Brevet FR2576577A1 — publié le 19860801

Plate-forme semi-submersible de Production nétrolière, de stockaae et de chargement en eau Profonde La présente invention concerne une plate-forme semi-submersible de production et de chargement pétrolier en eau profonde, du type comportant notamment des flotteurs, lesquels sont reliés à au moins un pont par des colonnes, cette plate-forme étant associée à des moyens d'ancrage au fond. Pour la production de pétrole en mer profonde, son traitement et son transport par tankers à partir du site de production, différentes techniques ont été mises en oeuvre dans le passé. On a par exemple utilisé, pourla production et le traitement du brut, un tanker ancré à demeure sur le site, et sur lequel le pétrole traité est stocké. Des tankers de transport viennent à tour de rôle s'ancrer à proximité du tanker de traitement et de stockage pour être chargés. Cette technique nécessite l'utilisation d'un système à ancrage tournant et bouées, par l'intermédiaire duquel s'effectue la liaison, par les conduites d'amenée, entre les têtes de puits et le tanker de traitement. Si la profondeur est supérieure à 100 mètres, le poids des conduites devient tel que le volume des bouées nécessaires devient prohibitif, ce qui condamne pratiquement ce système. Par ailleurs, le traitement du brut consiste essentiellement, comme on le sait, en une séparation effectuée entre le pétrole d'une part, l'eau de mer et le gaz d'autre part. Le gaz est brûlé dans des torchères ou réinjecté au fond, mais ceci nécessite l'utilisation d'un joint tournant, ce qui pose de gros problèmes d'étanchéité. Selon-une autre technique connue, on utilise une plate-forme fixe reposant sur une colonne fixée au fond, sur laquelle on procède au traitement et au stockage du brut, cette plate-forme fixe -étant associée à une colonne articulée fixée au fond à quelque distance, par un joint pivotant. Le brut traité redescend le long de la colonne de la plate-forme fixe jusqu'au fond, puis remonte jusqu'à la tête de la colonne articulée. Cette tête peut pivoter sur 360 et les tankers viennent à tour de rôle s'y ancrer pour le chargement, un joint tournant étant également prévu en tête de colonne. Il s'agit là d'un système lourd et cher, surtout lorsque la profondeur dépasse les 120 mètres. Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients des techniques connues, ceci en élaborant une technique qui s'en différencie totalement. A cet effet, on utilise, conformément à l'invention, une plate-forme de production et de chargement semi-submersible, à savoir pourvue de flotteurs, lesquels sont reliés à un pont par des colonnes ou piles, cette plate-forme étant bien entendu pourvue d'un sys -tème d'ancrage au fond, de toute constitution classique appropriée, et étant caractérisée en ce qu'elle comporte une installation de traitement du pétrole brut, reliée aux têtes de puits par des conduites de montée, des réservoirs de stockage du pétrole traité, constitués au moins en partie par lesdits flotteurs, des moyens d'amarrage de navires destinés à charger et à transporter le pétrole traité, et des moyens de chargement desdits navires en pétrole traité, lesdits réservoirs étant reliés, entre autres, auxdits moyens de chargement par un système de canalisations. Elle pourra comporter des flotteurs de très grand volume agencés sous la forme de réservoirs cloisonnés interconnectés par un système de vannes commandées à distance, tout ou partie de ces réservoirs étant emplis de brut. traité, ou d'eau de mer de ballastage1 les colonnes ou piles de liaison au pont participant également à la flottaison. Il s'agit en tout etat de cause d'une installation "intégrée", c'est-à-dire qu'à la différence des techniques antérieures évoquées plus haut1 une seule et même unité porte l'ensemble des moyens de production, de stockage du brut traité, et de chargement des tankers. De préférence , lesdits flotteurs sont agencés sous la forme d'-au moins deux ensembles latéralement espacés, s'etendant parallèlement -I'unà l'autre, de réservoirs cloisonnés. Lorsque, d'une façon connue en soi, le pont a une forme en plan globalement rectangulaire ou carrée, il est particulièrement avantageux de prévoir que des moyens d'amarrage