Brevet FR2499936A1 — publié le 19820820

L'invention concerne des structures marines destinées à des opérations de forage et de production. L'invention concerne plus particulièrement une structure souple convenant à une utilisation à des profondeurs d'eau supérieures à 300 mètres. L'utilisation de structures marines pour des opérations de forage et de production est devenue relati- vement courante au cours des dernières années. Cependant, au fur et à mesure que de plus en plus de champs de pétrole sont développés en eau profonde, on poursuit les recherches pour la réalisation, à des coûts non prohibitifs, de struc- tures capables de supporter les forces hostiles du vent et des vagues que l'on rencontre dans ces conditions. Trois structures proposées dans l'art antérieur pour être mises en oeuvre à des profondeurs d'eau supérieu- res à 300 mètres sont la tour haubanée, la plate-forme à câbles tendus et la tour articulée flottante. La tour hau- banée est une structure treillissée qui repose sur le fond de l'océan à l'aide d'un caisson de support ou de piles. Des câbles de haubanage s'étendent du pont jusqu'à des chaumards et descendent au-dessous de la surface de l'eau jusqu'à des gueuses reposant sur le fond de l'océan. Etant donné que la tour s'incline de quelques degrés au passage de grosses vagues, les tubes-guides du puits doivent flé- chir à la base de la tour. Les chaumards sont de préférence placés sensiblement au niveau du centre de pression des charges nominales appliquées par les vagues et le vent. Les forces du milieu ambiant sont donc plus ou moins co- linéaires avec le système d'amarrage et le moment transmis à la base de la tour est minimisé. Au-delà des gueuses, les câbles de haubanage sont accrochés à des ancres fixes convenables. Par conséquent, les gueuses peuvent être sou- levées du fond par de grosses vagues de tempête, ce qui permet un déplacement supplémentaire de la tour. Une tour flottante articulée diffère de la structure fixe décrite cidessus par plusieurs points importants. Un joint articulé tel qu'un joint universel ou à rotule relie la tour à une embase à piles, ce qui 2.499936 permet à la tour de s'incliner sous l'effet des forces de l'environnement. Un groupe de chambres flottantes pro- duit le moment nécessaire de redressement et la force ascendante est compensée de façon effective par une chambre de ballastage placée. à proximité du pied de la tour. L'in- convénient principal de tels systèmes articulés résulte du manque de redondance de la tour et de la difficulté que l'on éprouve pour inspecter et/ou remplacer le joint arti- culé. Une plate-forme à câbles tendus est une struc- ture flottante maintenue en place par des câbles verticaux de traction ancrés sur le fond de la mer. Les chambres de flottaison sont conçues pour minimiser la sensibilité de la plate-forme aux conditions atmosphériques et aux vagues. La présente invention combine les meilleures caractéristiques dessystèmes décrits ci-dessus d'une manière nouvelle et ingénieuse pour produire une structure supérieure convenant à des opérations de forage et de pro- duction en mer. L'invention concerne donc une structure souple de forage et de production en mer. Selon l'invention, plu- sieurs piles de charge axiales,fixées dans le fond de la mer, s'élèvent du fond jusqu'à un point situé au-dessus de la surface de l'eau. Une plate-forme rigide est équipée de plusieurs manchons à extrémités ouvertes, fixés à cette plate-forme de laquelle ils partent vers le bas, à peu près verticalement, chaque manchon étant placé au-dessus d'une pile axiale. Des moyens de flottaison, fixés aux manchons, au-dessous de la ligne de flottaison, sont destinés à exer- cer une force ascendante de flottaison supérieure au poids de la plateforme, de l'équipement et des manchons. Des moyens sont également prévus pour contrebalancer les forces de flottaison supérieures au poids de la plate-forme, à l'aide des piles de charge axiales.Ces derniers moyens comprennent de préférence des pistons fixés aux extrémités des piles axiales et descendant dans des cylindres hydrau- liques fixés à la plate-forme. Des moyens sont prévus pour injecter un fluide hydraulique dans chacun des cylindres, et, de préférence, les cylindres sont raccordés par groupes à un circuit hydraulique unique. Des paliers sont disposés entre les piles axiales et les manchons pour faciliter le mouvement vertical de ces derniers et de la plate-forme par rapport aux piles axiales fixes. Les chambres de flottaison devraient être compartimentées pour empêcher l'application d'une charge de compression aux piles axiales en cas d'une rupture appa- raissant dans les chambres. Si cela est nécessaire, des piles périphériques additionnelles peuvent également ttre fixées à proximité de la base de la structure afin d'assurer un maintien latéral supplémentaire. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une élévation schématique d'un appareil convenant à la mise en oeuvre de l'invention. La figure unique représente une structure réali- sée conformément à l'invention et portant la référence numé- rique globale 10. Plusieurs piles 12 de charge axiales, de préférence au nombre d'au moins 3, sont enfoncées dansle fond 14 de la mer, à une profondeur convenable, afin d'oppo- ser une résistance appropriée aux forces de l'environnement, principalement du vent et des vagues, qui peuvent survenir. Comme représenté, les piles s'élèvent du fond de la mer au- dessus de la surface 16 de l'eau. Une plate-forme 18, qui présente l'aire de tra- vail nécessaire à l'exécution des opérations de forage et de production et qui peut également porter des bâtiments et des bureaux pour l'équipage, est placée au-dessus de la ligne de flottaison, au-delà de la hauteur maximale qui est prévue pour les vagues de temptte. Plusieurs manchons 20 sont reliés rigidement de toute manière classique à la plate-forme 18 de laquelle ils descendent verticalement, chaque manchon descendant au- dessus d'une pile axiale. Les manchons descendent de pré- férence au-dessous de la ligne de flottaison sur au moins % de la