Brevet FR2486902A1 — publié le 19820122

Plateforme flottante utilisable en eaux profondes et procédé de mise en place. La présente invention se rapporte à une plateforme flottante des- tinée à des usages industriels et plus particulièrement aux opérations de forage et de production effectuées sur des gisements de pétrole situés en eaux profondes, cette plateforme étant maintenue partiellement immergée par un nombre approprié de lignes verticales d'ancrage maintenues tendues et composées d'éléments tubulaires de structure fixés à des blocs d'ancrage placés sur le fond marin. Pour exploiter des gisements de pétrole en eaux profondes (plus de 300 mètres de profondeur), une plateforme flottante an- crée au moyen d'éléments verticaux d'ancrage maintenus tendus, peut rem- placer avantageusement une plateforme fixe. Quelques modifications de cette idée fondamentale ont déjà été suggérées. Une plateforme flottante qui est ancrée au moyen de câbles ou de cordages verticaux maintenus tendus, pré- sente les limitations et inconvénients suivants: elle ne peut atteindre des eaux dont la profondeur est supérieure à 500 mètres du fait que les pé- riodes de tangage et de roulis de la structure deviennent trop longues; elle ne peut supporter des poids utiles très élevés; et elle comprend, com- me élément structurel critique et essentiel, le câble d'ancrage dont le comportement sous contrainte n'est pas suffisamment connu,de sorte qu'un remplacement périodique doit être prévu. - Une plateforme flottante qui est ancrée au moyen d'éléments tubulai- res reliés entre eux par des organes de liaison mécaniques tels que des fi- lets de vis ou-des joints à rotule, présente les inconvénients d'un prix de revient trop élevé et d'une fiabilité médiocre des organes mécaniques: ceux-ci doivent être contrôlés, vérifiés et remplacés chaque fois que cela est nécessaire. La plateforme suivant la présente invention élimine les inconvé- nients énumérés ci-dessus pour les raisons suivantes: du fait que ses élé- ments d'ancrage sont constitués de simples tubes qui sont soudés et dont l'extrémité de base est retenue sur le fond marin, elle ne crée aucune dif- ficulté en ce qui concerne la fiabilité et la durée de vie sous fatigue puisqu'elle ne comprend aucun organe mécanique ni aucun mode compliqué de structure; elle possède des périodes de tangage et de roulis qui lui sont propres et qui sont relativement courtes, ce qui lui donne un bon comporte- ment dynamique jusqu'à des profondeurs de 1 000 mètres environ; et elle peut supporter des poids utiles élevés même lorsque le temps est exceptionnelle- ment mauvais. En général, la plateforme en question comprend: un certain nom- bre Nc de montants verticaux; une structure de pont pour supporter les installations; une structure horizontale-de base; des éléments verticaux et sous-verticaux reliant la structure horizontale aux tubes verticaux d'an- crage du pont qui joignent les Nc montants verticaux à un nombre égal de blocs d'ancrage placés sur le fond marin; un nombre Nc de blocs d'ancrage; une ou plusieurs conduites verticales de production qui relient les équi- pements sous-marins (têtes de puits et équipements connexes) aux installa- tions placées sur le pont de la plateforme. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans les- quels: - la figure 1 est une vue de côté de la plateforme flottante dans sa position de fonctionnement; - les figures 1A, lB et 1C sont des vues en coupe faites à trois niveaux différents; - la figure 2 représente la forme d'une ligne d'ancrage composée d'un tube d'acier ayant une résistance suffisante à la limite d'écoulement et dont les extrémités ont une forme appropriée; - la figure 3 représente la plateforme en cours de contruction dans un chantier naval; - la figure 4 représente la plateforme terminée avec son équipe- ment et ses blocs d'ancrage qui ont été noyés et reliés à la structure par l'intermédiaire des extrémités inférieures des lignes d'ancrage; - la figure 5 représente le processus de mise à l'eau des lignes d'ancrage, tronçon après tronçon; - la figure 6 représente le dispositif de guidage des lignes d'an- crage; et - la figure 7 représente le mécanisme de blocage à vérins hydrau- liques. On se reportera maintenant à la figure 1 qui représente une vue de côté de la plateforme flottante dans sa position de fonctionnement, et aux figures 