Brevet FR2499935A1 — publié le 19820820

L'invention concerne les 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 dépassant 300 m. L'utilisation de structures marines pour des opérations de forage et de production est devenue relati- vement courante au cours des dernières années. Cependant, étant donné que de plus en plus de champs de pétrole sont en développement en eau profonde, on poursuit les recherches sur des structures capables de supporter, sans coût prohibitif,les forces hostiles du vent et des vagues que l'on rencontre. Deux structures, proposées dans l'art antérieur is pour être utilisées à des profondeurs d'eau supérieures à 300 m, comprennent la tour haubanée et la tour articulée flottante. La tour haubanée est une structure treillissée qui repose sur le fond de l'océan, sans piles. Des câbles de haubanage s'étendent du pont jusqu'à des chaumards au-dessous de la surface de l'eau et jusqu'à des gueuses reposant sur le fond de l'océan. Etant donné que la tour oscille sur quelques degrés au cours du passage de grosses vagues, les tubes-guides du puits doivent fléchir à la base de la tour. Les chaumards sont de préférence placés sensiblement à la hauteur du centre de pression des charges théoriques appliquées par les vagues et le vent. Les forces du milieu ambiant sont donc plus ou moins colinéaires au système d'amarrage et le moment transmis à la base de la tour est minimisé. Au-delà des gueuses, les câbles de haubanage sont accrochées à des ancres fixes convenables. Par conséquent les gueuses peuvent être soulevées 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 un joint à rotule relie la tour à une embase à piles ce qui permet à la tour de s'incliner sous l'effet des L 49993, forces de l'environnement. Un jeu de chambres flottantes exerce le moment nécessaire de redressement et la force ascendante est compensée de manière efficace par une chambre de ballastage placée à proximité du pied de la tour. L'inconvénient principal de tels systèmes articulés résulte du manque de redondance de la tour et dela difficulté éprouvée pour inspecter et/ou remplacer le joint articulé. L'invention combine les meilleures caractéris- tiques des systèmes décrits ci-dessus d'une manière nouvelle et ingénieuse permettant d'obtenir une structure supérieure destinée à des opérations de forage et de production en mer. L'invention concerne donc une structure marine souple de forage et de production. Conformément à l'in- vention, plusieurs piles de charge axiales, enfoncées dans le fond de la mer, s'élèvent du fond jusqu'à un point situé au-dessus de la surface supérieure de l'eau. Une plate-forme rigide comporte plusieurs manchons ouverts à leurs extrémités, fixés à cette plate-forme et en faisant saillie vers le bas, à peu près verticalement, sur chacune des piles de charge axiales. Des moyens de flottaison, fixés aux manchons, au-dessous de la ligne de flottaison, sont utilisés pour supporter la plus grande partie du poids de la plate-forme et pour assurer la stabilité au redressement de cette dernière. D'autres moyens sont prévus pour supporter la partie restante du poids de la plate-forme à l'aide des piles de charge axiales. Ces moyens comprennent de préférence un ou plusieurs pistons fixés aux extrémités des piles axiales et logés dans des cylindres hydrauliques fixés à la plate-forme. Des moyens sont prévus pour injecter un fluide hydraulique dans chacun des cylindres, et de préférence tous les cylindres sont raccordés à un seul circuit hydraulique. Des paliers sont prévus 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. Il est préférable qu'au moins 75 %, et d'une manière encore plus préférable qu'au moins 95 % du poids des manchons et de la plate-forme soient supportés par les chambres flottantes fixées aux manchons. Ces chambres devraient en outre être compartimentées pour empêcher l'application d'un poids excessif aux piles axiales dans le cas d'une rupture se produisant dans les chambres. Si la plate-forme doit être soumise à des charges latérales importantes, des piles périphériques additionnelles peuvent également ttre montées à la base de la structure pour absorber une partie des efforts horizontaux. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi- tatif 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 réalisée conformément à l'invention et indiquée globalement par la référence numérique 10. Plusieurs piles 12 de charge axiales, dont le nombre est de préférence égal au moins à quatre, sont fixées dans le fond 14 de la mer à une profondeur convenable pour opposer une résistance appropriée aux forces de l'environnement, principalement le vent et les vagues, pouvant 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'espace de travail 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 qu'il est prévu que des vagues de tempête puissent atteindre. Plusieurs manchons 20 sont reliés rigidement de toute manière classique à la plate-forme 18 dont ils partent verticalement vers le bas, au-dessus de chacune des piles axiales. Les manchons descendent au-dessous de la ligne de ilottaison avantageusement sur au moins 75 % et de préférence sur 90 % de la distance de cette ligne au fond de la mer. Les manchons