Brevet FR2492429A1 — publié le 19820423

Procédé de construction d'une structure de support rigide stabilisée par son propre poids sur un sol sous-marin à grande profondeur L'invention concerne un procédé de construction d'une structure de support rigide stabilisée par son propre poids sur un sol sous- marin à grande profondeur. Une telle structure est destinée à supporter une plate-forme de travail "off shore" au-dessus de l'eau, notamment pour permettre de disposer sur cette plate-forme des dispositifs de forage et/ou d'exploitation d'un gisement pétrolifère sous-marin. La plate-forme peut par exemple avoir en plan la forme d'un triangle équilatéral ou d'un carré de 150 m environ de côté. La structure de support la soutient alors par 3 ou 4 colonnes creuses disposées aux sommets du triangle ou du carré. Ces colonnes sont généralement réunies à leur base par une embase constituée de caissons étanches et reposant sur le fond. La construction d'une telle structure comporte de manière connue les opérations suivantes: préfabrication sur un site abrité, mise en flottaison, remorquage jusqu'au site définitif en position verticale, et immersion définitive pour mettre l'embase en appui sur le fond marin. Les opérations de mise en flottaison et d'immersion sont réalisées par des remplissages et des vidages, ("ballastages" et "déballastageslr)des compartiments de l'embase et des colonnes, à l'aide de pompes et de vannes permettant l'introduction de l'eau de mer ou d'air sous pression. Après mise en appui définitif de la structure, la plate-forme de travail est posée et assemblée sur les sommets des colonnes au-dessus de l'eau. Le procédé de construction connu qui vient d'être décrit nécessite, pour la construction de structure du type poids, c'est- à-dire stabilisée par son propre poids, des chantiers de préfabri- cation d'autant plus grands et des outillages d'autant plus puissants et co teux que la profondeur du fond marin sur lequel la structure doit être appuyée est plus grande. Il était admis par les spécialistes qu'il n'était pas économiquement acceptable de dépasser des fonds de 200 mètresenviron. On peut citer à ce sujet "l'article de Jacques BOSIO dans "Pétrole Informations" du 12 avril 1979, et en particulier sa figure 3. -2 - La présente invention a pour but de permettre de construire plus facilement une structure de support rigide pour plate-forme de travail à l'air libre en appui sur des fonds de 200 à 600 mètres environ, et de permettre son transport avec un tirant d'eau beaucoup plus faible que ces fonds. Elle a pour objet un procédé de construction d'une structure de support rigide stabilisée par son propre poids sur un sol sous- marin à grande profondeur, ce procédé comportant les étapes suivantes préfabrication, sur un site de préfabrication abrité en bord de mer, d'un ensemble flottant constitué par une embase à compartiments surmontée de colonnes creuses, - transport de cet ensemble flottant jusqu'à un site d'assemblage les colonnes étant disposées verticalement, - et immersion de cet ensemble sur un site définitif par remplissage progressif de compartiments et des colonnes par l'eau, de manière à faire reposer l'embase sur le fond, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'étape de préfabrication comporte la construction d'une succesion d'ensembles pour constituer chacun un étage de la structure de support, avec au moins un étage inférieur et un étage supérieur, chaque étage comportant une embase horizontale polygonale à compartiments surmontée de colonnes creuses verticales de même hauteur disposées aux sommets du polygone de l'embase, - ce procédé comportant en outre, une étape de mise en flottaison de chacun de ces étages sur le site de préfabrication, ladite étape de transport jusqu'à un site d'assemblage étant appliquée à chacun de ces étages, - une étape de basculement de chaque étage par remplissage progressif des compartiments de l'embase, de manière à faire flotter deux colonnes à la surface de l'eau, - une étape d'assemblage des étages avec mise en alignement horizon- tal des colonnes correspondantes des étages successifs, l'embase d'un étage étant assemblée au sommet des colonnes de l'étage immédia- tement inférieur, - une étape de transport du site d'assemblage au site définitif -3- étant appliquée à la structure ainsi assemblée et disposée horizon- talement, - une étape de basculement de la structure assemblée pour la mettre en position verticale avant ladite étape d'immersion. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue d'une structure construite selon l'invention en coupe verticale selon la ligne I-I de la figure 2. La figure 2 représente une vue de la même structure en coupe horizontale selon une ligne II-Il de la figure 1. La figure 3 représente une vue d'un bras d'une embase en coupe par un plan vertical III-III de la figure 2. Les figures 4, 5, 6, 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10a, 10b, 10c, l0d, e, 10f, l0g, 10h, 10i, 11, 12 et 13 représentent les étapes successives d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention. La structure décrite permet de supporter une plate-forme de travail off shore P à 20 mètres au-dessus de l'eau par un fond de 300 mètres. Elle comporte 3 étages (Dl, D2, D3) constitué chacun d'une embase E en forme de triangle équilatéral horizontal surmonté de trois colonnes verticales KA, KB, KC aux trois sommets du triangle. Les lettres de référence des divers éléments de chaque étage seront affectées ci-après d'un chiffre désignant cet étage, l'embase El étant par exemple celle de l'étage inférieur et reposant sur le fond alors que les colonnes KA3, KB3 et KC3 supportent la plate- forme P. Chaque embase est elle-même constituée par trois blocs VA, VB, VC disposés aux sommets du triangle et réunis par trois bras WA, WB, WC. Le diamètre des colonnes varie par exemple de 20 mètres au bas de la structure à 11 mètres au sommet, avec une épaisseur de paroi de 0,70 mètre. Tous ces éléments sont formés de compartiments étanches réalisés en béton armé et précontraint, et munis de vannes pour permettre -i4l'introduction et la sortie d'eau ou d'air sous pression. Seuls sont représentés certains des câbles de précontrainte longitudinaux d'un ensemble de colonnes superposées KA. Ces câbles sont d'une part des câbles de précontrainte d'étage tels que SAl, SA2 et SA3 s'étendant chacun entre deux têtes d'ancrage sur presque toute la hauteur d'un étage, et d'autre part des câbles de liaison tels que TA12 et TA23 s'étendant longitudinalement d'un étage à l'autre en dépassant des deux côtés les extrémités des câbles d'étage de manière à réaliser une précontrainte continue sur toute la hauteur de la structure. Il est bien clair que la résistance de chaque étage et la liaison entre étages successifs sont assurés par beaucoup d'autres câbles non représentés, disposés dans les parois. Le procédé selon l'invention comporte les opérations connues suivantes: préfabrication, sur un site de préfabrication abrité en bord de mer, d'un ensemble flottant constitué par une embase à compartiments surmontée de colonnes creuses, - transport de cet ensemble flottant jusqu'à un site d'assemblage les colonnes étant disposées verticalement, - et immersion de cet ensemble sur un site définitif par remplissage progressif des compartiments et des colonnes par l'eau, de manière à faire reposer l'embase sur le fond. L'étape de transport est représentée sur la figure 11, la structure étant remorquée par un navire (2). Celle d'immersion est représentée sur la figure 13, qui montre la disposition définitive. Selon la présente invention l'étape de préfabrication comporte la construction séparée des trois étages (Dl, D2, D3) de la structure de support. Cette étape de préfabrication se décompose elle-même de la façon suivante, pour chacun des étages, qui peuvent être construits dans des chantiers distincts ou successivement sur un même chantier - construction de l'embase, par exemple El, horizontalement en souille c'est-à-dire dans un bassin 4 séparé de la mer par une porte 6 (figure 4), - et construction des colonnes sur l'embase, (figure 5). L'étape suivante du procédé est l'introduction d'eau dans -5- le bassin avec mise en flottaison de l'embase (une embase haute