Brevet FR2581362A1 — publié le 19861107

Plate-forme semi-submersible. notamment Pour la recherche et/ou l'exPloitation de gisements sous-marins en mers froides. La présente invention concerne une plate-forme semi-submersible, notamment pour la recherche et/ou l'exploitation de gisements sous-marins en mers froides. Il pourra s 1agir notamment d'exploitation de pétrole et de gaz. D'une façon générale, ce genre de plates-formes comportent un pont ou ensemble de ponts portant différents équipements, relié par une structure intermédiaire à une embase comportant un ou plusieurs flotteurs, ainsi que des moyens d'amarrage et des moyens de liaison propres à relier le pont au fond de la mer pour l'extraction dudit gisement. La structure intermédiaire a le plus souvent comme rôle principal, si ce n'est unique, de supporter le pont et ses équipements, et elle est alors constituée d'un ensemble de croisillons, d'entretoises ou de diagonales de section relativement réduite reliant les différents flotteurs entre eux ainsi que l'ensemble des flotteurs au pont. L'inconvénient de telles plates-formes réside dans le fait qu'elles s'avèrent relativement mal adaptées aux conditions d'utilisation sévères qui se rencontrent notamment aux latitudes élevées, à savoir aux conditions atmosphériques particulières à ces régions (froid, vent, intempéries), ainsi qu'à l'état de la mer (force des vagues, courants, et surtout glaces flottantes). En particulier, les plates-formes connues du type décrit plus haut sont assez sensibles au vent et des accumulations de glace importantes peuvent se former devant (eu égard à la direction du vent et du courant) les éléments de diamètre relativement faible qui constituent ladite structure intermédiaire. Il en résulte une augmentation préjudiciable du poids de la plate-forme et de sa prise au vent, et un affaiblissement de sa structure intermédiaire. De plus, cette structure, étant essentiellement conçue comme une structure de support, n'est pas apte à subir sans dommage des chocs importants, comme ceux qui peuvent se produire du fait des embarcations qui abordent la plate-forme, et surtout du fait des glaces flottantes qu'elle peut rencontrer. En outre, toute la partie de l'équipement qui relie la plate-forme à la mer (notamment les lignes d'ancrage et leurs treuils, les conduites d'hydrocarbures et leurs raccords) est soumise directement au vent, aux vagues et aux glaces flottantes, ce qui augmente notablement les risques de détérioration diverses, et rend très incommode l'accès aux équipements en question, ainsi que leur manoeuvre. Le but de la présente invention est d'établir un nouveau type de plates-formes qui soient, mieux que jusqu'à présent, adaptées aux mers froides. A cet effet, une plate-forme semi-submersible du type général décrit au début sera, conformément à la présente invention, caractérisée en ce que ladite structure intermédiaire comporte au moins une pile à double paroi à extrémité inférieure ouverte et offrant ainsi intérieurement un passage protégé d'accès à la mer. Dans le cas d'une structure intermédiaire à plusieurs piles, on pourra prévoir, en règle générale, deux piles ainsi constituées, l'une permettant le passage de matériel, par exemple de matériel de forage, ou risers dans le cas d'une plate-forme d'exploitation, tuyauteries, câbles, flexibles, chaînes d'ancrage, etc., tandis que l'autre pourrait servir au passage d'une cloche de plongée et aux ombilicaux des-plongeurs, et donc permettre l'accès abrité des plongeurs au fond, toutes opérations qui peuvent donc s'effectuer à l'écart des glaces. Ainsi, grâce à l'invention, les lignes d'amarrage et les différentes conduites reliant le fond de la mer au pont pourront désormais être à l'abri, puisqu 1on pourra les faire passer à l'intérieur d'une des piles de la structure intermédiaire, et que l'on pourra ainsi les soustraire à l'action du vent, des vagues et surtout des glaces. Tout l'équipement associé (treuils, chaumards, raccords, etc.) sera de même à l'abri, et il sera beaucoup plus facile d'y avoir accès que sur les platesformes classiques. Le travail du personnel sera beaucoup moins pénible, puisqu'il ne sera plus soumis aux intempéries.On peut même envisager, pour rendre les conditions de travail moins dures et éviter les problèmes d'entretien dus au froid, de réchauffer l'intérieur des piles concernées, et ceci sans grandes difficultés, puisqu'elles forment sous le pont des espaces fermés ou pratiquement fermés. En outre, il sera possible de mettre de telles piles à extrémité inférieure