sont également, de préférence, entrutoisés par des membrures 22 de raidisse- ment, sensiblement sur toute leur longueur sous-marine. Des paliers 24 sont disposés entre les manchons 20 et les piles 12 pour faciliter leurs mouvements axiaux relatifs. Les paliers peuvent être de toute conception convenable et classique permettant de réduire les forces de frottement qui se développeraient autrement, et pour assurer le maintien latéral des piles axiales. Dans les conditions d'utilisation, les paliers sont de préférence conçus sous la forme d'un dispositif permanent qui n'exige aucun remplacement au cours de la durée de vie de la structure. Lorsque ceci n'est pas possible, il con- vient de prévoir une possibilité suffisante d'accès aux éléments des paliers pour qu'il soit possible de remplacer les organes critiques avec un démontage minimum d'éléments adjacents. Des chambres 26 de flottaison, fixées classi- quement aux manchons, au-dessous de la ligne de flottai- son, supportent avantageusement au moins 75 %, et de préférence 95 % du poids des manchons, de la plate-forme et de l'équipement associé. Les chambres 26 de flottaison exercent un moment de redressement sur la tour lorsque cette dernière s'incline par rapport à la verticale, sous l'effet des forces du milieu ambiant. Ces chambres devraient être compartimentées afin que des défaillances imprévues de l'étanchéité n'alourdissent pas de façon indésirable la charge des piles de fondation. Normalement, on utilise deux jeux de chambres flottantes pour le remorquage des installations de la structure sur le site de forage. Des 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'ensemble. L'extrémité supérieure de chaque pile de fondation pénètre dans le manchon associé, comme représenté sur la figure, et elle est reliée à un piston 28. Chaque piston est logé dans un cylindre hydraulique 30 fixé à la plate-forme de manière que des charges puissent s'exercer entre cette dernière et le cylindre. Chaque cylindre est de préférence alimenté en fluide hydraulique par des conduites 34 provenant d'un réservoir unique 32 de fluide logé dans la plate-forme. Si cela est souhaité, plusieurs pistons et cylindres peuvent être associés à chaque pile axiale. Dans ce cas, au moins un piston et un cylindre de chaque pile doivent ttre commandés à partir d'un réservoir de fluide commun. La partie du poids de la plate-forme et des manchons qui n'est pas supportée par les chambres de flottaison est transmise aux piles de fondation 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. Des piles périphériques additionnelles 36 peuvent également être utilisées avantageusement pour assurer un maintien latéral supplémentaire. A la différence des piles de charge axiales, les piles périphériques ne s'élèvent pas au-dessus de la surface de l'eau, car elles n'ont pas à supporter des charges verticales. Les forces latérales sont transmises à partir des piles par des manchons 38 mobiles vertica- lement et reliés rigidement aux manchons 20 par l'inter- médiaire de membrures 40. Des paliers 42 peuvent être montés entre les manchons 38 et les piles 36 si cela est souhaité pour réduire les forces de frottement. Bien que l'utilisation de moyens hydrauliques tels que décrits ci-dessus soit préférée pour accoupler les manchons et la plate-forme de la structure à des 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. REVENDICATIONS 1. Structure de forage et de production en mer, caractérisée 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 vers le bas de cette dernière, à peu près verticalement, un nombre égal de piles axiales (12) fixées au fond (24) de la mer et s'élevant chacune dans l'un des manchons, des moyens (26) de flottaison fixés aux manchons, au- dessous de la ligne de flottaison, afin de supporter la plus grande partie du poids de la plate-forme et d'assurer la stabilité de redressement, et des moyens à l'aide desquels la partie restante du poids de la plate-forme est supportée par les piles axiales. 2. Structure selon la revendication 1, caracté- risée en ce qu'elle comporte en outre 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, caracté- risée en ce qu'au moins 75 % du poids des manchons et de la plate-forme sont supportés par les moyens de flottai- son. 4. Structure selon la revendication 1, caracté- risée en ce qu'au moins quatre piles axiales sont utilisées. 5. Structure selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les manchons descendent au-dessous de la surface de l'eau sur une longueur au moins égale à % de la profondeur de l'eau. 6. Structure selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les moyens à l'aide desquels la partie restante du poids de la plate-forme est supportée par les piles axiales comprennent au moins un piston. (28) fixé à l'extrémité supérieure de chaque pile axiale, dans une orientation sensiblement verticale par rapport à l'axe du piston, un cylindre (30) dans lequel le piston peut se déplacer et qui est fixé à la plate-forme, et des moyens (32, 34) destinés à injecter un fluide hydrau- lique dans les cylindres. 7. Structure selon la revendication 6, caracté- risée en ce que tous les cylindres sont raccordés à un seul circuit hydraulique.,