Brevet FR2507995A1 — publié le 19821224

La présente invention concerne une plate-forme marine semi-submersible comprenant un pont placé au-dessus de l'eau, une structure portante s'étendant vers le bas depuis le pont jusque dans l'eau et supportant le pont sur des moyens assurant la flottation de la plate-forme, ainsi que des béquilles stabilisatrices réparties autour de la structure portante et soutenues sous l'eau par celle-ci, chaque béquille stabilisatrice pouvant pivoter librement sous l'effet de forces dues à l'environnement, autour d'un pivot universel sous-marin et s'étendant vers le haut à partir de celui-ci pour dépasser sensiblement du niveau moyen de l'eau et former une zone à plan d'eau fractionné pour engendrer un moment de redressement s'opposant à des forces résultant de l'environnement et agissant sur la plate- forme. Conformément à la présente invention, il est notamment souhaitable qu'une telle plate-forme présente l'une quelconque ou plusieurs, de préférence au moins deux ou trois, et plus avantageusement la totalité d S caractéris- tiques suivantes (a), (b), (c) et (d): (a) la structure portante est une ossature spatiale (b) la majorité de la flottation de la plate-forme est établie par des coques ou des parties de coques de flotta- tion orientées verticalement et qui sont fixes par rapport au pont Cela crée un centre de flottation qui est plus élevé que lorsqu'on utilise l'agencement classique de coques horizontales de flottation, en augmentant ainsi la stabilité de la plate-forme Les coques verticales font de préférence partie d'une ossature spatiale constituant la structure portante et elles sont combinées dans une telle ossature spatiale; elles peuvent par exemple être consti- tuées par des coques tubulaires verticales de diamètre accru s'étendant à partir de la base, ou bien entourant la partie inférieure, des béquilles verticales respectives de l'ossature spatiale La hauteur du métacentre de la plate-forme est généralement d'au moins 4 mètres, par exemple d'environ 6 mètres ou plus, et elle peut atteindre environ 11 mètres; (c) le moyen de flottation est disposé à l'intérieur du périmètre défini par les béquilles stabilisatrices, en réduisant ainsi le moment total de tangage s'exerçant sur la plate-forme De préférence, le moyen de flottation ( par exemple des coques de flottation) est disposé sur ou à l'intérieur du plus grand périmètre du pont Le moyen de flottation est de préférence incorporé à ou fixé sur une ossature spatiale constituant la structure portante De préférence les coques de flottation ou d'autres moyens de flottation sont placés directement en dessous du pont et sont fixés sur celui-ci par des éléments verticaux faisant partie de ladite ossature spatiale Le moyen de flottation comprend de préférence des coques ou des parties de coques, comme défini dans la caractéristique (b) ci-dessus Grâce à cette caractéristique (c), les béquilles stabilisatrices pourraient contribuer à conférer un certain degré de flottation à la plate-forme mais il existe de préférence, en ce qui concerne la flottation, une séparation substan- tielle par rapport à la zone à plan d'eau fractionné comme indiqué en (d) ci-dessus; (d) le degré de flottation de la plate-forme est essentiel- lement séparé de la zone à plan d'eau fractionné, qui est établie principalement ( de préférence essentiellement intégralement) par les béquilles stabilisatrices; en d'autres termes, les béquilles stabilisatrices ne confèrent que peu ou pas d'effet de flottation à la plate-forme dans son ensemble; cette caractéristique existe de préférence en même temps qu'au moins une des caractéristiques (a), (b) et (c) Les béquilles stabilisatrices ne confèrent de préférence pas à la plate-forme plus de 15 % du degré de flottation, par exemple environ 10 %. En général, la flottation principale de la plate-forme selon l'invention est établie de manière que la plate-forme reste en service en dessous du niveau de l'eau à l'extérieur de la zone des vagues principales, dans toutes les conditions Le pont est de préférence hexagonal et il est supporté par une ossature spatiale en chaque sommet à partir du moyen de flottation sous-marin. Il est préférable de concevoir les béquilles stabilisatrices de façon qu'elles aient une période naturelle d'au moins 20 secondes, de préférence d'au moins secondes, par exemple d'environ 30 secondes, afin d'éviter des gammes de fréquence des vagues