ouverte sous pression, pour permettre l'effet de cloche destiné à faciliter les inspections, et aussi, le cas échéant, pour optimiser les caractéristiques hydrostatiques de la plate-forme. De préférence, les différentes piles, de relativement gros diamètre, relieront le pont à l'embase sans entretoises aériennes, de sorte que l'on obtiendra une plate-forme globalement moins sensible au vent que les plates-formes de la technique antérieure, les -turbu- lences de l'air étant plus faibles lorsqu'il heurte de larges surfaces que lorsqu'il traverse une structure constituée de multiples éléments qui se croisent. On pourra obtenir également que l'accumulation de glace sur les piles de la structure intermédiaire soit réduite dans de très importantes proportions, la glace pouvant beaucoup plus difficilement se former sur une large surface unie que sur des éléments de structure de relativement faible section.Quant à la structure en double paroi, elle rend les piles parfaitement aptes à résister aux chocs dus à tous les corps flottants que la plateforme est susceptible de heurter, que ce soit par accident (embarcations) ou d'une façon plus régulière (glaces flottantes) ; en effet, en cas de chocs importants, la paroi intérieure des piles, en se déformant, de même que les raidisseurs intérieurs prévus entre les deux parois, participera aussi à l'absorption des chocs. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, permettant d'obtenir le même type d'avantages, on pourra prévoir que ladite structure intermédiaire comporte une seule pile de section transversale fermée, de sorte à former sous ledit pont un bassin intérieur pratiquement isolé de la mer. Dans ce cas, d'autres caractéristiques de l'invention, qui seront mieux vues plus bas, pourront concerner également le pont et la forme de 1' embase. Différents modes de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin annexé, dans lequel - la figure 1 représente schématiquement, en coupe axiale, une plate-forme conforme à la présente invention, du type à pile unique, dans laquelle la structure intermédiaire à double paroi est à forme générale cylindrique - la figure 2 est une vue partielle en plan montrant un mode de mise en appui du pont sur la structure intermédiaire cylindrique - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un autre mode de réalisation à structure intermédiaire du type à pile unique de section transversale globalement carrée - la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale selon la ligne IV-IV de la figure 3 - la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale d'une autre variante de plate-forme conforme à la présente invention, dans laquelle la structure intermédiaire à pile unique comporte, notamment au niveau de la ligne de flottaison, une partie conique - la figure 6 est une vue schématique en plan d'encore un autre type de plate-forme à structure intermédiaire à pile unique globalement cylindrique reposant sur plusieurs flotteurs - la figure 7 montre, schématiquement et en élévation, une autre plate-forme conforme à l'invention, du type à plusieurs piles dont deux sont à extrémité inférieure ouverte - la figure 8 est une vue schématique en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7 - la figure 9 est une vue en coupe de la plateforme de la figure 7 selon la ligne IX-IX de la figure 8 - les figures 10 et il sont des vues de détail en coupe axiale d'une pile à extrémité inférieure ouverte, montrant à titre d'exemples deux types différents de guidage de risers ; et - la figure 12 est une vue de détail en coupe axiale montrant l'agencement d'un magasin à chaîne d'ancrage à l'intérieur d'une autre pile à extrémité inférieure ouverte de la plate-forme. Sur la figure 1, on a référencé globalement en 1 le pont ou ensemble de ponts de la plate-forme qui, en l'occurrence, est constitué d'un pont supérieur la et d'un pont inférieur 1é, lesquels portent les différents équipements nécessaires aux fonctions que la plate-forme aura à assurer, de même que les différentes constructions prévues pour abriter le personnel, ceci selon tout agencement approprié. Le pont supérieur la pourra en outre être équipé d'un hélideck. On pourra supposer dans ce qui suit qu'il s'agit d'une plate-forme d'exploitation de gisements de pétrole en mers situées à des degrés de latitude élevés, et qu elle pourra comporter en outre différents réservoirs de stockage. L'ensemble de ponts 1 est relié à un flotteur 2 par une structure intermédiaire à une seule pile 3. S'agissant ici d'une pile à section transversale ronde