Brevet FR2572049A1 — publié le 19860425

La présente invention concerne des installations semi-submersibles telles que des ensembles de forage du type qui reste à flot et à l'ancre pendant des opérations de forage. Des situations récentes, catastrophiques ou qui ont frôlé la catastrophe, ont remis en question la sécu- rité de certaines conceptions acceptées jusqu'à présent pour la réalisation des plates-formes de forage de type semi- submersible. Cependant, comme les plates-formes de forage ont une forme très fonctionnelle, avec des paires de minces colonnes qui ne présentent qu'une faible section dans le plan de flottaison, les architectes navals ont ren- contré beaucoup de difficultés pour se rendre compte com- ment ils pouvaient améliorer les possibilités de survie des ensembles de forage sans réduction de leur fonction de forage. Deux facteurs essentiels de rentabilité sont à prendre en considération pour la conception des ensembles semi-submersibles de forage, la charge variable au pont (CVP qui est la masse qui peut être supportée, par exemple à 1,5 m environ au-dessus des râteliers à tubes) et la fenêtre météorologique (FM, qui est le nombre moyen de jours par an pendant lesquels l'ensemble peut assurer un forage, étant donné que les mouvements induits par les vagues sont suffisamment faibles). Il existe une contradiction entre l'obtention de valeurs élevées pour la charge CVP et la fenêtre FM puisque la charge CVP est limitée par les critères de stabilité, et une grande section dans le plan de flottaison, bien qu'elle conduise à une stabilité satisfaisante, est nuisible de façon marquée aux carac- téristiques de déplacement. En conséquence, les ensembles de forage sont réalisés afin qu'ils effectuent un forage avec un tirant d'eau de forage dans des conditions météorologiques mo- dérées, et qu'ils permettent une réduction du tirant d'eau et de la charge au pont supérieur d'une manière importante et en une période raisonnablement courte afin qu'ils puissent subir les conditions de tempête sévère. Les opérations de cette procédure imposent l'évacuation d'une quantité suffisante de lest et de matières consommables par-dessus bord. En conséquence, un perfectionnement important des réalisations semisubmersibles pourrait être obtenu si: (a) la charge CVP pouvait être augmentée sans effets nuisibles sur la fenêtre FM, (b) la nécessité de l'évacuation de lest et de matières consommables destinée à changer le mode de fonctionnement entre le tirant d'eau de forage et le tirant d'eau de survie, était réduite ou éliminée. Une ou plusieurs des modifications suivantes sont normalement utilisées pour l'augmentation de la charge CVP des ensembles semi-submersibles de forage: l'utilisation de colonnes supplémentaires, l'utilisation de caissons montés sur les raccords entre les colonnes et les pontons afin que la stabilité de transport soit améliorée, la disposition de caissons sur les colonnes au tirant d'eau de travail, et l'augmentation du déplacement des pontons. L'addition de colonnes et/ou de caissons sur les colonnes au tirant d'eau de travail a un effet nuisible sur les forces appliquées à l'installation par les vagues et les courants lors du fonctionnement, et elle peut augmenter considérablement les coûts de construction. L'augmentation du déplacement des pontons n'affecte pas globalement la stabilité lorsqu'elle ne provoque pas une augmentation correspondante de la quantité de lest et en conséquence elle ne constitue pas un dispositif efficace pour l'amélioration de la stabilité; en outre, cette solution peut être coûteuse. Des caissons montés sur les raccords entre les colonnes et les pontons, bien qu'ils soient importants pour la condition de transport, n'ont pas d'influence sur la stabilité pour les tirants d'eau de forage et de survie. La présente invention concerne une augmentation des capacitésde survie des installations semi-submersibles tels les ensembles de forage, par utilisation d'une configuration géométrique variable du volume de flottaison, et elle concerne donc une installation semi-submersible qui comporte une structure à ponts, plusieurs colonnes qui en dépassent, des pontons montés sur certaines des colonnes au moins, un élément modificateur de la configuration de flottaison, monté sur l'une au moins des colonnes, et un dispositif destiné à déplacer l'élément modificateur le long de la colonne associée et à positionner l'élément près du plan de flottaison de transport de l'installation ou à la position du plan de flottaison de survie, sur la colonne associee. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, un ensemble semi-submersible de forage comporte une struc- ture à ponts ou plate-forme de forage, plusieurs colonnes qui en dépassent, vers le bas, des pontons placés aux extrémités de certaines au moins des colonnes, des éléments analogues à des manchons, destinés à modifier la configura- tion de flottaison et montés autour de certaines au moins des colonnes, les éléments en forme de manchons ayant une section sensiblement annulaire et une forme générale cylindrique et aboutissant, à leurs extrémités inférieures, à des manchettes ayant un diamètre externe réduit qui donne aux manchons une extrémité courbe ou qui se rétrécit vers l'intérieur, et un dispositif destiné à déplacer en trans- lation les éléments analogues à des manchons, le long des colonnes associées, et à les positionner près du plan de flottaison de transport de l'ensemble et aussi à une position du plan de flottaison de survie. L'épaisseur des organes en forme de manchons, ayant une section annulaire, et leur hauteur au-dessus des manchettes sont avantageusement uniformes et choisies afin qu'elles donnent une augmentation optimale du volume de flottaison dans la position du plan de flottaison de survie et qu'elles donnent une plage suffisante de déplacement par rapport à la surface de l'eau à la suite du mouvement de l'installation et/ou des vagues. La condition de transport de l'ensemble de forage est améliorée par disposition des organes en forme de manchons juste au-dessus des pontons, à l'endroit o ils coopèrent avec les pontons à l'accroissement du volume de flottaison au niveau du plan de flottaison de transport. La courbure ou le rétrécissement vers l'intérieur des manchettes aux extrémités des manchons réduit les effets de chocs à l'entrée de l'élément en forme de manchon dans l'eau, dans le plan de flottaison de transport ou dans le plan de flottaison de survie. Les manchettes peuvent aussi être utilisées de manière qu'elles graduent la rigidité hydrostatique de l'ensemble. L'ensemble concerne aussi - une installation, telle qu'une bouée cylindrique unique, ayant un dispositif à colonne qui peut être immergé dans l'eau, un élément destiné à modifier la configuration de flottaison, monté sur le dispositif à colonne, et un dispositif destiné à déplacer l'élément modificateur le long du dispositif à colonne et à positionner celui-ci à une première position du plan de flottaison de l'installation à proximité de l'extrémité supérieure du dispositif à colonne et dans une seconde position sur le dispositif à colonne, à distance de la première position et au-dessous de celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation schématique d'une installation semi-submersible de forage, montrant comment la configuration géométrique de ce volume de- flottaison peut être modifiée; la figure 1A est un détail d'une partie de la colonne de l'extrémité droite de la figure 1, en mer dure; la figure 2 est un détail d'un élément en forme de manchon monté sur une colonne; la figure 3 est une vue détaillée en plan repré- sentant schématiquement un dispositif de déplacement en translation de l'élément en forme de manchon sur la colonne; la figure 4 est un détail analogue à la figure 3 mais représentant un autre mode de réalisation d'éléments modificateurs de configuration de flottaison; et la figure 5 est un schéma d'une bouée cylindrique unique ayant un élément en forme de manchon. Sur les dessins, la référence 10 désigne de façon générale un ensemble semi-submersible de forage ayant une structure 12 formant un pont ou une plate-forme de forage, avec plusieurs colonnes 14 qui en dépassent pardessous. Les colonnes peuvent avoir avantageusement une section circulaire, bien qu'elles puissent avoir d'autres configurations, par exemple une section rectan- gulaire. Des pontons 16 de forme classique sont fixés aux parties inférieures des colonnes 14 de type classique et l'ensemble décrit jusqu'à present a une structure connue. La référence 