1A, lB et 1C qui sont des vues en coupe faites à trois niveaux dif- férents. Le corps flottant se compose principalement de la partie inférieu- re des montants verticaux 1 et des structures horizontales 2de base. L'en- semble d'ancrage comprend quatre faisceaux de lignes 3 d'ancrage reliant chacun des montants verticaux 1 à son bloc respectif 4 d'ancrage posé sur le fond marin. Une structure ancrée de cette manière peut être déplacée latéra- lement et on peut également la faire tourner autour d'un axe vertical. Les mouvements de tangage et de roulis sont presqu'entièrement annulés par la rigidité axiale des faisceaux de tubes d'ancrage, ces derniers étant main- tenus tendus par la plateforme dans son ensemble qui, dans la position re- présentée, présente une flottabilité supérieure à son propre poids. La liaison entre le système d'extraction du pétrole des puits sous-marins 5 et les équipements installés sur le pont 6, est réalisée au moyen d'un ou plusieurs tubes 7 de production. La figure 2 représente la forme d'une ligne d'ancrage composée d'un tube 8 d'acier présentant une résistance suffisante à la limite d'écou- lement et dont les extrémités ont une forme appropriée,agrandie sur la figure extrémité supérieure 9 est une tige d'acier dont la rigidité à la flexion diminue à partir du point de liaison de la structure du montant vertical, et est telle qu'elle limite à une certaine valeur les contraintes de flexion créées par les déplacements horizontaux du corps flottant. Pour les conditions météorologiques plus rudes, et donc dans un nombre limité de cas, si les déplacements latéraux sont importants, cet élément de structure est maintenu par un élément de support en forme de tulipe spécialement prévu et dont l'élément de structure épousela courbe. De ce fait, on peut obtenir de grands angles d'inclinaison des lignes d'an- crage tout en limitant les contraintes de flexion qui leur sont appliquées. L'extrémité inférieure 10 est conçue pour résister d'une manière totalement fiable à la contrainte maximale de flexion créée parledéplace- ment maximum de la structure flottante. Cette extrémité présente une forme creuse et elle est fixée sur le bloc d'ancrage afin qu'une exploitation op- timale de l'équipement de la structure puisse être réalisée. La figure 3 représente la plateforme en cours de construction dans un chantier naval. La suite des opérations de construction est la suivante construction des blocs 4 d'ancrage et de la partie inférieure des lignes d'ancrage; construction de la partie d'ancrage de la plateforme et du pont en adoptant le processus habituel et les dispositifs caractéristiques; pom- page de l'eau dans la cale sèche et mise à l'eau de l'ensemble de la plate- forme et des blocs d'ancrage. La structure qui flotte sur ses blocs d'ancrage est remorquée en eau calme. Les blocs d'ancrage sont noyés et l'quipement est installé sur le pont. En variante, le pont peut être monté sur la plateforme en une seu- le opération: la plateforme est immergée en partie au moyen d'un système approprié de ballast et seule une partie des montants verticaux émerge au- dessus du niveau de l'eau; le pont terminé avec son équipement installé est remorqué à flot ou sur des pontons, au-dessus de la plateforme et en- suite on fait émerger de nouveau cette dernière et on la relie structurel- lement au pont. La figure 4 représente la plateforme terminée avec son équipement et ses blocs d'ancrage qui ont été noyés et reliés à la structure par l'in- termédiaire des extrémités inférieures des lignes 10 d'ancrage, la plate- forme étant remorquée vers la zone d'exploitation par un ou plusieurs re- morqueurs 11. Dès que la zone d'exploitation est atteinte,la plateforme est an- crée au moyen d'un ancrage provisoire par chaînes. La figure 5 représente le processus de mise à l'eau des lignes d'ancrage, tronçon après tronçon. La première partie de chaque ligne d'ancrage est déjà reliée à l'extrémité inférieure, de sorte que la mise à l'eau des premiers tronçons - s'effectue simultanément. Le tronçon qui a déjà été mis à l'eau est main- tenu en position par des pinces 12. Les tronçons suivants sont placés par la grue pivotante 13 dans le dispositif 14 de guidage spécialement prévu, et centrés par un outil intérieur de centrage. L'assemblage d'un tronçon avec le tronçon suivant est exécuté suivant un procédé de soudage