement avantageuse, car elle peut encaisser de très grandes forces de pression du fait qu'il nty a pratiquement pas de problèmes de déformation. Cela est important en ce qui concerne la grande pression d'eau à laquelle la structure sera soumise et les tensions locales plus occasionnelles provoquées par la glace ou des charges provenant du fond de la mer et agis salut sur les dorlles inférieurs des cellules. La plate-2orme selon l'invention a été décrite jusqu'ici en position de travail semi-immergée. S'il faut reorcluer la plate forme jusqu'à un autre lieu de travail, on chasse par pompage le lest d'eau des réservoirs de lest et l'on remorque la plateforme dans une position où le sommet de son infrastructure se trouve au-dessus du niveau de la mer, La construction d'une plate-forme selon l'invention ne présente pas dc difficultés, puisqu'elle peut se faire par des pro- cédés siles et avec des moyens modestes.Les parties inférieure res de l'infrastructure sont coulées en béton dans une cale sèche dont la profondeur n'a pas besoin de dépasser 3 à 4 mètres. L'ensemble est ensuite remorqué jusqu'à une zone en haute mer où les parois restantes dans les cellules et les colonnes sont érignes au moyen de coffrages, tandis que la plate-forme est graduellement enfoncée dans l'eau. Entretemps, le pont - qui est de préférence réalisé en acier est construit sur des allègues ou des pontons. On amène ensuite ce pont au-dessus des colonnes, la plate-forme est remontée et le pont se trouve donc monté sur les colonnes. Ce procédé de construction donne une structure relativersent peu col3teuse, qui peut entre réalisée en un temps relati vexent court. I1 est à noter que les parties de raccordement entre les cellules de l'infrastructure et les colonnes formant la superstructure peuvent avoir une forme conique. I1 faut noter par ailleurs que la distance entre le pont et le sommet de l'infrastructure ou caisson peut être au moins égale à la hauteur des plus hautes vagues auxquelles sera exposée la structure, et que le sommet du caisson doit se trouver au-dessous du creux de la lame. Non seulement la plate-f orme selon ltinvention diffère technl que lent des plates-formes semi-submersibles conventionnelles, niais encore, du fait quelle est destinée à servir de plate-forme d s exploitation, elle ouvre de nouvelles perspectives dans l'exploitation du pétrole au large des côtes, Revendications 1. Plate-forme flottante semi-submersible, conposée d'une infrastructure immergée, dtune superstructure située dans la zone de la ligne de flottaison de la plate-forme, et d'un pont de service au-dessus du niveau de la mer, ce pont étant supporté par la superstructure, et caractérisée en ce que l'infrastructure est constituée par un grand nombre de cellules formant un seul bloc, la stabilité de la plate-forme étant obtenue en pla étant son centre de gravité au moins légèrement au-dessous du centre de poussée, si bien que cette stabilité ne dépend que très peu de la superficie du plan de flottaison. 2. Plate-forme suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la superstructure se trouvant dans la zone de la ligne de flottaison se compose d'un nombre limité de colonnes verticales munies chacune d'un tube intérieur, si bien quelles sont ouvertes aux deux extrémités, chaque colonne constituant le prolongement d'une cellule avec laquelle elle forme une seule pièce. 3. Plate-forme suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'infrastructure et la superstructure sont en béton, tandis que le pont de service est en acier. 4. Plate-forme suivant ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa partie immergée à vingtcinq mètres ou plus a un volume dtau moins dix mille mètres cubes. 5. Plate-forme suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le forage et/ou les plongées steffectuent-par les colonnes à extrémités ouvertes de la superstructure, ces colonnes aboutissant à une profondeur d'au moins vingt-cinq mètres au-dessous du niveau de la mer. 6. Plate-forme suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la superficie du plan de flottaison peut vitre augmentée en disposant sur les colonnes des réservoirs annulaires beaucoup plus courts que celles-ci, ces réservoirs étant susceptibles autre descendus ou remontés le long des colonnes. 7. Plate-forme suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce quelle est munie de poids de lestage reposant sur le fond de la mer, ces poids étant suspendus à l'infrastructure par des câbles élastiques dont la tension est maintenue à un niveau tel que le soulèvement de la plateforme par les vagues est amorti. e. Plate-orroe suivant l'une quelconque des revendications précédentes, cractérIsée en ce que le pont de service est divisé en sections, ce pont étant supporte par les colonnes de manière à entre isostatique. 9. Plate-forme suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules peuvent aussi servir de réservoirs de stockage pour les produits de gisements naturels. 10. Plate-forme suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la portion de raccordement entre chaque colonne et la cellule quelle prolonge est de forme conique. 11. Procédé de construction d'une plate-forme flottante semisubmersible suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on coule en béton, cn cale seche, la base et la partie inférieure de l'infrastructure qui sont ens-uite remorquées jusquten haute mer où l'on coule au moyen de coffrages le reste de l'infrastruc- ture, y compris les sommets en forme de dAmes des cellules, et les colonnes de la superstructure, tandis qu'enfin le pont de service construit séparément en acier est monté sur ces colonnes.