Brevet FR2607773A1 — publié le 19880610

Plateforme semi submersible de type catamaran pour le forage en mer L'invention concerne une plateforme semi-submersible pour le forage en mer, de type catamaran, c'est-à-dire comportant: deux flotteurs submersibles allongés, sensiblement horizontaux, parallèles et espacés l'un de l'autre; un pont supporté au dessus desdits flotteurs et relié à ceux-ci par une structure de montage, le pont comportant une ouverture centrale surplombant l'espace entre les deux flotteurs et surmontée d'une tour de forage. Ladite structure de montage comporte des colonnes verticales. dont au moins deux paires relient les extrémités des flotteurs au pont. Une telle structure générale est connue par exemple par le document US-A4 435 108. Divers équipements sont' par ailleurs prévus sur de telies plateformes: notamment des grues et des moyens de stockage et de manutention de tuyaux. On entendra ici par tuyaux essentiellement les deux prin- cipales sortes d'éléments cylindriques longs utilisés en grande quantité sur une telle plateforme à savoir: les tiges de forage (en anglais "drill pipes"), mesurant par exemple une dizaine de mètres de long et une douzaine de centimètres de diamètre et les tubes prolongateurs (en anglais "marine risers") d'une quinzaine de mètres et d'un peu plus d'un mètre de diamètre. Le plus souvent, l'ensemble de ces tuyaux est stocké horizontalement. Il est donc nécessaire de prévoir un dispositif en manutention tel que celui du document GB-A-1319270 conçu pour relever les tuyaux et les mettre dans leur position verticale d'utilisation. Pour éviter ce changement inutile de position des tuyaux, on a déjà proposé des dispositifs de stockage vertical de tiges de forage individuelles, comme dans le document US-A4044895 ou dans le document GB-A-i1494964, les tiges étant logées côte-àcôte sur toute la surface d'une aire de stockage, prévue sous le pont de la plateforme de manière à abaisser le centre de gravité de l'ensemble. Le stockage présente notamment l'inconvénient d'occuper une place au sol importante et de ne permettre qu'un accès successif aux différentes tiges à moins de prévoir un dispositif d'extraction par le haut qui puisse se déplacer au dessus de toute ladite surface au sol, ce qui augmente l'encombrement. Un article de la revue "Ocean Industry", Août 1985, se rapporte à un projet de plateforme de type catamaran, dans lequel le stockage des tubes prolongateurs se fait verticalement à l'intérieur d'un caisson médian parallélépipédique reliant les deux flotteurs du catamaran. Toutefois, ce caisson médian présente de sérieux inconvénients. D'une part sa présence entre les flotteurs s'oppose à la manipulation des plaques de base de production (en anglais "templates", cf. US-A-4435108) dont l'encombrement est couramment d'une dizaine de mètres sur quarantes mètres. D'autre part, ce caisson médian crée un tirant d'eau considérable et offre une prise à la houle énorme: rien n'est plus contraire aux avantages d'un catamaran que de lui ajouter un mur en travers; cela oblige notamment à prévoir un accroissement sensible des équipements d'ancrage. Selon un autre projet de plateforme, élaboré par la Société FRIEDE & GOLDMAN (New Orleans, Louisiane, USA) et désigné sous le nom de "Trendsetter", il est prévu en dessous de la tour de forage un caisson cylindrique annulaire central dans l'épaisseur périphérique duquel sont stockés verticalement les tubes prolongateurs. Comme pour le précédent projet, la présence d'un caisson central s'oppose à la manipulation des plaques de base de production. De plus, ce caisson central doit voir son volume sérieusement limité pour ne pas opposer une surface trop grande à la vague. Du reste, les tiges de forage restent stockées horizontalement. D'autre part, ce caisson subit des efforts très importants dus à la poussée d'Archimède, qui exigent un entretoisement considérable: or, les entretoises sont généralement le point faible des plateformes, en raison de la fragilité relative des soudures; il convient donc d'éviter la multiplication excessive des entretoises. Enfin, il existe des risques de remontée d'eau à l'intérieur du volume ouvert du caisson lors des mouvements de pilonnement de la plateforme,ce qui aurait pour effet de créer un effet de pistonnage néfaste. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle plateforme semisubmersible de type catamaran ne présentant pas les inconvénients précités, et permettant le stockage vertical à la fois des tubes prolongateurs et des tiges de forage sans nuire à la stabilité de la plateforme ou affaiblir la structure. L'invention atteint son but du fait que la structure de montage reliant les flotteurs au pont comporte au moins deux co- lonnes creuses formant des caissons et comportant intérieurement les moyens de stockage de tuyaux agencés de manière à en permettre le stockage vertical, lesdites colonnes étant face-à-face et à dis- tance l'une de l'autre, sensiblement au milieu de chaque flotteur. Il est avantageux que le stockage s'organise sur toute la hauteur des colonnes de manière à augmenter au maximum la capacité de stockage et abaisser le centre de gravité de la plateforme. Aussi est-il