Brevet FR2448091A1 — publié le 19800829

Procédé de Pilotage de noso de canalisations en eau profonde L'invention concerne un procédé de pilotage de la pose en eau profonde de canalisations, où celles-ci sont courbées et guidées au voisinage immédiat du fond par une structure mécanique immergée, où la partie suspendue de la canalisation est suffisamment longue pour absorber par déformation élastique un licher de plus de cent mètres, indépendamment du déplacement de la structure immergée, où le poids apparent de la partie suspendue de la canalisation est suffisamment faible pour que les efforts sur la structure n'affectent pas sa stabilité. L'invention concerne également les dispositifs et moyens pour la mise en oeuvre du procédé. En particulier Un dispositif de pilotage comprenant une structure mécanique qui impose une courbure contrôlée à la partie suspendue de la canalisation au voisinage immédiat du fond de la mer, cette structure se meut par rapport à la canalisation en exerçant un effort sur celle-ci et se déplace selon le tracé affecté à la canalisation Des flotteurs récupérables, constitués d'une série de cylindres articulés, parallèles à la canalisation et radialement orientables par rapport à celle-ci. Quelques milliers de kilomètres-de canalisations sousmarines ont été posés â aujourd'hui pour des fonds marins de faible profondeur par une technique dite de pose ~n S. flans cette technique, la canalisation est assemblée à l'horizontale sur une barge par éléments successifs soudés, puis elle rejoint le fond marin par une courbe qui évoque un So Une traction est exercée sur l'extrémité de la canalisation par des tenl sionneurs de façon à maintenir constamment tendue la canalisation et à éviter les courbures successives qui pourraient atteindre une valeur critique de flambage par pincement (buckle).Tout au long de cette opération de pose, la barge est solidement maintenue par 8 à 12 lignes d'ancre. Elle se déplace d'un incrément égal à l'élément soudé par une manoeuvre simultanée sur les ancres ; cette opération est particulièrement critique, il suffit d'un recul de la barge d'une quinzaine de mètres pour provoquer un flambage lorsqu' on pose par 150 mètres de fond des canalisations de 30 pouces, Afin de mieux contrtler la déformée de la canalisation, on utilise. un flstingorfl, charpente éventuellement articu lée, ballastée, de grande longueur, qui soutient la canalisation au départ de la barge et presque jusqu'au point d'inl flection de la courbe en S0 Les techniques actuelles de pose en S sont limitées à des fonds de 300 à 500 mètres maximum parce que les lignes d'ancre ne sont plus opérationnelles pour ces profondeurs, et parce qu'il faudrait exercer en surfaça une force trop importante pour les propulseurs des bâtiments si l'on devait suppléer à l'absence des ancrages. La pose on J a pour avantage d'éviter tout flambage au départ du bâtiment de pose : la canalisation quitte le bati- ment verticalement ou suffisamment incliné pour qu'elle ne subisse pas dtinflection dans sa partie suspendue ; affectant ainsi la forme d'un J.Selon cette technique, le pipeline est également constamment en tension de telle sorte qu'il n'y ait pas de courbure dangereuse à l'approche du sol, là où le rayon de courbure est minimale La courbure épousée par le pipérine dépend du poids apparent du pipeline dans l'eau, du diamètre extérieur et de l'angle de plongée (ctest-à-dite de l'effort de surface appprté par le navire, effort qui constitue la composante horizontale de la traction sur la canalisation)0 Pour un poids apparent de 300 tonnes et un angle de 80-, l'effort de propulsion du navire sera de 52 tonnez Cette technique présente les faiblesses inhérentes suivan tes a) en cas de défaillance d'un propulseur, le navire est tiré en arrière par la canalisation ; il a'ensuit inévitablement un flambage, b) le pipeline doit autre posé selon un trajet défini à l'avance. Il est délicat d'effectuer ce pilotage de pose à partir d'un navire situé 2 à 3.000 mètres au-dessus navire dont le positionnement dynamique par rapport au sol est contré à 3 % au mieux de la profondeur (soit dans un rayon de 90 mètres pour un fond de 30000 metres) ; et donc de piloter cette pose en tirant simplement sur l'extrémité de la