Brevet FR2525176A1 — publié le 19831021

La présente invention concerne les structures de fo- rage en mer en général, et plus particulièrement une structure de forage en mer demi immergée utilisée comme base d'exploitation et de forage de gisements sous-marins de pétrole et /ou de gaz, ou comme plateforme de forage en mer pour charger et décharger les bateaux. Ces dernières années, le nombre des plateformes de forage en mer demiimmergées a été augmenté pour exploiter et forer de nouveaux gisements sous marins de pétrole et/ou de gaz Les structures de forage en mer demiimmergées ou les plateformes sont exposées aux vagues, et une force extérieure verticale produite par la vague (dénommée ci-après force de vague) agit sur elles Lorsque la force de vague augmente en raison des mauvaises conditions météorologiques, le soulèvement augmente de sorte que le fonctionnement doit être arrêté. Ainsi, les opérations exécutées par les structures de forage en mer sont affectées par les conditions météorologiques. En outre, les systèmes d'ancrage des structures de forage en mer doivent être suffisamment résistantes pour résister aux très grandes forces de vague et sous de très sévères conditions mé- téorologiques. Pendant ce temps, les gaz naturels produits dans les champs d'exploitation de gaz, sont liquéfiés et y sont stockés temporairement dans des containeurs L N G (Liquified Natural Gas) pour embarquement vers différentes régions de consomma- tion. Le gaz naturel extrait des gisements sous-marins était transporté par des pipelines sous-marins jusqu'aux stations de liquéfaction et de stockage sur terre et ensuite chargé dans les conteneurs L N G pour embarquement. Quoiqu'il en soit, le système conventionnel du type décrit ci-dessus nécessite des frais initiaux importants spécia- lement pour la pose des pipelines En outre, une vaste aire de stockage pour L N G est nécessaire et doit être reliée au port de chargement par des pipelines. Dans le but de résoudre entre autres tous ces pro- blèmes, on note une demande croissante de plateformes de forage en mer ou de structures de liquéfaction, stockage, et chargement de LND, mais ainsi que nous l'avons décrit plus haut, les bases de forage en mer LNG sont également soumises à un soulèvement produit par la force de vague de telle sorte que les jours ou périodes de fonctionnement de telles bases de forage en mer dé- pendent inévitablement des conditions météorologiques. Le premier objet de la présente invention est par conséquent de diminuer les forces de vague agissant sur les structures de forage en mer et de proposer une structure de plateforme de forage en mer demi-immergée pouvant être opéra- tionnelle pendant un plus grand nombre de jours que les struc- tures conventionnelles, pouvant utiliser des systèmes d'ancrage moins important et pouvant garantir un important degré de sécurité. L'objet cidessus de l'invention ainsi que d'autres objets, effets ou caractéristiques ressortiront mieux de la description ci-après de quelques modes de réalisation préférés de l'invention, faite en référence aux figures suivantes: la figure 1 montre un exemple de colonne ou de jambe flottante supportant le plan supérieur d'une structure ou plateforme de forage en mer. la figure 2 est une vue utilisée pour exprimer la force de vague appliquée à l'exemple de la figure 1. les figures 3 a, 3 b, 3 c et 3 d montrent différentes variantes de colonne ou de jambe flottante d'une structure ou plateforme flottante. la figure 4 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation de la présente invention. la figure 5 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation de la présente invention. la figure 6 montre un autre type de moyens d'ancrage du type jambe de tension. la figure 7 montre une vue en perspective d'un troi- sième mode de réalisation de l'invention. La caractéristique la plus importante de la présente invention réside dans la structure des colonnes ou jambes flot- tantes qui sont immergées et adaptées pour supporter les plans supérieurs, tels que la coque du dessus. On décrit ci-après, en référence à la figure 1, une colonne ou jambe flottante conforme à la présente invention. La colonne ou jambe flottante représentée en figure 1, et désignée par la référence ( 1), comprend un tronc de cone renversé ( 3), un rétrécissement ( 2) en forme de poteau ( 5) et un tronc de cône ( 4) inférieur, tous ces éléments étant solide- ment fixés les uns aux autres comme le montre la figure C'est le rétrécissement ( 2) qui peut considérablement réduire la force de vague exercée sur la colonne ou la jambe flottante ( 1). La figure 2 montre un diagramme dessiné d'après les résultats expérimentaux obtenus par calcul selon une méthode de source à trois dimensions (voir: Journal of the Society of Naval Architects of Japan, Vol 148, 1980) Les forces s'exer- çant sur la colonne ou jambe flottante ( 1) y sont tracées Les dimensions (en mètres) de l'exemple employé pour les expériences et les axes (X) et (Y) sont les suivants F O V 4 10 08 | 0 6 | o D, Dl et D 2 sont les diamètres montrés en figure 1, o T est le tirant, et o les axes X et Y sont définis ainsi 2 D X D g 2 et F âgl (D) t 21 A : fréquence de la vague incidente A:amplitude de la vague incidente g:constante de gravitation F:force de vague t: densité du fluide rapport d'une circonférence d'un cercle à son diamètre. Deux vagues incidentes, de hauteur de vague 2 R = 0,04 m A' et 0,08 m ont été utilisées pour les expériences et les résultats expérimentaux ont été notés, les résultats sont repérés par o pour la première et par a pour la deuxième Les calculs résul- tants sont indiqués par la ligne courbe. On déduit de la figure 2 que la colonne ou jambe flottante représentée à la figure I est libérée de la force de vague pour deux fréquences Pour le raisonnement il faut consi- dérer que la force de vague est divisée en deux composantes, et peut être considérée comme la résultante de la force agissant vers le haut et de la force agissant vers le bas Une fréquence pour laquelle les deux forces sont équilibrées est une fréquence pour laquelle la force de vague est nulle. En ce qui concerne la force agissant vers le bas, elle dépend principalement de la pression des vagues agissant sur la surface inclinée du tronc de cône ( 4) (la partie supérieure du bulbe inférieur) et l'existence du rétrécissement ( 2) n'a ici que peu d'influence sur toute la gamme de fréquences. D'autre part la force agissant vers le haut dépend principalement de la pression des vagues agissant sur la surface inclinée du tronc de cône renversé ( 3) (la partie inférieure du bulbe supérieur) et sur le fond du tronc de cône ( 4) Dans la gamme des basses fréquences (grandes longueurs d'onde), l'in- fluence du rétrécissement ( 2) sur la force de vague est faible, mais pour les hautes fréquences (courtes longueurs d'onde), la force agissant sur la surface inclinée du tronc de cône ( 3) est relativement grande, montrant que le rétrécissement ( 2) a pour effet d'augmenter considérablement la force agissant vers le haut La raison en est que, pour une longueur d'onde courte, la pression de vague est grande près de la surface libre, et diminue avec la profondeur. A partir de ce qui précède, considérons maintenant les courbes en fréquences des forces agissant vers le haut et vers le bas. Tout d'abord, pour indiquer les grandes lignes, on peut juste dire que, en raison de l'existence du bulbe inférieur, indépendamment de l'existence du rétrécissement ( 2), les deux courbes se croisent une fois pour une certaine fréquence, et que si en plus il y a la présence du rétrécissement ( 2), les courbes se croisent une nouvelle fois à une fréquence plus élevée en raison de l'effet mentionné ci-dessus du rétrécissement ( 2). On notera que les colonnes ou jambes flottantes que montrent les figures 3 a, 3 b, 3 c et 3 d présentent aussi le même effet de suppression de force de vague que la colonne ou jambe flottante ( 1) que montre la figure 1. Maintenant on va décrire les structures de forage en mer munies de colonnes ou jambes flottantes dont les références et la construction sont basées sur le principe de la présente invention décrit plus haut. Tout d'abord, en se référant à la figure 4, une plate- forme de forage en mer comprend une partie supérieure ou coque supérieure ( 6) sur laquelle sont disposés les appareils de sondage, les grues, et équipements analogues (non représentés) et supportés par des rangées de colonnes ou de jambes flottantes ( 1) et ( 1 ') qui à leur tour sont supportées par des coques inférieures ( 7) parallèles dont la forme est