Brevet FR2286052A1 — publié le 19760423

L'invention se rapporte au positionnement dynamique d'une plate-forme de forage semi-submersible et plus particulièrement à des dispositifs de propulsion pour un tel positionnement. Les plates-formes semi-submersibles utilisées pour les forages en mer connaissent un essor considérable car elles ont une très bonne stabilité et permettent de forer en eau profonde. De telles plates-formes comprennent d'une façon générale des flotteurs équipés de ballasts, un tablier supérieur portant la tour de forage, et des piles reliant les flotteurs au tablier. Un entretoisement convenable assure la rigidité de l'ensemble. En position de tirant d'eau important utilisée pour le forage, les flotteurs et une partie des piles sont entièrement immergés. Par contre, en position de transit, les flotteurs sont en surface avec leur face supérieure hors de l'eau offrant ainsi une résistance minimale à l'avancement. Une telle plate-forme est décrite notamment dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg] 3.443.543.Pour les maintenir sur l'emplacement du forage, ces plates-formes peuvent être équipées d'un système de positionnement par câble d'amarrage. Toutefois, pour les profondeurs d'eau importantes, au-dessus de quelques centaines de mètres, il devient difficile voire impossible d'utiliser des câbles comme seul système de maintien et l'on fait appel à des techniques de positionnement dynamique. Suivant ces techniques, la plate-forme est maintenue en permanence sensiblement à la verticale de la tête de puits par des dispositifs de propulsion placés dans les flotteurs et commandés par un ordinateur qui reçoit diverses informations sur la position de la plate-forme et les conditions d'environnement, comme par exemple les vitesses et les directions respectives du vent et des courants. Un dispositif de propulsion classique comprend une capsule cylindrique étanche ayant à son extrémité inférieure une hélice orientable généralement entourée d'une tuyère. La capsule contient des équipements moteurs pour l'entraînement et l'orientation de l'hélice. La capsule est introduite par le haut et fixée dans un puits qui traverse un flotteur. A sa partie supérieure, la capsule comprend un tunnel d'accès fixé par exemple de façon étanche à une pile pour permettre de pénétrer dans cette capsule à partir de l'intérieur de la pile. Ces capsules, dont le poids est limité pour permettre leur manipulation, ont donc des dimensions qui ne permettent de loger qu'un minimum d'équipements tout en laissant une place restreinte pour l'entretien de ces derniers.En outre, elles ne peuvent être mises en place dans les flotteurs que lorsque la plate-forme est à l'eau et une simple inspection des hélices nécessite l'utilisation de plongeurs ou l'extraction de la capsule de son logement. Une partie des informations utilisées pour déterminer la position de la plate-forme provient généralement d'un dispositif acoustique qui détecte par exemple le temps de transit d'ondes acoustiques entre des émetteurs placés sur la tête de puits et des récepteurs immergés (hydrophones) fixés à la plateforme. Les propulseurs traditionnels placés sous les flotteurs, donc au voisinage des détecteurs, créent des turbulences qui engendrent des bruits, lesquels perturbent considérablement la réception des signaux acoustiques. L'objet de l'invention_se rapporte à des dispositifs de propulsion de prix de revient plus faible que les dispositifs classiques et dont l'entretien est facilité. L'objet de l'invention concerne également un système de positionnement dynamique d'une plate-forme de forage semi-submersible particulièrement bien adapté à une détection de position comprenant un système acoustique. Selon l'invention, un dispositif de propulsion pour le positionnement dynamique d'une plate-forme semi-submersible comprenant des flotteurs susceptibles d'être immergés dans une position de forage à tirant d'eau important et de flotter dans une position de transit à tirant d'eau faible, est caractérisé en ce qu'il comprend un corps fixé au travers d'une ouverture découpée à la.partie supérieure du flotteur, ce corps fermant l'ouverture et isolant ainsi un compartiment étanche à l'intérieur du flotteur. Un support monté tournant dans le corps autour d'un axe sensiblement vertical comprend une partie supérieure se prolongeant au-dessus du flotteur de façon à être immergée dans la position de forage et à sortir de l'eau en position de transit.Un propulseur est monté à la partie supérieure du support pour exercer une poussée dans une direction sensiblement horizontale déterminée par l'orientation du support. Le propulseur constitué généralement par une hélice entourée d'une tuyère, est relié par un arbre de transmission vertical traversant le support, à un moteur suspendu au corps de façon à pouvoir être logé dans le compartiment, dans l'axe de l'ouverture du flotteur. L'alignement de la chaîne cinématique de transmission (moteur, arbre vertical, arbre porte hélice horizontal) est ainsi assuré par l'ensemble du support tournant, du corps et du moteur fixé à ce dernier.La partie inférieure du support, logée dans le compartiment, est équipée d'une couronne dentée sur laquelle s'engrenne une vis sans fin entrainée par un autre moteur fixé dans le compartiment afin de donner au support une orientation