Brevet FR2271110A1 — publié le 19751212

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de tension de amarre d'une structure flottante, telle que plateforme d'exploitation en mer. Le développement de 12 exploitation pétrolière de gisements sous-marins a conduit à construire des plateformes d'exploitation flottantes ancrées par amarres. Ces plateformes sont, d'une façon génerale, constituées de ponts reliés par des colonnes de liaison à des coques immergées à une vingtaine de mètres de profondeur pour les soustraire aux effets de la houle. Il est maintenant usuel d'exploiter des gisements par 200 m de fond au moyen de plateformes de ce type. Pour obtenir un bon ancrage de telles plateformes, il est nécessaire de les amarrer au moyen d'amarres de longueur égale à 6 à 7 fois la profondeur du site d'ancrage, soit environ 1200 m pour un fond de 200 m. Dans ces conditions, ltexperience enseigne qutil faut tendre quatre amarres avec une force de 100 t chacune, ce qui est obtenu habituellement par autant de treuils installés à demeure sur la plateforme. Avec le développement d'exploitations à des profondeurs de 1000 m, on aboutit à la nécessité d'avoir des amarres due 6000 à 7000 m qu'il faudra tendre avec des forces de l'ordre de 200 à 300 t. D'où le problème nouveau de la longueur des amarres et de la force de tension.La construction de treuils pouvant dérouler plusieurs milliers de mètres de cibles pose des problèmes difficilement solubles. En outre5 les treuils nescaesf saires seront très coûteux et seront inutilement immobilisés/pour de rares interventions sur incidents pendant des périodes aussi longues que celles de l'exploitation du site, soit parfois 10 à 15 ans. Le but de l'invention est de créer et de maintenir en service la tension désirée par des moyens économiques, en la tenant constante, mais néanmoins réglable facilement, tout en ayant la possibilité de changer les lignes d'amarrage en cas de détérioration. Le dispositif visé devra assurer à la plateforme une bonne stabilité avec le pilonnement minimum. I1 devra également permettre le stockage de plusieurs milliers de mètres d'amarres et leur déroulement avec le minimum de moyens mécaniques. Un autre but de l'invention est de limiter l'intervention des moyens mécaniques à la phase de mise en place des amarres, de façon à ce que les memes moyens mettent en place les amarres à la suite les unes des autres, ce qui réduit la puissance nécessaire et ce qui permet de les rendre disponibles ensuite pour d'autres plateformes à installer. On assurera ainsi une rentabilité maximale à ces moyens mécaniques, qui ne seront plus ainsi immobilisés sur un site-pendant des années. Ces buts sont atteints, dans le procédé selon l'invention, par le fait qu'on dispose, eoulissant sur un guide vertical lié immergé à la structure, un flotteur pouvant etre ballasté à l'eau, on ballaste le flotteur, on fixe l'amarre, préalablement ancrée, au flotteur ballasté au point bas du guide vertical et on déballaste le flotteur. Le dispositif selon l'invention comporte un flotteur, pouvant être ballasté, un guide vertical, lié immergé à la structure flottante5 sur lequel peut coulisser le flotteur comportant un moyen de fixation de amarre, et des moyens de ballastage et de déballastage du flotteur. Le flotteur est traversé verticalement et de façon étanche par un tube de passage de l'amarre. Si la structure comporte des colonnes verticales, il est avantageux que les colonnes verticales servent de guides verticaux et sensiblement centraux aux flotteurs pouvant être ballastés. Il est très avantageux que les colonnes de la structure flottante soient aménagées comme moyens de stockage de l'amarre à dérouler, et que des moyens amovibles de déroulage et de pré-tension soient interposés entre moyens de stockage et flotteurs. I1 est en outre avantageux que le guide vertical comporte des butées au coulissement des flotteurs. Selon un mode de réalisation avantageux, les extrémités des amarres tendues sont reliées à un point fixe de la plateforme, avantageusement par l'intermédiaire de vérins hydrauliques qu'il est possible d'insérer dans une boucle d'asservissement. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui sera donnée ci-après, uniquement à titre d'exemple, de modes de réalisation de l'invention. On se reportera à cet effet aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente en élévation, avec coupe partielle d'une colonne de liaison pont-coque et coupe des flotteurs, une plateforme d'exploitation marine équipée de dispositifs selon l'invention avant tension de l'amarre - la figure 2 représente en élévation la plateforme de la figure 1 après tension des amarres - les figures 3 et ~représentent en élévation la moitié de plateformes équipées de variantes du dispositif des figures I et 2, le flotteur de la figure 4 étant vu non coupe. Les plateformes représentées sur les figures I à 4 sont du type catamaran semi-submersible à un ou plusieurs ponts. L'ensemble formé, sur les figures, par trois ponts la, lb, lc est relié, à deux coques porteuses 2 immergées, par l'intermé- diaire de quatre colonnes verticales 3 renforcées par des entretoises 