celle d'une coque de bateau. Chacune des coques inférieures ( 7) assure la fonction d'un réservoir ballast, et par le réglage de la flottaison des coques inférieures ( 7), le tirant de la structure de forage en mer peut être arbitrairement contrôlé selon que l'on se trouve dans des conditions de fonctionnement ou dans des conditions de non fonctionnement en raison de tempête ou autres, ou d'un remorquage ou d'un déplacement Les colonnes opposées ou jambes flottantes ( 1) et ( 1 ') sont reliées par des traverses ou des éléments de renforcement ( 8) Même dans les conditions de survie, les rétrécissements ( 2) sont complètement immergés. Lorsque la structure de forage en merdu type décrit ci-dessus est remorquée vers une installation ou un site de travail, les coques inférieures ( 7) sont déballastées de façon à être seules immergées Et la structure de forage en mer est déplacée par exemple par un système de propulsion (non repré- senté) installé dans les coques inférieures ( 7). Sur l'installation ou le site de travail, les coques inférieures sont immergées de telle sorte que la coque supéri- eure ( 6) soit positionnée à une hauteur prédéterminée au dessus du niveau de la mer, puis la structure de forage en mer est ancrée par des moyens d'ancrage (non représentés). Dans le cas de mauvaises conditions ou de tempêtes, les coques inférieures ( 7) sont déballastées de telle sorte que la coque supérieure ( 6) soit plus haute que la crête de la vague maximale qui s'exerce, ce qui permet d'éviter des dégâts, ou vibrations, ou oscillations sur la coque supérieure ( 6). Ainsi qu'on l'a déjà plusieurs fois décrit, les colon- nes ou jambes flottantes ( 1) et ( 1 ') sont munies de rétrécisse- ment ( 2) qui ont l'avantage de supprimer les forces de vague lorsqu'ils sont immergés. C'est-à-dire que, la surface en tronc de cône inversé située immédiatement au dessus du rétrécissement ( 2) remplit la fonction décrite ci-dessus, à propos du tronc de cône inversé ( 3) montré en figure 1, pendant -que la surface tronconique immé- diatement en-dessous du rétrécissement ( 2) et la coque inférieure ( 7) remplissent la fonction décrite ci-dessus à propos du tronc de cône ( 4) montré en figure 1. La présente invention est avantageuse en ce qu'une structure de forage en mer déjà existante et du type à coques inférieures, peut être modifiée aisément en une structure repré- sentée à La figure 3 b par addition d'un cylindre sur une partie de la colonne proche de la surface de l'eau. Le mode de réalisation représenté à la figure 4 peut être modifié comme décrit ci-après C'est-à-dire que la partie cylindrique supérieure et le tronc de cône inversé supérieur ( 3) sont transformés en un cylindre de large diamètre constant, et le rétrécissement ( 2) est étendu et relié directement à la coque inférieure ( 7) par suppression du tronc de cône inférieur ( 4). Dans cette modification, la coque inférieure ( 7) remplit la fonction du tronc de cône inférieur ( 4) montré en figure 1. A la figure 5 on montre un deuxième mode de réalisa- tion selon la présente invention Dans ce second mode de réali- sation, on notera la présence d'un pied ( 9) en forme de disque remplissant la fonction de réservoir de ballast, de sorte que les coques inférieures ( 7) de la figure 4 sont supprimées. Comme dans le cas du premier mode de réalisation, le remplissage des pieds ( 9) avec de l'eau de mer est réglé pour contrôler le tirant de la structure de forage en mer selon qu'on se trouve en conditions de fonctionnement ou en conditions de non fonctionne- ment dans le cas d'un mauvais temps ou d'une tempête ou d'un remorquage En outre, comme dans le cas du premier dispositif, les colonnes ou-jambes flottantes ( 1) sont reliées entre elles par des traverses ou éléments de renforcements ( 8) et les rétré- cissements ( 2) sont complètement immergés dans le cas d'un mau- vais temps ou d'une tempête comme dans le cas de conditions de fonctionnement. Lorsque la structure de forage en mer du type décrit ci-dessus est remorquée vers un site, les pieds ( 9) sont débal- lastés de sorte que eux seuls soient immergés Sur le site, les pieds ( 9) sont remplis de façon telle que la coque supérieure soit positionnée à une hauteur prédéterminée au-dessus du niveau de la mer,puis solidement ancrés au moyen de