18 désigne le plan de flottaison lors du transport, c'est-àdire le plan de la surface de l'eau lorsque l'ensemble de forage est remorqué ou propulsé vers l'emplacement voulu et lorsqu'il se trouve à un tirant d'eau de transport, les parties supérieures des coques des pontons se trouvant juste en dehors de l'eau, la référence 20 désignant le plan de flottaison de forage, qui, en pratique, peut être aussi considéré comme le plan de flottaison de survie, bien que ce dernier plan puisse être différent. La distance comprise entre le pont 12 et la surface de l'eau, à l'état de survie, ne doit pas être réduite, étant donné les mouvements relatifs de l'installation et des vagues, au-dessous de certaines limites lorsque l'installation doit résister à une tempête ou ne doit pas être détériorée. Des éléments 22 de modification de la configuration de flottaison, ayant la forme de manchons, sont montés autour des colonnes 14 d'extrémités sur des coulisses 24 (voir figure 3). Les éléments 22 en forme de manchons ont une section sensiblement annulaire et une forme générale cylindrique. L'épaisseur Ar de la section annulaire des élé- ments 22 et la hauteur H de la partie cylindrique des éléments sont choisies afin qu'elles donnent l'augmentation voulue du volume ou de la flottaison à l'ensemble 10 de forage, au plan de flottaison de survie 20, lorsque les éléments 22 sont bloqués au niveau du plan 20 de flottaison de survie comme indiqué sur la figure 1. La hauteur H est choisie afin qu'elle donne une plage suffisante de dépla- cement par rapport à la surface de l'eau, à la suite des mouvements de l'installation et/ou des vagues, comme indiqué par la référence 30. Les éléments 22 aboutissent, à leurs extrémités inférieures, à des manchettes 32 qui ont un diamètre externe qui diminue et forment une surface 31 qui se rétrécit vers l'intérieur, c'est-à-dire, comme représenté, qui ont une configuration tronconique retournée ou une configuration courbée vers l'intérieur. Cette extrémité courbée ou rétrécie ver l'intérieur des manchons réduit les effets de chocs lors de l'entrée de l'élément en forme de manchon dans l'eau. Comme l'indique mieux la figure 3, les coulisses longitudinales 24 placées sur les colonnes 14 coopèrent avec des dispositifs complémentaires sous forme de galets 38 placés dans des fentes 40 formées entre des segments 42 de la paroi annulaire de l'élément 22. Un dispositif convenable de déplacement en translation, représenté schématiquement sous forme d'un système 44 à câble et poulies, est aussi monté dans la fente 40 et est commandé par des treuils (non représentés) montés sur le pont 12 afin que l'élément 22 puisse être déplacé le long de la colonne 14 entre la position inférieure de transport représenté sur la figure 1 et la position supérieure du plan de flottaison de survie. Il faut noter que l'élément 22 peut être bloqué sur la colonne dans l'une quelconque des deux positions et, en fait, dans certaines circons- tances, un dispositif peut verrouiller l'élément sur la colonne dans des positions autres que celles qui sont représentées sur la figure 1 afin que les conditions de travail puissent être variables. Initialement, lorsque l'ensemble de forage est remorqué ou propulsé jusqu'à l'emplacement de forage, l'élément 22 est verrouillé sur la colonne au niveau des pontons et, lorsqu'une mer forte est rencontrée au cours du remorquage, l'élément 22 augmente le volume de flottaison de la structure par accroissement de la flottaison au niveau des pontons. La configuration de la manchette 32 assure l'absorption du choc des vagues et/o2 des autres mouvements tendant à immerger le ponton, et a hauteur H de l'élément 22 améliore la plage de stabilité pendant le remorquage. Lorsque l'installation a atteint l'emplacement de fcrage, les pontons sont noyés de la quantité nécessaire afin que l'ensemble de forage soit immergé jusqu'au plan de flottaison 20 de forage, l'installation étant alors ancree. Pendant cette opération, l'élément 22 reste ver- roui:lé sur la colonne, dans sa position inférieure, et il se trouve ainsi sous l'eau. Pendant le forage, les colonnes relativement minces 14 de rayon r (figure 2) donnent la surface minimale dans le plan de flottaison à l'installation de forage et les mouvements induits par