et de forme générale cylindrique, on pourra prévoir avantageusement un flotteur 2 qui, vu en plan, a une forme générale annulaire (boucle circulaire fermée), de sorte à constituer un support pour la totalité de la périphérie de la base de la structure à double paroi 3. Ce flotteur 2 pourra bien entendu, et quoique présentant extérieurement une structure continue, être intérieurement divisé en plusieurs caissons ballastables séparément et dont certains pourraient d'ailleurs contribuer à assurer le stockage. Quant à la pile de la structure intermédiaire 3, elle est constituée de deux parois cylindriques concentriques, à savoir une paroi extérieure 3a et une paroi intérieure 3k pouvant l'une et l'autre être pourvues de raidisseurs intérieurs 4a et 4b. L'ensemble de la structure de la plate-forme est en acier. On voit que l'on constitue ainsi sous l'ensemble de ponts 1 un bassin intérieur 5 pratiquement isolé de la mer. Dans l'espace fermé ou pratiquement fermé 12 ainsi créé sous le pont 1 et donc à l'abri des intempéries et des vagues, on pourra faire passer tout le matériel devant assurer la liaison entre les ponts et le fond de la mer. Il s'agira notamment des conduites de pétrole ou risers 6, ainsi que de leurs raccords, et des différentes lignes d'amarrage, par exemple au nombre de 8 à 12, telles que la ligne référencée en 7, ainsi que des équipements y associés, à savoir treuil 8, chaumard 9, etc., les différents chaumards pouvant être portés par le flotteur 2.En 10 on a représenté un ensemble moteur également porté par le flotteur et propre à entraîner une hélice propulsive orientable 11 (Il peut y avoir par exemple 6 à 8 tels ensembles moteurs équirépartis sur le flotteur). Il est à noter que, d'une façon générale, l'es- pace intérieur 12 délimité par le pont 1 et par la structure à double paroi 3 ne sera pas totalement isolé de l'extérieur, ceci pour éviter en particulier la création de vibrations et de surpressions. Cet espace intérieur 12 pourra communiquer avec l'extérieur soit par des ouvertures de communication (non représentées) prévues à la partie supérieure de la structure intermédiaire 3, soit par une ouverture centrale telle que 13, prévue dans le pont 1, le pont étant alors de forme générale annulaire et son ouverture centrale constituant en même temps un passage commode d'accès à l'espace 12, tant pour le personnel que pour le matériel (engins télécommandés par exemple). D'autres ouvertures (également non représentées) pourront aussi être prévues dans les parois de la structure intermédiaire 3, au niveau de la ligne de flottaison ou légèrement au-dessous, pour établir une communication entre le bassin intérieur 5 et la mer, ceci afin d'éviter l'accumulation de déchets à la surface du bassin. L'élaboration de la plate-forme qui vient d'être décrite pourra faire appel à toutes les techniques de montage connues, et notamment à l'utilisation de tout système auto-élévateur approprié. L'embase que constitue le flotteur 2, étant déballastée, pourra par exemple être maintenue amarrée à proximité d'un chantier, et la mise en place sur cette embase de la pile à double paroi 3 pourra s'effectuer progressivement à partir du chantier en faisant simplement tourner autour de son axe vertical l'embase 2. Quant au pont 1, il pourra être mis en place soit par autoélévation à l'intérieur de la structure intermédiaire 3, soit par ripage sur le sommet de cette structure amené alors à affleurement par un ballastage approprié du flotteur. A la figure 2, on a représenté partiellement et en plan une structure intermédiaire 3 et un pont en deux parties, à savoir une partie centrale 1 et une partie extérieure en forme de couronne 19, la partie centrale 1c pouvant porter par exemple les installations de production et la couronne extérieure 1d les habitations. Lorsque le pont 1c,ld est amené au niveau voulu par rapport à la structure intermédiaire 3, par exemple par auto-élévation, un pivotement relatif de l'un par rapport à l'autre (voir les flèches) pourra amener le pont en appui sur des corbeaux ou analogues 14 de la structure intermédiaire assurant ainsi une reprise immédiate des charges du pont sur la structure 3. L'embase 2 peut alors être déballastée, ce qui lève le pont à sec, ensuite de quoi éventuellement sa fixation définitive sur la structure intermédiaire 3 peut être complétée par des moyens de liaison supplémentaires. Les plates-formes conformes à l'invention dont la structure intermédiaire 3 est une pile cylindrique présentent l'avantage particulier de l'obtention d'une complète