Brevet FR2607165A1 — publié le 19880527

La présente invention a pour objet un dispo- sitif de suspension des jambes de support de platefor- mes pour forage ou production pétrolière en mer et se rapporte plus particulièrement aux plateformes auto- élévatrices. Les plateformes de ce type comportent géné- ralement des jambes prenant appui sur le fond marin et une coque montée déplaçable et réglable en hauteur le long des jambes. L'ensemble de la plateforme est amené en flottaison jusqu'au site de forage ou d'exploitation, et les jambes sont descendues jusqu'au contact du fond marin puis, en prenant appui sur les jambes, la coque est hissée au-dessus du niveau de la mer, jusqu'à une altitude qui la met hors de portée des plus hautes va- gues. La coque est donc déplaçable le long des jambes de la plateforme au moyen de mécanismes de le- vage solidaires de ladite coque et comportant des pi- gnons de sortie dont les paliers sont solidaires de la coque et coopérant avec des crémaillères montées sur une partie au moins de la longueur des jambes. Ces pi- gnons sont motorisés par une pluralité de moteurs électriques associés à des réducteurs dont le rapport de réduction est très élevé. Au moment du contact d'une jambe avec le fond de la mer, en fin de descente, l'impact peut être très violent compte tenu des mouvements de la coque sous l'effet de la houle. Ces chocs se répercutent dans les mécanismes de levage ce qui sollicite de façon très sévère les multiples engrenages des réduc- teurs. Pour obtenir une bonne tenue des engrenages de réducteurs, au moment du contact des jambes avec le 2607 1 65 fond de la mer, il est donc nécessaire de les surdi- mensionner de manière importante, ou d'attendre des conditions climatiques favorables, augmentant ainsi les coûts d'installation. L'invention vise donc à remédier aux incon- vénients précités des dispositifs classiques en créant un dispositif de suspension des jambes de plateforme pétrolière auto-élévatrice qui, tout en étant d'une construction relativement simple, permet de diminuer les contraintes dues aux chocs dans la structure et surtout dans la pignonerie des réducteurs, et de réa- liser la pose de la plateforme avec des conditions de mer plus sévères, donc dans des fenêtres météorologi- ques plus larges, ce qui diminue les coûts d'installa- tion. Elle a donc pour objet un dispositif de sus- pension des jambes de support de plateforme pétrolière auto-élévatrice comprenant une coque montée déplaçable sur les jambes au moyen de mécanismes d'entraînement comportant une pluralité de pignons de sortie coopé- rant avec des crémaillères montées sur une partie au moins de la longueur des jambes, chacun desdits pi- gnons de sortie étant motorisé par un moteur électri- que associé à un réducteur, caractérisé en ce que cha- que réducteur des mécanismes d'entraînement est monté articulé sur une structure les supportant et solidaire de la coque de la plateforme et coopère avec un méca- nisme d'absorption d'énergie assurant un amortissement progressif du choc notamment au moment de la pose des jambes sur le fond marin. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à ti- tre d'exemple et faite en se référant aux dessins an- nexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique en élé- vation d'une plateforme pétrolière auto-élévatrice en configuration de descente des jambes. La figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'un tronçon de l'une des jambes de la plateforme, montrant un mécanisme de manoeuvre de la jambe. La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue en élévation d'un premier mode de réalisation du dispositif de suspen- sion conforme à l'invention. La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4. La figure 6 est une vue en élévation d'une variante du dispositif de suspension suivant l'inven- tion. La figure 7 est une vue en élévation d'une autre variante du dispositif de suspension suivant l'invention. La figure 8 est une vue en élévation d'en- core une autre variante du dispositif de suspension suivant l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schémati- quement une plateforme pétrolière auto-élévatrice com- prenant une coque 1 montée déplaçable sur des jambes verticales 2 destinées à prendre appui sur le fond ma- rin 3 lorsque la plateforme est en