Brevet FR2465137A1 — publié le 19810320

L'invention se rapporte à des garnitures d'étanchéité ou étoupages pour les blocs d'articulation, reliant les pieds d'une plate-forme de forage et/ou de production aux troncs intégrés, eux-m1Tme reliés à des corps de fondation. On a déjà proposé des liaisons articulées pour les pieds d'une plateforme de forage et/ou de production avec lescorps de fondation correspondants, en utilisant des blocs d'articulation qui relient les pieds aux troncs de fondation correspondants, reliés eux-mêmes aux corps de fondation. En- tre les surfaces latérales internes des pieds et - suivant la configuration spéciale de la liaison articulée - les sur- faces frontales du tronc intégré (bossages) ou de la bague intérieure d'un palier pivotant, se trouventdes bagues ou des disques d'écartement. A cause des jeux de montage inévitables dans les constructions métalliques d'une telle envergure, com- me le sont des plate-formes de forage et/ou de production, de l'eau de mer peut s'infiltrer par des fentes axiales entre les bagues d'écartement et des fentes radiales correspondantes dans les paliers et conduire à la formation de rouille. Etant donné qu'en raison de l'agitation de la mer, du processus de forage ou analogue, il peut y avoir en plus des petits mouve- ments des blocs d'articulation par rapport au tronc de fonda- tion, les logements ajustés initialement existants entre les blocs d'articulation et les douilles de paliers, respective- ment les bagues intérieures, deviennent au fil des temps tou- jours plus mauvais. C'est pourquoi on se trouve confronté au problème de créer un étoupage intérieur, qui évite l'infiltration d'eau de mer. L'étoupage doit être efficace aussi bien pendant le transport et le montage de la plate-forme que pendant l'exploi- tation proprement dite de la plate-forme; pendant cette ex- ploitation, en raison des mouvements précipités du bloc d'ar- ticulation par rapport au tronc intégré, les joints s'usent au cours des temps. Ce problème est résolu, conformément à la présente invention par le fait que sur chaque bloc d'articulation entre les surfaces latérales intérieures sans ouverture des parties de pied et les surfaces latérales du bossage sont disposés deux corps de moyeu, chacun avec deux disques d'étanchéité élastiques, de forme annulaire, pouvant être sollicités par la pression de l'eau de mer, en acier à ressort, bronze à ressort ou métal ou alliage métallique sem- blable, résistant à l'eau de mer, et que les disques d'étan- chéité présentent chacun sur sa surface latérale exté- rieure, dans la zone radiale extérieure, une arête d'étanché- ité tranchante et de forme annulaire, ou une surface d'étan- chéité de forme annulaire, ainsi que dans la zone à l'intérieur de l'arête d'étanchéité, respectivement de la surface d'étan- chéité, encore au moins une bague d'étanchéité en un maté- riel élastique résistant à l'eau de mer, en particulier un élastomère adéquat, prenant appui sur le corps de moyeu et pouvant être pressée contre les surfaces latérales intérieures des parties de pied, respectivement contre les surfaces laté- rales du bossage. Dans une configuration complémentaire de l'appui conforme à l'invention, l'appui des bagues d'étanchéité s'ef- fectue sur des bagues prenant appui sur des talons de centra- ge, et entre les bagues d'étanchéité et le disque d'étanchéité, on dispose une bague intermédiaire élastique, ainsi les sur- faces latérales extérieures des bagues peuvent être pressées contre les surfaces latérales intérieures des parties de pied, ou contre les surfaces latérales intérieures des parties de pied et les surfaces latérales du bossage. Sur le dessin, des exemples d'exécution de l'inven- tion sont représentés schématiquement. Ils représentent: Figure 1, une coupe à travers la liaison d'un pied avec le tronc intégré de fondation; Figure 2, l'étoupage intérieur dans une encoche selon le détail A de la figure 1, à plus grande échelle par rapport à la figure l; Figure 3, un détail de la figure l - corps de moyeu avec des disques d'étanchéité -, à l'état de montage et à l'état de fonctionnement; Figure 4, une coupe à travers une autre liaison d'un pied avec le tronc intégré de fondation; et Figure 5, l'étoupage intérieur dans une encoche selon le détail B de la figure 4, à plus grande échelle,par rapport à la figure 4. Une tour d'extraction marine en