distance de cette ligne au fond de la mer. Les manchons sont également, de préférence, entretoises par des membrures 22 de raidissement, sensiblement sur toute leur longueur sous-marine. Des paliers 24 sont disposés entre les manchons et les piles 12 afin de faciliter leurs mouvements axiaux relatifs. Les paliers peuvent être de toute conception con- venable et classique permettant de diminuer les forces de frottement qui se développeraient-autrement, et permettant d'assurer le maintien latéral des piles axiales. Dans les conditions d'utilisation, les paliers sont de préférence conçus sous la forme d'un système permanent qui n'exige aucun remplacement au cours de la durée de vie de la struc- ture. Lorsque ceci n'est pas possible, il faut prévoir un accès suffisant aux éléments du système de paliers pour qu'il soit possible de remplacer des organes critiques avec un démontage minimal d'éléments adjacents. Les chambres 26 de flottaison, fixées classi- quement aux manchons, au-dessous de la ligne de flottaison, supportent de préférence 101 à 105 % du poids de l'ensemble de la structure, y compris la plate-forme et l'équipement associé et à l'exclusion des piles de cisaillement. Les chambres 26 de flottaison exercent un moment de redresse- ment sur la tour lorsqu'elle s'incline par rapport à une orientation verticale vraie sous l'effet des forces de l'environnement. Ces chambres devraient être compartimentées afin que des défaillances imprévues des joints d'étanchéité n'alourdissent pas de façon indésirable la charge des piles de fondation. Normalement, deux groupes de chambres de flottai- son sont utilisés pour le remorquage et l'installation de la structure sur le site de forage. Les chambres destinées à supporter la partie inférieure des manchons pendant le transport peuvent être noyées pour immerger la structure, retirées ou déplacées vers l'extrémité supérieure de l'en- semble. L'extrémité supérieure de chaque pile axiale pénètre dans le manchon associé, commie montré sur la figure, et est reliée par des traverses 28 à des pistons 30. Chaque piston est logé dans un cylindre hydraulique 32 fixé à la plate-forme de manière que des charges puissent être trans- mises entre cette dernière et le cylindre. De préférence, au moins un cylindre relié à chaque pile axiale est alimen- té en fluide hydraulique par des conduites partant d'un réservoir de fluide unique logé dans la plate-forme. Comme représenté, une conduite 34 permet l'écoulement du fluide hydraulique d'un réservoir 36 jusqu'aux cylindres exté- rieurs et une conduite 38 permet l'écoulement du fluide hydraulique d'un réservoir 40 jusqu'aux cylindres inté- rieurs. La force de flottaison dépassant le poids de la plate-forme et des manchons est contrebalancée par la traction engendrée dans les piles axiales par les cylindres hydrauliques, le fluide et les pistons. Ce système confère à l'ensemble de la structure le degré souhaité de souplesse de rotation par rapport au fond de la mer, mais résiste au mouvement vertical ou mouvement de pilonnement de la plate- forme. Pour assurer un maintien latéral supplémentaire, des piles périphériques additionnelles 42 peuvent être fixées dans le fond de la mer à proximité de la base de la plate- forme. Des manchons 44, pouvant coulisser verticalement, transmettent les charges latérales des piles périphériques aux manchons 20 par l'intermédiaire d'un treillis 46 fixé rigidement aux manchons 20. Des paliers 48 peuvent être disposés entre les piles périphériques 42 et les manchons 44 pour faciliter leurs mouvements axiaux relatifs. Bien que l'utilisation de moyens hydrauliques tels que décrits ci-dessus soit préférée pour l'accouple- ment des manchons et de la plate-forme de la structure aux piles de charge axiales, il est possible, selon l'invention, d'utiliser des systèmes mécaniques classiques dans le même but. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la structure décrite et représen- tée sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICATIONS 1. Structure de forage et de production en mer, oaracterlee en ce qu'elle comporte une plate-forme rigide (18), plusieurs manchons (20) ouverts à leurs extrémités, fixés à la plate-forme et faisant saillie de cette dernière-vers le bas, à peu près verticalement, un nombre égal de piles axiales (12) fixées au fond (14) de la mer et s'élevant chacune dans un manchon, des moyens (26) de flottaison fixés aux manchons, au-dessous de la ligne de flottaison, afin d'exercer une force ascendante supérieure au poids de l'ensemble de la structure, à l'exclusion des piles de cisaillement, et des moyens destinés à contre- balancer la force de flottaison en excès à l'aide desdites piles axiales. 2. Structure selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'elle comporte des paliers (24) disposés entre les piles axiales et les manchons afin de faciliter le mouvement vertical de ces derniers par rapport aux piles. 3. Structure selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les moyens de flottaison supportent au moins 101 % du poids total de la structure, à l'exclusion des piles de cisaillement. 4. Structure selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'au moins trois piles axiales sont uti- lisées. 5. Structure selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la longueur sur laquelle les manchons s'étendent audessous de la surface de l'eau est égale à au moins 75 % de la profondeur de l'eau. 6. Structure selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les moyens destinés à contrebalancer la force de flottaison en excès comprennent au moins un pis- ton (30) fixé à l'extrémité supérieure de chaque pile axiale et orienté à peu près verticalement vers le bas par rapport à l'axe dudit piston, un cylindre (32) dans lequel le piston peut se déplacer et qui est fixé à la plate-forme, et des moyens (34, 36, 38, 40) destinés à injecter un fluide hydraulique dans les cylindres. 7. Structure selon la revendication 6, carac- térisée en ce qu'au moins un cylindre relié à chaque pile axiale est branché sur un circuit hydraulique unique.