de navires transporteurs, aussi bien que des moyens de chargement, sont prévus en au moins un de ses angles, en tête de la colonne correspondante. Cette disposition donne aux tankers de chargement qui viennent s'amarrer sur une tête de colonne une grande latitude d'orientation (plage angulaire théorique 270'), ce qui leur permettra de s'orienter au mieux en fonctio-n du vent et de l'état de la mer (courants et houle). Toutefois, pour limiter l'angle de rotation maximal des conduites d'évacuation du brut traité, à savoir des conduites allant dudit système de canalisations au tanker en cours de chargement, il pourra être opportun de prévoir, en outre, que des moyens d'amarrage et de chargement sont de préférence prévus en tête des colonnes, en chacun des angles dudit pont, et que ledit système de canalisations comprend une boucle de chargement longeant les côtés du pont, et dont les angles sont reliés respectivement auxdits moyens de chargement, en tête des colonnes. Ainsi, -les commandants des tankers pourront s'amarrer, à l'écart des torchères, à la tête de colonne la plus appropriée parmi les quatre disponibles, selon les conditions de vent et de mer, pour que le navire reste face au vent et soit ainsi le plus stable possible pendant le chargement, en ne changeant que très peu d'orientation. De la sorte, on pourra minimiser dans toute la mesure du possible l'angle de rotation de la conduite d'évacuation du brut traité, par rapport à ladite boucle de chargement, et donc éviter l'utilisation de joints tournants au niveau des moyens de chargement. Un mode d'exécution de la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - la figure I est une vue latérale d'une plateforme conforme à la présente invention - la figure 2 est une vue de l'arrière de la plate-forme - la figure 3 est une vue de dessus de la plateforme - la figure 4 est une vue de détail en-élévation de l'avant d'une tête de colonne arrière tribord - la figure 5 est une vue en plan de la tête de colonne de la figure 4 ; et - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 4. La plate-forme, comme bien visible sur les figures 1 à 3, comporte essentiellement un pont principal 1 de forme générale rectangulaire, et un pont inferieur 2 reposant sur les têtes de quatre colonnes ou piles cylindriques 3. Ces colonnes sont elles-mêmes reliées, deux par deux, à deux flotteurs latéraux allongés 4. A l'avant et à- l'arrière de la plate-forme, les colonnes 3 sont reliées, à proximité de leur base, par une entretoise 5 et, aux ponts, par des jambages 6 s'étendant dans des plans verticaux. Les flotteurs 4 et les colonnes 3 sont partiellement compartimentés, comme représenté par les traits pointillés, respectivement 7 et 8, de sorte à constituer des réservoirs pour le pétrole traité, pour l'eau de mer de ballastage, pour l'-eau douce et autres fluides, ainsi qu'un accès longitudinal le long des flotteurs. Les différents réservoirs peuvent être reliés à un système de pompage, non représenté, par des vannes à commande automatique. il n'est pas nécessaire d'entrer ici dans le détail de l'agencement des réservoirs.Il suffit de noter, à titre de disposition générale, que, dans la mesure du possible, les réservoirs extérieurs seront destinés à recevoir l'eau de mer et les réservoirs intérieurs le pétrole, pour limiter les risques de pollution en cas de collision et de rupture dés réservoirs.Bien entendu, des réservoirs supplémentaires peuvent être prévus, à diverses fins, sur les flotteurs eux-mêmes ou sur les ponts. Au milieu des colonnes, sont prévues des gaines 9 pour le passage de diverses conduites et autres, notamment pour le passage des conduites reliant les réservoirs de pétrole au système de canalisations mentionné plus haut, prévu pour le chargement du brut sur les -tankers. Ce système de canalisations ou collecteur est référencé en 10 sur la vue en plan de la figure 3. On voit qu'il a la forme d'une boucle ouverte rectangulaire, suivant le contour du pont, et pouvant communiquer avec les réservoirs de pétrole brut par des conduites -verticales 11 traversant les gaines 9 des deux colonnes 3 arrière. C'est par les mêmes gaines que passent les conduites reliant les réservoirs à l'instal= lation de traitement du pétrole