canalisation. Un écart de la direction de pose entrai ne le décalage du pipeline au sol, décalage qu'il sera difficile de rattraper ultérieurement. c) aussitat après soudage d'un élément de canalisation, il convient d'effectuer un Lâcher rapide d'une longueur équivalente de canalisation. Habituellement, dans la pose en S, ce lacher est accompagné d'un déplacement de la barge sur ses ancres ; ici, il n'est guère possible d'envisager une simultanéité dtun déplacement en positionnement dynamique. Autrement dit, test par élasticité de la partie suspendue qu'il conviendra d'encaisser la tolérance sur le position nement dynamique additionnée de la longueur d'un élément, soit environ 120 à 150 mètres Ceci rend critique la zone d'atterrissage de la canalisation sur le fond marin, ainsi que le risque d'apparition d'un flambage. Ces difficultés de pilotage sont encore accentuées lorsque l'on a à poser des canalisations en parallèles Faire chevaucher ces canalisations les unes sur les autres entraîne- ra un risque de destruction quasi certain pour peu que le fond ne soit pas meuble, et interdire ultérieurement les opérations éventuelles de réparations oude surveillance. La présente invention a pour but de remédier à ces difficultés - Eviter les flambages-pincements pendant la durée du chan tier - Faciliter le pilotage de la pose en garantissant une gran de précision d'atterrissage sur le fond marin, et en par ticulier permettre sans risque de chevauchement la pose de canalisations en parallèle - Faciliter l'instrumentation du pipeline à son atterrissage; - S'affranchir, dans une certaine mesure, des déplacements du navire de pose et de l'exactitude de son positionnement. Les avantages obtenus gracie à cette invention consistent essentiellement : à imposer la courbure du pipeline selon un arc de cercle déterminé, dans la zone d'atterrissage (zone la plus critique, à proximité du sol), quelque soit la position de la partie suspendue de la canalisation descendant de la surface à cette structure de pilotage dans laquelle s'effectue la courbure du pipeline à contrtler le poids apparent du pipeline dans la mer pendant toutes les opérations de pose on condition normale ou de relevage ; à piloter les déplacements de cette structure directement sur le fond marin balisé, ce qui permet des précisions théoriques de quelques dizaines de centimètres et encore à affranchir la manoeuvre du navire de la position de ce dispositif à partir duquel se déroule le pipeline. Les moyens mis en oeuvre dans ce dispositif comprennent essentiellement - une charpente conférant au pipeline une courbure prédéterminée en arc de cercle et avec un angle de déviation régla ble, charpente située à proximité immédiate du fond marin. Eventuellement, cette charpente peut Entre posée sur le fond. Dans ce qui suit, nous appellerons cette charpente "déviateur immergé profond : D.I.P.". I sur le D.I.P., sont disposés des capteurs et des détecteurs apportant à tout instant une reconnaissance du site, la connaissance du point d'atterrissage et un relevé de llo- rientation du pipeline0 Ces informations sont centralisées sur le D.I.P. et renvoyées à la surface par multiplexage par exemple Ce DvIoPo est pourvu éventuellement de propulseurs (groupe propulseur électro-hydraulique) lui permettant de corriger son orientation et de combattre les forces de traînée causées par des courants marins sur la partie suspendue du pipeline0 - le D.I.P. est également pourvu d'un dispositif de déplacement prenant appui sur le pipeline qutil déroule#ainsi sur le fonds éventuellement, le D010p0 pourra se déplacer directement sur le sol. - le D.I.P. est une structure de grande dimension, donc sa position sera connue avec une bonne précision à partir du navire de posez - il est suspendu par des câbles à des navires de surface et sa distance par rapport au sol est contrôlée et ajustée en permanence ; ces ctbles portent des butées pesantes qui assurent la stabilité horizontale du D0I.P# en dépit des moments fléchissants causés par la partie suspendue de la canalisationo - il possède enfin des dispositifs destinés å orienter les attaches des flotteurs accrochés au pipeline pour que ces flotteurs puissent transiter sans problème au travers du D0I.