position de forage ou d'exploitation. Chacune des jambes verticales 2 présente dans le cas présent une section triangulaire et elle est constituée de trois montants 2a, reliés entre eux par un treillis de poutrelles métalliques. Elle se termine à sa partie inférieure par un pied 4 qui, dans le présent exemple, est de forme hexagonale. La plateforme est par ailleurs équipée, au niveau de chaque jambe 2, d'un système de déplacement et de suspension 10 de la coque 1 par rapport auxdites jambes. Ce système de déplacement 10 permet de descen- dre les jambes 2 jusqu'au contact du' fond marin, puis en prenant appui sur les jambes, de hisser la coque 1 au-dessus de la mer, jusqu'à une altitude qui la met hors de portée des plus hautes vagues. A cet effet, et comme représenté sur les fi- gures 2 et 3, les montants 2a des jambes 2 sont pour- vues de crémaillères 5 diamétralement opposées, dispo- sées sur une partie de la longueur des jambes 2 et avec lesquelles sont destinés à coopérer des pignons de sortie 11 de mécanismes de motorisation 12 montés sur la coque 1. On peut prévoir, par exemple, six pi- gnons de sortie pour chaque montant 2a équipés chacun d'un mécanisme de motorisation 12. En se reportant maintenant à la figure 4, on va décrire plus en détail un mécanisme de motorisation 12. Sur cette figure, on a représenté partielle- ment le montant 2a d'une jambe pourvue de la crémail- lère 5 qui coopère avec le pignon de sortie 11. Ce pi- gnon de sortie 11 est monté sur un arbre 13 guidé, à l'une de ses extrémités, par un palier 14 d'une struc- ture 15 solidaire de la coque. L'arbre 13 est entraîné en rotation par un réducteur 16 qui est lui-même en- traîné par un moteur électrique 17. Le réducteur 16 est articulé sur la struc- ture 15 qui le supporte par l'intermédiaire de paliers 18a et 18b de façon à autoriser un certain débattement angulaire dudit réducteur et donc du pignon de sortie 11 correspondant au cours de la descente et de la pose de la jambe, comme on le verra ultérieurement. 2607 165 Par ailleurs, le réducteur 16 est relié à un mécanisme 20 d'absorption d'énergie, notamment au mo- ment du contact de la jambe 2 sur le fond marin. A cet effet, le réducteur 16 comporte exté- rieurement deux collerettes 19a et 19b entre lesquel- les est fixé un secteur denté 21 qui coopère avec un pignon 22 (figure 5) monté sur un axe 23 qui est guidé en rotation par un carter 24 fixé sur la structure 15. D'autre part, le pignon 22 est monté sur l'extrémité 25a d'un organe d'appui élastique qui, dans l'exemple représenté à la figure 4, est constitué par une barre de torsion 25 placée dans un logement 26 prévu à l'in- térieur de la structure 15. L'autre extrémité 25b de la barre de torsion 25 est immobilisé sur la structure 15. Cette barre de torsion 25 peut être réalisée en acier ou en un matériau composite possédant une bonne résistance mécanique. Elle peut également être formée par un tube en matériau composite obtenu par bobinage et composé de fils de verre et de résine épo- xyde. Le réducteur 16 comporte également à l'oppo- sé du secteur denté 21 un ergot 27 de limitation du débattement angulaire dudit réducteur entre deux bu- tées de fin de course 28a et 28b (figure 5). Chaque système de déplacement et de suspen- sion de la coque 1 de la plateforme pétrolière est donc réalisé de cette façon. L'ensemble de la plateforme est donc amené en flottaison jusqu'au site de forage ou d'exploita- tion, et les jambes 2 sont descendues jusqu'au contact du fond marin. Pour cela, les moteurs électriques 17 entraînent donc par l'intermédiaire des réducteurs 16 les pignons de sortie 11 qui engrènent avec des cré- maillères 5. Au cours de la descente des jambes 2, les moteurs électriques 17 jouent le rôle de freins. Au moment du contact de la jambe 2 avec le fond marin, en fin de descente, l'impact peut être très violent compte tenu des mouvements de la coque sous l'effet de la houle. Le choc se répercute donc dans les pignons de sortie 11 par les crémaillères 5 ce qui provoque la rotation des réducteurs 16 dans les paliers 18a et 18b. Chaque réducteur 16, en tournant, entraine le secteur denté 21, qui lui-même entraîne le pignon 22. Le couple de réaction est donc transmis aux différentes barres de torsion 25 qui se déforment et agissent comme des organes de suspension