rapide et fiable. En aval du poste 15 de soudage, on a prévu un poste 16 pour le contrôle des soudures et pour leur éventuelle réparation. Dès que toutes les lignes d'ancrage ont été soudées, elles sont abaissées simultanément à l'aide de mécanismes 17 à vérins hydrauliques qui sont tous actionnés en même temps. Lorsque la mise à l'eau des lignes d'ancrage est terminée, les blocs d'ancrage reposent sur le fond marin. Le dispositif 14 de guidage, représenté à la figure 6, se compose de trois galets 18 qui sont reliés à plusieurs éléments tubulaires 19 et ces derniers sont articulés aux points A et B. Par leur action sur les dispositifs 21 de centrage, les éléments élastiques 20 fournissent la force de contact nécessaire entre les galets 8 et le tronçon des lignes d'ancrage à mettre en place. Le mécanisme 17 à vérins hydrauliques représenté à la figure 7, comprend deux vérins 22, un élément mobile de blocage ou pince mobile 23, et un élément fixe de blocage ou collier fixe 24. Pendant la course ascendante des vérins 22, le collier fixe 24 bloque la ligne d'ancrage déjà mise à l'eau. Lorsque cette course est ache- vée, la pince mobile 23 est manoeuvrée tandis que le collier fixe 24 est relâché pour permettre aux vérins 22 d'accomplir leur course descendante. L'ordre de succession de ces opérations permet d'abaisser simul- tanément toutes les lignes d'ancrage et donc les blocs qui leur sont asso- ciés. Pour placer la plateforme dans sa position de sécurité, on remplit les blocs d'ancrage d'un lest solide de densité appropriée, on équilibre les efforts dans les diverses lignes d'ancrage et on fixe les extrémités supérieures de ces dernières sur la structure de la plateforme. Les lignes d'ancrage sont ensuite précontraintes à la valeur dé- sirée au moyen d'un déballastage des caissons de ballast du corps flottant de la plateforme. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisa- tion qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de va- riantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. R E Y E N D I C A T I 0 N S 1. Plateforme flottante pour supporter un équipement industriel et plus particulièrement une installation de forage pour la production de pétrole, caractérisée en ce qu'elle est ancrée à des blocs d'ancrage dis- posés sur le fond marin au moyen de lignes verticales d'ancrage maintenues sous une contrainte de traction par un excédent de flottabilité et consti- tuées de tronçons de tubes en acier assemblés par soudage, le corps central de toutes ces lignes ayant une section transversale constante, la partie inférieure étant constituée d'un tronçon creux en acier ayant une section transversale variable et un diamètre qui augmente au fur et à mesure qu'on se rapproche du bloc d'ancrage, tandis que la partie supérieure se compose d'un tronçon plein en acier dont le diamètre et, par conséquent, la rigi- dité à la flexion diminuent depuis le point de liaison jusqu'à la structu- re flottante, ce tronçon plein en acier étant maintenu, lorsque la plate- forme est déplacée sur une distance supérieure à une longueur présélection- née, par un élément de support en forme de tulipe spécialement prévu et dont la courbe est épousée par le tronçon plein. 2. Procédé pour mettre en place une plateforme flottante suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant son remorquage sur les lieux d'exploitation, la plateforme est équipée des blocs d'ancrage, tan- dis que les extrémités inférieures des lignes d'ancrage reliées à ces blocs sont contenues dans des logements spéciaux en forme de tulipe prévus dans les montants. 3. Procédé pour mettre en place une plateforme flottante suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les lignes d'ancrage maintenues tendues par le poids des blocs d'ancrage immergés, sont mises à l'eau tron- çon après tronçon, tandis que les assemblages sont effectués par soudage, les soudures étant contrôlées ensuite lorsque les lignes d'ancrage sont abaissées simultanément au moyen de vérins hydrauliques. 4. Procédé pour mettre en place une plateforme flottante suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, lorsque la mise à l'eau des lignes d'ancrage est terminée, on place la plateforme dans sa position de sécurité en remplissant les blocs d'ancrage d'un lest solide de densité appropriée et que l'on introduit par les lignes d'ancrage elles-mêmes.