Brevet FR2386758A1 — publié le 19781103

L'invention se rapporte à une colonne montante d'un support flottant au moyen d'une chaîne d'éléments mobiles supportant des canalisations de produits pétroliers. On a déjà préconisé l'utilisation d'une chaîne d'éléments, inclinables les uns par rapport aux autres au moyen d'articulations comprenant deux axes horizontaux perpendiculaires entre eux et montés à la cardan pour la descente de charges. Des canalisations desservant ces charges, des cardans comportant un passage axial interne ont été prévus pour rendre possible l'incorporation de ces canalisations à l'intérieur de la chaîne. En dépit des avantages présentés par cette structure, on constate qu'elle est encore insuffisamment adaptée au problème posé par l'incorporation des diverses canalisations à très hautes pressions joignant un support de surface aux canalisations pétrolières sous-marines. En effet, le support de surface ne conservant pas forcément une orientation rigoureusement constante par rapport à la colonne supportant les canalisations, les connexions des canalisations en surface subissent des efforts répétés et prohibitifs, en absence de joints tournants fiables pour connexions multiples. L'objet de la présente invention est une colonne montante faite d'une chaîne d'éléments porteurs de canalisations pour l'anxenée en surface de produits pétroliers, caractérisée en ce que les articulations reliant deux éléments consécutifs comportent chacune au moins un moyen de rotation d'axe vertical associé à un moyen de rotation autour d'un axe horizontal. Ainsi, neume si l'angle de rotation autour de l'axe vertical est limité à une valeur faible, par exemple + 300 à t 500, la partie supérieure de la colonne peut suivre aisément le débattement du support de surface, dès aue le nombre des éléments de la colonne est suffisant. On supprime donc la nécessité et la difficulté de construire un joint tournant à voies multiples pour hautes pressions. Le débattement autour de l'axe horizontal peut être par exemple de + 600. Un autre objet de l'invention est d'accroître la souplesse de la fixation de la colonne au bras d'amarrage du support flottant en reliant la partie supérieure de la chaîne d'éléments mobiles au bras d'amarrage par un montage à la cardan et en prévoyant sur chaque articulation, reliant deux éléments consécutifs, un moyen de débattement de quelques degrés autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe horizontal permettant un débattement de l'ordre de t 600. Dans ces conditions, l'action importante du roulis, par exemple, est compensée par le montage à la cardan et par la souplesse transversale de la chaîne qui s'ajoute encore à la souplesse due à la fois à la rotation des articulations et au débattement important dans le plan du bras d'amarrage. Un autre objet de l'invention est une colonne de ce type dans laquelle l'élément inférieur est relié à la base d'ancrage au moyen d'un cardan de mênle débattement dans deux plans verticaux mais dépourvu de moyen e rotation d'axe vertical, la liaison des canalisations à chacue articulation s'effectuant par-des conduites flexibles reliées aux conduites internes des éléments consécutifs, ces conduites étant de longueur suffisante pour absorber les petits débattements d'un élément par rapport à l'élément voisin. Une colonne de ce type a l'avantage d'allier la souplesse conférée par la rotation des cardans à la souplesse des connexions de conduites entre éléments et, de ce fait, de résister aux fréquentes oscillations de la colonne en cas de mauvais temps. D'autres objets et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante faite en référence aux dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de la présente invention. Sur le dessin la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une colonne fixée à sa base d'ancrage, la figure 2 est une vue en coupe d'un élément accordé à l'élément voisin, la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une articulation montée entre deux éléments successifs, la fiacre 4 une vue schématioue de la colonne en cours de remontée sur le support flottant, et la figure 5 la vue schéluatique de la colonne reposant sur le support flottant. La colonne 1, figure I, est constituée d'éléments 2 reliés entre eux par des articulations 3. Ces articulations, plus visibles sur la représentation schématique de la figure 3, comportent un corps supérieur 20 appartenant, ou fixé à l'élément supérieur 2 par exemple, et un corps inférieur schématisé en 21, appartenant ou fixé à l'élément inférieur 2 adjacent. L'axe horizontal 22, solidaire de l'étrier 23, permet un pivotement qui peut etre de l'ordre de quelques degrés par exemple, d'un élément 2 par rapport à l'élément voisin. Une fenêtre 27, prévue dans le corps supérieur 20, permet le logement du support 28 d'un axe de pivotement vertical 26. L'axe 24 étant ainsi lié à