moyens d'ancrage ( 10) sous forme d'ancres et de cables Dans le cas de mauvais temps ou de tempête, les pieds ( 9) sont déballastés de façon appropriée de façon à positionner la coque supérieure plus haut que la crête de la vague maximale qui s'exerce, ce qui permet d'éviter des dégâts et vibrations causés par les vagues sur la coque extérieure ( 6). Le deuxième dispositif comporte également le rétré- cissement ( 2) de façon à réduire considérablement les forces de vague. A la figure 6 on montre une variante des moyens d'an- crage ( 10) en forme de jambes de tension pour l'ancrage de la structure de forage en mer De tels moyens d'ancrage sont vrai- ment efficaces pour maintenir des charges extrêmement variables dues au comportement des vagues, et qui ne pourraient être main- tenues efficacement par d'autres moyens d'ancrage, et peuvent efficacement empêcher le soulèvement de la structure de forage en mer parce qu'ils tirent sur la structure de forage en mer jusqu'à ce qu'ils ne soient jamais lâches,même lorsque les vagues sont au maximum. A la figure 7 on montre un troisième mode de réalisation de la présente invention, c'est-à-dire une station de chargement en mer ou une installation flottante La coque supérieure ( 6) sur laquelle est installée par exemple une installation de liquéfac- tion de gaz ou similaire est supportée par une colonne principa- le ( 11) et quatre colonnes de coin ( 12) qui à leur tour sont supportées par un socle ( 13) remplissant la fonction de réservoir de ballast La structure de forage en mer est solidement ancrée par des moyens d'ancrage appropriés non représentés. La colonne principale ( 11) présente un rétrécissement ( 2) et elle est creuse de façon à être apte à contenir du gaz liquéfié Le remplissage du socle ( 13) est réglé de façon à main- tenir le tirant de la structure de forage en mer à un niveau prédéterminé, indépendemment de la quantité de gaz liquéfié con- tenu dans la colonne principale ( 11). Dans le cas o le temps est mauvais ou dans le cas d'une tempête, le socle ( 13) est déballasté de façon à position- ner la coque supérieure ( 6) plus haut que la crête de la vague maximale pouvant s'exercer. Ainsi, on peut éviter les dégâts et les vibrations causés par les vagues sur la coque supérieure ( 6) Puisque la colonne principale ( 11) est munie également d'un rétrécissement ( 2), les forces de vague qui s'exercent sur la structure de fora- ge en mer peuvent être considérablement réduites Le troisième mode de réalisation peut être utilisé comme structure ou comme plateforme sur laquelle on monte une installation ou similaire. Dans le troisième mode de réalisation, on peut stocker du pétrole, du gaz de pétrole, ou similaire,à la place de gaz liquéfié dans la colonne principale creuse ( 11). En résumé, selon une structure de forage en mer con- forme à la présente invention, chacune des colonnes ou jambes flottantes est munie d'un rétrécissement qui est véritablement efficace pour supprimer des forces de vague lorsqu'il est immer- gé Il en résulte que le nombre des jours de travail peut être considérablement augmenté, que les moyens d'ancrage peuvent avoir une capacité réduite, et que la sécurité peut être considéra- blement augmentée. Ce but est atteint grâce à une structure de forage en mer, caractérisée en ce que au moins une colonne supportant une partie supérieure est munie d'un rétrécissement ( 2) qui est immergé au moins dans les conditions de survie par mauvais temps. REVENDICATIONS. 1 Structure de forage en mer, caractérisée en ce que au moins une colonne supportant une partie supérieure est munie d'un rétrécissement ( 2) qui est immergé au moins dans les con- ditionsde survie par mauvais temps. 2 Structure de forage en mer selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dite colonne est érigée sur une coque inférieure ( 7) assurant la fonction d'un réservoir de ballast. 3 Structure de forage en mer selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dite colonne est érigée sur un pied ( 9) assurant la fonction d'un réservoir de ballast. 4 Structure de forage en mer selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dite colonne est érigée sur un socle ( 13) assurant la fonction d'un réservoir de ballast, et la dite colonne comportant à l'intérieur un volume de stockage.