4. Un tel ensemble est d'un type connu en soi, aux adaptations près nécessitées par le dispositif selon l'invention, dont il sera question ci-après. Chaque colonne 3 comporte un flotteur 10 annulaire cylindrique l'entourant et pouvant coulisser sur la colonne, au moins dans sa partie immergée. Chaque flotteur 10 est traversé verticalement, de façon étanche, par un tube li de passage d'une amarre 5. Chaque flotteur 10 peut être ballasté jusqu'à une butée 16 avec de 1'eau par ouverture du clapet d'un tube à clapet 12 et mise à l'air d'un tube 13 par-l'intermédiaire d'une conduite raceordée non représentée. De même, chaque flotteur 10 peut être déballaste par chasse d'air eomprimé, au moyen du tube 13 et de sa eonduite raccordée, et échappement d'eau par le tube à clapet 12. Chaque flotteur comporte en outre, au moins en haut du tube 11, un moyen de fixation 14 de l'amarre 5 qui traverse ce tube 11. Ce moyen de serrage est un moyen connu en soi, tel qu'un anneau à eoin, approprié au matériau, acier ou nylon, dont est faite l'amarre. Ce pourra être avantageusement un système de serrage à mâchoires de type connu approprié. I1 doit pouvoir supporter, sans faiblir et sans endommager l'amarre, des efforts répétés de l'ordre de quelques centaines de tonnes comme il sera exposé plus loin. Chaque colonne 3 est aménagée pour stocker, par lovage, amarre à dérouler 7, soit plusieurs milliers de mètres, comme il sera exposé plus loin. Le dispositif comporte encore un chaumard de tête 8 et un chaumard de fond 9 disposés dans l'alignement du tube 11 du flotteur 10. Le chaumard de fond 9 est 'articulé autour d'un axe vertical. Le chaumard de tête 8 est fixé sur le pont la et disposé pour renvoi de l'amarre sur un dispositif de déroulage et de pré-tension 20, fixé amovible sur le pont la, intercalé entre le chaumard 8 et des poulies de renvoi 21 disposées au droit de la colonne 3 servant à stocker l'amarre à dérouler. Le dispositif de déroulage et de pré-tension 20 est de type connu, soit avantageusement un cabestan à deux poulies multi -gorges synchronisées mécaniquement. Dans une variante, l'extrémité de l'amarre, côté plateforme, pourra être prolongée par une chaîne. Le cabestan 20 sera alors remplacé par un barbotin ou roue à chaine. L'installation comporte un groupe moto-pompe 23 de ballastage et d'insufflation d'air pouvant être connecté successivement à chacun des flotteurs 10. Ce groupe peut etre amovible. Un- dispositif à vérins hydrauliques 22, dont le rôle sera exposé plus loin, complète l'installation. Pour une plateforme de 1500 m2 à deux ou trois ponts5 de 4000 t de charge, à amarrer par un fond de 1000 m, on prévoira des amarres de 6000 à 7000 m chacune, sur chacune desquelles on exercera une tension de 200 à 300 t par des flotteurs d'environ 300 m3 chacun. La plateforme, représentée à la figure 1 en cours d'amarrage, est représentée amarrée à la figure 2. L'amarrage se fait amarre par amarre en trois temps, soit respectivement une mise en place de l'amarre sous pré-tension, une mise en place de l'amarre sous tension de service et une fixation finale de l'amarre. Au départ l'amarre est stockée lovée dans sa colonne de liaison 3 (voir colonne de gauche de la fig. 1). On tire son extrémité qu'on enroule convenablement sur le dispositif de pré-tension 20, puis sur la poulie du chaumard de tête, d'où on la renvoie à travers le tube li du flotteur 10 préalablement ballasté. On renvoie ensuite l'extrémité de l'amarre, par le chaumard orientable 9, à la surface et on la lie, à bord de navire de maintenance 30 à une ancre 31. Le navire part positionner l'ancre et l'amarre jusqu'au point de largage, tandis qu'on déroule l'amarre à l'aide du dispositif 20 ou d'un simple cabestan. L'amarre, déroulée à la longueur requise, est larguée. Après ancrage et accrochage de l'amarre au fond marin, on lui donne une pré-tension initiale, par exemple de 50 à 100 t, en mettant en marche, dans le sens convenable et selon le cas, le dispositif à cabestan 20 ou le barbotin qui engage la chaîne d'extrémité de- l'amarre. Après mise sous pré-tension, la partie restante de l'amarre est verrouillée provisoirement sur le pont entre le chaumard de tête 8 et le cabestan 20 ou -le barbotin, libérant ainsi ces appareils pour une autre amarre. Ensuite un plongeur verrouille le flotteur 10 sur l'amarre 5 par le dispositif de fixation 14. Au moment des opérations de pré-tension5 on maintiendra l'équilibre de la plateforme en actionnant de façon convenable les dispositifs usuels de ballastage des coques porteuses 2. On met ainsi en place successivement en pré-tension avec verrouillage provisoire sur le pont chacune des quatre amarres, en utilisant chaque fois le même cabestan 20 ou barbotin déplacé pour la eirconstance. La plateforme est alors mise en place sous pré-tension initiale de ses quatre amarres. On peut alors passer au deuxième temps, c'est-à-dire procéder à la mise sous tension de service des amarres. On procède, pour ce faire, au déballastage simultané des quatre flotteurs 10 par le groupe moto-pompe 23. Par l'effet delta poussée d'krchimede, les quatre flotteurs 10 remontent en entranant chacun avec soi son