les vagues, dans des condi- tions météorologiques acceptables de forage, sont donc miniraux. Cependant, après réception d'un avis de tempête, l'élément 22 est débloqué de sa position inférieure sur la colonne et est déplacé vers le plan de flottaison de survie dans lequel il est à nouveau verrouillé. Dans ces conditions, il augmente la section de la colonne dans le plan. de flottaison et modifie la répartition vertIcale du volume de flottaison. Comme l'épaisseur de l'anneau Lr et la hauteur H des éléments 22 ont été choi- sies afin qu'elles donnent l'augmentation nécessaire de Volume et la hauteur nécessaire à l'encaissement des déplacements relatifs importants, et comme les mouvements de l'installation ne sont plus à prendre en considération, l'ensemble de forage peut étaler la mer, en présentant du roulis et du tangage avec les vagues afin que la struc- ture 12 à plate-forme de forage reste à une distance de sécurité audessus de la crête 28 des vagues. Après l'apaisement de la tempête, les éléments 44 à câble et poulies peuvent être manoeuvrés afin que les éléments 22 soient abaissés le long des coulisses 24 et ramenés dans la position immergée, la position inférieure repré- sentée sur la figure 1 par exemple. L'élément 22 est alors bloqué dans cette position et le forage peut re- prendre, la colonne 24 ayant à nouveau sa faible section dans le plan de flottaison, réduisant les mouvements pro- voqués par les vagues, cette réduction étant nécessaire au forage. Bien qu'on ait représenté les éléments 22 montés sur chacune des colonnes portant des pontons, il faut noter que, dans certaines conditions, les éléments 22 peuvent ne pas être placés sur toutes les colonnes ou que des colonnes spéciales peuvent être prévues afin qu'elles portent des éléments 22. Il faut aussi noter que, bien qu'on ait représenté les éléments 22 avec une forme générale cylindrique, ils peuvent avoir d'autres configura- tions, par exemple toroidale, ou ils peuvent être segmentés afin qu'ils ne soient placés que sur une partie de la circonférence de la colonne comme représenté par la réfé- rence 22a sur la figure 4. Ces segments 22a peuvent être avantageusement montés sur un chariot circulaire 46 qui coopère avec les coulisses 24 (de la même manière que pour la configuration décrite en référence à la figure 3), afin que le segment 22a soit maintenu positivement en position. Il doit être cependant réalisé afin qu'il donne une bonne sécurité contre la perforation et en fait, il est préférable que les éléments 22 puissent être remplis de béton ou d'une autre substance convenable, évitant la perforation et le noyage, si bien que, en cas de rupture de l'enveloppe de l'élément 22, l'eau ne pénètre pas à l'intérieur vide et ne puisse pas pénétrer librement à l'intérieur ni en sortir librement. Il est en outre possible que plusieurs éléments 22 soient remplacés par un seul élément placé- sur une colonne centrale dans laquelle passe le puits de forage et évidemment tout dispositif de déplacement en transla- tion de l'élément, tout dispositif de guidage ou tout dispositif de verrouillage de forme convenable peut être utilisé. La figure 5 représente une application différente de l'invention. Dans ce cas, une bouée cylindrique 47 com- porte un dispositif 14 ne comprenant qu'une seule colonne. Aucun ponton n'est fixé à la colonne. Un élément destiné à modifier la configuration de flottaison, par exemple un élément 22 en forme de manchon, est monté afin qu'il puisse se déplacer en translation sur la colonne 14 et il est mobile de manière qu'il puisse occuper une première position dans le plan de flottaison de l'installation, comme représenté à droite sur la figure 5, et une seconde position, à la partie inférieure de la colonne 14, comme indiqué à gauche sur la figure 5. L'élément 22 est encore bloqué à l'extrémité inférieure de la bouée, lorsque les mouvements provoqués par les vagues doivent être minimaux. Lorsque la distance comprise entre l'extrémité supérieure de la bouée et la surface de l'eau doit être maximale, l'élément 22 est verrouillé dans le plan de flottaison. REVENDICATIONS 1. Installation semi-submersible, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure formant un pont (12), plusieurs colonnes (14) dépassant sous la structure, un ponton (16) au moins, monté sur l'une au moins des colonnes, un élément (22) modifiant la configuration de flottaison, monté sur l'une au moins des colonnes, et un dispositif (44) destiné à déplacer en translation l'élément modifica- teur de la configuration de flottaison le long de la colonne associée et à positionner l'élément pres du plan de flottaison de transport de l'installation ou au niveau du plan de flottaison de survie, sur la colonne associée. 