Brevet FR2560849A1 — publié le 19850913

La présente invention est relative à une colonne flottante permettant un amarrage éventuellement permanent d'un support flottant. Cette colonne qui comporte un fût et un flotteur solidaire de ce fût, peut être ancrée au moyen d'un certain nombre de lignes et de points d'ancrage, cependant que le support flottant associé peut être relié à la colonne flottante par au moins un bras court. Ce bras, de préférence lié rigidement au support flottant, sert principalement à le maintenir écarté de la colonne La colonne selon l'invention, peut être associée aussi bien à tout support flottant existant ou à créer servant à ltexploitation des hydrocarbures qu'à tout bateau-citerne devant servir de terminal en mer, par des profondeurs d'eau importantes, par exemple 150 à 300 m de profondeur ou au-delà. Contrairement aux bouées d'architecture conventionnelle, la colonne selon l'invention a une architecture telle que les forces exercées directement sur ladite colonne ne peuvent ni la renverser, ni induire des mouvements importants incontrôlables. Ces mouvements restent comparables à ceux du support flottant qui est choisi de préférence pour son bon comportement. La colonne selon l'invention permet de disposer d'un volume suffMlsant pour intégrer éventuellement des équipements de production et faciliter l'accrochage des collectes flexibles de production en sous-face du flotteur. Selon certains modes de réalisation, la colonne selon l'inwenti,sn possède une réponse au pilonnement remarquablement basse avec un gain inférieur à 30 % sous les houles longues. De plus, elle présente arne faible résistance à l'action de la houle et du courant.Elle possède une bonne stabilité de poids, le moment de rappel au renversement ainsi créé venant s'ajouter à celui des lignes d'ancrage ainsi qune flottabilité importante qui, quoique faible vis-à-vis de celle du support flottant associé, lui donne un comportement très similaire sui permet de minimiser les mouvements verticaux relatifs et les efforts d'inertie, et de supprimer les mouvements hémichrones si préjudiciables au comportement des bouées conventionnelles dans les houles les plus longues. Enfin, la colonne selon l'invention possède une faible résistance à l'action de la houle qui réduit les efforts transmis dans le bras, oe -qui, ajouté aux faibles mouvements verticaux relatifs entre la colonne et le support flottant, permet de réduire la longueur du bras et dous la plupart des cas, d'autoriser l'encastrement de celui-ci sur le support flottant. Ainsi, la présente invention concerne une colonne flottante d'amarrage comportant un fût et un flotteur solidaire dudit fût. Cette eclunne est caractérisée en ce qu'elle possède en combinaison - un rapport Pl ou élancement supérieur à dix, le rapport P1 entant égal au quotient de la hauteur totale du fût (H) sur le diamètre moyen (d) de ladite hauteur, et - un rapport P2 supérieur à deux, le rapport P2 étant égal au quotient du diamètre moyen (D) du flotteur (10) au diamètre moyen (d) du fût. On ne sortira pas du cadre de la présente invention si le fût et le flotteur ont une forme cylindrique circulaire et/ou si le flotteur est situé sensiblement à mi-hauteur du fût. La colonne selon l'invention peut être munie de lignes d'ancrage comportant au moins deux tronçons réunis par un corps mort. De plus, la colonne selon l'invention peut comporter un système de ballastage et de déballastage. La présente invention concerne également une méthode de mise en place d'une colonne flottante d'amarrage. Cette méthode se caractérise en ce que la colonne est ballastée durant la mise en place de lignes d'ancrage et déballastée au moins partiellement pour obtenir la prétension finale requise. Lorsque les lignes d'ancrage sont équipées de corps morts, le déballastage de la colonne s'effectue de manière que les corps morts quittent le fond sur lequel ils reposaient initialement. La présente invention sera mieux comprise et