Brevet FR2500427A1 — publié le 19820827

I La présente invention concerne des procédés et un app)areil perfectionnés en vue de soulever axia- l ement deux organes.1 'un par rapport à l'autre. lUn type de mécanisme de soulèvement utilisé jusqu'à présent pour la mise à niveau d'une charpente de plate-forme de forage en mer comprend une unité d'accrochage pouvant venir se loger autour d'un pieu support et comportant des coins de calage qui peuvent venir s'engager sur le pieu et supporter ainsi l'unité d'accrochage. Des éléments à commande mécanique suppor- tés par cette unité exercent une force ascendante sur un montant tubulaire de la charpente de plate-forme qui est disposé autour du pieu, ce qui a pour effet de sou- lever une partie de la plate-forme et de l'amener au ni- veau correct. La force ascendante peut être appliquée au montant tubulaire via une deuxième unité d'accrochage du type à coins de calage. La présente invention fournit des procédés et un appareil de soulèvement perfectionnés du type géné- ral décrit ci-dessus, mais dans lesquels le vérin assu- re une retenue plus positive de la plate-forme et l'em- pêche ainsi d'effectuer même un léger mouvement ascen- dant ou descendant par rapport à un ou des pieux sup- ports, de façon à assurer une prise optimale du mortier injecté entre le pion et un montant tubulaire qui entou- re celui-ci, tout en évitant une rupture du joint et un déplacement de la plate-forme sous l'action des vagues ou d'autres effets semblables. A cet effet, le mécanis- me de soulèvement est conçu pour amener le montant ou un so autre organe tubulaire de la plate-forme au niveau de cette dernière en vue d'appliquer automatiquement une force de blocage aux coins de calage de l'unité d'accro- chage venant s'engager sur le pieu, empêchant ainsi leur mouvement dans l'une ou l'autre direction par rapport à un de ces coins. D)ans les dessins annexés: la figure] illustre un dispositif de soulève- ment pour la mise à niveau d'une plate-forme de forage en mer; la figure 2 est une coupe axiale agrandie du vérin; la figure 3 est une coupe axiale partielle du vérin en position d'extension; la figure 4 est une vue en élévation latérale du vérin en position d'extension; la figure 5 est une coupe axiale illustrant le vérin après qu'il ait soulevé un côté de la charpente; la figure 6 correspond à une partie de la fi- gure 5; et la figure 7 est une coupe axiale partielle pri- se dans le sens circulaire entre deux coins de calage de l'unité d'accrochage supérieure. I.a figure 1 illustre une plate-forme de fora- ge de puits en mer 10 supportée par une"charpente" 11 qui repose sur un lit de mer 12 et comprend plusieurs montants tubulaires 13 qui sont, de préférence, incli- nés et constitués chacun d'une série de tronçons de tubes soudés l'un à l'autre. Des pieux 17 sont enfoncés dans le lit de la mer et ces pieux peuvent s'étendre soit à travers des montants 13, soit à travers une série de guides inclinés 15 assujettis aux montants (ce dernier système étant spécifiquement illustré). Un ou plusieurs dispositifs de soulèvement 10 suivant l'invention agis- sent pour soulever légèrement un côté de la charpente par rapport aux pieux afin de mettre la plate-forme 10 de niveau. Pour la simplicité de l'illustration, dans les figures 2 à 7, les montants, les guides et les pieux sont dirigés verticalement au lieu d'être inclinés. les guides 15comprennent normalement des parties princi- pales cyl!ndriques rectilignes 18 comportant des extré- mirités ou des éléments de guidage supérieurs évasés 19 destinés à diriger un pieu dans une position centrée. Un ou plusieurs de ces guides 15 peut (peuvent) compor- ter un prolongement supérieur en forme de manchon 20 soudé angulairement en 21 à sa (leur) partie princi- pale 18 en lieu et place de l'extrémité évasée habi- tuelle 19. Ce prolongement 20 peut être un tube inté-* rieurement et extérieurement cylindrique ayant le même diamètre que la partie 18 du guide et comportant des ou- vertures espacées circonférentiellement 22 par lesquel- 'les peut s'écouler le mortier en excès, ainsi que des oreilles espacées circonférentiellement 23 qui sont soudées au manchon 20 et comportent des surfaces supé- rieures 24 dans un plan 25 disposé transversalement par rapport à l'axe 26 du manchon 20. Ces surfaces 24 viennent s'engager sur une surface inférieure annulai- re transversale 27 du mécanisme de soulèvement en vue de supporter le vérin. Le vérin 16 comprend deux unités d'accrochage supérieure et inférieure 28 et 30 destinées à enserrer les surfaces extérieures du pieu 17 et du manchon 20, respectivement, ainsi que plusieurs mécanismes à