#. et soient situés dans une position favorisant leur larguage ultérieur. - en complément, la canalisation est pourvue d'une série de flotteurs destinés à réduire son poids apparent en immertion afin de réduire l'action du facteur poids sur la partie suspendue libre du pipeline, ce qui diminue d'autant les risques de flambage et les efforts de traction à exercer en surface sur la canalisationo Le navire dépose, en fait, un pipeline équipé de flotteurs et ces derniers ne sont largués, sur commande, derrière le D#i0P0, qu'à une distance égale au moins à celle de la par tie suspendue du pipeline ; ceci de façon à être à mtme de relever le pipeline dans les mêmes conditions en cas de flambage. En effet, ces flotteurs confèrent un poids apparent faible, de l'ordre d'une dizaine de kilogrammes au mètre. Dans ces conditions, la partie suspendue du pipeline encaisse par sa flexibilité des variations importantes de longueur entre le navire de pose et le DoIoPo et cela sans entraîner des efforts et des moments importants sur le DoIoPos moments qui affecteraient sa stabilité, Eventuellement, un dispositif intermédiaire de guidage absorbe également une partie des efforts sur le D.I.P. qui résulteraient d'un déplacement excessif du bâtiment de pose.Pour des pipes de seize pouces, on aura avantage à respecter une distance minimale de tordre de 800 mètres entre le bâtiment de pose et le DoIoPo lorsque l'on opère en mer peu profonde, distance pour laquelle une surlongueur de 130 mètres environ sera absorbée par une déformation en arc de cercle ayant un rayon de courbure de 500 mètres. En utilisant des pipes d'un poids apparent faible, on s'affranchira donc de la position du navire de pose d'une part et, d'autre part, il n'y aura plus lieu d'exercer des tensions excessives sur ltextrémité du pipelines La figure 1 représente plusieurs vues du D.I.P. on oxploi tation au voisinage immédiat du fond. La figure 2 montre la disposition générale du pipeline depuis le navire de pose jusqu'au D.I.P. pour diverses. profondeurs0 La figure 3 indique une version de pose utilisant le D.I.P. conjointement avec un bâtiment destiné au rabouttage de longues portions de canalisation's remorquées sur le site de poseo La figure 4 schématise le dispositif d'orientation des flotteurs nécessaire à leur transit au travers du DoIoP La figure 5 est une vue à plus grande échelle du position nement des flotteurs au niveau du DoIoPo La figure 6 montre un système d'accrochage des flotteurs sur le pipeline. La figure 7 montre un chantier avec 2 disco sitars immergés de courbure du pipeline, celui-ci ayant#une partie flexible et une partie verticale. Sur la figure 1, le D.I.P. est constitué d'une charpente 11 de grande dimension avec des pieds 12 pourvus de ballastes, des flotteurs 7 intégrés à la structure qui présente un poids apparent réduit0 Le D.I.P. est suspendu par des filins et il est remonté en surface par ces filins, dès qu'il est émergé, les ballasts 2 sont purgés do telle sorte que le D.I0P. se déplace comme un batiment semi-submersibleO Le D.I0P. possède un premier guide 5 pivotant autour d'un axe 16, cet axe d'orientation est porté par un mât 4 télesco- coulissant dans le puits 3. pique. Pour une pose en eau peu profonde, le pipeline arrive selon 12 et l'axe d'articulation est en 16 ; pour des grandes profondeurs, l'angle d'entrée du pipeline 14 est plus accusé, si bien que le guide d'entrée est venu en 6 autour de l'axe de pivotement qui est venu en 17 par allongement du mit télescopique. A sa partie arrière, le DoIoPo porte un guide orientable 8 qui pivote sur un axe situé à l'entrée du guide fixe 9 par lequel s'échappe le pipeline 10, sous un angle de 20- environ par rapport au sol.La courbure du pipeline au-dessus du D.I0P. est déterminée par l'allonge- ment du bras télescopique ; les contraintes et moments fléchissants du pipeline sont calculés à partir de ce rayon de courbure, de la profondeur, du poids apparent du pipeline et des caractéristiques dimensionnelles et mécaniques du pipez Le D0I.P. possède des propulseurs 19 gracie auxquels il dirige la dépose du pipeline sur le sol à partir de l'identification du tracé balisé, Il est suspendu par l'intermé- diaire des attaches 22, 23, 24, 25 à des bâtiments de surface. De ces bâtiments, descendent