ses- avantages apparaitront plus clairement à la description qui suit, d'un exemplede réalisation nullement limitatif illustré par les figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 illustre schématiquement un mode particulier de réalisation d'une colonne flottante d'amarrage selon l'invention, - la figure 2 présente schématiquement les grandeurs géométriques permettant de définir la structure de la colonne, - la figure 3 est un tableau comparatif donnant les valeurs de paramètres liés au comportement de la colonne, et - les figures 4A à 4E illustrent un procédé de mise en place de la Colonne selon la présente invention. Sur la figure 1, la référence 1 désigne le support flottant qui, en l'occurence, est un bateau-citerne. La référence 14 désigne la colonne flottante amarrage dans son ensemble. Elle comporte un fût 2 et un flotteur 10 qui est entièrement immergé dans les conditions d'utilisation normale de la colonne. Ce flotteur pourra être positionné de telle manière que dans les conditions d'utilisation normale, il soit situé à une-profondeur telle que les effets de la houle sont négligeables Le bateau-citerne 1 est relié à la colonne flottante 14 au moyen dtun bras 3, lequel est relié de façon pivotante au bateau-eiterne autour d'un axe horizontal 4, et d'autre part à une tête tournante 5 autour de deux axes horizontaux 5 et 5a perpendiculaires entre-eux, celle-ci étant reliée de façon rotative au fût 2 de la colonne 2 autour d'un axe vertical 7 au moyen d'un dispositif mécanique conventionnel supportant les charges radiales et axiales telle une table tournante. Ainsi, les articulations du bras sont disposées horizontalement sur les deux axes principaux de rotation par rapport à la colonne flottante 14, de façon à constituer un joint universel permettant au support flottant 1 de pivoter autour de la table tournante. La colonne flottante est par ailleurs assujettie au fond marin par ses lignes d'ancrage. Les axes 4 et 5a sont figurés par un point sur la figure 1 puisqu'ils sont perpendiculaires au plan du dessin. Bien entendu, les orientations verticales et horizcnta7es des axes 7 et 4, Sa et 5b respectivement sont à considérer pour une position au repos de l'ensemble constitué du support flottant et du système d'amarrage sur une surface liquide 15 également au repos, sans houle, ni courant, ni vent. Un joint tournant assure le transfert des fluides entre la tête tournante 6 et le fût 2. Les lignes d'ancrage 8 sont reliées à un anneau de stoppage 9, qui est solidaire du fût 2. Le flotteur 10 fixé sur le fût 2 de la colonne permet d'intégrer et de protéger les vannes et collecteurs et tout autre équipement de production qui transfèrent les fluides provenant des collectes flexibles montantes 11, comme cela est décrit dans le brevet français 2.417.005. La figure 2 représente un fût cylindrique circulaire 2 ainsi qu'un flotteur cylindrique circulaire 10. L'architecture de la colonne d'amarrage selon la présente invention est caractérisée par la valeur de deux rapports - le premier P1, qui est l'élancement du fût, est supérieur ou égal à dix. On entend par élancement du fût, le quotient de la hauteur totale de la colonne H, non compris la tête tournante 6, par le diamètre moyen du fût d (Fig. 2). - le deuxième rapport P2, qui est égal au quotient du diamètre moyen du flotteur D par le diamètre moyen du fût d, est supérieur à 2. Dans le cas où le fût ou le flotteur considérés n'ont pas la forme de cylindres, notamment s'ils sont prismatiques, le diamètre moyen sera egal au diamètre du cylindre circulaire ayant même volume et même hauteur effective que le fût considéré, ou, respectivement, que le flotteur considéré. Par hauteur effective de l'un ou l'autre de ces éléments, on entend, lorsque ces éléments comportent plusieurs tronçons, la hauteur obtenue en cumulant la hauteur des différents tronçons constituant l'élément considéré. La combinaison des deux plages de valeurs données précédemment pour les rapports