Brevet FR2544688A1 — publié le 19841026

La présente invention concerne un système modulaire de production, de stockage et de chargement d'hydrocarbures au large des côtes. La production pétrolière en mer est normalement faite à partir de plate- formes de production reliées à la terre par des oléoducs. Si la production du champ, en quantité ou en durée, est insuffisante pour amortir le coût d'un oléoduc reliant la plateforme à la côte, il faut prévoir une plateforme de production et un stockage en mer. De tels systèmes, visant la production de champs dits marginaux, ont été développés. L'un de ces systèmes consiste à utiliser une plateforme de forage semi- submersible convertie pour la production. Le pont de la plateforme de forage est débarrassé des équipements de forage, ceux-ci étant remplacés par des équipements de production. Le pétrole brut étant séparé en ses trois composants (huile, eau, gaz), l'huile est stockée dans un -navire pétrolier ancré de manière permanente sur le champ, à l'aide d'une bouée permettant au navire pétrolier-de se déplacer constamment dans l'axe du vent. On prévoit généralement une deuxième bouée qui fait office de terminal en mer et qui permet à un deuxième navire pétrolier de faire la navette entre le champ et la côte. 2544 t 88 Un deuxième système de production consiste à utiliser un navire pétrolier spécialement converti pour la production. Dans ce cas, le même support flottant sert à la production (les équipe- ments étant placés sur le pont) et au stockage. Comme dans le cas cidessus, le tanker est ancré en permanence sur une bouée et une deuxième bouée sert de terminal en mer pour décharger le pétrole dans un deuxième navire pétrolier qui fait la navette entre le champ et la côte. Ces systèmes présentent deux inconvénients a) nécessité de transformer des supports flottants non prévus pour la production en mer et donc pas toujours bien adaptés aux besoins sur le plan technique et sur le plan du coût; b) limitation de la profondeur d'eau dans laquelle ces systèmes peuvent être utilisés Ces deux systèmes sont en effet tribu- taires de la possibilité d'ancrage des bouées conventionnelles, ce qui limite pratiquement ces systèmes aux tranches d'eau infé- rieures à 150 mètres (voir, par exemple, l'article "An Analysis of Tanker Based Floating Production Systems for Small Offshore Fields", de MM W R Mc Leod et L H Sumudlers, Journal of Petro- leum Technology, August 1982, p 1871-1879). Un objet essentiel de la présente invention est de fournir un système de production flottant comportant un stockage intégré, ce système constituant en outre le terminal en mer et étant susceptible d'être ancré par des prufondeurs supérieures à celles des bouées conventionnelles. Un autre objet important de l'invention est de réaliser une structure modulaire permettant de s'adapter facilement aux besoins. Ces objectifs sont atteints, selon l'invention avec un système modu- laire de production, de stockage et de chargement d'hydrocarbures au large des c 8 tes comportant un ensemble de cylindres reliés entre eux de manière rigide, qui comprennent en combinaison a) au moins un cylindre métallique de flottaison, adapté à occuper en service une position verticale, le bas dudit cylindre de flot- taison étant situé au-dessous du niveau de l'eau et le haut dudit cylindre émergeant au-dessus du niveau de l'eau et supportant un pont ou plateforme comportant des équipements de production et de vie, ledit cylindre-de flottaison étant entouré de plusieurs cylindres métalliques périphériques descendant au- dessous du fond de ce cylindre de flottaison et comprenant b) des cylindres métalliques de stockage de l'huile, ce stockage étant effectué sur une colonne d'eau reliée à l'eau environnant le système, l e niveau de l'eau dans les cylindres descendant ou montant suivant que l'on stocke de l'huile ou qu'on en soutire, lesdits cylindres de stockage étant entièrement au-dessous du niveau de l'eau environnante, et c) des cylindres métalliques ou parties de cylindres métalliques de ballast remplis d'huile, d'eau, d'air ou de gaz inerte et asso- ciés à des moyens de régulation adaptés à compenser la variation de flottabilité du système en fonction des variations du niveau eau-huile dans les cylindres de stockage. Les cylindres périphériques pourront être joints ou non les uns aux autres. Des modes particuliers de réalisation de l'invention sont décrits ci- après à titre d'exemple seulement, en se référant aux dessins annexés, o la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un système modu- laire selon l'invention en position verticale dans l'eau, la figure l A est une vue de dessus de l'installation, les figures 1 B et 1 C correspondent à des coupes par les plans horizontaux B-B et C-C respectivement, indiqués sur la figure 1, les figures 2, 3, 4, 5 montrent des modalités différentes de transport et d'installations sur site, la figure 6 illustre un mode d'assemblage des cylindres par sou- dure, la figure 7 illustre un mode avantageux