de la jambe 2 sur la coque 1. Ce dispositif de suspension amortit le choc au moment du contact de la jambe sur le fond marin par une absorption d'énergie progressive sur une course déterminée par les butées 28a et 28b entre lesquelles se déplace l'ergot 27 du réducteur 16 de chaque méca- nisme de motorisation. Cette course autorise, grâce au montage articulé des réducteurs 16 sur la structure, une certaine rotation des pignons de sortie 11 au mo- ment de l'impact, permettant ainsi aux crémaillères 5 et donc aux jambes 2 d'osciller et de se stabiliser en transmettant progressivement la charge de la platefor- me sur le fond marin. Dans le mode de réalisation de la figure 6, l'organe d'appui élastique du mécanisme 20 d'absorp- tion d'énergie est constituée par deux barres de tor- sion 30 et 31 montées en série et placées dans le lo- gement 26 de la structure 15. Le secteur denté 21 du réducteur 16 engrène sur le pignon 22 monté sur l'axe 23 guidé en rotation par un carter 32 fixé sur la structure 15. Le pignon 22 est monté sur l'extrémité a de la première barre de torsion 30. L'autre extré- mité 30b de cette première barre de torsion 30 est so- lidaire d'un pignon 33 qui engrène sur un pignon 34 solidaire de l'extrémité 31a de la seconde barre de torsion 31. Les pignons 33 et 34 sont chacun montés sur un axe respectivement 35 et 36 guidé en rotation par un carter arrière 37 fixé sur la structure 15. Enfin, l'extrémité 31b de la seconde barre de torsion 31 est immobilisée sur le carter avant 32. Le couple de réaction appliqué aux réduc- teurs 16 est transmis, par l'intermédiaire du secteur dentée 21 et du pignon 30, à la première barre de tor- sion 30 qui se déforme. En se déformant, la première barre de torsion 30 entraine les pignons 33 et 34 ce qui provoque la déformation de la seconde barre de torsion 31 dont l'une des extrémités est immobilisée sur la structure. Le couple est donc repris par les deux barres de torsion 30 et 31, ce qui permet d'amor- tir le choc au moment du contact de la jambe sur le fonc marin. Grâce à cette disposition à deux barres de torsion, on obtient un encombrement réduit et une grande souplesse d'amortissement. Si nécessaire, on peut multiplier le nombre de barres de torsion montées en série. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 7, l'extrémité 40a de la barre de torsion 40 comporte, comme précédemment, un pignon 22 coopérant avec le secteur denté 21 fixé sur les réducteurs 16. Par contre, l'autre extrémité 40b de la barre de tor- sion 40 est munie d'un système de préréglage 41 de la torsion de ladite barre. Ce système de préréglage. 41 est constitué par un moteur réducteur 42 entraînant une roue dentée 43 qui engrène avec une couronne den- tée 44 fixée sur l'extrémité 40b de la barre de tor- sion. Ce système de préréglage peut être avantageu- sement constitué par un ensemble à vis sans fin et à roue tangente. Le système de préréglage permet, par l'in- termédiaire de la roue dentée 43 et de la couronne dentée 44, de prédéformer la barre de torsion 40 et de modifier la position du point neutre de l'ergot 27 de limitation du débattement angulaire du réducteur entre les deux butées de fin de course 28a et 28b (figure ). Le mécanisme 20 d'absorption d'énergie re- présenté à la figure 8 comporte une barre de torsion 50 formée par un manchon tubulaire en élastomère ou matériau élastique similaire avec incorporation ou non de rondelles rigides. Comme pour les modes de réalisa- tion précédents, l'extrémité 50a de la barre de tor- sion 50 est montée sur le pignon 22 entraîné par le secteur denté 21 et l'extrémité opposée 50b est immo- bilisée sur la structure 15. D'autre part, cette barre de torsion peut également être formée par un cylindre plein en élasto- mère ou matériau élastique similaire, ou encore en ma- tériau lamifié formé par une juxtaposition de rondel- les en élastomère et de rondelles rigides. L'extrémité 50b de la barre de torsion 50 peut aussi être associée à un système de préréglage de la torsion. On voit que les divers agencements qui vien- nent d'être décrits permettent de diminuer les contraintes dues aux chocs dans la structure et surtout dans la pignonerie des réducteurs, et égale- ment de contrôler l'équilibrage des charges sur l'en- semble des pignons de sortie desdits réducteurs. De