forme de plate-forme de forage et de production (plate-forme Offshore) présente trois pieds obliques en acier, qui sont chacun reliés par une articulation à un corps de fondation. La plate-forme Offshore doit notamment pouvoir être mise en oeuvre pour des profondeurs marines de 200 à 500 m. Chaque pied présente à l'extrémité inférieure une partie fourchue la, lb avec des évidements coaxiaux pour l'in- troduction latérale et le logement d'un bloc d'articulation creux 3. Chaque bloc d'articulation 3 est logé, en ce qui con- cerne les parties de pied la, lb de façon non rotative et blo- qué contre un déplacement en direction axiale. Dans l'exemple d'exécution représenté sur les figu- res 1 et 2, le bossage 4 d'un tronc intégré de fondation est relié, dans la zone comprise entre les parties de pied la, lb, au bloc d'articulation 3, par l'intermédiaire de douilles 5. Les douilles 5 sont disposées de façon non rotative par rap- port au bossage 4; cependant le bloc d'articulation 3 et les douilles, respectivement le tronc intégré de fondation, peu- vent pivoter relativement l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal central du bloc d'articulation 3. (Le tronc intégré est connu en lui-même et ne fait partie de la présente invention). Entre les parties de pied la, et lb et le bossage 4 du tronc intégré, il y a chaque fois un écartement correspon- dant à la mise en place de joints à double effet. Les étoupa- ges conformes à l'invention se trouvent sur les trois pieds de la plate-forme de forage et/ou de production. Etant donné que chacun des deux joints affectés à chaque pied est conçu de façon identique, on ne décrira qu'un seul joint dans ce qui suit. Chaque joint comporte un corps de moyeu 6, prenant appui sur le bloc d'articulation 3, avec des talons de centra- ge 7 disposés à ses extrémités, ainsi que deux disques d'étan- chéité 8a, 8b intégrés dans la partie centrale du corps de moyeu 6, en acier à ressort, en bronze à ressort ou autre métal ou alliage métallique semblable résistant à l'eau de mer. Sur chacune des surfaces latérales extérieures des disques d'étanchéité 8a, 8b est prévue radialement à l'extérieur une arête d'étanchéité 9 de forme annulaire et tranchante. Toute- fois, on peut aussi prévoir des arêtes d'étanchéité à bord émoussé ou à surface d'appui plus large. Les arêtes d'étanché- ité 9 peuvent être partie intégrante des disques d'étanchéité 8a, 8b; elles peuvent toutefois aussi être des bagues sépa- rées avec arête ou surface d'étanchéité (de forme circulaire), à fixer aux disques d'étanchéité. Pour des raisons de trans- port et de montage, les disques 8a, 8b présentent radialement à l'extérieur des collets 10 appropriés. Sur chacun des deux talons de centrage 7 du corps de moyeu 6 prend appui une bague rigide (non élastique) 11, en acier, cuivre, bronze ou métal ou alliage métallique sem- blable, résistant à l'eau de mer. Les bagues 11 présentent chacune une surface latérale extérieure plane, une surface extérieure et une surface intérieure cylindriques, ainsi qu'une surface latérale intérieure, façonnée en conséquence. Entre la surface latérale intérieure de chaque bague 11 et la sur- face latérale extérieure du disque d'étanchéité correspondant 8a, 8b, se trouve une bague intermédiaire 12 élastique, de préférence en élastomère résistant à l'eau de mer. Les bagues intermédiairesl2sont fermement reliées aux bagues 11 et aux disques d'étanchéité 8a, 8b, ce qui peut être obtenu exemple par vulcanisation ou collage. Les bagues 11 sont engagées sur les talons de centrage 7 et, pour rendre possible le pressa- ge contre les surfaces internes des parties de pied et contre les surfaces latérales du bossage, peuvent coulisser axiale- ment par rapport au corps de moyeu dans la mesure du jeu de montage. Sur la surface extérieure cylindrique de chacune des bagues 11, prend appui une bague d'étanchéité 13 élastique. Les bagues d'étanchéité 13 présentent des surfaces extérieures latérales planes ainsi que des surfaces latérales intérieures obliques, adaptées aux surfaces extérieures obliques des dis- ques d'étanchéité 8a, 8b. Les bagues extérieures 13 se termi- nent juste avant les arêtes d'étanchéité 9. Comme matériau pour les bagues d'étanchéité 13, on se sert de préférence d'un élastomère résistant à l'eau de mer; on peut cependant aussi utiliser d'autres matériaux élastiques, résistants à