de réalisation d'un cylindre périphérique dans lequel une chambre de ballastage sur- monte une chambre de stockage et, les figures 7 A et 7 B illustrent une vue de détail de ce mode de réalisation. Dans les exemples de réalisation de l'invention illustrés par les figures, la référence 1 désigne dans son ensemble un système modulaire de production, de stockage et de chargement d'hydrocarbures provenant d'un ensemble de puits subaquatiques (non représentés), ce système comportant un ensemble de cylindres reliés entre eux de manière rigide. Ces cylindres comprennent en combinaison a) au moins un cylindre métallique de flottaison A 1, adapté à occuper en service une position verticale (Fig 1), le bas de ce cylindre étant alors situé au-dessous du niveau 2 de l'eau. La partie supérieure du cylindre A 1 émerge en service au-dessus du niveau de l'eau et supporte un pont ou plateforme 3 comportant des équipements de production et de vie. Cette partie émergente du cylindre A 1 constitue un terminal auquel viendront s'amarrer des navires pétroliers faisant la navette entre ce terminal et la c 8 te. Le cylindre de flottaison A 1 est entouré d'au moins une couronne de cylindres métalliques périphériques A 2, A 3 qui descendent au-dessous du cylindre A 1 Cette disposition dégage sous le cylindre de flottaison A un espace libre E (Fig 1 C), limité par la couronne de cylindres périphériques A 2, A 3 Eventuelle- ment, cet espace libre E, pourra être utilisé pour y placer des organes permettant d'augmenter la rigidité du système, ou pour y loger un lest quelconque. Ces cylindres périphériques comprennent b) Des cylindres métalliques de stockage de l'huile, ce stockage S étant effectué sur une colonne d'eau 52 reliée en 4 à l'eau environnant le système L'-huile flotte sur l'eau, la colonne hydrostatique huile + eau étant en équilibre avec l'eau envi- ronnante Dans ces conditions, le niveau de l'eau dans les cylindres tels que A 2 descend ou monte suivant que l'on stocke de l'huile ou qu'on en soutire. Les cylindres de stockage tels que A 2 sont en service, entiè- rement situés au-dessous du niveau 2 de l'eau environnante. Pour éviter une pollution de l'eau de mer par le pétrole, on prévoira une garde suffisante au bas des cylindres de stockage et un système de sécurité évitant que le niveau d'huile ne descende au-dessous d'un niveaulimite fixé L'eau mouillée d'huile pourra subir un traitement physicochimique approprié avant d'être rejetée à la mer ou demeurera dans un siphon ou un cylindre tampon. c) Des cylindres métalliques ou parties de cylindres métalliques de ballast B remplis d'huile, d'eau, d'air ou de gaz inerte. Selon un mode avantageux de réalisation, illustré par les figures 7, 7 A et 7 B, certains au moins des cylindres périphériques A 2, A 3 comportent une cloison interne 5 ou 5 a raccordée par soudure à la virole 6 du cylindre, soit directement, soit par I' intermédiaire d'une pièce 13 Cette cloison interne 5 ou 5 a délimite à la partie supérieure du cylindre une chambre de ballastage B surmontant une chambre de stockage 51. Selon un mode particulier de réalisation, la couronne de cylindres de stockage A 2 Y A est fixée de manière rigide par soudure au cylindre de flottaison A 1 sur une hauteur h inférieure à la hauteur H de ce cylindre A 1 (puisque les cylindres Ap, A 3 descendent au- dessous du cylindre A),mais représentant au moins 25 % de la hauteur H. Afin de faciliter la construction d'un tel système modulaire, il sera avantageux d'incorporer à la virole 6 de chaque cylindre (Ai A A) un élément de liaison 7 lors de la fabrication de cette virole, l'assem- blage de deux cylindres voisins étant alors réalisé par soudure, entre les éléments de liaison 7 dont sont équipés ces cylindres (Fig 6). Une autre variante de solidarisation entre eux des cylindres consiste à le faire en remplaçant les deux tronçons de l'élément 7 par un tronçon unique ayant la forme d'un I. Le système selon l'invention sera ancré sur le site choisi par tout moyen approprié, tel qu'un ancrage funiculaire par chaînes ou câbles relié à des ancres ou corps morts, un ancrage par haubans, ou un ancrage axial. Une torchère destinée à brûler les gaz pourra être supportée par un bras en porte-à-faux d'un côté de la plateforme 3, ou flotter sur l'eau à une certaine distance du système en étant reliée à celui-ci par une conduite flexible, un tanker navette devant être amarré et pouvoir tourner librement autour du système de production, la torchère, le pont portehélicoptère et le point d'amarrage du tanker seront fixés sur une table tournante (T) (Figs l A et 3), la distance entre ces trois équipements demeurant constante La mise en place de ce système sur le site choisi pourra avantageusement être réalisé en remorquant séparément l'ensemble de cylindres (Fig 2) et le pont mis en flot- taison, par exemple grâce à des barges Il et 12 (Fig 3) Par ballas- tage de certains cylindres, l'ensemble des cylindres est basculé en position verticale et le raccordement sur le site est