l'élément 20, par l'intermédiaire du support 28 de l'axe vertical 26, on voit que deux éléments 2 consécutifs, l'un solidaire de 21, l'autre de 20, peuvent d'une part tourner l'un par rapport à l'autre d'un certain angle autour de l'axe vertical 26 et, d'autre part, pivoter l'un par rapport à l'autre autour de l'axe 24 dans un plan vertical parallèle à l'axe 22. Ce pivotement peut être de l'ordre de + 600. De ce fait, la colonne 1 peut prendre une forme générale incurvée, comme le montre la figure 4.En outre, le pivotement autour de l'axe vertical 26 pouvant être de l'ordure de + 45 , la somme des rotations d'axe vertical dues à la succession des éléments 2 permet d'atteindre une valeur au moins égale à + 1800. On assure, de cette manière, le libre débattement du support flottant 30, relié à la colonne 1 au moyen du bras d'amarrage 9. Le bras d'amarrage 9 est relié à la colonne 1 au moyen d'un support 7 comprenant à sa partie inférieure deux flotteurs 8 disposés de part et d'autre de la colonne montante 1. Un dispositif à la cardan, schématisé en 6 à la partie supérieure du bras d'amarrage 9, est relié par le connecteur 35 au dispositif de liaison 36 équipant l'élément supérieur 2. Le raccordement direct des conduites 39 à la partie supérieure du premier élément 2 peut être quelconque. Les flotteurs 8 soutiennent la colonne 1 dont le poids apparent est réduit en raison de la flottabilité des éléments 2. Dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple figure 2, chaque élément 2 peut être composé d'une virole externe 10 et d'une virole interne 11, reliées entre elles à leurs parties supérieures et inférieures par des viroles tronconiques 12. L'espace 29, compris entre les viroles 10 et 11, sert d'une part de passage aux conduites fixes 13 et, d'autre part, de ballast pour le réglage de la flottabilité de chaque élément 2. A cet effet, on réserve l'espace intérieur de la virole 11 au passage d'une conduite flexible 31 d'air comprimé. Cette conduite est munie d'une vanne 15 télécommandée dont la tubulure 16 débouche à la partie supérieure de l'espace 29 servant de ballast. En commandant l'ouverture de cette vanne, on comprime l'eau se trouvant au fond du ballast et que l'on peut chasser après avoir refermé la vanne 15 puis ouvert la vanne 17 disposée à la partie inférieure ballast 29 faisant communiquer celui-ci avec l'extérieur.Inversement, si l'on désire alourdir l'élément 2, on ouvre la vanne 18 disposée à la partie supérieure du ballast afin de laisser stéchapper l'air comprimé se trouvant au-dessus du niveau d'eau 19, puis l'on ouvre la vanne inférieure 17, ce qui entraîne une admission d'eau. Le réglage du niveau d'eau 19 est particulièrement important,d'une part pour pouvoir assurer une tension suffisante des éléments 2 pendant toute la période où la colonne 1 est ancrée sur la base d' ancrage 4, d'autre part au cours de la remontée de la colonne 1, figure 4, afin d'éviter le désalignement des éléments au cours de cette période. Les tubes 13 passant par le ballast 29 d'un elément 2 sont raccordés aux éléments adjacents au moyen de flexibles 14 et de dispositifs de fixation 32. Les liaisons flexibles 14 sont de longueurs suffisantes pour recevoir, sans aucun inconvénient, à leurs extrémités, les faibles déplacements horizontaux dus aux petites rotations d'un élément par- rapport à l'autre que permet chaque cardan 3. Cependant, ces flexibles 14 restent, en absence de rotation et d'inclinaison d'un élément par rapport à l'autre, dans une zone cylindrique de diamètre inférieur à celui des parois extérieures 10 des éléments 2. On remarquera que ces flexibles 14 ne sont soumis à aucun déplacement de quelqu'importance, meme au cours de la remontée de la colonne 1 comme on peut le voir figure 4, les éléments 2 conservant leur alignement d'une part latéralement, les cardans 3 ne permettant qu'une rotation très faible autour de l'axe 22, et d'autre part longitudinalement par le contrôle de la flottabilité de chaque élément 2, afin d'éviter une trop grande rotation autour des axes 24. Cette remontée est facilitée par la mise en mouvement du support flottant 30 oui, en acquérant une certaine vitesse, tend à donner à la colonne 1, en raison de sa trainée dans l'eau et de ses articulations, une certaine courbe, favorisant son passage d'une position verticale à une position plus inclinée pour sa remontée sur le support de surface 30, figures 4 et 5. Après avoir libéré l'élément supérieur 2 du cardan 6, on peut hisser la colonne 1 sur le pont de la structure flottante 30 utilisée à l'aide de tout dispositif approprié. La colonne peut glisser par exemple sur des rouleaux 37 disposés sur tout support 38 solidaire des bras supérieures d'amarrage 9 servant de chemin de roulement à la colonne 1 lorsqu'on l'amène a reposer sur toute sa longueur sur la structure flottante 30. Le moyen de fixation 34 de la colonne 1 sur sa base