pis- ton/cylindre 31 conçus pour déplacer les unités 28 et verticalement l'une par rapport à l'autre. L'uni- té 28 comprend un corps en forme de cuvette rigide-et essentiellement annulaire 33 comportant des surfaces de cames 35 allant en diminuant en cône vers le haut et venant s'engager sur des surfaces à conicité corres- pondante 36 de coins de calage espacés circonférentiel- lement 34 afin de déplacer ces derniers radialement vers l'intérieur contre la surface cylindrique exté- rieure 29 du pieu en réponse à un mouvement ascendant d'un de ces coins par rapport au corps 33. Les coins de calage peuvent être guidés, pour effectuer un mouve- ment glissant vers le haut et vers l'intérieur, par des tiges inclinées 37 assujetties au corps 33 et coulis- sant dans des ouvertures de guidage ménagées dans ces coins. Les faces intérieures d'accrochage 56 des coins viennent s'engager sur la surface extérieure du pieu 17 en en épousant la courbure et elles comportant des dents d'accrochage qui empêchent les coins de monter ou de descendre par rapport au pieu. Les coins peuvent être déplacés entre leurs positions illustrées dans les figures 2 et 6, par des mécanismes à piston/cylindre espacés circonférentiel- lement 38 dont les cylindres 39 peuvent être solidari- sés à une couronne de commande 40 centrée autour d'un axe 26, ces cylindres pouvant se déplacer le long d'axes 41 par rapport aux pistons des mécanismes 38. Les pistons comportent des tiges 42 s'étendant le long des axes 41 et fixées rigidement, par une première ex- trémité, à une bride 43 du corps 33 et, par une secon- de extrémité, à une couronne 44 venant s'adapter autour du prolongement périphérique en forme de manchon 20. Un certain nombre de biellettes 45 sont articulées à la couronne 40 et aux coins afin de faire monter et descen- dre la couronne 40, tout en permettant, aux coins, de se déplacer radialement vers l'intérieur et vers l'ex- térieur par rapport à cette dernière. Une structure évasée 46 assemblée au corps 33 de l'unité 28 comporte une partie cylindrique intérieurement rectiligne 47 dont le diamètre est calculé pour lui permettre de venir s'adapter étroitement autour du pieu 17, ainsi qu'une partie 48 comportant une surface intérieure annulaire de centrage de pieu allant en s'élargissant- en cône vers le haut. Cette structure de guidage 46 peut comporter 3) une paroi transversale annulaire 49 soudée à ses parties 47 et 48 et fixée au corps 33, par exemple, en faisant passer les extrémités filetées de diamètre réduit 50 des tiges de pistons 42 à travers des ouvertures pratiquées dans la paroi 49 et la bride 43, puis en vissant des écrous 150 sur ces extrémités 50. Des câbles 51 desti- nés à récupérer le vérin 16 peuvent être reliés à la structure 46 par des manilles d'assemblage 52, tout en étant suspendus à une grue 53 montée sur une allège 54, ces câbles pouvant être enroulés sur un tambour 55. L'unité d'accrochage 30 peut être identique à l'unité d'accrochage 28, avec cette exception que, dans leur position d'accrochage, les coins 34a ont un diamè- tre intérieur effectif supérieur à celui des coins 34, tandis qu'ils sont déplacés dans leur position d'accro- chage moyennent un mouvement descendant. Le corps en forme de cuvette 33a de l'unité 30 comporte des surfa- ces de cames 35a allant en diminuant en cône vers le bas et venant s'engager sur des surfaces à conicité cor- respondante 36a des coins 34a. Les faces d'accrochage 56a des coins 34a ont une courbure essentiellement cy- lindrique pour venir s'adapter autour de l'axe 26 au même diamètre que la surface extérieure du manchon 20, tandis qu'elles comportent des dents d'accrochage qui peuvent supporter le manchon 20 et la charpente à l'in- tervention des coins. Les coins 34a peuvent être dé- placés par des mécanismes à piston/cylindre 38a dont les cylindres sont solidarisés à une couronne 40a assujet- tie aux coins par des biellettes 45a, lesquelles sont articulées chacune à cette couronne et à un des coins par leurs extrémités opposées. Les tiges de pistons des mécanismes 38a sont assemblées rigidement, par leurs extrémités opposées, à une bride 43a du corps 33a et à une couronne 44a. Dans la position supérieure de la couronne 40a, les coins 34a sont entraînés vers le haut et légèrement rétractés radialement vers l'exté- rieur à l'écart du manchon 20 afin que l'unité d'accro- chage 30 puisse monter et descendre par rapport à ce manchon. Les cylindres 5/ des mécanismes à piston/cylin- dre 31 sont reliés, en 58, à des potences S9 suspendues à la structure 46 et dont les axes 60 sont disposés pa- rallèlement à l'axe 26 à des endroits circonférentielle- ment