P1 et P2 permet d'obtenir simultanément selon certains modes de réalisation un angle d'inclinaison moyen de la colonne inférieur à 200, un angle maximum inférieur à 300, une période propre au pilonnement supérieure à 18 secondes et un gain inférieur à 0,3. Afin de montrer que les valeurs limites H/d = 10 et D/d = 2 constituent bien les critères de caractérisation, en deçà desquels les objectifs de la présente invention n'étaient plus atteints, une étude paramétrique a été menée sur les deux rapports. Par rapport au cas de base limite pour lequel P1 = 11,33 et P2 = 2,17 et qui constitue le cas de référence, deux variantes ont été considérées (voir le tableau figure 3) - la variante nO 1 qui satisfait à D/d = 2, mais dont le rapport H/d est en deçà de la valeur limite puisqu'il vaut 7. - la variante n0 2 qui satisfait à H/d = 10, mais dont le rapport D/d est en deçà de la valeur limite puisqu'il vaut 1,5. Dans le cas de base, le flotteur 10 est situé sensiblement à mi-hauteur du fût. Le dimensionnement des deux variantes tient compte des contraintes suivantes - un volume total de structure identique dans les trois cas, pour une raison de coûts de structures comparables - un volume de flotteur identique dans les trois cas, pour des raisons fonctionnelles ! intégration des équipements, surtout) - les chaines d'ancrage et les flexibles sont fixés au corps de la colonne en des points identiques pour les trois cas. Le tableau de la figure 3 montre les résultats de cette étude - la variante n 1 ne répond pas au critère de stabilité au renversement, et ne fait donc pas l'objet d'un examen plus approfondi. - la variante n 2 est stable, mais ni l'inclinaison moyenne, ni surtout l'inclinaison maximum ne respectent les valeurs limites fixées. Au pilonnement la période propre tombe dans le domaine d'excitation à la houle. Au voisinage de la résonance, on va donc retrouver les inconvénients des bouées conventionnelles, c'est- -dire un gain important voisin de l'unité. En conclusion, ni la variante n0 1, ni la variante n 2 ne répondent aux critères initiaux qui ont été fixés Le non respect des conditions fixées pour 11un au moins des deux rapports P1 et P2 entraîne donc l'impossibilité de satisfaire à une réponse au pilonnement basse et à un moment de rappel au renversement important, lorsque le système d'amarrage est comparé aux bouées cenventionnelles. La mise en place de la colonne d'amarrage selon la présente invention peut etre réalisée par un procédé original qui ne nécessite pas la mobilisation de moyens lourds ou onéreux tels que les pontons-grues de haut de gamme ou des moyens de plongée en saturation. La colc-xine damarrage p eut outre n effet remorquée et installée sur son site d exploitation er u11 sent essentiellement un remorqueur 15 (Figs 4A et 4B) un bateau d'assistance-, un module léger comportant un treuil à air et une chèvre munie de poulies, les variations de tirant d'eau de la bouée-colonne étant obtenus par un système simple de ballastage-déballastage. Les lignes d'ancrage 8 comportent un minimum de deux tronçons distincts 8a et 8b réunis par un corps mort 16 (Figs 4C, 4D et 4E), dont les caractéristiques seront judicieusement déterminées pour obtenir l'effet recherché dans la procédure décrite plus loin. Ces lignes 8 ont été au préalable déposées sur le fond, testées et correctement repérées grâce aux lignes d'orins 17. Les collectes flexibles ont été de même déposées et repérées. La mise en place de la colonne et sa connexion avec le support flottant sont alors opérées suivant le procédé détaillé sur la figure 4A. La figure 4A montre le fût 2 de la colonne 14 qui peut être remorqué depuis le site de construction en position quasi-horizontale, une légère assiette permettant à la tête d'être maintenue hors d'eau éventuellement grâce à la position du flotteur 10. Le support de la tête de colonne est déjà équipé de sa bride de fixation et des stoppeurs de lignes d'ancrage 9. Arrivée sur son site, la colonne