symétrie de la structure vis-à-vis des efforts éxtérieurs, et, par conséquent, en position ancrée, d'une réaction identique dans toutes les directions vis-à-vis des courants , ainsi le cas échéant que des glaces transportées par ces courants. Toutefois, et selon un autre mode de réalisation de l'invention, il peut également être avantageux de prévoir, notamment pour la pile de la structure intermédiaire 3, une section transversale de forme générale quadrangulaire, éventuellement carrée, comme ceci a été représenté schématiquement sur les figures 3 et 4. L'avantage notable d'une telle structure par rapport aux structures cylindriques ou coniques réside dans une plus grande facilité de fabrication, puisque les éléments essentiels de la structure seront alors constitués d'éléments plans au lieu d'être constitués par des-éléments cylindriques. Sur les figures 3 et 4, on a utilisé les mêmes références que sur la figure 1 pour désigner les mêmes parties ou des parties analogues de la plate-forme. Comme bien visible sur la figure 4, le pont 1 et le flotteur 2 ont, comme la section transversale de la structure intermédiaire 3, une forme générale carrée. En 3c, on a représenté en outre des parties de section élargie de la structure intermédiaire 3, lesquelles s'étendent entre l'embase ou flotteur 2 et le pont 1, dans les angles internes de la structure 3. Ces parties de section élargie 3c permettent d'augmenter notablement l'inertie de la plate-forme à la flottaison en accroissant le volume total de déplacement d'eau de la structure 3, mais sans augmenter sensiblement l'amplitude du pilonnement du aux vagues.Cette augmentation de l'inertie de la plate-forme à la flottaison, souhaitable pour assurer une excellente stabilité, est la raison pour laquelle il convient que les parties de section élargie 3c soient éloignées au maximum de l'axe vertical central de la plate-forme, comme c'est le cas lorsque, dans une structure carrée ou quadrangulaire, ces parties 35 sont situées aux extrémités des diagonales de la section transversale de la structure intermédiaire. A la figure 5, on a représenté encore une autre variante à section circulaire de la pile de la structure intermédiaire 3, mais cette section allant se rétrécissant vers le haut, de sorte que la pile présente alors, notamment au niveau de la ligne de flottaison, une partie conique. Dans ce cas, le pont 1 peut avoir la forme générale d'un disque plein, et le flotteur 2 la forme générale d'un anneau circulaire, comme dans le mode de réalisation de la figure 1. Si le danger existe d'une formation importante de glace et si on désire éviter que la glace vienne en prise directement sur la partie conique de la structure intermédiaire 3, on peut prévoir par exemple de tendre des câbles de protection (non représentés) entre le pont 1 et l'embase 2. A la figure 6, on a représenté encore une autre variante de réalisation d'une plate-forme conforme à l'invention, à pile de structure intermédiaire 3 de forme générale cylindrique, mais comportant une embase à plusieurs flotteurs 2a,2k,2c,2d ayant chacun la forme d'un caisson cylindrique plat. Dans un tel cas, il est intéressant de prévoir que les parties de section élargie 3c de la structure intermédiaire 3 s'étendent dans le prolongement de ces différents flotteurs 2, à l'inté- rieur de la structure entre les flotteurs et le pont 1. Dans ce mode de réalisation, on a représenté un pont 1 à ouverture centrale 13 permettant de communiquer commodément avec l'espace intérieur 12. Dans la plate-forme représentée schématiquement, à titre de variante, aux figures 7 à 9, la structure intermédiaire entre le pont 1 et l'embase 2 est constituée de six piles ou colonnes à section circulaire, les quatre piles d'angle étant référencées 3d et les deux piles médianes 3e. Le pont 1 peut avoir en plan une forme générale rectangulaire, et l'embase 2 être constituée de deux flotteurs latéraux 2a et 2b reliés par des entretoises 2c et 2d. Les deux colonnes médianes à double paroi 3e ont leur extrémité inférieure ouverte, ce qui permet là encore d'avoir un accès direct à la mer, par un passage intérieur protégé, qui d'une part est à l'abri des intempéries et d'autre part ne nécessite pas de traverser une couche de glace. Dans ce mode de réalisation, on peut considérer par exemple que le passage intérieur 3e1 de la colonne 3e de gauche (figure 9) peut être utilisé pour le forage ou la production, tandis que le passage intérieur 3e2 de la colonne 3e de droite est utilisé comme puits de plongée, pour la descente d'une cloche