de grande énergie et de réduire au minimum les forces horizontales s'exerçant sur le pivot, afin de contribuer à l'obtention de la réponse nécessaire et avantageuse à l'action des vagues Pour obtenir les périodes naturelles nécessaires, au moins une partie de la longueur inférieure de chaque béquille placée sous l'eau peut par exemple être entourée par une chemise qui peut être remplie d'eau et ouverte vers l'eau extérieure ou bien qui peut être conçue le cas échéant pour permettre un stockage de pétrole Des ailettes peuvent être fixées sur l'extrémité inférieure de la béquille stabilisatrice ou sur sa chemise de façon à augmenter la traînée et l'amortissement, qui peuvent également être améliorés en prolongeant la paroi de chemise vers le haut et en la pourvoyant d'ouvertures La réponse nécessaire au mouvement des vagues et par conséquent la génération d'un moment de redressement de la plate-forme peuvent également être améliorées en augmentant le poids des extrémités supérieures exposées des béquilles stabilisatrices, en augmentant ainsi le moment d'inertie et la période naturelle. Bien qu'on se réfère à l'utilisation d'une chemise remplie d'eau pour augmenter la masse de la partie inférieure d'une béquille stabilisatrice, il va de soi qu'il est possible de faire appel à d'autres moyens pour obtenir cette augmentation de masse Une partie ou la totalité de l'amortissement nécessaire pourrait être assurée par des amortisseurs ou des organes semblables Avec les moyens mentionnés, il est possible de réaliser des béquilles stabilisatrices dont la période naturelle et le degré de pivotement angulaire per- mettent de créer un moment de redressement servant à mainte- nir la plate-forme stable dans des conditions de tempête. Dans un mode de réalisation de la plate-forme conforme à l'invention, le pont a un profil d'hexagone régulier et une coque de flottation orientée verticalement est disposée directement en dessous de chaque sommet de l'hexagone et elle est reliée à ce sommet par un élément vertical de l'ossature spatiale Les coques de flottation, qui contiennent également des noeuds pour les éléments de l'ossature spatiale, sont elles-mêmes reliées entre elles par des éléments horizontaux de base de l'ossature spatiale Pour former des triangles avec les éléments horizontaux joignant des coques de flottation adjacentes, il est prévu d'autres éléments horizontaux d'ossature qui s'étendent vers l'extérieur jusqu'à un noeud sur lequel est monté un pivot universel pour une béquille stabilisa- trice s'étendant vers le haut; il est ainsi prévu six noeuds renforcés qui sont chacun associés à une béquille stabilisatrice montée sur pivot universel et ces noeuds renforcés sont reliés aux éléments verticaux de l'ossature spatiale par des éléments inclinés d'ossature Chaque béquille stabilisatrice s'étend vers l'extérieur au-dessus du niveau de l'eau dans des conditions de tempête, par exemple jusqu'au niveau du pont ou un peu en dessous Ces béquilles peuvent être entourées, à partir de leurs bases et jusqu'à environ 10 mètres en dessous du niveau moyen de l'eau, par une chemise dont l'intérieur est en communica- tion avec l'eau externe. Un aspect important des plates-formes conformes à l'invention consiste en ce que l'une quelconque des béquilles stabilisatrices peut servir de point d'amarrage et/ou de distribution de pétrole pour un pétrolier. Un mode de réalisation d'une plate-forme conforme à l'invention a été représenté, uniquement à titre d'exemple non limitatif, sur la fig 1 ( vue en plan) et sur la fig 2 vue en élévation) des dessins ci-joints. La plate-forme représentée comporte un pont hexagonal régulier 2 supportant une superstructure et un équipement du type classique pour les installations marines de forage et/ou de production de pétrole et de gaz Le pont 2 est supporté au-dessus du niveau moyen 3 de l'eau par une ossature spatiale comportant des coques de flottation 4 qui sont disposées verticalement Une desdites coques de flottation est disposée directement en dessous de chaque sommet du pont hexagonal et elle est reliée à ce sommet par un élément tubulaire vertical 6 faisant partie de l'ossature spatiale, les coques de flottation étant elles- mêmes reliées entre elles par des éléments tubulaires horizontaux 8 de ladite ossature Il est prévu dans l'ossa- ture spatiale des paires d'éléments tubulaires horizontaux 16 ( chacune desdites paires définissant un