l'eau de mer. Les bagues d'étanchéité 13 sont de préférence fermement reliées aux disques d'étanchéité 8a, 8b, par exem- ple par vulcanisation ou collage. Comme matériau pour les pièces d'étoupage, il faut choisir des matériaux assurant aux joints une grande longévi- té (environ 25 ans). Pour le transport etpour le montage des joints, on a mis en place, entre les surfaces latérales intérieures des disques d'étanchéité 8a, 8b, un 6lément porteur 14 avec un oeillet, un étrier ou similaire, passant sous les collets 10. Le montage de l'élément porteur 14 s'effectue avec des dis- ques d'étanchéité 8a, 8b écartés. Le montage de l'étoupage s'effectue en cale sèche ou similaire. Les disques d'étanché- ité équipés de l'élément porteur 14 sont pressés vers l'inté- rieur pour le montage, et sur quelques-uns d'entre-eux, on place, bien répartis sur tout le pourtour, des crampons pas- sant sur les collets 10 et fixant les disques d'étanchéité 8a, 8b dans la position de montage. (Les crampons ne restent en place que pendant le montage; ils sont à nouveau enlevés après la mise en place des joints). Pendant la phase de transport et de montage du joint, l'élément porteur 14 prend appui sur la face inférieure des collets 10. (Après le transport et la mise en place, l'élément porteur 14 avecJoeillet ou analogue peuvent être enlevés). Les joints assemblés sont abaissés de- puis le haut, jusqu'à ce que les alésages du corps de moyeu 6 soient alignés avec les évidements des parties de pied et les alésages des douilles; pour terminer, le bloc d'articulation 3 est inséré par le côté et centré axialement. Dans l'exemple d'exécution représenté sur les figures 4 et 5, on a prévu des joints intérieurs partiellement diffé- rents, ce qui est du à la construction du tronc intégré de fon- dation avec un support pivotant 16 (bague intérieure 16a conca- ve; bague extérieure 16b convexe) entre le bossage 4 et le bloc d'articulation 3. La configuration des étoupages des figures 4 et 5 se différencie des étoupages décrits précédemment par le fait, que les disques d'étanchéité intérieurs 8b ainsi que les bagues ri- gidesetélstLquesde même que le talon de centrage intérieur sont supprimés. Chaque corps de moyeu 6 présente, à la place du disque intérieur 8b, un disque de retenue 17 dirigé radiale- ment vers l'extérieur, avec des collets 10' correspondant aux collets 10. Les disques de retenue 17 ne sont nécessaires que pour des raisons de transport et de montage. L'àtoupage des fentes axiales entre la surface latérale intérieure de chaque corps de moyeu 6 et la surface latérale attribuée de la bague intérieure 16a du support pivotant s'effectue par des joints de type connu. Chacun des joints peut, par exemple, être cons- titué par un anneau-joint (respectivement plusieurs anneaux- joints) 19, en un élastomère résistant à l'eau de mer, dispo- sé concentriquement et placé dans une (ou des) rainure(s) an- nulaire (s) 18 du corps de moyeu 6. Dans la zone radiale exté- rieure de chaque corps de moyeu 6, peut être prévue une arête d'étanchéité 20, de forme annulaire et tranchante, s'appuyant sur ia surface latérale correspondante de la bague intérieure 16a. Le support pivotant est encore protégé contre l'eau de mer ou une autre cause de corrosion par des couvercles fixés au bossage 4. L'étoupage extérieur, c'est-à-dire les moyens pour empêcher la pénétration d'eau de mer depuis l'extérieur des pieds, dans des fentes radiales se trouvant éventuellement entre les évidements 2 et le bloc d'articulation 3 et dues au jeu de tolérance, ne fait pas l'objet de cette invention. L'étoupage extérieur peut par exemple être obtenu de manière connue en disposant des disques d'étoupage et en croisillon- nant radialement le bloc d'articulation 3 par rapport aux trois parties de pied la, lb. Les éléments d'étanchéité (9, 11, 12, 13) sont déjà constamment pressés contre les surfaces latérales intérieures des parties de pied et les surfaces latérales du bossage grâce à la force élasticité des disques d'étanchéité 8a, 8b. Ainsi il y a déjà un effet d'étoupage suffisant contre la pénétra- tion d'eau de mer pendant le transport flottant de la plate- forme Offshore vers le lieu d'exploitation et pendant le mon- tage final de la plate-forme au lieu d'exploitation. Pendant le processus d'abaissement de la plate-forme Offshore et lors de son exploitation, il y a encore les forces, dues à la pres- sion de l'eau de mer, qui agissent sur les disques d'étanché- ité, cet effet d'étanchéité étant sensiblement augmenté, vu la très grande profondeur o se situent les joints. Une usure ap- paraissant au fil des temps aux surfaces d'étanchéité, respec- tivement à chaque élément d'étoupage, ne conduit donc pas à une réduction de l'effet d'étanchéité, car - conditionné par la pres- sion d'eau - il se produit aussi bien un réajustage automatique des éléments d'étanchéité à l'endroit à étouper, qu'il subsiste toujours une force de pression suffisamment élevée à disposition. Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modi- fier notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. L'invention ayant maintenant été exposée et son in- térêt justifié par des exemples détaillés, le demandeur s'en réserve l'exclusivité, pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des-termes des revendications ci- après. REVENDICATIONS 1) Etoupagepour bloc d'articulation reliant le pied d'une plate-forme de forage et/ou de production au tronc in- tégré de fondation, relié au corps de fondation, caractérisé par le fait que sur chaque bloc d'articulation (3), entre les surfaces latérales intérieures sans ouverture des parties de pied (la, lb) et les surfaces latérales du bossage (4) sont disposés deux corps de moyeu (6), chacun avec deux disques d'étanchéité (8a, 8b) élastiques, de forme annulaire, pouvant être sollicités par la pression de l'eau de mer, en acier à ressort, bronze à ressort ou métal ou alliage métallique sem- blable, résistant à l'eau de mer, et que les disques d'étan- chéité (8a, 8b) présentent chacun sur sa surface latérale ex- térieure, dans la zone radiale extérieure, une arête d'étan; chéité (9) tranchante et de forme annulaire, ou une-surface d'étanchéité de forme annulaire, ainsi que dans la zone à l'intérieur de l'arête d'étanchéité, respectivement de la sur- face d'étanchéité, encore au moins une bague d'étanchéité (13) en un matériel élastique résistant à l'eau de mer, en parti- culier un élastomère adéquat, prenant appui sur le corps de moyeu (6) et pouvant être pressée contre les surfaces latéra- les intérieures des parties de pied, respectivement contre les surfaces latérales du bossage. 2) Etoupage pour bloc d'articulation reliant le pied d'une plate-forme de forage et/ou de production au tronc in- tégré de fondation, relié au corps de fondation, caractérisé par le fait, que sur chaque bloc d'articulation (3), entre les surfaces latérales intérieures sans ouverture des parties de pied et les surfaces latérales de la bague intérieure (16a) d'un support pivotant, sont disposés deux corps de moyeu (6), chacun avec un disque d'étanchéité (8a) élastique, de forme annulaire, pouvant être sollicité par la pression de l'eau de mer, en acier à ressort, bronze à ressort ou métal en al- liage métallique semblable, résistant à l'eau de mer, que les disques d'étanchéité (8a) présentent chacun sur sa surface latérale extérieure, dans la zone radiale extérieure, une arête d'étanchéité (9) tranchante et de forme annulaire, ou une sur- face d'étanchéité de forme annulaire, ainsi que dans la zone à l'intérieur de l'arête d'étanchéité, respectivement de la surface d'étanchéité, encore au moins une bague d'étanchéité (13) en un matériel élastique résistant à l'eau de mer, en particulier un élastomère adéquat, prenant appui sur le corps de moyeu (6) et pouvant être pressée contre la partie latérale intérieure de la partie affectée de pied (la, lb), et que les fentes axiales entre les corps de moyeu (6) et les surfaces latérales de la bague intérieure (16a) sont rendues étanches par des joints adéquats (par exemple 18, 19, 20). 3) Etoupage selon une des Revendications 1 ou 2, dans lequel les blocs d'articulation présentent des talons de centrage cylindriques, caractérisé par le fait, que l'ap- pui des bagues d'étanchéité (13) s'effectue sur des bagues (11) s'appuyant sur les talons de centrage (7), qu'entre cha- que bague d'étanchéité (13) et le disque d'étanchéité (8a, 8b) correspondant, est disposée une bague intermédiaire élastique et que les surfaces latérales extérieures des bagues (11) peu- vent être pressées contre les surfaces latérales intérieures des parties de pied, respectivement contre les surfaces laté- rales intérieures des parties de pied et les surfaces latéra- les du bossage.