2. Installation selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les éléments (22) qui modifient la configu- ration de flottaison sont montés sur plusieurs colonnes (14). 3. Installation selon la revendication 2, caracté- risée en ce que l'un au moins des éléments (22) modifiant la configuration de flottaison a une forme générale cylin- drique de section sensiblement annulaire et est monté de manière qu'il entoure au moins partiellement la colonne associée. 4. Installation selon la revendication 2, caracté- risée en ce que les éléments (22) destinés à modifier la configuration de flottaison ont une forme générale cylin- drique de section annulaire et sont montés de manière qu'ils entourent au moins partiellement les colonnes associées (14). 5. Ensemble semi-submersible de forage, caracté- risé en ce qu'il comprend une structure (12) ayant un pont de forage, plusieurs colonnes (14) dépassant sous cette structure, un ponton (16) au moins monté aux extré- mités de certaines des colonnes au moins, des éléments (22) analogues à des manchons et destinés à modifier la configu- ration de flottaison, ces éléments étant montés autour de certaines des colonnes au moins, et ayant une section sensiblement annulaire et une forme générale cylindrique, les éléments aboutissant, à leurs extrémités inférieures, à des manchettes (32) ayant un diamètre externe réduit afin qu'elles forment une extrémité courbe ou se rétrécis- sant vers l'intérieur, sur le manchon, et un dispositif (44) de déplacement en translation des éléments analogues à des manchons, le long des colonnes associées, destiné à les positionner près du plan de flottaison de transport de l'ensemble ainsi qu'à la position d'un plan de flot- taison de survie. 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur des organes (22) en forme de manchons ayant une section annulaire et leur hauteur au-dessus des manchettes (32) sont uniformes. 7. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les manchettes (32) ont une forme générale tronconique inversée. 8. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que toutes les colonnes (14) se terminent à des pontons (16), et des organes (22) analogues à des manchons sont montés sur toutes les colonnes (14). 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans la position proche du plan de flottaison de transport, les organes (22) analogues à des manchons sont placés juste au-dessus du ponton (16). 10. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des colonnes (14) a plusieurs coulisses longitudinales (24), et les organes analogues à des manchons (22) ont des dispositifs complémentaires (38) destinés à coopérer avec les coulisses. 11. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque colonne (14) a plusieurs coulisses longi- tudinales (24) et les éléments (22) analogues à des manchons ont des dispositifs complémentaires (38) de coopération avec les coulisses. 12. Installation selon la revendication 2, carac- térisée en ce que l'un au moins des éléments (22) modifiant la configuration de flottaison a une forme partiellement cylindrique de section annulaire segmentée, et est monté de manière qu'il entoure partiellement la colonne associée (14). 13. Installation, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif (14) à colonne qui peut être immergée dans l'eau, un él!ment (22) destiné à modifier la configu- ration de flottaison, monté sur le dispositif à colonne, et un dispositif (44) destiné à déplacer en translation l'élément modificateur le long du dispositif à colonne et à positionner cet élément à une première position du plan de flottaison de l'installation à proximité de l'extrémité supérieure du dispositif à colonne et dans une seconde position sur le dispsoitif à colonne, à distance de la première position et au-dessous de celle-ci.