est temporairement ballastée d'un certain volume V d'eau de mer pour être redressée en position verticale, comme le montre la figure 4B, deux bateaux (le bateau d'assistance venant suppléer au remorqueur) la maintenant en position. La figure 4B montre également la connexion des collectes flexibles au niveau du flotteur 10 grâce au module 12 temporairement installé sur le support de tête de colonne à la place de celle-ci et en utilisant des moyens connus. La colonne est alors "pesée" avec précision grâce à l'adjonction d'un ballast solide permanent 18 (baryte ou minerai) placé en pied comme le montre la figure 4C. Ce ballast solide est complété temporairement d'un certain volume d'eau Vo, afin de maintenir la colonne en position d'immersion maximum durant la mise en place, et le stoppage des lignes d'ancrage 8. C'est le module 12 précédemment décrit qui permet également ces opérations, avant d'être démonté. La colonne est alors déballastée d'un certain volume d'eau, pour obtenir la prétension finale requise par la raideur des lignes d'ancrage 8. La longueur du tronçon supérieur de chaque ligne d'ancrage a été déterminée de telle façon que le corps mort 16 qui reposait sur le fond sur la figure 4C, soit soulevé au cours de cette opération comme le montre la figure 4D. Le sommet du fût de colonne est alors prêt à entrer en contact avec la tête de colonne 6 comme le montre la figure 4D. Le volume d'eau de mer V1 restant dans la colonne va être pompé d'une quantite égale à la réaction de l'ensemble bras-tête temporairement maintenu par la mâture 13 installée sur le support flottant 1. La charge correspondant à -cette réaction est alors transférée à la colonne par- une légère remontée de celle-ci lors de la prise de contact de la tgte et de son support. Les brides qui les équipent sont alors boulonnées. La mâture 13 peut être démobilisée, comme le montre la figure 4E. Le ballastage résiduel V3 doit être suffisant pour permettre l'ajustement éventuel de la prétention finale dans les lignes d'ancrage. Bien entendu, le fût 2 peut avoir une flottabilité positive ou négative, l'important étant que l'ensemble constitué du fait et du flotteur possède une flottabilité positive. REVE NI) IC AT IONS 1. - Colonne flottante d'amarrage (14) comportant un fût (2) et un flotteur (10) solidaire dudit- fût (2), caractérisée en ce quelle possède en combinaison - un rapport P1, ou élancement supérieur à 1DJ le rapport P1 étant égal au quotient de la hauteur totale de la colonne (--) par le diamètre moyen (d) du fût, ce diamètre moyen étant défini comme le diamètre du cylindre de même volume et même hauteur effective que ledit fût, et - un rapport P2 supérieur à 2, le rapport P2 étant égal au quotient du diamètre moyen (D) du flotteur (10) par le diamètre moyen (d) du fût, le diamètre moyen (I)) du flotteur étant défini comme le diamètre du cylindre de même volume et de même hauteur effective que ledit flotteur. 2. - Colonne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rut (2) et flotteur (10) ont une forme cylindrique circulaire et en ce que le flotteur (10) est situé sensiblement a mi-hauteur du fût. 3. - Colonne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle possède des lignes d'ancrage (8) comportant au moins deux tronçons (8a et 8b) réunis par un corps mort (16). 4. - Colonne selon l'une des revendications précédentes, -carastéil-sée en ce qu'elle comporte un système de ballastage et de déballastage, 5. - Méthode de mise en place dlune colonne Flottante d'amarrage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la colonne est ballastez durant la mise an place de lignes d'ancrage et déballastée au -moins partiellement pour obtenir la prétension finale requise. 6. - Méthode de mise en place d'une colonne comportant des lignes d'ancrages équipées de corps morts (16) selon la revendication 5, caractérisée en ce que lors du déballastage de la colonne, les corps (16) quittent le fond sur lequel ils reposaient initialement.