prévu de stocker verticalement plusieurs longueurs de tuyaux. Du fait que ce sont des colonnes de la structure de montage qui servent au stockage, il n'est pas nécessaire de prévoir un entretoisement supplémentaire important. Comme ces colonnes sont à distance l'une de l'autre, l'espace central laisse la possibilité de manipuler les plaques de base de production et il n'y a pas de mur transversal à la direction du catamaran. La forme des colonnes est choisie pour offrir un volume de stockage important, mais surtout un volume adapté à une organi- sation linéaire du stockage parallèlement aux parois verticales des colonnes. A cet effet, celles-ci comportent avantageusement une partie semi-cylindrique tournée vers l'extérieur de la plateforme, prolongée intérieurement par deux joues latérales, ce qui permet de prévoir facilement un système d'accès direct à chaque emplacement individuel de stockage, par échappement latéral de part et d'autre d'une voie de circulation linéaire le long de laquelle s'organise le stockage. Ce système d'accès direct comporte avantageusement un pont roulant équipé de pinces de manutention. L'extraction des tuyaux hors de la colonne de stockage se fait avantageusement au moyen d'une rampe élévatrice. Du fait que les tuyaux sont stockés essentiellement sur deux rangées parallèles aux parois semi-cylindriques et aux joues latérales des colonnes creuses, il reste au centre de celles-ci un volume disponible pour le stockage d'autres matériaux. C'est pourquoi il est prévu plusieurs niveaux de silos à pulvérulents, placés le plus bas possible dans la colonne pour abaisser au maximum le centre de gravité: on peut de la sorte répartir une charge de 1500 tonnes sur les colonnes. - Au dessus de l'emplacement de ces silos, chaque colonne de stockage comporte un alvéole accessible grâce à des rails reliant la partie supérieure des colonnes et des chariots de manu- tention. Ces alvéoles sont destinés au stockage de vannes anti- éruption (ou obturateur, en anglais "blow out preventer"). L'ensemble de ces installations se prête parfaitement à une automatisation complète de la manutention des différents éléments ou produits stockés. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode préféré de réali- sation. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective longitudinale schématique d'un mode de réalisation de plateforme conforme à l'invention. - la figure 2 est une vue en perspective transversale schématique de la plateforme de la figure 1, le pont ayant été enlevé. - la figure 3 est une vue en plan schématique de la plateforme de la figure 2. - la figure 4 est une vue en perspective partiellement arrachée des deux colonnes supplémentaires à l'intérieure desquelles s'effectue le stockage des tuyaux. - la figure 5 est une vue latérale montrant le détail de la partie inférieure de la rampe élévatrice. On voit sur les figures 1 et 2 une plateforme comportant deux flotteurs submersibles horizontaux 1 et 2, sensiblement parallèles. Ils mesurent environ 90m de long, pour une largeur de 17,5m et une hauteur de 8,5m et laissent entre eux une distance d'environ 30m. Ces flotteurs 1,2 supportent un pont rectangulaire 3 par l'intermédiaire d'une structure de montage comportant quatre colonnes 4,5,6,7 à section sensiblement carrée de 11m de côté, aux angles arrondis. Ces colonnes sont implantées vers l'extérieur des flotteurs 1,2 et sensiblement à leur extrémité au voisinage des étraves arrondies de ceux-ci, de manière à assurer la meilleure stabilité du pont 3, dont la surface inférieure s'élève à une trentaine de mètres au-dessus des flotteurs. Des contreforts 8,9,10,11 renforcent le pied des colonnes sur leur face tournée vers l'intérieur: les contreforts 8,9;10,11 sont reliés deux à deux par des entretoises 12,13 impartissant la rigidité nécessaire à la structure de montage. Le pont 3, qui est en fait composé de trois étages de pont superposés, comporte en son milieu une ouverture 14 surmontée par une tour de forage 15. Le pont comporte également un ensemble d'installation et matériels non représentés ici, tels que grues diverses, zones de stockage, zone d'atterrissage, etc. Il est éga- lement inutile de décrire les éléments annexes de la plateforme, tels que le système d'amarrage, etc., bien connus de l'Homme de métier et qui ne font pas partie à proprement parler de l'invention. Conformément à l'invention, la structure de montage comporte également deux colonnes supplémentaires 16 et 17 placées face-à-face au milieu des flotteurs 1,2. Ces colonnes 16,17 sont prises en partie sur les flotteurs 1,2 et se prolongent l'une vers l'autre vers l'intérieur de la plateforme, leurs faces en vis-à-vis laissant toutefois un espace intermédiaire d'une quinzaine de mètres. Chaque colonne 16,17 comporte une partie extérieure semi- cylindrique 18,19 prise essentiellement sur les flotteurs 1,2, et une partie intérieure parallélépipédique 20,21, s'étendant en dehors des flotteurs 1,2 et descendant jusqu'au niveau inférieur de ceux-ci. Des goussets horizontaux 22,23,24,25, de l'épaisseur des flotteurs 1,2, relient, à des fins de renforcement, les joues latérales de la partie intérieure 20,21 de colonne 16,17 au