triangle avec une ligne reliant les bases de coques adjacentes 4 ', ainsi que des éléments tubulaires inclinés 12 et 14 les premiers assurant la liaison des coques 4 avec le pont 2 et les derniers assurant la liaison des coques 4 avec les éléments tubulaires horizontaux de renforcement 16 Les coques de flottation 4 contiennent des noeuds pour les différents éléments tubulaires de l'ossature spatiale Les paires d'éléments horizontaux de renforcement 16 se rejoignent en des noeuds respectifs 18, chaque noeud 18 supportant un pivot universel 20 pour une béquille stabilisatrice creuse 22 s'étendant vers le haut Pour le niveau normal 3 de l'eau, les béquilles 22 et les éléments de renforcement 6 de l'ossature verticale peuvent être entourés par des boucliers 24 Les béquilles 22 ont été représentées comme se terminant en dessous du niveau du pont mais elles pourraient par exemple s'étendre vers le haut jusqu'à peu près jusqu'au niveau du milieu de pont. Il est prévu des moyens pour effectuer et supprimer le ballastage des béquilles 22 et des coques de flottation 4, qui sont usuellement compartimentées pour faciliter la commande de flottatbn Les éléments de renforce- ment 6 de l'ossature verticale peuvent se terminer à l'infé- rieur des parties supérieures des coques de flottation 4, ou bien ils peuvent être prolongés vers le bas jusqu'à leur bases Pour une utilisation opérationnelle, les béquilles stabilisatrices 22 sont de préférence partiellement ballas- tées de manière à avoir une flottation faible ou nulle en eau calme, de sorte qu'elles contribuent seulement avec un léger degré ( par exemple d'environ 10 %) à la flottation de la plate-forme. Dans une plate-forme telle que celle représentée, la distance entre les axes de béquilles directement opposées 22 t par exemple A et B sur la fig 1) est d'environ mètres, les parties supérieures des coques 4 sont placées à environ 12 mètres en dessous du niveau moyen d'eau 3, les béquilles 22 ont un diamètre d'environ 8 ou 9 mètres, les éléments verticaux d'ossature spatiale 6 ont un diamètre d'environ 2,5 mètres, les éléments inclinés d'ossature spatiale 12 et 14 ont des diamètres respectifs d'environ 2,5 et 1,5 mètres, les éléments horizontaux de renforcement d'ossature spatiale 16 ont un diamètre d'envi- ron 2,5 mètres, les éléments horizontaux d'ossature spatiale 8 ont un diamètre d'environ 1,5 mètres, les coques 4 ont un diamètre d'environ 8,2 mètres et les bases des coques 4 sont placées à environ 50 mètres en dessous du niveau moyen d'eau 3.Pour une telle plate-forme ayant un déplacement total d'environ 45 000 tonnes, chaque béquille 22 pourrait par exemple établir un degré de flottation correspondant à environ 700 tonnes. Des plates-formes conformes à l'invention peuvent supporter un poids de pont bien supérieur, pour un poids donné de structure portante de plateforme, que des plates-formes semi-submersibles couramment disponibles. L'amélioration des réactions dynamiques de la plate-forme est imputable aux caractéristiques de conception suivantes: 1 L'amélioration de la réponse au tangage et au roulis est imputable à la profondeur d'immersion des éléments principaux de flottation. 2 L'amélioration de la réponse à la houle, par exemple à l'énergie de vagues horizontales, n'est pas nota- blement absorbée par la structure principale et il se produit une compensation ou un contre-équilibrage entre les mouve- ments des béquilles stabilisatrices articulées Le grand espacement des béquilles stabilisatrices 22 est avantageux pour la stabilité. La configuration proposée permet l'amarrage direct d'un pétrolier à une des béquilles stabilisatrices articulées pour une réception de pétrole Cela est possible du fait que les mouvements relatifs du pétrolier et de la plate-forme semi-submersible sont absorbés par l'articula- tion et du fait que les forces de réaction résultantes ne sont pas complètement transmises à la superstructure. Les caractéristiques de mouvement de la superstructure ne sont pas altérées par l'amarrage du pétrolier. Dans le mode de réalisation représenté, les coques verticales 4 sont placées au sommet d'un hexagone de base formé par six éléments tubulaires horizontaux 26 ( ayant de préférence une section en-caisson) de l'ossa- ture spatiale, la section droite desdits éléments ayant environ 3 mètres de profondeur et 5 mètres de largeur Les éléments horizontaux de base 16 et 26 de l'ossature spatiale peuvent avoir