plus, le dispositif de suspension suivant l'invention permet en outre d'égaliser les couples entre tous les réducteurs du système de déplacement des- jambes par rapport à la coque, et offre ainsi la 2607 1 65 possibilité de pouvoir effectuer la pose de la plate- forme avec des conditions de mer plus sévères, donc dans des fenêtre météorologiques plus larges, ce qui diminue sensiblement les coûts d'installation. Par ailleurs, ce dispositif offre également la possibilité de pouvoir mesurer la charge appliquée sur les pignons de sortie des réducteurs, en disposant par exemple un organe de mesure sur l'extrémité de la barre de torsion opposée au pignon d'entraînement, et en mesurant l'angle de rotation de l'extrémité tour- nante de la barre de torsion, ledit angle étant pro- portionnel à cette charge. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de suspension des jambes de support de plateforme pétrolière auto-élévatrice comprenant une coque (1) montée déplaçable sur les jambes (2) au moyen de mécanismes d'entraînement (10) comportant une pluralité de pignons de sortie (11) coopérant avec des crémaillères (5) montées sur une partie au moins de la longueur des jambes (2), chacun desdits pignons de sortie (11) étant motorisé par un moteur électrique (17) associé à un réducteur (16), caractérisé en ce que chaque réducteur (16) des méca- nismes d'entraînement (10) est monté articulé sur une structure (15) les supportant et solidaire de la coque (1) de la plateforme et coopère avec un mécanisme (20) d'absorption d'énergie assurant un amortissement pro- gressif du choc notamment au moment de la pose des jambes (2) sur le fond marin. 2.- Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la structure (15) comporte pour chaque réducteur au moins un palier (18a, 18b) autorisant un débattement angulaire déter- miné de chacun desdits réducteurs (16) et de chaque pignon de sortie (11) correspondant des mécanismes d'entraînement (10). 3.- Dispositif de suspension selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que le débattement angu- laire de chacun des réducteurs (16) et de chaque pi- gnon de sortie (11) correspondant est limité par deux butées de fin de course (28a, 28b) entre lesquelles se déplace un ergot (27) solidaire en rotation avec cha- cun desdits réducteurs. 4.- Dispositif de suspension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que chaque mécanisme d'absorption d'énergie (20) comporte un organe d'appui 1 1 élastique (25, 30, 31, 40, 50) relié au réducteur (16) correspondant. 5.- Dispositif de suspension selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que l'organe d'appui élastique est formé par au moins une barre de torsion (25, 30, 31, 40) dont l'une des extrémités est munie d'un pignon (22) engrenant avec un secteur denté (21) monté sur le réducteur (16) et dont l'autre des extré- mités est immobilisée sur la structure (15) solidaire de la coque (1) de la plateforme. 6.- Dispositif de suspension selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que l'organe d'appui élastique est formé par au moins deux barres de tor- sion (30, 31) munies de moyens (33, 34) d'entrainement entre elles. 7.- Dispositif de suspension selon les re- vendications 5 et 6, caractérisé en ce que la ou les barres de torsion (50) sont des cylindres ou des tubes en élastomère ou matériau élastique similaire. 8.- Dispositif de suspension selon les re- vendication 5 et 6, caractérisé en ce que la ou les barres de torsion (50) sont en matériau lamifié formé par une juxtaposition de rondelles en élastomère (51) et de rondelles en acier (52). 9.- Dispositif de suspension selon les re- vendications 5 et 6, caractérisé en ce que la ou les barres de torsion (25, 30, 31, 40) sont des tubes en matériau composite obtenu par bobinage. 10.- Dispositif de suspension selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la ou les barres de torsion (40) sont munies d'un système de préréglage (41) de la torsion. 11.- Dispositif de suspension selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la ou les barres de torsion (25, 30, 31, 40, 50) sont munies d'un organe de mesure de la charge appliquée sur les pignons de sortie (11) du réducteur (16) correspondant par lecture de l'angle de torsion obtenu entre les ex- trémités de la ou des barres de torsion.