Brevet FR2518487A1 — publié le 19830624

Dispositif pour la mise en place et la mise en tension des tiges de maintien d'une plate-forme flottante partiellement immergée La présente invention est relative à un dispositif pour la mise en place et la mise en tension des tiges de maintien d'une plate-forme flottante partiellement immergée. L'exploitation des richesses pétrolières sous- marines à conduit à l'élaboration de plates-formes de divers types et notamment de plates-formes fixes munies de piliers s'appuyant sur un soubassement reposant au fond de l'eau. Le coût de ces constructions est d'autant plus important que la profondeur de la mer est grande. Par ailleurs, ce type de plate-forme ne peut être envisagé dès que la profondeur de la mer dépasse plusieurs centaines de -mètres - C'est le raison pour laquelle, on a imaginé des plates-formes normalement flottantes, mais délibérément maintenues immergées de manière à réduire les effets de la houle (pilonnement, roulis et tan- gage) Le maintien en immersion partielle est obtenue au moyen de tiges fixées par une extrémité au fond de la mer et par une autre extrémité à la plate-forme. Le processus d'immersion est illustré dans les figures 1 A à 1 F. Dans la figure 1 A, on voit un fragment de la plate-forme 1 flottant sur la mer dont la surface est référencée 2 et le fond 3 Les tiges servant au maintien de la plate-forme sont assemblées bout à bout dans un puits 4, selon la technique bien connu dans le domaine du forage, de manière à constituer un train de tiges 5. Le train de tiges est terminé par un élément de connecteur mâle 6 destiné à coopérer avec un élément de connecteur femelle 7 fixé dans un massif 8 ancré au sol (voir figure 1 C). Ce connecteur mâle est du type présentant des doigts d'ancrage qui s'ouvrent automatiquement en corolle lorsqu'une pression suffi- sante est exercée sur leur extrémité; le connecteur femelle comporte un redan qui coopère avec les doigts pour solidariser les deux éléments. Après assemblage du train de tiges (figure 1 A), ce dernier est soulevé (figure 1) de manière que son extrémité inférieure se trouve 2 - placée à un niveau supérieur à celui du massif, avec une marge tenant compte du pilonnement pour éviter tout risque de chocs. Le train de tiges est amené au-dessus du connecteur femelle (figure 1 C), puis descendu (figures 1 D et 1 E) de manière à introduire le connecteur mâle dans le connecteur femelle avec une pression suffi- sante pour assurer l'ouverture des doigts d'ancrage 6 A du connecteur mâle. Enfin, la plate-forme et le train de tiges sont déplacés relati- vement l'un par rapport à l'autre, de manière à immerger partiellement la plate-forme qui sera alors pratiquement immobilisée et rendue insensible aux mouvements de la mer. En fin de phase d'immersion partielle, l'extrémité 5 A du train de tiges est solidarisée à la plate-forme. La description précédente se rapporte à un seul train de tiges il est évident que la plate-forme sera équipée de plusieurs trains de tiges, manoeuvrés simultanément et en synchronisme. On placera par exemple des trains de tiges aux quatre coins d'une plate-forme carrée, à raison de plusieurs trains de tiges par coin - Un but de l'invention est de réaliser un dispositif qui assure les mouvements d'un train de tiges, dans une séquence de mise en place telle que celle qui vient d'être décrite - On doit observer que le problème est plus difficile qu'il n'y parait En particuler, le dispositif doit pouvoir assurer des mouvements d'un système dont le poids apparent peut varier selon les différentes phases de l'opération dans une large gamme (de la centaine de tonnes au millier de tonnes), tout en ayant une sensibilité de l'ordre de la dizaine de tonnes pour notamment assurer un fonction- nement correct et sûr du connecteur automatique. Par ailleurs, le dispositif doit pouvoir assurer des mouvements du train de tiges d'une amplitude voisine de la dizaine de mètres, sans nécessiter la réalisation de vérins spéciaux sortant des normes habi- tuelles de fabrication des constructeurs. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif permettant une mise en place des tiges avec un amortissement permanent des chocs et des effets de la houle. 2518487- -3 - L'invention a pour objet un dispositif pour la mise en place et la mise en tension d'un train de tiges de maintien d'une plate-forme partiellement immergée, caractérisé en ce qu'il comprend une charpente métallique, des moyens de déplacement vertical de cette charpente par rapport à la plate-forme, au moins un vérin d'un premier type ayant un cylindre et une tige, au moins un vérin d'un second type ayant un cylindre et une tige, les cylindres des vérins étant solidaires de ladite charpente et disposés de manière que les tiges se déplacent verticalement, la tige du vérin du premier type étant solidaire d'une- plaque, ladite plaque étant d'une part munie d'un orifice pour le passage de la tige du vérin du deuxième type et d'autre part d'un moyen de fixation de l'extrémité du train de tige, la tige du vérin du deuxième type étant munie à son extrémité d'une butée, les tiges des vérins "des deux types étant de longueurs inégales, choisies de telle manière que le vérin du deuxième type n'entraîne la plaque que dans la phase d'immersion de la plate-forme. De préférence, les vérins sont disposés à l'intérieur de la charpente. De préférence, les moyens de déplacement la charpente compren- nent des coulisseaux pouvant coulisser le long de poutres solidari- sables de la plate-forme. Avantageusement, chaque vérin est relié à un dispositif d'amor- tissement. Le dispositif d'amortissement du vérin du second type est un réservoir partiellement rempli d'huile et d'air comprimé, relié au vérin par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour commandable. Le dispositif d'amortissement du vérin du premier type est un dispositif à deux cylindres et deux pistons reliés par une tige unique, le premier piston délimitant dans le premier cylindre deux comparti- ments respectivement reliés auxdits vérins et à une source de gaz comprimé, le second piston délimitant dans le second cylindre deux chambres pouvant être reliées chacune, par une vanne commandable, soit à une source de gaz comprimé, soit à l'atmosphère. L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence -4 - au dessin annexé dans lequel la figure 1 est un schéma explicatif de la mise en place et en tension d'un train de tige, la figure 1 A est un schéma explicatif du dispositif de l'invention, la figure 2 est une vue en élévation de face d'un exemple préféré de réalisation du dispositif de l'invention, la figure 3 est une vue en élévation de côté du même dispositif,. la figure 4 est une vue de dessus du même dispositif, la figure 5 est une vue en coupe du dispositif selon la ligne V-V de la figure 2, la figure 6 est une vue en coupe du dispositif selon la ligne VI-VI de la figure 5, les figures 7 A et 7 B représentent un schéma hydraulique et pneuma- tique du dispositif, les figures 8, 9, 10 et 11 représentent schématiquement le dispositif au cours des diverses phases de la manoeuvre. La figure 1 a déjà été commentée. La figure 1 A sera expliquée ultérieurement après la description, en référence aux figures 2 à 6, d'un exemple préféré de réalisation de l'invention. Le dispositif comprend un ensemble de poutres 10 A, 10 B, 10 C, D, entretoises, de manière à constituer un cadre rigide, pouvant être rendus solidaire de la plate-forme Le dispositif comprend par ailleurs une charpente métallique comprenant notamment quatre traverses 11 A, 11 B, 11 C, 11 D dont les extrémités supérieures sont fixés à une plaque supérieure 12 et dont les extrémités inférieures sont fixées à des coulisseaux 13 A, 13 B, 13 C, 13 D introduits dans les poutres 10 A à 10 D Une plaque 14, reliée aux coulisseaux, assure la rigidité de la charpente ainsi constituée qui peut se déplacer par