tous deux une section en caisson et ils sont usuellement-ballastés en fonctionnement de manière à contri- buer peu ou pas à la flottation conférée à la plate-forme. Une plate-forme conforme à l'invention est montée de façon appropriée en assemblant d'abord les coques verti- cales de flottation et en reliant les éléments horizontaux de l'ossature spatiale, ces opérations étant suivies par l'installation des-éléments horizontaux de renforcement de l'ossature spatiale et des éléments inclinés d'entretoisement ( 14) de l'ossature spatiale Ces opérations peuvent être effectuées dans un bassin à sec ou bien sur un chantier de construction avec lancement par traîneaux La structure partielle résultante, lorsqu'elle flotte, peut alors recevoir les éléments verticaux 6 de l'ossature spatiale, en utilisant une grue flottante, et l'ensemble partiel résultant peut ensuite être pourvu de ballast de manière à laisser dépasser au-dessus de l'eau juste les parties supérieures des éléments verticaux de l'ossature ( éventuellement avec fixation de moyens temporaires de flottation), cette opération étant suivie par l'assemblage du pont avec les éléments verticaux de l'ossature pendant que le pont est supporté par des barges. En variante au processus décrit en dernier, le pont duquel font saillie vers le haut les éléments verticaux d'ossature et qui flotte sur des barges, peut être assemblé avec l'enveloppe et les coques verticales chargées de ballast, cette opération étant suivie par un relevage du pont Le pont proprement dit pourrait être flottant, auquel cas, dans un autre processus, on pourrait le faire flotter jusque dans la position appropriée sans le supporter par des barges Les béquilles stabilisatrices pourraient alors être amenées par flottation jusqu'au lieu d'assemblage, elles seraient pourvues de ballast pour l'immersion et elles seraient montées sur les joints universels respectifs 20 associés aux noeuds de renforcement 18. Bien qu'on ait décrit et représenté une plate- forme ayant une configuration hexagonale, il est à noter qu'il est évidemment possible d'adopter d'autres formes de pont, et d'autres nombres d'éléments verticaux d'ossature spatiale et de coques de flottation. REVENDICATIONS 1 Plate-forme marine semi-submersible, caractéri- sée en ce qu'elle comprend un pont ( 2) placé au-dessus de l'eau ( 3), une structure portante ( 6) s'étendant vers le bas depuis le pont jusque dans l'eau et supportant le pont sur des moyens ( 4) assurant la flottation de la plate- forme, ainsi que des béquilles stabilisatrices ( 22) réparties autour de la structure portante et soutenues sous l'eau par celle-ci, chaque béquille stabilisatrice pouvant pivoter librement sous l'effet de forces dues à l'environnement, autour d'un pivot universel sous-marin ( 20) et s'étendant vers le haut à partir de celui-ci pour dépasser sensiblement du niveau moyen de l'eau et former une zone à plan d'eau fractionné pour engendrer un moment de redressement s'oppo- sant à des forces résultant de l'environnement et agissant sur la plate-forme. 2 Plate-forme selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la structure portante est une ossature spatiale. 3 Plate-forme selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la majorité de la flottation de la plate-forme est assurée par des coques ou des parties de coques verticales de flottation ( 4). 4 Plate-forme selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les coques ou parties de coques verticales font partie de ou sont combinées à l'ossature spatiale. Plate-forme selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce que le moyen de flottation ( 4) est disposé directement en dessous du pont et à l'inté- rieur de son périmètre. 6 Plate-forme selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisée en ce que la flottation princi- pale est établie essentiellement séparément de la zone à plan d'eau fractionné qui est formée au moins principalement par les béquilles stabilisatrices ( 22). 7 Plate-forme selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisée en ce que le pont ( 2) est hexagonal et est supporté en chaque sommet par une béquille verticale ( 22) d'une ossature spatiale constituant la structure portante. 8 Plate-forme selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins le moyen de flottation principale est disposé de façon à rester en dessous du niveau de l'eau dans toutes les conditions de service.