équidistants. Ces cylindres 57 peuvent être as- semblés rigidement à un manchon 32, par exemple, par des organes 61 s'étendant radialement entre ces cylin- dres et ce manchon en y étant soudés. Le manchon 32 comporte une surface cylindrique intérieure 62 qui vient s'adapter avec un ajustage serré autour du manchon 20 et a, de préférence, un diamètre pratiquement égal au dia- mètre intérieur de la partie cylindrique 47 du guide 46. ILes tiges 64 des pistons 63 logés dans les cylindres 57 sont assemblées à des oreilles 65 formées sur une par- tie inférieure rigide et essentiellement annulaire 66 formant corps, laquelle peut être constituée de pa- rois annulaires supérieure et inférieure 67 et 68 sou- dées à des éléments de raccordement verticaux. La pa- s15 roi 67 est fixée rigidement au corps 33a, par exemple, au moyen d'écrous lSOa vissés sur les extrémités file- tées de diamètre réduit des tiges de pistons42a des assemblages 38a. Les parties 75 de la cuvette à coins 33 qui s'étendent circonférentiellement entre les coins, com- portent des surfaces de centrage cylindriques 77 dont le diamètre correspond à celui de la surface cylindri- que extérieure 78 du manchon 20 afin de centrer ce dernier par rapport à l'unité d'accrochage supérieure. D)e préférence, le vérin 16 est amené en place autour de l'organe 20 en reposant sur les oreilles 23 avant que la charpente soit mise à l'eau, avec les coins 34 et 34a en position relâdhée. Les mécanismes à piston/cylindre 38a de l'unité d'accrochage inférieu- re 30 sont alors actionnés pour déplacer les coins 34a de leur position supérieure rétractée illustrée en traits discontinus en figure 2, dans leur position in- férieure active d'accrochage illustrée en trait plein, le pieu 17 étant entraîné vers le bas à travers le vé- rin 16, le tube 20 et le guide 15 pour être enfoncé dans le lit de la mer. Lorsque le pieu atteint une pro- fondeur désirée, les unités à piston/cylindre 31 sont actionnées par un fluide sous pression pour faire mon- ter leurs cylindres 57 et l'unité d'accrochage supérieu- re 28 dans une position telle que celle illustrée dans les figures 3, 4 et ce, sur une distance juste suffi- sante pour permettre un fonctionnement ultérieur du mécanisme de soulèvement et mettre ainsi la plate- forme 10 exactement de niveau, la distance du mouve- ment ascendant de l'unité d'accrochage supérieure étant affichée sur un indicateur à distance 69 monté sur l'allège 54 et contrôlé par des signaux émis par une unité de détection 70 (figure 3) comprenant une tige allongée 70 fixée au corps inférieur 66 et pouvant venir s'engager sur une unité coopérante 71 prenant ap- pui sur un des cylindres 57. Cette unité 71 émet des signaux qui peuvent être acheminés de n'importe quelle manière appropriée à l'indicateur 69 afin de permettre, à un opérateur, de contrôler avec précision la distance sur laquelle l'unité d'accrochage supérieure 28 est sou- levée par rapport à l'unité d'accrochage inférieure 30. Lorsque l'unité d'accrochage supérieure a été soulevée dans la position désirée illustrée dans les figures 3 et 4, les mécanismes à piston/cylindre 38 de cette unité d'accrochage supérieure 28 sont actionnés pour faire monter les coins 34 dans leur position ac- tive d'accrochage dans laquelle ils viennent s'engager sur le pieu 17. Les mécanismes à piston/cylindre 31 sont alors actionnés pour tirer la partie inférieure formant corps 66 et l'unité d'accrochage inférieure 30 vers le haut par rapport à l'unité d'accrochage supé- rieure 28, soulevant ainsi la partie 20, demême que le reste de la charpente et la plate-forme jusqu'à ce que le bord supérieur annulaire transversal 72 de cette partie 20 vienne s'engager sur les surfaces 73 des coins. ?.4 qui sont dirigées vers le bas, ce qui a pour effet d'exercer une force ascendante sur ces coins. En conséquence, le manchon 20, les coins et le mécanisme à piston/cylindre 31 sont ainsi soumis à une importante précontrainte (atteignant, de préférence, environ 1000 tonnes) qui empêche efficacement tout mouvement descen- dant éventuel des coins 34 par rapport à la structure engagée en forme de cuvette 33, verrouillant ainsi l'unité d'accrochage supérieure contre tout mouvement ascendant ou descendant par rapport au pieu. La dis- tance sur laquelle l'unité d'accrochage supérieure est déplacée vers le haut dans la position de l'appareil telle qu'elle est illustrée dans les figures 3 et 4, est prédéterminée de façon à amener la plate-forme 10 dans la position exactement horizontale illustrée en figu- re 5. Du mortier est ensuite injecté dans l'espace compris entre le pieu 17 et le guide 15 de ce dernier, le mortier en