de 20 mètres peut par exemple nécessiter une hauteur d'eau de 12 à 15 mètres) (figure 5). Le procédé comporte ensuite une étape de remorquage de chaque étage flottant jusqu'à un site d'assemblage de plus grande profondeur à proximité du bassin de construction (figure 6), - une étape de basculement de chaque étage par remplissage progressif des caissons de l'embase, de manière à faire flotter deux colonnes à la surface de l'eau, - et une étape d'assemblage des étages avec mise en alignement horizontal des colonnes correspondantes des étages successifs, l'embase d'un étage étant assemblée au sommet des colonnes de l'étage immédiatement inférieur, Le basculement est représenté sur la figure 7 et la mise en alignement sur la figure 8. Il doit être compris que les opérations de basculement, rotation, et immersion sont réalisées en introduisant et en évacuant de l'eau dans ou hors des caissons aux époques convenables, grâce à des pompes à eau ou à air connectées aux vannes des caissons. L'étape d'assemblage comporte en outre - une étape de préassemblage par assemblage d'éléments métalliques (8) prévus à cet effet sur les zones à assembler (voir figure 9), - et une étape d'assemblage définitif de la structure par mise en place, mise en tension et scellement au mortier de câbles de précontrainte de liaison, certains de ces câbles (TA12, TA23) étant longitudinaux et s'étendant de part et d'autre de la surface de jonction entre deux étages successifs, au-dela des extrémités des câbles longitudinaux de précontrainte d'étage (SA1, SA2, SA3) de manière à réaliser une précontrainte continue sur toute la hauteur de la structure. Il est souvent difficile de réaliser certaines liaisons défini- tives entre étages par des câbles tels que TA12 et TA23, ceci en raison de l'immersion des zones de liaison, qui gène le travail des ouvriers et augmente les risques de corrosion ultérieure des câbles. C'est pourquoi, de préférence, l'étape d'assemblage définitif de la structure comporte elle-même plusieurs étapes consécutives -6- d'assemblage définitif partiel, chacune de ces étapes d'assemblage partiel réalisant l'assemblage définitif d'au moins un ensemble (KA) de colonnes (KA1, KA2, KA3) alignées horizontalement et émergeant suffisamment au-dessus de l'eau pour permettre de réaliser l'assemblage dans de bonnes conditions. Cette étape d'assemblage définitif comporte alors en outre, entre chaque étape d'assemblage partiel et la suivante, au moins une étape de rotation de la structure flottante par remplis- sage progressif de certains des compartiments ou colonnes, chaque rotation se faisant autour d'une colonne flottant au niveau de la mer. Ces étapes de rotation de la structure et d'assemblage partiels des ensembles de colonnes alignées émergeantes sont continuées jusqu'à assemblage de tous ces ensembles de colonnes. Le baseulement représenté sur la figure 7 a été réalisé de manière à faciliter le préassemblage. A partir de la position ainsi obtenue, et conformément aux figures 10a à 10g, les rotations sont réalisées de manière à faire sortir successivement chaque ensemble de colonne tel que KA suffisamment au-dessus de l'eau pour y réaliser commodément les assemblages définitifs partiels, d'abord sur les ensembles KB et KC (figure 10c), puis sur l'ensemble KA (figure 10g). Une rotation supplémentaire (figure 10h) aboutit à la position représentée sur la figure lOi, afin de permettre le transport avec un faible tirant d'eau. La structure est remorquée vers son site définitif (figure 11) seulement après durcissement du mortier de scellement des câbles de liaison tels que TA12 et TA23. Le procédé comporte ensuite une étape de basculement de la structure assemblée pour la mettre en position verticale (voir fig.12). On procéde ensuite à l'immersion. Lors de ces étapes de basculement et d'immersion, chaque compartiment des embases est mis en communication directe avec la mer après son immersion complète pour équilibrer les pressions. L'assiette définitive de la structure sur le fond marin (figure 13) est obtenue par remplissage en eau des compartiments et des colonnes; la structure pourra alors