coulissement le long de l'ensemble de poutres. Le dispositif de l'invention comprend en outre deux vérins 21 et 22, identiques, dont les cylindres 21 A, 22 A sont fixés à la charpente parallèlement aux poutres de manière à assurer des mouvements verticaux, et de manière symétrique par rapport au centre O du dispositif On a choisi d'utiliser deux vérins du premier type pour des 18487 -5- raisons de symétrie du montage En variante un seul ou plus de deux vérins du premier type pourraient être utilisés. Les tiges 21 B et 22 B des vérins sont reliées à une plaque, épaisse 25, (voir figure 6) qui comprend un moyen pour y fixer l'extrémité 5 A du train de tiges 5. Les vérins 21 et 22 sont par exemple choisis de force voisine de tonnes si le poids du train de tige est voisin de 100 tonnes. Le dispositif comprend en outre deux autres vérins, 31 et 32, de force supérieure à celle des vérins 21 et 22. Comme précédemment, on choisit deux vérins du deuxième type pour raisons de symétrie, mais en variante un seul ou plus, de deux vérins du deuxième type pourraient être utilisés. Les vérins 31 et 32, identiques entre eux, ont des cylindres 31 A et 32 A disposés verticalement dans la charpente, et solidairement à celle-ci Ils sont placés symétriquement par rapport au centre 0. Leurs tiges 31 B et 32 B traversent la plaque 25 et peuvent y coulisser à frottement doux Elles sont terminées par des butées 31 C et 32 C Cette disposition autorise les manoeuvres du train de tiges avec les seuls vérins 21 et 22 pendant les phases A, B, C, D, E, décrites en référence à la figure 1, o une certaine sensibilité est requise; les vérins 31 et 32 n'entrent en action que pour la phase F d'immersion partielle de la plate-forme Leur force est par exemple voisine de 1000 tonnes. La figure 1 A montre l'intérêt-de deux paires de vérins Dans la phase A de descente du train de tiges 5, la force exercée sur les vérins symbolisés dans la figure par le vérin unique V, est par exemple de l'ordre de 100 tonnes. Au moment du contact du connecteur mâle 6 avec le fond du connec- teur femelle 7 (phase B), la force tombe à 85 tonnes, une force moyenne de 15 tonnes étant nécessaire pour l'ouverture des doigts Cette force d'ouverture ne doit pas être inférieure par exemple à 10 tonnes, car alors les doigts ne s'ouvrent pas, ni supérieure à 20 tonnes sous peine de risquer d'endommager le connecteur femelle 7 Les vérins utilisés pour cette phase doivent donc être suffisamment sensibles pour assurer la fourchette ci-dessus. Au cours de la phase C qui correspond à l'ouverture des -6 - doigts 6 A et leur contact avec le redan 7 A, la force croit à nouveau. En phase D d'immersion de la plate-forme, la force croit brusquement à des valeurs de l'ordre de 800 à 1000 tonnes Seule la mise en oeuvre de vérins puissants permet d'assurer cette phase. On voit donc que des vérins de 100 tonnes seraient incapables d'assurer la phase D du processus, mais que des vérins de 1000 tonnes n'auraient pas la sensibilité nécessaires à la mise en oeuvre de la phase B Seul l'emploi de deux groupes de vérins, pouvant être mis en oeuvre successivement et/ou simultanément permet de résoudre le problème posé. Chaque vérin est relié à un dispositif amortisseur. Les figures 7 A et 7 B représentent le schéma de commande des vérins et de leurs amortisseurs. Le schéma se lit en rapprochant les deux figures et en faisant coincider les points marqués Q, R, S, T, U. On distingue dans ces schémas (figures 7 B) les vérins 21, 22, 31 et 32, reliés comme il a été indiqué plus haut à la plaque 25. L'amortissement des vérins 31 et 32 est constitué par un accumu- lateur 41 comprenant un compartiment 41 A à huile et un compartiment 41 B à air, augmenté si nécessaire d'un second réservoir d'air 42. L'accumulateur et le réservoir sont disposés dans la charpente, comme on peut le voir dans la figure 4. L'amortisseur 51 des vérins 21 et 22, qui sera décrit en détail plus loin, est également disposé