excès étant évacué par les ouvertures 22, tandis que l'appareil est maintenu dans cette position au cours de la prise du mortier, après quoi l'opéra- teur se trouvant sur l'allège 54 peut inverser la pres- sion créée dans les mécanismes 38 et 31 en vue de li- bérer l'unité d'accrochage supérieure et de la soulever par rapport à l'unité d'accrochage inférieure; ensuite, la pression régnant dans les cylindres de l'unité d'ac- crochage inférieure est inversée pour libérer les coins inférieurs. L'ensemble du vérin 16 peut alors être en- traîné vers le haut par les câbles 51. RlVENI)I ( CAT IONS I. Mécanisme de soulèvement comprenant des première et seconde structures conques pour transmet- tre, le long d'un axe, une force dirigée dans des di- rections opposées à deux organes respectivement, ainsi que des éléments à commande mécanique destinés à dé- placer axialement ces deux structures l'une par rap- port à l'autre, soulevant ainsi axialement les deux organes précités l'un par rapport à l'autre, la pre- mière structure comprenant une cuvette à coins conçue pour être poussée axialement par les éléments à comman- de mécanique, ainsi qu'au moins un coin pouvant venir s'engager sur cette cuvette et conçu pour être ainsi déplacé à la manière d'une came contre le premier or- gane dans une relation d'accrochage par rapport à ce- lui-ci, caractérisé en ce que ce coin est localisé de façon à être poussé axialement par rapport à la cuvet- te dans une direction de serrage et d'accrochage par le second organe lors d'un réglage axial des organes l'un par rapport à l'autre. 2. Mécanisme de soulèvement suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que la seconde structure comprend une seconde cuvette à coins, au moins un coin ainsi déplacé à la manière d'une came contre le second organe, ainsi qu'un élément destiné à déplacer le coin meintionné en dernier lieu entre une position d'accro- chage et une position dégagée. 3. Mlécanismie de soulèvement suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second organe est tubulaire, tandis que le premier organe s'étend vers le haut à travers celui-ci, la cuvette à coins de la première structure s'étendant autour du premier organe et au-dessus du second organe, tandis que le coin de la première structure est poussé ver. le haut dans une direction de serrage et d'accro- chage par le second organe lors du réglage précité. 4. Mécanisme de soulèvement suivant la reven- dication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une butée destinée à limiter le mouvement descendant de la se- conde structure par rapport au second organe. 5. Mécanisme de soulèvement suivant la reven- dication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un manchon destiné à venir s'adapter autour du second organe et à travers lequel celui-ci peut s'étendre vers le haut en vue d'appliquer une force ascendante au coin de la pre- mière structure. 6. Mécanisme de soulèvement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments à commande mécanique comprennent des mécanismes à piston/cylindre. 7. Mécanisme de soulèvement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première structure comprend des éléments à com- mande mécanique supplémentaires destinés à déplacer le coin de cette première structure entre la position ac- tive et la position dégagée. 8. Proctdé consistant à placer, autour d'un premier organe, une unité d'accrochage comprenant un corps, ainsi qu'un coin qui est déplacé à la manière d'une came contre cet organe moyennant un mouvement de ce coin dans une direction de serrage et d'accrochage, puis appliquer, à cette unité d'accrochage et à un second organe, une force de soulèvement dirigée dans des directions axiales opposées afin de déplacer axia- lemnent les deux organes l'un par rapport à l'autre, r)o caractérisé en ce que ce mouvement des deux organes se prolonge jusqu'au point o le second organe applique une force axiale au coin précité dans la direction de serrage et d'accrochage. 9. Procédé suivant la revendication 8, carac- 3S térisé en ce que les deux organes sont maintenus ensem- ble dans des positions axiales fixes l'un par rapport Il à l'autre tandis que la force précitée est appliquée au coin. 10. Procédé suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le second organe est tubulaire, tandis que le premier organe s'étend vers le haut à travers celui-ci, ce procédé comprenant également les étapes qui consistent à placer, autour du second orga- ne, une seconde unité d'accrochage comportant un corps et un coin, puis appliquer une force ascendante de sou- lèvement au second organe au moyen de cette seconde unité d'accrochage.