recevoir la plate-forme de travail hors d'eau P supportant les équipements de production. Afin d'assurer une assise parfaite sur le fond on injecte avantageu- sement un coulis de ciment entre la face inférieure de l'embase inférieure (El) et le fond marin. -7- REVENDICATIONS 1/ Procédé de construction d'une structure de support rigide stabilisée par son propre poids sur un sol sous-marin à grande profondeur, ce procédé comportant les étapes suivantes: - préfabrication, sur un site de préfabrication abrité en bord de mer, d'un ensemble flottant constitué par une embase à compartiments surmontée de colonnes creuses, - transport de cet ensemble flottant jusqu'à un site d'assemblage au large, les colonnes étant disposées verticalement, - et immersion de cet ensemble sur un site définitif par remplissage progressif des compartiments et des colonnes par l'eau, de manière à faire reposer l'embase sur le fond, ce procédé étant caractérisé par le fait que - l'étape de préfabrication comporte la construction d'une succession d'ensembles pour constituer chacun un étage (Dl, D2, D3) de la structure de support, avec au moins un étage inférieur (Dl) et un étage supérieur (D3), chaque étage (D) comportant une embase horizontale (E) polygonale à compartiments surmontée de colonnes creuses verticales (KA, KB, KC) de même hauteur disposées aux sommets du polygone de l'embase, - ce procédé comportant en outre, - une étape de mise en flottaison de chacun de ces étages, sur le site de préfabrication, ladite étape de transport de chacun de ces étages jusqu'à un site d'assemblage, - une étape de basculement de chaque étage par remplissage progressif des compartiments de l'embase, de manière à faire flotter deux colonnes à la surface de l'eau, - une étape d'assemblage des étages (Dl, D2, D3) avec mise en alignement horizontal des colonnes correspondantes (KA1, KA2, KA3) des étages successifs, l'embase d'un étage (D2) étant assemblée au sommet des colonnes (KA1, KB1, KC1) de l'étage immédiatement inférieur, - une étape de transport du site d'assemblage au site définitif de la structure ainsi assemblée disposée horizontalement, - et une étape de basculement de la structure assemblée pour la mettre en position verticale avant ladite étape d'immersion. -8 - 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites embases (E) et lesdites colonnes (K) sont réalisées en béton avec des câbles de précontrainte d'étage longitudinaux tendus (SA), qui passent dans les parois des colonnes et s'étendent sur toute la hauteur de chaque étage, - ladite étape d'assemblage comportant elle-même une étape de préas- semblage par assemblage d'éléments métalliques (8) prévus à cet effet sur les zones à assembler, - et une étape d'assemblage définitif de la structure par mise en place, mise en tension et scellement au mortier de câbles de précontrainte de liaison, certains de ces câbles (TA12, TA23) étant longitudinaux et s'étendant de part et d'autre de la surface de jonction entre deux étages successifs, au-dela des extrémités des câbles longitudinaux de précontrainte d'étage (SA1, SA2, SA3) de manière à réaliser une précontrainte continue sur toute la hauteur de la structure. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'étape d'assemblage définitif de la structure comporte elle-même plusieurs étapes consécutives d'assemblage définitif partiel, chacune de ces étapes d'assemblage partiel réalisant l'assemblage définitif d'au moins un ensemble (KA) de colonnes (KA1, KA2, KA3) alignées horizontalement et émergeant suffisamment au-dessus de l'eau pour permettre de réaliser l'assemblage dans de bonnes conditions, - cette étape d'assemblage définitif comportant en outre, entre chaque étape d'assemblage partiel et la suivante, au moins une étape de rotation de la structure flottante par remplissage pro- gressif de certains des caissons ou colonnes, chaque rotation se faisant autour d'une colonne flottant au niveau de la mer, - ces étapes de rotation de la structure et d'assemblage partiels des ensembles de colonnes alignées émergeantes étant continuées jusqu'à assemblage de tous ces ensembles de colonnes.