sélectionnée. Dans le compartiment étanche sont aussi disposés divers équipements auxiliaires intéressant, par exemple, l'alimentation, la commande ou le refroidissement des moteurs et tous autres appareils annexes servant au fonctionnement de l'ensemble de propulsion. Cette disposition du dispositif de propulsion offre de nombreux avantages. Tout d'abord le propulseur est hors de l'eau en position de transit et l'on peut donc inspecter l'hélice et même, par temps calme, effectuer certaines opérations de réparation ou d'entretien sans nécessiter de plongeurs. Lors du déplacement de la plate-forme, les propulseurs ne constituent pas une gêne à l'avancement. L'ensemble amovible du dispositif de propulsion qui peut être mis en place ou retiré sans être plongé dans l'eau, ne nécessite pas d'enveloppe étanche et peut ainsi être allégé.Le compartiment étanche dans lequel est placé l'ensemble amovible peut être prévu suffisamment vaste pour y loger une partie des équipements qui Jusqu'à présent étaient placés dans la capsule, de même que d'autres équipements auxiliaires dont les connexions avec l'ensemble amovible sont ainsi très courtes. De cette façon, on allège l'ensemble mobile qui peut être manipulé facilement et l'on accède facilement, à l'intérieur du compartiment, aux différents éléments en vue de leur entretien. Enfin, les détecteurs acoustiques qui sont fixés sous les flotteurs pour détecter la position de la plate-forme sont beaucoup moins perturbés par le bruit des hélices placées au-dessus des flotteurs. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une plate-forme semi-submersible équipée d'un système de positionnement dynamique et de dispositifs de propulsion selon l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale d'un flotteur de la plateforme de la figure 1 représentant un ensemble amovible de propulsion selon l'invention en cours de mise en place, - la figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2, et - la figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 3, l'ensemble amovible étant représenté fixé au flotteur. La figure 1 représente, en position de forage, une plate-forme semisubmersible 10 du type catamaran.La plate-forme 10 comprend deux flotteurs allongés 11 et 12 en forme de bateau disposés parallèlement à une certaine distance l'un de l'autre et reliés par des piles 13 à un tablier supérieur rectangulaire 14. Des entretoises horizontales 15 et obliques 16 assurent la rigidité de l'ensemble. Le tablier 14 porte une tour de forage 17 de type classique. Sur le fond de la mer, une tête de puits 20 équipée de divers dispositifs anti-éruption 21 se prolonge vers le haut par une colonne montante 22 fixée à son sommet à la plate-forme par un dispositif à tension constante (non représenté). La plate-forme 10 est maintenue à la verticale de la tête de puits 20 par un système de positionnement dynamique comprenant notamment un dispositif de détection de position fournissant des informations à un ordinateur qui commande des dispositifs de propulsion, lesquels s'opposent aux vents et aux courants pour maintenir en permanence la plate-forme à la verticale de la tête de puits 20. Le dispositif de détection de position comprend, par exemple, des émetteurs acoustiques tels que 23 placés sur la tête de puits et des détecteurs acoustiques ou hydrophones placés sous les flotteurs 11 et 12. Les dispositifs de propulsion sont constitués par exemple par quatre hélices 24 situées à l'arrière des flotteurs, quatre propulseurs orientables 25 situés au-dessus des flotteurs et deux propulseurs d'étrave 26.Les propulseurs orientables ont pour fonction d'orienter l'unité face aux effets dominants de vents et de courants et de compenser les effets transversaux secondaires, la poussée principale étant ainsi assurée par les hélices arrières 24. L'un des dispositifs de propulsion orientable 25 est représenté plus en détail sur les figures 2 à 4. Chaque flotteur est divisé en compartiments étanches utilisés principalement comme ballasts ou comme réservoirs d'eau ou de carburant. Un tunnel longitudinal 30 permet l'accès depuis les piles aux différents compartiments. Chaque flotteur comprend deux compartiments tels que 31 pour recevoir chacun un dispositif de propulsion orientable 25. Le compartiment 31 communique avec le tunnel 30 par une ouverture latérale 32 qui peut être fermée par une porte circulaire étanche 33. Une échelle 34 permet de descendre dans le compartiment 31 depuis l'ouverture 32. Le compartiment 31 comporte vers le haut du flotteur une ouverture 35 entourée d'un cylindre 36 qui se prolonge vers le bas à l'intérieur du flotteur.Dans ce cylindre 36 est placé un ensemble amovible 37 représenté en cours de mise en place sur la figure 2. L'ensemble amovible 37 représenté sur les figures 2 et 4 comprend un corps 40 formé par deux manchons verticaux 41 et 42 reliant un couvercle 43 à une base 44. Le couvercle 43 est fixé sur le flotteur et ferme l'ouverture 36 de façon étanche grâce à un joint circulaire 45. La base 44 est immobilisée latéralement par la partie inférieure du cylindre 36. A l'intérieur du corps 40 est monté tournant par des roulements coniques 46 et 47 un support 50 qui se prolonge vers le haut par une partie supérieure 51, laquelle dépasse vers le haut du flotteur au-dessus du couvercle 43. Cette partie supérieure 51 de