d'ancrage 4, ne faisant pas partie en soi de l'invention, ne sera pas décrit en détail. L'élément inférieur 2 est relié à la base d'ancrage 4 par au moins un dispositif à la cardan 5 qui peut permettre un débattement de l'élément inférieur de + 300 dans chacun des deux plans verticaux où il peut osciller, aucun moyen de rotation d'axe vertical étant prévu sur le cardan 5. Des flexibles schématisés en 33 prolongent les conduites 13 disposées au bas de l'élément inférieur 2 et sont connectés au dispositif de connexion 34 solidaire du cardan 5. Ces flexibles sont disposés de façon à ne subir pratiquement aucune contrainte sensible et aucune fatigue lors de l'inclinaison du dernier élément, cette inclinaison étant d'ailleurs limitée par le cardan 5 utilisé. Dans ces conditions, et quelle que soit la phase d'utilisation de la colonne, qu'il s'agisse de la pose de la colonne à l'aide du support flottant 30 en faisant glisser la colonne vers l'arrière du bateau et en controlant la flottabilité des éléments 2, ou qu'il s'agisse de l'utilisation de la colonne, après ancrage sur la base 4, ou encore de sa remontée sur le pont de la structure flottante, aucune contrainte sensible ne peut entraîner une fatigue des flexibles 14 et 33, tant au niveau des cardans 3 qutau niveau du cardan 5. REVENDICATIONS 10) Colonne montante articulée pour support flottant faite d'éléments ballast inclinables l'un par rapport à l'autre, supportant des conciuites pour la canalisation de produits pétroliers entre une base d'ancrage et un support flottant pourvu d'un bras d'amarrage à ladite colonne, caractérisée en ce que la liaison entre deux éléments adjacents s'effectue au moyen d'une articulation assurant leur libre rotation l'un par rapport à l'autre d'une valeur au plus égale à une valeur prédéterniinée - i de façon que la rotation maximum du premier élément de la colonne par rapport au dernier soit de l'ordre de i 1800. 20) Colonne telle que revendiquée en 1 dont les articulations entre éléments adjacents comportent un premier axe permettant leur inclinaison l',rn par rapport à l'autre, tous les éléments étant inclinables par rotation autour d'une même direction, les dites articulations n'autorisant qu'une très faible inclinaison autour d'une direction perpendiculaire à la première. 30) Colonne telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 et 2 dont chaque élément comporte des conduites passant à l'intérieur de ballasts constitués par des espaces compris entre une paroi centrale et une paroi externe, les conduites des éléments adjacents étant raccordes par des flexibles extérieurs à la fois aux ballasts et aux articulations. 40) Colonne telle que revendiquée en 3 dont la longueur des conduites flexibles est supérieure à la longueur permettant une rotation relative et limitée d'un élément par rapport à l'autre autour de son axe longitudinal, la conduite flexible rest Sn absence d'inclinaison et de rotation à l'intérieur d'une zone cylindricue de même diamètre que la paroi externe d'un élément. 50) Colonne telle que revendique dans l'une quelconque des revendications 1 à 4 et dont l'élément inférieur de la colonne comporte un moyen de fixation à la base d'ancrage et un moyen d'articulation permettant un débattement autour de deux axes perpendiculaires et sans rotation d'axe vertical, caractérisée en ce que chaque débattement autour d'un des axes du moyen d'articu- lation est inferieur au débattement autour d'un axe des articulations reliant deux éléments consécutifs et en ce que les conduites débouchant du ballast de l'élément inférieur sont connectées par des conduites flexibles extérieures à la partie du moyen de fixation se connectant sur la base d'ancrage. 60) Colonne telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 5 dont les conduites de l'élément supérieur sont raccordées directement aux conduites du support flottant, le dit élément comportant à sa partie supérieure un moyen de fixation à un cardan monté à la partie supérieure du bras d'amarrage. 70) Colonne telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 6 dont le bras d'amarrage du support flottant comporte, d'une part, des flotteurs permettant le libre débattement de la colonne après déconnexion de l'élément supérieur du cardan du bras d'amarrage et, d'autre part, un bras inclinable pourvu d'un chemin de roulement pour la réception des éléments de la colonne. 80) Procédé de remontée d'une colonne revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on controle la flottabilité de chaque élément en fonction de la trainée de la colonne à la vitesse du support flottant pour que la ligne polygonale, formée par les éléments de la colonne, conserve une légère concavité dirigée vers le fond de l'eau, cette concavité étant encore réduite pour hisser horizontalement l'ensemble à bord du support flottant après déconnexion du moyen de fixation au bras d'amarrage.