dans la charpente. L'air nécessaire au fonctionnement de cet amortisseur est fourni par une série de bouteilles 45. Les rectangles CA et CH désignent respectivement un compresseur d'air et un dispositif de compression d'huile. Tous les autres symboles des figures 7 A et 7 B sont des symboles conventionnels universellement adoptés et n'ont pas à être énumérés en détail. On notera deux particularité du montage qui font partie de la présente invention. La première particularité est que les vérins 31 et 32 sont reliés à l'amortisseur 41 (c 8 té huile)-par l'intermédiaire d'un clapet -7- anti-retour 60. Cette disposition présente l'intérêt suivant en fin de phase de connexion du connecteur, on rentre les vérins 31 et 32 pour que les butées des tiges viennent en contact avec la plaque et que la poursuite du mouvement des vérins provoque l'immersion partielle de-, la plate-forme. L'électrodistributeur 61 pilote le clapet 60 soit pour le rendre passant dans les deux sens de mouvement des vérins, de manière que les tiges des vérins puissent suivre les mouvements dus au pilon- nement résultant, de l'action de la houle, soit pour lui conférer le rôle de clapet anti-retour Au cours de la phase d'immersion de la plate-forme, et pendant les périodes o le pilonnement provoque la descente de la plate-forme, on commande le clapet anti-retour et on laisse ainsi passer l'huile dans le compartiment inférieur des vérins. Au point mort-bas, le clapet anti-retour empêche l'huile de refluer à l'amortisseur 41 L'énergie nécessaire à l'immersion de la plate-forme est ainsi partiellement apportée par la mer elle-même, grâce au pilon- nement dû à la houle. La deuxième particularité du circuit oléo-pneumatique est la nature de l'accumulateur 51. Ce dernier est constitué de deux cylindres 52 et 53, ayant chacun un piston 52 A et 53 A reliés par une tige unique 54. Le compartiment au-dessus du piston 52 A est relié à la source d'air comprimé 45 Le compartiment au-dessous du piston 52 A est relié au vérins 21 et 22. Les compartiments au-dessus et au-dessous du piston 53 A sont reliés, à travers des électrovannes 55 et 56, à la source 45. Cette disposition permet d'avoir un amortisseur à raideurs variables, utilisées comme suit: - ai Phase de descente des tiges d'un poids de 106 tonnes par exemple; les électrovannes 55 et 56 sont armées simultanément. L'amortisseur a été calculé pour agir dans ces conditions. b/ Phase de contact du coonnecteur mâle avec le fond du connecteur femelle Le poids aparent de l'ensemble diminue à 90 tonnes par exemple. 18487 -8- La vanne 56 est seule armée et la vanne 55 met le compartiment correspondant à l'atmosphère. L'action de l'air sur le piston 52 A est diminuée de celle qui agit sur le piston 53 A de plus faible section La raideur du système amortisseur est ainsi adaptée aux nouvelles conditions. c/ Phases de remontée du train de tiges et de commencement d'immersion avant action des vérins 31 et 32 -Le poids croît à 116 tonnes, puis à 150 tonnes On actionne ni la vanne 55, ni la vanne 56 Le piston 52 A devient un multiplicateur de pression. Là encore, la raideur du système amortisseur suit la variation de la charge. Les figures 8, 9, 10 et 11 illustrent le mode d'utilisation du dispositif de l'invention Les vérins sont symbolisés par un vérin unique 80, de cylindre 80 A et de tige 80 B. FIGURE 8 A/ Descente sur la plate-forme du dispositif de l'invention, au droit du train de tiges 5, précédemment mis en place et fixé à la plate-forme. B/ Fixation du dispositif à la plate-forme, descente partielle de la tige de piston 80 B et amarrage au train de tiges. C/ Déplacement des cylindres vers le haut sans mouvement du train de tiges. D/ Soulèvement du train de tiges par action du vérin et mise en place de cales 90 de maintien du train de tiges. FIGURE 9 E/ Appui du vérin sur les cales. F/ Déplacement du cylindre vers le haut sans mouvement du train de tiges - GI Second soulèvement du train de