Brevet FR2552461A1 — publié le 19850329

L'exploitation des gisements d'hydrocarbure situés sous la mer se fait de façon habituelle à partir d'installations situées hors de l'eau et supportées par des plate-formes fixes. Dans les zones o la profondeur d'eau est inférieure à 300 m, le support des charges d'exploitation est réalisé par des plate-formes relativement rigides, c'est-à-dire ayant des périodes propres de vibration inférieures aux périodes de la houle, soit de l'ordre de 5 secondes au maximum. La réalisation de telles plate-formes dans des profon10 deurs d'eau supérieures à 300 m conduit à des structures ayant des poids prohibitifs. Pour les grandes profondeurs des structures flexibles vis-à-vis des déformations horizontales, c'est-à-dire ayant des périodes propres en flexion supérieures à la période de la houle, 15 ont été envisagées et ont également été installées. Les déformations dynamiques d'une structure sont constituées de la combinaison des différents modes de déformation propres de la structure appelés modes propres A chaque mode propre est associée une période appelée période propre de la structure. 20 Il existe des modes propres de flexion pour les mouvements horizontaux, de torsion pour les rotations autour d'un axe vertical et d'autres modes qui concernent les mouvements verticaux Le premier et le second mode propre de flexion correspondent aux périodes propres de flexion les plus élevées Pour une force excitatri25 ce de période égale à une période propre de la structure, l'allure de la déformation sera très proche de celle du mode correspondant et pour une force excitatrice dont la période est par exemple comprise entre les deux première périodes propres de flexion, le mouvement sera principalement une composition des oscillations 30 des deux premiers modes de flexion. 2 2552461 Le comportement dynamique d'une structure excitée par une force périodique de période inférieure à la période propre de la structure est tel que le déplacement de la structure est en opposition de phase avec les forces excitatrices Ainsi les forces d'inertie, qui sont égales au produit de la masse par l'accélération de la structure changé de signe, sont en opposition de phase avec les forces excitatrices Les efforts internes induits dans la structure, qui sont les résultantes des forces excitatrices et des forces d'inertie, sont donc inférieurs aux forces excitatrices si la période propre de la structure est supérieure aux périodes d'excitation et suffisamment éloignées de celles-ci: période propre de l'ordre de 2 fois les périodes d'ex" citation. Parmi les structures flexibles qui ont été envisagées 15 voire installées, figurent: les plate-formes oscillantes, les plate-formes haubannées. Ces plate-formes sont rendues suffisamment flexibles en incorporant dans la structure un élément très flexible voire 20 une articulation (Brevet FR 82 12775 du 22 Juillet 1982), Dans tous les cas l'élément flexible est localisé Il s'ensuit que cet élément ne peut transmettre que des efforts extrêmement limités en particulier en ce qui concerne la flexion et la torsion. Les forces de rappel vis-à-vis de la flexion induite 25 par les efforts horizontaux générés par la houle, le courant et le vent sont assurées soit par une réserve de flottabilité soit par des haubans; les forces de rappel dues à la structure propre ment dite restent faibles. Les efforts de torsion qui ne peuvent pas être repris 30 par la structure compte tenu de la "section flexible" doivent être repris soit par des haubans soit par d'autres éléments spé cialement conçus à cet effet. La localisation de la zone flexible, implique des dîormations importantes au niveau de cette zone, Ces déforma35 tions ne sont généralement pas compatibles avec ce qui est admissible pour les conducteurs de puits et sont donc à l'origine de difficultés pour la fixation ue ces tubes conducteurs de puits, 3 2552461 La plate-forme marine flexible suivant l'invention, comportant une fondation sur le fond marin, de préférence composée d'un ensemble de piles fichées dans le sol, une embaserigide fixée à ladite fondation, une colonne en treillis métallique fle5 xible s'étendant sur plus de la moitié de la hauteur totale de la plate-forme, un stabilisateur formé de flotteurs immergés fixé au sommet de la colonne flexible, une colonne en treillis métallique rigide reliant ce stabilisateur au pont de la plateforme, est caractérisée en ce que la répartition des masses et la flexi10 bilité de la colonne sont telles que la période propre fondamentale en flexion est supérieure à la période des plus grandes vagues et dans tous les cas supérieure à 25 secondes. Ainsi donc, la colonne flexible par elle-même est capable de résister aux efforts internes de flexion générés par les 15 forces horizontales d'environnement, car ces efforts internes sont beaucoup plus faibles que les efforts appliqués Ceci provient du fait que la période propre du premier mode de flexion de la structure est beaucoup plus élevée que la période des vagues. La structure suivant l'invention est flexible sur la majeure partie de sa longueur Ceci permet d'une part d'élever la première période propre de flexion et d'autre part, la flexibilité étant répartie, d'obtenir des déformations compatibles avec ce qui est admissible pour les conducteurs de puits et facili25 te le support des tubes conducteurs de puits. En outre, la structure proposée possède un élément stabilisateur situé approximativement au trois quart de la hauteur de la plate-forme en partant du bas La fonction essentielle de cet élément est de constituer un apport de masse: masse pro30 pre et masse d'eau ajoutée Cet apport de masse à une position déterminée, permet d'une part d'élever la période propre du premier mode en flexion et d'autre part de diminuer la période propre du second mode en flexion. Cet élément stabilisateur peut être utilisé comme réserve de flottabilité compensant le poids des superstructures pour éviter le flambement de