amarre verrouillée en 14. La plateforme se trouve ainsi, en fin de déballastage, positionnée sous tension d'amarrage service. Les flotteurs 10 ayant réalisé la tension voulue, les quatre points de verrouillage provisoire des amarres précédemment reliées au pont sont déverrouillés facilement, puisqu'il ne s'y exerce plus aucune tension. Pour soustraire les flotteurs aux inévitables variations d'effort et de tension dues à la houle et aux courants, et donc pour diminuer la fatigue du dispositif, il. est très avantageux de procéder ensuite à un troisième temps qui consiste à relier les extrémités des amarres, tendues par les flotteurs5 chacune à un point-fixe de la plateforme. Cette fixation pourra se faire par l'intermédiaire d'un dispositif à vérins hydrauliques 22, dans lequel chaque amarre est fixée à un vérin hydraulique relié à un dispositif de mise en pression, éventuellement avec ou par accumulateur de pression On peut ainsi régler, dans la limite de course des vérins, la tension des amarres.On peut également ainsi avoir, grâce au circuit hydraulique, une mesure permanente de la tension des amarres, ce qui permet d'insérer cette mesure dans une boucle d'asservissement permettant de répartir la tension entre les vérins en compensant les effets de la houle ou des courants et de modifier la tension moyenne des amarres par ballastage et déballastage des compartiments des coques 2. Si, quels que soient les moyens de régulation engagés, on ne peut plus obtenir sur les vérins la tension de service, on pourra alors procéder à une nouvelle mise en tension des amarres par ballastage puis déballastage des flotteurs 10 combinés avec le desserrage puis le serrage des dispositifs 14. L'intervention du dispositif 22 permet, dans le troisième temps précédemment défini, de libérer les flotteurs 12 des amarres 5 par desserrage des dispositifs de fixation 14, ce qui les soustrait aux variations d'efforts, selon le but poursuivi, en les faisant relayer par des vérins. Pour éviter que les flotteurs 10 ne soient soumis aux effets de la houle et ne perturbent ainsi la stabilité de la plateforme, il est nécessaire de prévoir des butees supérieures 15 utiles aussi bien en service normal, qu'en cas d'incident. Les figures 3 et 4 représentent des variantes du dispositif des figures 1 et 2, dans lesquelles les flotteurs 10 coulissent sur des tubes 41 ou des câbles 42 verticaux appropriés, à butée, reliant la superstructure de la plateforme aux coques 2. REVENDICATIONS 1 Procédé de tension de 1'amarre dune structure flottante, telle que plateforme d'exploitation en mer, caracté- risé en ce qu'on dispose, coulissant sur un guide vertical lié immergé à la structure, un flotteur pouvant être ballaste à liteau, on ballaste le flotteur5 on fixe l'amarre, préalablement ancrée, au flotteur ballasté au point bas du guide vertical et on déballaste le flotteur. 2. Dispositif de tension d'amarre pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un flotteur, pouvant être ballasté, un guide vertical, lié immergé à la structure flottante, sur lequel peut coulisser le flotteur comportant un moyen de fixation de l'amarre et des moyens de ballastage et de déballastage du flotteur. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le flotteur est traversé verticalement de façon étanche par un tube de passage de l'amarre. 4. Dispositif de tension d'amarre d'une plateforme d'exploitation marine comportant des colonnes verticales, supportant au moins un pont, de liaison à des coques porteuses immergées, selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les colonnes verticales servent de guides sensiblement centraux et verticaux aux flotteurs pouvant être ballastés. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stockage de l'amarre à dérouler. 6. Dispositif de tension d'amarre d'une plateforme d'exploitation marine comportant des colonnes, selon la revendication 5, caractérisé en ce que les colonnes sont aménagées eomme moyen de stockage de l'amarre à dérouler. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, intercalés sur un pont entre moyen de stockage et flotteurs, des moyens de déroulage et de mise en pré-tension des amarres à tendre. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de déroulage et de mise en pré-tension est amovible. g.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications.2 à 8, caractérisé en ce que le guide vertical comporte des butées, au moins en haut, au coulissement des flotteurs. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les extrémités des amarres tendues par les flotteurs sont reliées à un point fixe de la plateforme. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les extrémités des amarres tendues par les flotteurs sont reliées à un point fixe de la plateforme par l'intermédiaire de vérins hydrauliques qui relayent l'effort des flotteurs. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pression de service du fluide d'alimentation des vérins hydrauliques est mesurée dans-une boucle d'asservissement assurant au moins l'une des deux fonctions de régulation de la tension exercée par chaque vérin et de ballastage et déballastage des coques. *