de plongée. C'est également par ce conduit que pourront passer les ombilicaux des plongeurs. Il est à noter que les deux passages 3e1 et 3e2 peuvent être mis sous pression, pour y abaisser le niveau de l'eau, et faciliter ainsi les inspections, ou modifier les caractéristiques hydrostatiques de la plate- forme. Sur les figures 7 et 9, enfin, on a référencé en 14 des défenses, dont sont munies les piles 3d et 3e au niveau de la ligne de flottaison, l'ensemble des piles étant de toute façon à double paroi. Aux figures 10 & 12, on a représenté, en coupes axiales, encore d'autres utilisations possibles de piles à double paroi et à extrémité inférieure ouverte analogues aux piles 3g du mode de réalisation des figures 7 à 9. A la figure 10, la colonne 3e possède des cheminées 3e3 de risers 15, lesquels portent des organes de centrage et de portance 16 guidés dans lesdites cheminées. Sur la moitié droite de la figure, on a représenté l'élément de connecteur 17 du riser accouplé à l'élément de connecteur fixe 18 de la plate-forme, ces éléments étant séparés sur la moitié gauche de cette figure. Sur la figure 11, on a montré à titre de variante trois risers rigides 19 traversant un passage commun 3e4 d'une pile 3e à extrémité inférieure ouverte de la plate-forme, et en 20 leurs raccords. L'espace 21 prévu à la base de la colonne, au niveau de l'embase 2, constitue une chambre d'inspection des raccords, que l'on peut examiner par des hublots 22. La référence 23 désigne quant à elle un bras de manoeuvre intérieur à la chambre 21. A la figure 12, on a montré encore une autre utilisation possible de l'espace intérieur 3e5 d'une colonne à extrémité inférieure ouverte pouvant également faire partie de la structure intermédiaire d'une plateforme conforme à l'invention. A la partie inférieure de cet espace est prévu un magasin à chaîne 24. La chaîne d'ancrage, référencée en 25, passe dans des puits de chaîne 26 qui, pour éviter tout risque de gel, peuvent être alimentés en eau chaude. En 27, on a représenté un guindeau de chaîne qui, comme on le voit, peut occuper une chambre entièrement fermée, et en 28 le chaumard. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Plate-forme semi-submersible, notamment pour la recherche et/ou l'exploitation de gisements sousmarins en mers froides, du type comportant un pont ou ensemble de ponts portant différents équipements, relié par une structure intermédiaire à une embase comportant un ou plusieurs flotteurs, ainsi que des moyens d'amarrage et des moyens de liaison propres à relier le pont au fond de la mer pour l'extraction dudit gisement, caractérisée en ce que ladite structure intermédiaire comporte au moins une pile à double paroi (3a,3b,3e) à extrémité inférieure ouverte et offrant ainsi intérieurement un passage protégé d'accès à la mer. 2. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite structure intermédiaire (3) comporte une seule pile de section transversale fermée, de sorte à former sous ledit pont (1) un bassin (5) intérieur pratiquement isolé de la mer. 3. Plate-forme selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite section transversale est ronde. 4. Plate-forme selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite double paroi (3a,3b) comporte une partie conique, notamment au niveau de la ligne de flottaison. 5. Plate-forme selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite section transversale de la pile est quadrangulaire. 6. Plate-forme selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite section transversale est carrée. 7. Plate-forme selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que l'embase comporte un flotteur (2) qui, vu en plan, a la forme générale d'une boucle fermée, dont le contour correspond globalement à celui de la base de ladite double paroi (3a,3k), qui s'y raccorde. a. Plate-forme selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que la structure intermédiaire (3) comprend des parties de section élargie (3c) s'étendant au moins de part et d'autre de la ligne de flottaison. 9. Plate-forme selon la revendication 8 rattachée à la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que lesdites parties de section élargie (3c) sont situées aux extrémités des diagonales de ladite section transversale. 10. Plate-forme selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que l'embase comporte plusieurs flotteurs (2), et en ce que lesdites parties de section élargie (3c) s'étendent dans le prolongement de ces flotteurs (2), à l'intérieur de ladite structure intermédiaire (3).