tiges par déplacement de la char- pente le long des poutres. H/ Amenée au-dessus du connecteur femelle du train de tiges et descente partielle jusqu'en butées sur les cales. Jl Descente des cylindres sans mouvement du train de tiges jusqu'en butée sur les cales. J/ Mouvement léger du train de tiges seul vers le haut pour 9 9- permettre le dégagement des cales. K/ Mouvement vers le bas du train de tige pour engagement du connec- teur mâle dans le connecteur femelle. L/ Descente des cylindres sans mouvement du train de tiges. FIGURE 10 M/ Soulèvement de faible amplitude du train de tiges à l'aide des seuls vérins 21 et 22 pour mettre hors fonction les vérins 31 et 32. N/ Descente du train de tiges jusqu'au fond et ouverture des doigts du connecteur mâle 0/ Remontée du train de tiges jusqu'à ce que les doigts du connec- teur mâle viennent en butée contre le redan du connecteur femelle. P/ Déplacement des vérins pour immersion partielle de la plate-forme. Fixation du train de tige la plate-forme en fin d'immersion. Le dispositif de l'invention présente des avantages de souplesse d'emploi; quatre dispositifs aux quatre coins d'une plate-forme peu- vent être commandés simultanément et permettre la pose aisée des quatre premiers trains de tiges Les autres trains de tiges seront mis en place et en tension de manière analogue. 18487 - REVENDICATIONS 1/Dispositif pour la mise en place et la mise en tension d'un-train de tiges ( 5) de maintien d'une plate-forme ( 1) partiellement immergée, caractérisé en ce qu'il comprend une charpente métallique ( 12, 13 A, 13 B, 13 C, 13 D, 14), des moyens de déplacement vertical de cette charpente par rapport à la plate-forme, aumoins un vérin ( 21, 22) d'un premier type ayant cylindre et une tige, au moins un vérin ( 31, 32) d'un second type ayant un cylindre et une tige, les cylindres des vérins étant solidaires de ladite charpente et disposés de manière que les tiges se déplacent verticalement, la tige -du vérin du premier type étant solidaire d'une plaque ( 25), ladite plaque étant d'une part munie d'un orifice pour le passage de la tige du vérin du deuxième type et d'autre part d' un moyen de fixation de l'extrémité du train de tige, la tige du vérin du deuxième type étant munie à son extrémité d'une butée ( 31 C, 32 C), les tiges des vérins des deux types étant de longueurs inégales, choisies de telle manière que le vérin du deuxième type n'entraîne la plaque que dans la phase d'immersion de la plate-forme. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vérins ( 21, 22, 31, 32) sont disposés à l'intérieur de la-charpente. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de déplacement de la charpente comprennent des coulis- seaux ( 13 A, 13 B, 13 C, 13 D) pouvant coulisser le long des poutres ( 10 A, B, 10 C, 1 D) solidarisables de la plate-forme. 4/Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque vérin ( 21, 22, 31, 32) est relié à un dispositif d'amortis- sement ( 41, 51). / Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les dispositifs d'amortissement ( 41, 51) sont disposés à l'intérieur de la charpente. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le dispositif d'amortissement des vérins du second type est un réservoir ( 41) partiellement rempli d'huile et d'air comprimé, relié aux vérins par l'intermédiaire d'un clapet ( 60) anti-retour 11 - commandable. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le dispositif d'amortissement des vérins ( 21, 22) du premier type est un dispositif ( 51) à deux cylindres ( 52, 53) et deux pistons ( 52 A, 52 A) reliés par une tige unique ( 54), le premier piston ( 52 A) délimitant dans le premier cylindre deux compartiments respectivement reliés auxdits vérins et à une source ( 45) de gaz comprimé, le second piston délimitant dans le second cylindre deux chambres pouvant être reliées chacune, par une vanne commandable ( 55, 56), soit à une source ( 45) de gaz comprimé, soit à l'atmosphère.