alors effectué entre le pont demeurant horizontal et l'ensemble de cylindres en position verticale A cet effet, le pont et l'ensemble des cylindres seront réunis par des organes permettant de les solidariser et de le désolidariser facilement sur le site. Un autre exemple avantageux de réalisation est illustré par la figure 4. Le pont ou plateforme 3 est relié au cylindre de flottaison par au moins une articulation 8 permettant le transport de l'ensemble de production, pont 3 inclus, en position horizontale, après désolida- risation des organes de liaison 9 et 10, ce transport jusqu'au site choisi s'effectuant par remorquage à la surface de l'eau. Pendant toute cette phase de transport, la position horizontale de la plateforme 3 est maintenue par lestage de cette plateforme ou/et utilisation de haubans, bracons ou vérins reliant cette plateforme aux cylindres Ai, A 2, A 3 Lorsque le système a atteint le site choisi, l'ensemble des cylindres A, A 2 " A 3 est basculé jusqu'à une position verticale, tandis que le pont 3 demeure en position horizontale Les organes de liaison 9 et sont alors solidarisés (Fig 5). Le système selon l'invention comporte des moyens de régulation adaptés à compenser la variation de flottabilité du système en fonction des variations du niveau eau-huile dans les cylindres de stockage (Fig 1). La différence de densité entre l'eau et l'huile se traduit, en effet, par une variation de poids apparent dans l'eau du système, lors du remplissage ou de la vidange des réservoirs de stockage. Afin d'éviter des variations correspondantes du tirant d'eau de la struc- ture pouvant gêner le chargement des navires pétroliers et affecter la stabilité statique du système, celui-ci peut être équipé de détecteurs des variations de niveau de l'interface huile-eau dans les réservoirs de stockage, ces détecteurs commandant l'admission ou l'évacuation d'huile ou d'eau ou de gaz inerte ou d'air dans les chambres de ballastage B. R E V E N D I C A T I O N S 1 Système modulaire de production de stockage et de chargement d'hydrocarbures au large des côtes, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de cylindres reliés entre eux de manière rigide qui com- prennent en combinaison la) au moins un cylindre métallique de flottaison ( A 1) adapté à occuper en service une position verticale, le bas dudit cylindre de flottaison étant situé au dessous du niveau ( 2) de l'eau et le haut dudit cylindre émergeant au-dessus du niveau de l'eau et supportant un pont ou plateforme ( 3) comportant des équipements de production et de vie, ledit cylindre de flottaison (A 1) étant entouré d'un ensemble de cylindres métalliques périphériques (A 2, A 3) coaxiaux à A 1 descendant au-dessous du fond de ce cylindre de flottaison et comprenant b) des cylindres métalliques de stockage de l'huile, ce stockage (Si) étant effectué sur une colonne d'eau ( 52) reliée à l'eau environnant le système, le niveau de l'eau dans les cylindres descendant ou montant suivant que l'on stocke de l'huile ou qu'on en soutire, lesdits cylindres de stockage étant entièrement au-dessous du niveau de l'eau environnante et c) des cylindres métalliques, ou parties de cylindres métalliques de ballast (B), remplis d'huile ou d'eau ou d'air ou de gaz inerte, et associés à des moyens de régulation adaptés à compenser la variation de flottabilité du système en fonction des variations du niveau eau-huile dans les cylindres de stockage. 2 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de cylindres de stockage (A 2, A 3) descendant au- dessous du fond du ou des cylindres de flottaison (A 1) et fixés de manière rigide sur ce ou ces cylindres de flottaison (A), sur au moins 25 % de la hauteur (H) de ce ou de ces cylindres de flottaison. 3 Système suivant la revendication 1,caractérisé par le fait que le pont ( 3) d'une part, l'ensemble des cylindres d'autre part, sont séparables et solidarisables sur le site permettant le transport ou le remorquage séparément du pont et des cylindres, puis la solidarisation du pont demeurant en position horizontale à l'ensemble de cylindre basculé en position verticale. 4 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pont ( 3) est relié audit cylindre de flottaison (A 1) par une liaison ( 8) comportant une articulation permettant le transport de l'ensemble de production, pont inclus, en position horizontale, l'ensemble des cylindres étant basculé jusqu'à une position verticale sur le site, tandis que le pont demeure en position horizontale. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que certains au moins desdits cylindres périphériques comportent une cloison interne ( 5 ou 5 a) délimitant à la partie supérieure de ces cylindres une chambre de ballast (B) surmontant une chambre de stockage (S 1). 6 Procédé de réalisation d'un système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément de liaison ( 7) entre cylindres voisins est incorporé par soudure (k) à la virole ( 6) de chaque cylindre au moment de la réalisation de cette virole.