Brevet FR2491573A1 — publié le 19820409

L'invention concerne un dispositif de serrage de câble d'urgence destiné à empêcher la perte de haubans ou de câbles sur une structure haubanée de forage ou de production de pétrole en mer. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif perfectionné comportant des points pour serrer un câble et le maintenir bloqué dans son tube protecteur. Un collier de câble et un plongeur d'arrêt sont utilisés pour actionner automatiquement les points de serrage en cas d'accident. L'appareil peut être mis en oeuvre dans l'eau. La recherche toujours plus difficile du pétrole a conduit à l'exploration de zones considérées jusqu'alors, par beaucoup, comme incapables de produire du pétrole à des coûts économiquement valables. Le renchérissement du pétrole a rendu acceptables les coûts de production de pétrole en Alaska et en mer du Nord, ainsi que dans les zones côtières de l'Amérique du Nord. L'exploration et la production pétrolières dans chacune de ces zones ont sou- levé des problèmes, à la fois insoupçonnés et connus, qui doivent être résolus. L'invention concerne la solution à un problème de sécurité pouvant se poser sur une struc- ture marine. L'une des nombreuses structures utilisées pour le forage et la production en mer est connue sous le nom de 'tour haubanée". Décrite simplement, cette tour comprend une ossature dans l'esDace- pouvant se tenir dans 450 mètres d'eau ou plus, reposant sur le fond de la mer et portant une plate-forme au-dessus du niveau de l'eau. Des équipe- ments de forage et de production, des dortoirs, des aires d'atterrissage d'hélicoptères, etc.,sont disposés sur la plate-forme. La tour est dite "haubanée" à cause de la présence des haubans qui la maintiennent debout et relati- vement immobile. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 903 705 donne une description générale de tours hau- banées. Les haubans de ces tours sont souvent "maintenus à distance" sur la plate-forme ou à proximité de la plate- forme au moyen d'éléments de serrage. Lorsqu'il descend de la plate-forme, dans des conditions idéales, un hauban est canalisé soit en passant dans une jambe de la structure, soit en passant dans un tube de protection (qui peut être rempli d'huile). et, dans tous les cas, il ressort de la structure au-dessous de la surface de l'eau en passant dans un dispositif connu sous le nom de "chaumard". Les chaumards ont pour fonction de diriger le hauban vers les moyens d'ancrage. Ces derniers comprennent, par exemple, une gueuse dont le poids peut atteindre 100 tonnes ou plus et qui est elle-même reliée à deux ancres disposées l'une à la suite de l'autre. Une ligne d'ancre et une bouée de mouillage sont souvent utilisées pour indiquer la position des ancres. L'invention concerne en particulier une solution à un problème de sécurité se posant sur une tour haubanée, bien que l'appareil selon l'invention convienne d'une façon plus générale à toute structure comportant des haubans. -On comprend aisément qu'il est souhaitable de protéger les haubans contre toute perte accidentelle. Si les haubans tombent de la structure de la plate-forme par suite d'un incendie ou d'une mauvaise manoeuvre des éléments de serrage, la structure risque de se déplacer, mettant en danger les opérations de forage et de production ou, dans le cas d'un cataclysme naturel tel qu'un ouragan, elle ris- que de basculer. Plusieurs procédés de serrage des câbles ou des filins sont connus. Un certain nombre de ces procédés sont considérés comme convenant à la réalisation d'un serrage d'urgence. Un dispositif de blocage de câble destiné à une ceinture de sécurité pour passagers est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 3 147 527. Ce dispositif de blocage comporte une virole conique déformable sertie sur le câble, en un certain point souhaité de sa longueur. Il faut appliquer au câble une secousse vive, mais puis- sante, pour amener la virole sertie et le câble dans la grande extrémité d'un manchon conique strié monté, lui-même, dans l'entrée d'un boîtier de plus grande dimension. La virole se déforme et est comprimée de façon permanente entre le manchon strié et le câble. Les coins- de serrage du câble selon l'invention ne sont pratiquement pas Réformables, sont conçus pour pouvoir être réutilisés et peuvent être aisément dégagés du câble. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 467 224 décrit un dispositif actionné hydrauliquement, destiné au serrage d'urgence d'un "câble de cabestan" de derrick. Ce dispositif utilise deux éléments ayant sensiblement la forme de coins, qui sont actionnés soit manuellement par un opérateur se tenant sur le pont de forage, soit automa- tiquement par un mécanisme qui détecte les mouvements de fouettement d'un câble rompu. Ce dispositif n'utilise pas la masse du câble pour se déclencher de lui-même comme c'est le cas du dispositif selon l'invention. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 779 347 décrit un autre dispositif convenant à la prise d'un câble métallique rompu. Ce dispositif de prise de câble comporte deux coins placés en série afin de comprimer le câble contre un patin fixe de freinage. Le dispositif permet au câble de se déplacer librement dans un sens et il utilise le frottement se produisant avec le câble pour empêcher ce dernier de se déplacer dans l'autre sens. Par contre, le dis- positif selon-l'invention ne repose pas sur un contact cons- tant avec les câbles, avec le risque d'usure qui en résulte, pour actionner le mécanisme de serrage. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 952 377 décrit un mécanisme d'ancrage de câble qui utilise un coin conique fixé à demeure à un câble métallique. Le coin se loge lui-même à l'intérieur d'un manchon fixe. Il est indiqué que ce dispositif peut être utilisé efficacement comme ancrage de tirants d'armature du béton. Le câble métallique doit toujours porter le coin conique fixe, ce qui limite la mobilité de ce dernier et impose une contrainte supplé- mentaire au câble. Un autre dispositif de serrage de câble utilisant des coins coniques est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 078 277. Les coins coniques sont séparés en leur milieu et présentent des gorges destinées à s'emboî- ter sur les torons du câble. Les deux coins s'ajustent l'un contre l'autre à l'intérieur d'un manchon conique. L'ensemble formé par les coins et le manchon est introduit dans un orifice convenablement calibré et il est maintenu sous traction. Tout relâchement du câble métallique provoque une destruction de l'assemblage du dispositif de serrage. L'invention concerne un dispositif simple, mais robuste et sûr, pouvant être utilisé dans 'l'eau, se déclen- chant de lui-même uniquement lorsque cela est nécessaire. Seul le câble lui-même est capable, par l'inter- médiaire d'un collier de serrage fixé étroitement sur lui, d'actionner des éléments de prise du câble après que ce dernier s'est déplacé sur une distance prédéterminée. Le dispositif peut être mis en place dans des structures existantes et il ne fait apparaître aucun point supplémen- taire de frottement pouvant user ou effilocher le câble. Le dispositif de prise du câble, une fois actionné, peut être aisément ramené en position "d'attente" par la simple pose d'un jeu de goupilles de cisaillement peu coûteuses. A la différence des appareils de l'art antérieur, l'appa- reil selon l'invention ne comporte aucune pièce se défor- mant définitivement et son assemblage ne se détruit pas de lui-même lorsque le câble est relâché. L'invention concerne donc d'une manière générale un jeu de coins qui comprime la câble par contact avec un jeu de cales inclinées. Les coins sont actionnés par un collier fixé au câble et ils utilisent la masse du câble pour arrêter le mouvement de ce dernier. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique générale d'une tour haubanée, montrant comment les haubans sont déployés pendant l'utilisation; la figure 2 est une coupe longitudinale schémati- que de l'appareil selon l'invention; et la figure 3 est une coupe longitudinale schématique partielle montrant la disposition typique de l'appareil selon l'invention dans une tour haubarée. La figure 1 représente une tour haubanée typique TH telle qu'elle est montée pour le forage pétrolier en mer. La tour haubanée, qui comporte un pont P de forage comprenant un héliport, des équipements de forage, etc., est fixée dans le fond de la mer et est maintenue debout par un certain nombre de haubans H. Chaque hauban est fixé en F au pont P, descend audessous de la surface de l'eau en passant dans un chaumard C et est relié à une gueuse G qui peut peser jusqu'à 200 tonnes ou plus. Les gueuses, également décrites dans le brevet N0 3 093 705 précité, sont constituées souvent de dispositifs articulés plus longs, dans la direction radiale de la tour, que larges. Un jeu d'ancres A, par exemple deux ancres, destiné à assurer davantage l'immobilité