brut, laquelle est portée par le pont principal 1, comme visible notamment sur les figures 1 et 2. L'eau de mer séparée du pétrole brut est également traitée, par d'autres équipements pour être déshuilée avant rejet à la mer, de sorte à limiter au maximum la pollution.Quant au gaz séparé du pétrole brut dans l'installation précitée, il est brûlé dans l'une de deux torchères référencées en 12, s'étendant latéralement en dehors du bord, sur les deux bords opposés de la plate-forme. La torchère mise en service est choisie en fonction de l'emplacement du tanker en cours de chargement, bien entendu pour en être la plus éloignée possible. Sur les figures 1 à 3, on a également représenté, et référencé globalement en 13, les quartiers d'habitation prévus pour l'équipage, occupant un pont supérieur 14, au-dessus de bâtiments de service 15. Au niveau du toit des quartiers 13 est prévu en outre un héliport 16. La plate-forme ainsi équipée est maintenue sur le site par des lignes-d'ancrage telles que celles référencées en 17, et qui peuvent, par exemple, être au nombre de huit (deux par colonne). Ces lignes passent sur des chaumards 18 et peuvent être mises sous tension appropriée par des treuils 19 actionnables en permanence. Ceci étant, on obtient une stabilité suffisante pour un branchement direct des lignes d'amenée du brut, branchées sur les têtes de puits (par exemple au nombre de six) et qui ont été référencées en 20. En chacun des quatre angles de la plate-forme et en tête de colonne est prévu un système d'amarrage et de chargement pour les tankers, système qui va maintenant être décrit, notamment avec référence aux figures 4 à 6, qui représentent le système de la colonne tribord arrière, les autres systèmes, globalement identiques, n'ayant naturellement pas besoin d'être décrits. La tête 3a de colonne 3 porte une embase 21 montée pivotante, selon l'axe 3k de la colonne, sur des chemins de roulement 22 et 23, par l'intermédiaire de roulements appropriés tels que 24,25. Cette embase pivotante 21 porte à la fois les moyens d'amarrage et les moyens de chargement de navire qui ont été mentionnés au début. Les moyens d'amarrage comprennent essentiellement un treuil 26, pour la mise sous tension d'une ligne d'amarrage 27 reliée à un navire 28. L'embase 21 porte en outre un support triangulaire 29 sur lequel est monté pivotant, par l'intermédiaire d'un axe horizontal 30, un bras de chargement 31. Ce bras de chargement 31 est donc mobile à la fois en site par rotation autour de l'axe 30-et en azimut par rotation de l'embase 21 autour de l'axe 3b de la colonne 3 correspondante. Le réglage de l'angle de site du bras 31 s'effectue par la commande d'un vérin 32 articulé, monté entre des' axes parallèles et horizontaux 33 de l'embase et 34 de l'extrémité du bras articulé 31. Ce bras de chargement porte une conduite souple 35 reliée par un raccord 36 au système de canalisations 10, par l'intermédiaire duquel par conséquent le pétrole traité brut des différents réservoirs de la plate-forme pourra être transféré sur le tanker. Le bras de chargement 31 et la conduite souple 35 ont également été représentés en pointilles respectivement en 31' et 35', en une position plus élevée correspondant à un état intermédiaire de mise en place du bras par rapport au tanker. Sur les figures 5 et 6, on a montré les angles de débattement maxima du bras de chargement 31, qui peut se déplacer horizontalement entre deux positions extrêmes représentées en pointillés et réf érencées respectivement 31" et 31"'. Le bras de chargement peut se déplacer horizontalement dans une plage maximale d'environ 140 par ce pivotement autour de l'axe vertical3d de la colonne. On voit que ces dispositions donnent aux tankers de chargement du pétrole brut traité une grande latitude de positionnement tant par rapport à la plate-forme que par rapport à la direction du vent et de la houle. Le tanker pourra, dans tous les cas, se placer sous le vent par rapport à la plate-forme et s' orienter face au vent en faisant pivoter lui-même le bras de chargement 31. La ligne d'amarrage 27 ou la haussière du navire seront constamment tendues de sorte à stabiliser parfaitement la position du navire par rapport à la plate-forme. Du fait