forme hydro-dynamique porte une hélice 52 montée tournante de façon étanche autour d'un axa sensiblement horizontal et entourée d'une tuyère profilée 53 fixée à la partie supérieure 51. Cette disposition est classique et ne sera pas décrite plus avant.Un chapeau annulaire 54 équipé de ,joints 55 est fixé à la partie supérieure du corps 40 de façon à assurer 1`étanchéité entré le support 50 et le corps 40. De même, la partie inférieure du support 50 comporte des joints 56 qui assurent l'étanchéité entre ce support et la base 44. A la partie inférieure du support 50 est fixée une couronne dentée 60 dans laquelle s'engrenne une vis sans fin 61 mue par un moteur hydraulique 6? pour donner au support 50. et par conséquent à l'hélice 52, une orientation variable dans le plan horizontal. L'hélice 5? est reliée par une transmission moteur élentrique continu 64 fixé par un manchon 65 au corps 40. La partie Inférieure de l'arbre 63 du moteur 64 est solidaire d'un volant 66 monté tour- amovible, de poids inférieur aux capsules classiques, est manipulé plus aisément. Enfin, lorsqu'on utilise un système de détection de position utilisant .des détecteurs acoustiques tels que 85 montés sous les flotteurs, le mouvement des hélices disposées à l'opposé et au-dessus des détecteurs ne perturbe pratiquement pas la réception des signaux acoustiques. Une fois les dispositifs de propulsion en place, leur mode de fonctionnement est identique aux systèmes classiques, le moteur 62 assurant l'orientation horizontale de l'hélice et le panneau à thyristors 81 commandant la rotation de l'hélice 52 à vitesse variable. Ces dispositifs sont commandés par ordinateur de même que les hélices arrières24 et les propulseurs d'étrave 26 de façon que la plate-forme 10 reste à la verticale de la tête de puits. L'ordinateur reçoit diverses informations concernant la position de la plate-forme comme par exemple l'angle de la colonne montante 2? et les temps de transit acoustiques détectés par les hydrophones 85. et des informations météorologiques comme par exemple les vitesses et les directions respectives du vent et des courants.Le programme de l'ordinateur peut être prévu, par exemple, pour maintenir la plate-forme sensiblement face au vent de façon que la poussée principale soit assurée par les hélices arrières 24. Les dispositifs qui viennent d'être décrits peuvent évidemment faire l'objet de nombreuses variantes tout en restant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de propulsion pour le positionnement dynamique d'une plateforme de forage semi-submersible comprenant des flotteurs susceptibles d'être immergés dans une position de forage à tirant d'eau important et de flotter dans une position de transit à tirant d'eau faible, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : un corps adapté à être fixé sur une ouverture découpée à la partie supérieure d'un desdits flotteurs pour fermer ladite ouverture et isoler ainsi un compartiment étanche à l'intérieur du flotteur ; un support monté sur ledit corps et comportant une partie supérieure adaptée à se prolonger au-dessus du flotteur de façon à être immergée en position de forage et à émerger en position de transit ; un propulseur monté à la partie supérieure dudit support pour ' exercer une poussée dans une direction sensiblement horizontale ; et une transmission reliée audit propulseur et traversant ledit support pour parvenir dans ledit compartiment. 2. Dispositif de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un moteur suspendu audit corps pour venir se loger dans ledit compartiment, l'arbre de sortie dudit moteur étant relié à ladite transmission. 3. Dispositif de propulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à l'arbre de sortie dudit moteur est associé un dispositif de freinage monté dans ledit compartiment. 4. Dispositif de propulsion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit propulseur est une hélice à pales fixes entourée d'une tuyère fixée audit support. 5. Dispositif de propulsion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit support est monté tournant de façon étanche sur ledit corps pour pouvoir pivoter autour d'un axe sensiblement vertical. Dispositif de propulsion selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des Moyens d'entraînement fixés à une partie inférieure dudit support et susceptibles d'être engagés sur la sortie d'un deuxième moteur fixé dans ledit compartiment pour donner audit support une orientation sélectionnée. 12. Système de positionnement dynamique selon l'une des revendications 9 à 11 caractérisé en ce que lesdits équipements auxiliaires comprennent un dispositif de freinage adapté à s'engager de façon amovible sur l'arbre dudit moteur pour bloquer ledit propulseur. 1?. Système de positionnement dynamique selon l'une des revendications 7 à 1? caractérisé en ce que ledit support est monté tournant de façon étanche sur ledit corps mtour d'un axe sensiblement vertical et comporte une partie inférieure se prolongeant vers le bas l'intérieur dudit compartiment, ladite partie Inférieure étant équipée de moyens d'entraînement pour donner audit support une orientation sélectionnée. en et? que noyers d'entraînement dudit support s'engagent de façon amovible sur la sortie d'un deuxième moteur fixe dans ledit compartiment réalisé à l'intérieur dudit Flotteur.