de la tour, est souvent placé en série avec la gueuse. Sur la figure 1, des lignes d'ancrage sont indi- qués en LA et une bouée de mouillage en BM. L'appareil préféré selon l'invention est montré schématiquement sur la figure 2 telle qu'utilisée sur une plate-forme de forage pétrolier en mer. Des parties exis- tantes typiques de la plate-forme comprennent un câble 11 utilisé comme hauban, son tube 13 de protection et le chau- mard 15. Le tube de protection du hauban entoure ce dernier à sa sortie du pont et descend sur une certaine distance au-dessous de la surface de l'eau. Ce tube est destiné à protéger le hauban contre la corrosion dans la zone d'action des vagues et contre tout contact avec des navires et des débris flottants. Le tube de protection du hauban peut être rempli partiellement d'une huile protectrice. Dans d'autres conceptions de structures marines, le hauban passe à sa partie supérieure dans une jambe de la tour haubanée plutôt que dans un tube de protection. L'expression "tube de pro- tection du hauban" utilisée dans le présent mémoire désigne aussi bien un tuyau qu'un tube utilisé comme jambe de la tour hauban.ée. L'expression générique "moyens de protection des haubans" englobe tous tubes de protection des haubans, toutes jambes de structures marines et tous autres éléments capables de supporter ou de maintenir un câble ou un filin d'acier utilisé sous traction, par exemple un hauban en antenne supportant les blocs de coincement selon l'invention. Un collier 17 de câble est fixé au filin 11, à une certaine distance prédéterminée au-dessus de la surface supérieure des coins de serrage. Les termes-"supérieur" et "inférieur" utilisés dans le présent mémoire à titre illus- tratif ne limitent cependant en aucun cas l'orientation de l'appareil selon l'invention; autrement dit, l'appareil peut être utilisé alors que les coins sont orientés vers le haut, vers le bas ou horizontalement. Le collier 17 peut être de toute conception connue, pourvu qu'il soit suffi- samment résistant pour supporter momentanément le câble pendant le faible intervalle de temps demandé pour rompre des goupilles 19 de cisaillement qui supportent les coins 12 de serrage, afin que ces derniers puissent descendre en glissant sur des cales 14, puis serrer le câble 11. Bien que le collier 17 puisse être fixé à demeure au câble, par exemple par sertissage, le procédé le plus souhaitable comprend l'utilisation d'un collier amovible, car les câbles s'étirent et les points d'ancrage sousmarins doivent de temps à autre être repositionnés. Un plongeur 16 d'arrêt est suspendu librement autour du câble 11, audessous du collier 17 et au-dessus des coins 12 de serrage. Le plongeur 16 est avantageusement de forme annulaire présentant un diamètre intérieur suffi- samment grand pour permettre au câble 11 de passer libre- ment, mais suffisamment faible pour empêcher le passage du collier 17. Le plongeur 16 peut avoir toute forme con- venable, pourvu qu'il soit traversé par un trou. La surface inférieure du plongeur 16 est suffisamment grande pours'ap- pliquersur les coins 12 de serrage et pour permettre une transmission efficace de la force du collier 17 aux coins 12 de serrage. La surface inférieure du plongeur 16 ne doit pas être beaucoup plus petite que la surface supérieure des coins 12 de serrage, car un basculement ou une rotation de ces derniers autour des goupilles 19 de cisaillement pourrait alors se produire. La surface inférieure du plongeur 16 peut avoir toute forme convenable permettant aux coins de serrage de glisser radialement vers l'intérieur après que le plongeur est entré en contact avec eux. Cette surface inférieure peut être plane, peut avoir un petit angle (inclinaison vers le bas à partir du centre du plongeur) ou, dans certains cas, peut être rainurée afin de s'enclencher avec des rainures correspondantes ménagées dans la surface supérieure des coins de serrage. Les goupilles de cisaillement assument en général leur fonction de la meilleure manière lorsqu'elles ne sont soumises qu'à des efforts de cisaillement. Selon l'installation'particulière, il peut être nécessaire de modifier la forme du bord périphérique du plongeur 16 dans le cas o ce dernier risque d'affecter le fonctionnement d'éléments 18 de repositionnement des coins, ou bien lors- que ces éléments 18 risquent d'affecter le fonctionnement du plongeur. Les éléments de repositionnement des coins sont de préférence montés dans les coins 12 de