que, quelles que soient les conditions extérieures, le pivotement du bras de chargement 31 restera relativement limité et en tout cas très largement inférieur à 360-, il ne sera aucunement nécessaire de prévoir des joints tournants à l'emplacement des raccords 36 entre les conduites souples et le système de canalisations 10, cette-relativement faible amplitude de rotation pouvant être facilement absorbée par la souplesse des conduites 35, d'autant plus que, comme visible sur la figure 4r la partie terminale verticale de la conduite 35 est coaxiale à l'axe de rotation 3b de l'embase 21. Cela élimine radicalement toutes les difficultés rencontrées auparavant du fait de la nécessité d'utiliser les joints tournants. Au surplus, une plate-forme conforme à l'invention pourra être commodément transférée d'un site à un autre par simple remorquage après désancrage. De même, l'invention permet de s'affranchir dans une très large mesure du poids des amarres, et l'on pourra commodément exploiter le fond de Ia mer à des profondeurs pouvant aller jusqu'à 500 mètres. 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 de production et de chargement pétrolier en eau profonde, du type comportant notamment des flotteurs lesquels sont reliés à au moins un pont par des colonnes, cette plate-forme étant associée à des moyens d'ancrage au fond, caractérisée en ce qu'elle comporte une installation de traitement du pétrole brut, reliée aux têtes de puits par des conduites de montée (20), des réservoirs de stockage du pétrole traité, constitués au moins en partie par lesdits flotteurs (4), des moyens d'amarrage (26,27) de navires (28) destinés à charger et à transporter le pétrole traité, et des moyens de chargement (31,35) desdits navires (28) en pétrole traité, lesdits réservoirs étant reliés, entre autres, auxdits moyens de chargement (35) par un système de canalisations (10). 2. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits flotteurs (4) sont agencés sous la forme d'au moins deux ensembles latéralement espacés, s'étendant parallèlement l'un à l'autre, de réservoirs cloisonnés (7). 3. Plate-forme selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, ledit pont (1) ayant une forme en plan globalement rectangulaire ou carrée, des moyens d'amarrage (26,27) de navires transporteurs (28), aussi bien que des moyens de chargement (31,35), sont prévus en au moins un de ses angles, en tête (3a) de la colonne (3) correspondante. 4. Plate-forme selon la revendication 3, caractérisée en ce que des moyens d'amarrage (26,27) et de chargement (31,35) sont de préférence prévus en tête (3a) des colonnes (3), en chacun des angles dudit pont (1). 5. Plate-forme selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit système de canalisations comprend une boucle de chargement (10) longeant les côtés du pont (1), et dont les angles sont reliés respectivement auxdits- moyens de chargement (31,35), en tête (3a) des colonnes (3). 6. Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens d'amarrage comprennent sur une tête (3a) de colonne (3) un treuil ou analogue (26) propre à agir sur une ligne d'amarrage (27) reliée au navire de chargement (28), et monté sur une embase (21) reposant elle-même de façon pivotante sur la tête (3a) de colonne par l'intermédiaire de chemins de roulement (22,23) et de roulements (24,25). 7. Plate-forme selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite embase pivotante (21) porte en outre un support (29) auquel est relié de façon articulée un bras de chargement (31) portant lui-même une conduite (35) d'évacuation de pétrole, propre à relier le navire de chargement (28) au système de canalisations (10). 8. Plate-forme selon la revendication 7, caractérisée en ce que la rotation du bras de chargement (31) s'effectue par rapport audit support (29) par l'intermédiaire d'un axe de pivotement horizontal (30) > d'un vérin (32) de réglage d'inclinaison,- connecté de façon articulée (en 33,34) entre l'embase (21) et l'extrémité correspondante du bras (31). 9. Plate-forme selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la connexion entre la conduite de pétrole brut (35) et le système de canalisations (10) s'effectue par l'intermédiaire d'un raccord simple (36).