dos filins 21 qui portent des butées pesantes 20 et des cordages 26 de raccordement aux attaches. Les butées jouent un rtle de stabilisateur dtassiette pour le D.IoP. Enfin, le déplacement du pipeline au travers du D.I.P; est provoqué par des éléments moteurs portés par le guide de pose 9 et éventuellement par le guide d'entrée 6. Ces éléments moteurs sont soit des galets en tratnés par un moteur électro-hydrauliques soit des systèmes à chenilles classiques utilisés comme tensionneurs ou comme guidage sur les barges de pose classiques, mais ici, adaptés pour le travail sous forte pression. Sur la figure 2, on a indiqué une forme générale de la partie suspendue du pipeline, Celui-ci quitte à la verticale le navire 30 et il est éventuellement dévié dès le départ de celui-ci par une structure 31 solidaire du bâtiment. Sur la vue en plan, on voit que# le navire 30 fait face au vent, il n'est donc pas dans la direction ni dans l'alignement du pipeline0 La partie suspendue du pipeline accuse une courbe très librement, de grand rayon de courbure, par une faible déformation élastique du pipeline0 La partie suspendue fait plusieurs kilomètres de long0 Un licher de tronçons soudés ou un déplacement de plusieurs centaines de mètres du navire de pose, se répercute par une courbure élastique plus ou moins prononcée du pipeline dans des directions arbitraires. Entre deux attaches (navire de pose d'une part et D0I.P. d'autre part), situées à plus de 10500 mètres, on peut ainsi locher plus de 500 mètres de pipeline sans avoir à déplacer le bâtiment par rapport au D.I.P. 33. Jusqu'à des profondeurs de 1.000 mètres, l'emploi d'un D.I.P. conjugué à une canalisation d'un poids apparent faible et d'une longueur suspendue suffisante, permet d'amortir en quelque sorte les conséquen- ces d'un dérapage du navire de pose.Pour des profondeurs plus faibles, il faut conserver une longueur suspendue importante et donc diminuer l'angle d'entrée du pipeline 36 dans le D.I.P. Au-dessus de 1.000 mètres, le m8me angle dans dansle D.IP. peut être conservé, ce qui est représenté par les éléments 40, 41, qui représentent le navire de pose pour différentes profondeurs comptées à partir du fond 350 Pour les grands fonds, il peut y avoir avantage à disposer un guidage 42.suspendu par des filins 43 à des bâtiments de surface, de façon à facilier le positionnement et a réduire les-moments exercés sur le D.I.P. Sur la figure 3, on voit que cette procédure de pose est applicable à la technique de soudage de très grands tron çons remorqués sur le chantier, Dans ce cas, le soudage est effectué le pipe étant horizontal0 Le pipeline est alors engagé dans un déviateur immergé de surface que nous appellerons DIS, qui joue le rtle du batiment de pose dans ltexem- ple précédent.Ce DIS impose, comme son homologue DoIoPos une courbure au pipeline pour l'amener dans l'inclinaison souhaitée par rapport à la verticale0 On voit, face à la houle et au courant, le tronçon 51 soudé sur une plateforme 52 à laquelle es accroché le DIS 53o Le pipeline-descend jusqu la verticale et décrit une courbe 54 pour arriver au DoIoPo 550 Un tronçon 56 attend l'arrivée de la plate forme 52o Le pipeline porte des trains de flotteurs composés d'éléments articulés maintenus parallèlement au pipeline et pouvant pivoter autour de celui-ci (voir figures 5 et 6)o Sur la figure 4, les flotteurs 60 arrivent dans une orientation radiale quelconque par rapport au D0I0P0, ils doivent donc titre réorientés par des systèmes 66 décrits dans la figure 5, systèmes placés à l'entrée et à la sortie du D.I.P. Sur la figure 4, on voit la réorientation progressive en 61 du flotteur 60, flotteur qui sort du déviateur D.I.P. dans une position horizontale 62, de telle sorte que le pipe atterit sur lui-m8me et non sur les flotteurs, si bien que ceux-ci pourront être libérés ultérieurement.C'est ce qui est représenté en 63 où la première attache du flotteur a été libérée, puis en 64 où la seconde attache étant libérée à son tour, le flotteur remonte à la surface, freiné dans son élan par une hélice 65 jouant en quelque sorte le rtle d'une ancre flottante0 Sur la figure 5, est explicité le fonctionnement du dispositif de réorientation des flotteurs du pipeline. Le pipeline 70 arrive en