la partie inférieure de la structure et contrebalancer le moment de flexion induit par le déplacement du pont. 4 2552461 La plate-forme suivant l'invention peut être décomposée de la façon suivante; fondation, embase, colonne inférieure, élément stabilisateur, colonne supérieure, pont, La fondation sera assurée de préférence par des piles fichées dans le fond marin, L'embase qui sert de liaison entre la fondation et le reste de la structure et facilite l'installation des piles, pourra être une structure relativement rigide Cette embase pourra être ballastée de façon à ce que les piles restent en compres10 sion. La colonne inférieure est la portion comprise entre l'embase et l'élément stabilisateur Elle constitue la majeure partie de la structure et pourra être réalisée à partir d'un treillis métallique Ce treillis apporte à la fois la flexibili15 té de la colonne et la capacité de résistance de la structure Les dimensions de ce treillis sont de nature à permettre le support des conducteurs de puits Ces conducteurs de puits seront placés soit à l'intérieur de la structure, soit sur la périphérie, mais de façon aussi symétrique que possible afin de réduire autant que 20 possible les efforts de torsion générés par la houle et le courant Un f Qt métallique ou en béton pourra éventuellement être substitué au treillis métallique pour la réalisation de la colonne inférieure. L'élément stabilisateur est placé approximativement 25 à une hauteur par rapport au fond égale au trois quart de la hauteur de la plate-forme Si cet élément sert de réserve de flottabilité, il sera constitué de un ou plusieurs flotteurs Ces flotteurs seront compartimentés et éventuellement remplis d'un produit pour minimiser les conséquences d'une fuite. La colonne supérieure est la portion de structure située au-dessus du flotteur Elle supporte le pont et est en compression. La structure suivant l'invention présente les avantages suivants par rapport aux autres plate-formes flexibles; la 35 réserve de flottabilité est réduite par rapport aux plate-formes dans lesquelles la quasi totalité des forces de rappel résulte de l'action du ou des flotteurs En comparaison avec ce dernier 2552461 type de plate-forme, la sécurité de la Structure est accrue en cas d'accident sur ces flotteurs La plate -forme proposée ne requiert pas de haubans, Cette plate-forme résoud de façon plus satisfaisante les problèmes de la torsion, Un exemple de réalisation de la plate-forme suivant l'invention sera maintenant décrit en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en élévation d'une plate-forme dite "roseau" d'une hauteur de l'ordre de 400 m. Les figures 2 et 3 montrent les modes de déformation de la colonne pour les périodes propres de vibration respectivement de 35 S et 4 s. L'embase 2 de la colonne est un treillis métallique -ri gide fixé sur des fondations 1 réalisées par des 'skirt piles" battues, calculées pour résister aux efforts de traction induits par les moments dus à la houle Un lest de base peut être prévu pour donner un poids apparent positif à la structure. La colonne 3 est un treillis métallique de section carrée à quatre membrures. Cette colonne est raccordée à sa partie supérieure à un stabilisateur 4 formé de plusieurs flotteurs 7, La traction permanente qui résulte de l'action de ce stabilisateur permet de concevoir une structure de la colonne flexible d'un poids très faible. La position en hauteur de ce stabilisateur résulte d'un compromis entre son poids qui croat avec la pression hydrosta tique et les efforts de houle qui diminuent quand la profondeur augmente. La forme des flotteurs de ce stabilisateur est déter30 minée par la condition de minimiser les efforts de houle hori zontaux et les fluctuations des efforts verticaux. Les charges gravitaires d'exploitation sur le pont 6 sont transmises au stabilisateur 4 par une courte colonne 5. La figure 2 illustre un mode de comportement de la 35 plate-forme pour une période de vibration de 35 secondes et la figure 3 un mode pour une période de vibration de 4 secondes. 6 2552461 Les calculs ont été effectués pour une plate-forme de 20 000 T de 445 mètres de hauteur totale, dont 20 m pour le pont, 59 m de treillis carré (poids 1000 T), 51 m de stabilisateur comprenant quatre flotteurs de diamètre 15 m pour 10 000 T de poids, une colonne flexible en treillis carré de 15 m (poids 6000 T) et une embase de 40 m. L'amplitude maximum des mouvements de la plate-forme a été de + 5 m avec une accélération maximum du pont de 0,08 g. 7 2552461 REVENDICATIONS 1. Plate-forme marine flexible comportant une fondation sur le fond marin, de préférence composée d'un ensemble de piles fichées dans le sol, une embase rigide fixée à ladite fondation, une colonne en treillis métallique flexible s'étendant sur plus de la moitié de la hauteur totale de la plate-forme, un stabilisateur formé de flotteurs immergés fixé au sommet de la colonne flexible, une colonne en treillis métallique rigide reliant ce stabilisateur au pont de la plate-forme, caractérisée en ce que la répartition des masses et la flexibilité de la colonne 10 sont telles que la période propre fondamentale en flexion est supérieure à la période des plus grandes vagues et dans tous les cas supérieure 25 secondes. 2. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure de la colonne est conditionnée pour résister seule à la flexion interne générée par les efforts hydrodynamiques induits par la houle et le courant, la réserve de flottabilité du stabilisateur servant essentiellement à compenser le poids du pont et de ses équipements et à contrebalancer les effets secondaires de flexion. 3. Plate-forme selon la revendication 1, caractéri20 sée en ce que l'élément stabilisateur est tel que la masse constituée par la masse propre de cet élément et la masse de l'eau entraînée est suffisamment grande pour que la période propre du deuxième mode en flexion soit proche de 4 ou 5 secondes et dans tous les cas inférieure à 10 secondes.