serrage, à l'extérieur du bord du plongeur 16. Les coins 12 de serrage sont fixés, par leur extrémité la plus large, au tube 13 de protection du hauban au moyen des goupilles 19 de cisaillement qui supportent les coins et les maintiennent écartés du filin 11.Comme décrit ci-après, les goupilles de cisaillement peuvent, en variante, être fixées aux extrémités supérieures des éléments 18 de repositionnement des coins et les coins 12 de serrage peuvent être maintenus librement à l'écart du câble 11, par exemple par des pinces à ressort, dans les cales 14. Bien que deux coins seulement soient représentés sur la figure 2, il est possible d'utiliser un plus grand nombre de ces coins. Lorsque de nombreux coins sont utilisés, la largeur de la surface de serrage du câble limite l'uti- lisation de l'invention aux câbles de grande dimension. La surface supérieure des coins de serrage peut, de même que la surface inférieure du plongeur 16 d'arrêt, avoir toute forme permettant un mouvement aisé de ces coins de serrage vers l'intérieur pendant la phase de serrage du câble. La surface de serrage du câble présentée par les coins est configurée convenablement afin d'assumer sa fonction de retenue du câble en position en cas d'urgence. La forme particulière de la surface n'est pas très critique et cette surface peut être rugueuse, lisse, plane, concave ou conçue pour s'adapter à une torsion de pas à gauche ou de pas à droite du câble. Les éléments 18 de repositionnement des coins sont fixés à la surface supérieure des coins de serrage, de préférence extérieurement au bord du plongeur 16 d'arrêt. Les éléments 18 de repositionnement des coins sont constitués avantageusement de tiges qui s'élèvent jusqu'au pont de la plate-forme de forage afin de pouvoir être manoeuvrées à la main par un opérateur. Ces éléments de repositionnement sont utilisés pour remettre les coins de serrage en position après qu'ils ont été mis en oeuvre de façon accidentelle. La face des coins de serrage qui est inclinée vers l'intérieur s'ajuste dans une rainure ou tout autre élément ménagé dans l'une des cales 14. Les rainures sont de dimensions suffisantes pour diriger en douceur les coins 12 de serrage sur le câble 11. - Les cales 14 des coins sont fixées à la face intérieure du tube 13 de protection du hauban et elles transmettent la masse du câble suspendu des coins de serrage au tube 13 de protection du hauban et, par conséquent, au chaumard 15. La face des cales tournée vers les coins de serrage présente, comme mentionné précédemment, une rainure ou toute autre ouverture appropriée pouvant entrer en con- tact avec le bord inférieur incliné des coins de serrage. Les rainures peuvent contenir des organes élastiques capables de maintenir les coins desserrage écartés du câble 11. L'installation et l'utilisation de l'appareil selon l'invention, par exemple dans un tube de protection de hauban, s'effectuent de façon très simple. Avant la mise en place d'un hauban 1 dans son tube 13 de protection, on fixe les cales 14 à l'intérieur du tube de protection, on met en place les coins 12 de serrage dans les cales, et on fixe les goupilles 19 de cisaillement à travers le tube 13 de protection afin de maintenir les coins de serrage en position. Les tiges 18 de repositionnement des coins sont reliées aux coins de serrage. Le plongeur 16 d'arrêt est mis en position au-dessus des coins. Le câble 11 est ensuite remonté dans l'espace ouvert compris entre les coins 19 de serrage, en passant par le centre du plongeur 16 d'arrêt, puis il est fixé de manière normale sur le pont. Un plongeur fixe ensuite le collier 17 sur le câble du hauban, par exemple au moyen d'une clé hydraulique dont l'utilisation est rendue possible par la présence de trous traversant le tube 13 de protection. Si le câble 11 chute ou se détache autrement du pont et qu'il commence à tomber de façon accidentelle, le collier 17 descend jusqu'à entrer en contact avec le plon- geur 16 d'arrêt qui, lui-même, fait descendre à force les coins 12 de serrage, rompant les goupilles 19 de cisaille- ment et déplaçant ces coins 12 vers l'intérieur afin qu'ils serrent le cAble Il et le retiennent. Après que le hauban ainsi détaché a été repris à la surface du pont, il peut être tiré vers le haut. Les coins 12 de serrage doivent alors permettre aisémen.t le mouvement de remontée du câble. Il peut être parfois néces- saire d'exercer simultanément une traction sur les tiges 18 de repositionnement des coins et sur le