partie haute (niveau A)du DoIoP avec ses deux flotteurs parallèles et symétriques 71 et 72 ; ce niveau, est située l'extrémité (ou l'entrée) 73 du sys tème de réorientation qui comporte deux ailettes 74 portées par deux demi-cylindres 75 (niveau B30 Ces deux demi-cylindres assurent le guidage des bras liés aux flotteurs par leurs bords 80.Au niveau C, la rigidité du "réorienteur" est renforcée par un cylindre extérieur 76 et, dès ce moment, les flotteurs 77 et 78 sont orientés par rapport au DoIoPo Au niveau D, les ailerons 74 se dédoublent en 81 et 82 pour venir en finale en 83 et 34 au niveau Eo Le pipeline avec ses flotteurs pénètre alors dans la structure 87 (niveau F) porté par le D0I.P01 dans laquelle sont situées les molettes 88 d'appui et 89 de serrage, laquelle est montée sur un vérin 90o Ces molettes soutiennent les moments d'encastrement du pipeline 91 qui amorce sa courbure 92 En dessous de ces molettes, une structure flexible de protec tion et de guidage 93 entoure éventuellement le pipeline jusqu'aux molettes correspondantes placées à la sortie du DoIoPo 2tant donné quien certains cas il est envisageable de relever le pipeline, des orienteurs seront disposés à chaque extrémité du DoIePo Sur la figure 6, est esquissé le système d'accrochage des flotteurs 71 et 72o Ces flotteurs cylindriques d'une densité apparente d'environ 0,5 consistent en des éléments articulés reliés entre eux selon une chaîne élémentaire0 Sur la figure, est représentée l'extrémité de cette chaîne0 Le système d1at- tache comporte deux bras solidaires 101 et 102 réunis par une attache rapide a collier 103, collier qui pivote librement autour du pipe 70 Des butées 104 et 105 s'opposent au glissement de ces attaches le long du pipeline, L'extrémité des flotteurs est reliée par des chaînons 107 et 108 aux colliers de fixation0 Dans l'extrémité inférieure 110 du flotteur, on a indiqué une hélice repliée 111 portée par un arbre coulissant 1120 Lorsque le flotteur est libéré par rupture du chaînon 108 ou par libération. et ouverture du collier de fixation correspondant, cette hélice descend par son propre poids par coulissement sur l'arbre 113, puis elle se déploie0 Elle a pour r81e de freiner considérablement la vitesse -ascentionnelle du flotteur à un seuil qui ne présente pas de dangers lors du retour en surface. Cette remontée est symbolisée sur la figure 4. Sur la figure 7 est représenté un schéma de pose que nous appellerons pose en , où le pip#eline comporte une partie flexible et une descente verticale 122-jusqu'au D.I.P. 33. Le D.I.P. 33 dépose le pipeline selon 123 sur le fond 35. Un second dispositif immergé 126 à 50 à 300 mètres de profondeur ballasté, soutenu et déplacé par la barge 131 par l'intermédiaire des filins 124, descend une partie verticale de pipeline 122 à laquelle est suspendu le D.I.P. Dans cette partie verticale, le pipeline nta pas de flotteur. La barge 131 soutient également le D.I0P. 33 par les filins 125. Le navire de pose 30 descend à la verticale un pipeline 120 ayant un faible poids immergé grâce au flotteur 60 puis cette partie 120 se courbe pour rejoindre cette seconde structure 126 sur laquelle il va transiter. Cette seconde structure est un déviateur immergé à faible profondeur "D.I.F.P.". Le mouvement du bâtiment 30 est indépendant du mouvement du D.I.P. et du D.I.F.P. ; c'est-à-dire qu'il est indépendant des conditions de pose proprement dite. Il vient par exemple en 130 et la partie en "chainette" du pipeline devient 121. Sur le D.I.F.P., les flotteurs sont déconnectés du pipeline et remontent le long d'un filin 127 jusqu'au poste de récupération 128 sur le bâtiment 131. Ce procédé de pose en r a l'avantage de réduire le nombre de flotteurs et de résoudre le problème de leur récupératione Notons que cet exemple n'est pas limitatif et que l'on peut imaginer également un système de récupération des flotteurs reliés à un bâtiment, même dans le cas décrit sur la figure 4. Il suffit en effet d'avoir une liaison par câble jusqu'au navire de collecte, câble qui sera progressivement déconnecté du pipeline en même temps que les flotteurs. Revendications du brevet0 la Procédé de pilotage de la pose en eau profonde de cana lisations, où celles-ci sont courbées et guidées au voisinage