câble 11 pour libérer ce dernier afin qu'il puisse être remonté. Dans tous les cas, après que le hauban a été de nouveau fixé en position appropriée sur le pont de la structure, les tiges 18 de repositionnement des coins sont utilisées pour ramener, par traction, les coins de serrage en position prête à l'utilisation. Un nouveau jeu de goupilles 19 de cisaille- ment est mis en place par un plongeur. L'appareil est de nouveau prêt à être utilisé. La figure 3 représente une installation de l'appa- reil selon l'invention dans un tube 13 de protection de hauban placé audessus d'un chaumard 21. Le collier 17 peut être posé par un plongeur grâce à la présence du trou 22. La jambe adjacente de la plate-forme est représentée en 23 et la surface de l'eau est indiquée en 24. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de sécurité, caractérisé en ce qu'il comporte un câble (11), un élément (13) de protection de hauban capable de porter le câble, et un ensemble (12) de coinssupporté dé manière amovible dans l'élément de protec- tion du hauban, cet ensemble présentant une face de serrage du câble adjacente au câble, mais séparée de ce dernier, et une surface destinée à porter contre un plongeur (16) d'arrêt, cet ensemble présentant également une pointe orientée dans le sens du mouvement du câble lorsque ce dernier est relâché, des cales (14), destinées à l'ensemble de coins, étant fixées dans l'élément de protection du hau- ban et présentant une surface destinée à appliquer l'ensemble de coins contre le câble, l'appareil comportant également un plongeur (16) d'arrêt destiné à porter contre l'ensemble de coins *lorsqu'il est soumis à l'action d'un collier (17) fixé au câble, à une distance prédéterminée de la surface de l'ensemble de coins, ce collier (17) étant destiné à entrer en contact avec le plongeur d'arrêt et étant placé sur le câble, vers le côté opposé à celui de la pointe de l'ensemble de coins, de manière que le plongeur d'arrêt soit disposé entre ledit collier et l'ensemble de coins. 2. Appareil de sécurité, caractérisé en ce qu'il comporte un câble (11), un élément (13) de protection d'un hauban capable de porter le câble, un ensemble (12) de coins monté de manière amovible dans l'élément de protection du hauban et présentant une surface de serrage du câble adja- cente à ce câble, mais séparée de ce dernier, ainsi qu'une surface destinée à entrer en contact avec un plongeur (16) d'arrêt, cet ensemble de coins présentant une pointe orientée dans le sens du mouvement du câble lorsque ce dernier est relâché accidentellement,.des cales (14) destinées à l'en- semble de coins étant fixées dans l'élément de protection du hauban et présentant une surface destinée à déplacer l'en- semble de coins contre le câble, l'appareil comportant en outre un plongeur (16) d'arrêt qui présente un orifice au moyen duquel il est monté librement sur le câble, et qui présente également une surface destinée à entrer en contact avec l'ensemble de coins et une surface opposée destinée à entrer en contact avec un collier (17) fixé de manière amovible au câble, à une distance prédéterminée de la surface de l'ensemble de coins, ce collier étant destiné à entrer en contact avec le plongeur d'arrêt et étant placé sur le câble, du côté opposé à celui de la pointe de l'en- semble de coins, de manière que le plongeur d'arrêt soit placé entre le collier et l'ensemble de coins, des éléments (18) de repositionnement de l'ensemble de coins étant des- tinés à rétracter l'ensemble de coins de sa position de serrage sur le câble. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble de coins comprend au moins deux coins (12) montés dans l'élément de protection du hauban. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de protection du hauban comprend un tube (13) de protection. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de protection du hauban comprend une jambe d'une tour haubanée (TH) montée en mer. 6. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de repositionnement des coins com- prennent des tiges (18). - 7. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de repositionnement des coins com- prennent des câbles. 8. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble de coins est supporté par des goupilles (19) de cisaillement montées à travers l'élément de protection du hauban. 9. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble de coins est supporté par des pinces à ressort montées dans les cales.