immédiat du fond marin par une structure de pilotage immergée, où la partie suspendue de la canali sation est suffisamment longue pour encaisser par des déformations élastiques un licher de quelques centaines de mètres de canalisations indépendamment du déplacement de la structure de pilotage immergée, où le poids appa rent de la partie suspendue de la canalisation est suf fisamment faible pour que les efforts sur cette structu re n'affectent pas sa stabilité et que les contraintes sur la canalisation restent admissibles0 20 Dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant - une charpente immergée pourvue de moyens mécaniques destinés à piloter la pose au voisinage immédiat du fond marin, à imposer à la canalisation un rayon de courbure déterminé réglable (zone de contraintes et de déformations maximales), qui se meut en prenant appui sur la canalisation ou sur le sol, qui est suspendue à des navires de surface, qui s'oriente par des moyens autonomes parrapport au tracé balisé sur le sol, - une série de flotteurs particuliers accrochés au long de la canalisation constitués d'éléments cylindriques articulés entre eux, radialement orientables par rap port à la canalisation, transitant avec la canalisation au travers du dispositif de pilotage immergé ; flotteurs récupérables pourvus d'une ancre flottante freinant leur vitesse ascentionnelle. - des dispositifs annexes situés à la surface de la mer et destinés à immerger la canalisation dans une direc tion déterminée réglable0 - des dispositifs annexes de guidage intermédiaire de la position de la partie suspendue de la canalisation0 30 Un moyen selon la revendication 2 pour la mise en oeuvre du dispositif de pilotage au voisinage du fond marin, en prenant une charpente portant - un système de guidage où la canalisation pénètre dans la charpente selon un angle pré-déterminé réglable en fonction de la profondeur de pose, - un système de guidage d'où la canalisation est évacuée vers le fond selon un angle pré-déterminé et, tel que ce dispositif peut titre posé sur le fond sans risque de flambage pour la canalisation, - des moyens d'orientation autonome constitués de pro pulseurs électrohydrauliques, - des moyens mécaniques où cette charpente prend appui sur la canalisation pour se déplacer, - des organes de suspension à partir des bâtiments de surface, pourvus de butées pesantes destinées à sta biliser cette charpente0 4. "Déviateur immergé profond (DIP) selon la revendication 3 - où la charpente, une fois remontée en surface, se pré- sente comme un bâtiment semi-submersible après purge des ballasts, - où le DIP possède à ses extrémités un mécanisme d'o rientation des flotteurs accrochés à la canalisation pour qu'ils puissent transiter sans dommage au tra vers du système de courbure, et qutils soient situés dans une position donnée lors de l'atterrissage de la canalisation sur le fond ; ces mécanismes comprennent des ailettes qui vont forcer les attaches des flotteurs à un parcours déterminé. - - où la variation de courbure de la canalisation est assu rée par le déploiement vertical d'un mât télescopique portant un système de guidage monté sur un axe. 5. Flotteurs selon la revendication 2 constitués d'une sé rie de trains formés d'éléments cylindriques articulés, trains attachés par leur extrémité à des bagues pivotant autour de la canalisation par l'intermédiaire de bras rigides, flotteurs larguables à distance, possédant un système de freinage ascentionnel. 6. Flotteurs selon la revendication 5 où l'élément cylin drique d'extrémité d'un train larguable comporte une hélice qui se déploie au cours de la remontée du flotteur pour en freiner la vitesse. 7. Procédé selon la revendication l dans laquelle on fait intervenir une charpente immergée supplémentaire située à faible profondeur, placée à la verticale de la struc ture de pilotage Où le pipeline comporte une partie verticale et une par tie en U reliant cette seconde charpente au bâtiment de pose. 8. Procédé selon la revendication 1 et selon la revendication 5 où les flotteurs sont récupérés directement sur un na vire grâce à un filin de guidage ; filin qui est soit so lidaire et séparable du pipeline (selon la revendication 5), soit solidaire de la structure selon la revendication 7.