côté intérieur du flotteur 1,2. L'ensemble des flotteurs et des-colonnes est construit par assemblage de plaques métalliques formant double_ coque selon les techniques connues de la construction navale. Les figures 2 et 4 esquissent à titre purement indicatif les limites de certaines plaques d'assemblage. La figure 4 montre bien la double coque, par exemple 19' et 19" de la partie semicylindrique 19 de la colonne 17. Les colonnes 16 et 17 sont aménagées pour servir au stockage vertical des tuyaux de toute sorte, i.e. aussi bien des tiges de forage que des tubes de prolongement. Ce stockage s'effectue de part et d'autre d'une voie de circulation linéaire 30 parallèle à la paroi semi-cylindrique et aux joues latérales des colonnes 16,17. Deux rails parallèles 31,32 sont montés par des moyens de support adéquats sensiblement à la partie supérieure de chaque colonne à un écartement leur permettant de couvrir, de part et d'autre de la voie de circulation, l'espace de stockage. Un ou plusieurs ponts roulants automoteurs 33 sont équipés pour rouler sur les rails 31,32 et comportent un dispositif de manutention 34 capable de se déplacer transversalement à la voie 30, le long du pont 33, de manière à pouvoir se positionner au dessus de n'importe quel endroit de l'espace de stockage. La manoeuvre du pont 33 est commandable à distance par des moyens bien connus de l'Homme du métier. Le dispositif de manutention 34 comporte à sa partie inférieure un organe de préhension 34' (par exemple à pinces) susceptible de déplacement vertical. Compte tenu des dimensions courantes des tubes de prolongement (50 pieds soit 15,24m) et des tiges de forage (30 pieds soit 9,14m), et de la hauteur disponible dans les colonnes (près d'une quarantaine de mètres), il est apparu avantageux de grouper des tubes de prolongement en les aboutant deux à deux, comme on le voit des tubes 35,36, et de grouper les tiges de forage par rames de trois tiges placées bout-à-bout. Comme de plus le diamètre de ces dernières (5 pouces soit 12,7cm) est bien inférieur à celui des tubes de prolongement (46 pouces, soit 116,84cm), les trains de tiges sont groupées par barillets de douze à l'intérieur d'un conteneur cylindrique 37, dont le diamètre est voisin de celui des tubes de prolongement. Des systèmes à barillets sont connus par l'article précité d'OCEAN INDUSTRY. Les tubes 35,36 et les conteneurs 37 sont stockés de part et d'autre de la voie de circulation 30, dans des emplacements définis d'une part par des éléments 38 (alvéoles ou protubérances) d'un plancher 39 des colonnes et par les indentations de deux rateliers parallèles 40 (dont un seul a été représenté) à échappement latéral, lesquels sont équipés d'un système de blocage. Selon une disposition avantageuse, les éléments 38 sont constitués de cônes inversés élastiques faisant saillie vers le haut, sur lesquels viennent s'embrocher l'extrémité basse des tubes 35,36 ou des conteneurs 37 (dont l'extrémité basse est également tubulaire creuse). Quant au système de blocage, il est réalisé par la coopération des indentations du ratelier 40, en forme d'anneaux ouverts, et de la partie haute des tubes 35,36 ou conteneurs 37 conformée de manière à présenter une zone de diamètre croissant de bas en haut: le diamètre de la partie la plus rétrécie de cette zone est suffisamment petit pour permettre le passage de cette partie dans l'ouverture (inférieure à 180 ) de l'annneau ouvert, tandis que le diamètre de la partie la plus large de cette zone ne permet pas ce passage. Il suffit donc, après avoir fait rentrer des tubes 35,36 ou un conteneur 37 dans un des anneaux ouverts du ratelier 40, par leur partie rétrécie, d'abaisser le dispositif 34' pour bloquer lesdits tubes ou le conteneur. A l'intérieur de chaque colonne, les tubes 35,36 et conteneurs 37 sont mis en place ou retirés par les chariots 33: grâce à la voie de circulation linéaire, et à l'implantation également linéaire, de part et d'autre de cette voie d'une vingtaine d'emplacements individuels de stockage, l'accès à l'un quelconque des emplacements est libre et soumis à aucune priorité. La mise en place des tubes 35,36 et conteneurs 37 dans chaque colonne 16, 17, ou leur extraction, s'opère soit au moyen du dispositif de levage dépendant de la tour de forage 15, soit au moyen d'un dispositif de levage propre tel que celui qui est constitué d'une rampe élévatrice inclinée 41 partant du plancher 39 de la colonne et aboutissant au dessus du niveau de l'ouverture 14 du pont 3. De telles rampes élévatrices sont, dans leur principe général, connues de l'Homme du métier. On peut se reporter notamment au document US-A-4379676. Une telle rampe comporte au moins un chariot élévateur 70 pouvant rouler ou être guidé sur la rampe 41, mO par un système à chaînes sans fin ou, de préférence, à pignons 72 et crémaillères 73. Par exemple (cf. Fig.5), deux crémaillères 73 parallèles sont montées sur la rampe 41, et sont attaquées par des pignons 72 du chariot 70, entraînés par un moteur 74 prévu sur ledit chariot. Le chariot 70 comporte un bâti longitudinal 75 au bas duquel est formée une console 76. La console 76 porte un cône inversé 77 élastique (analogue aux éléments 38) pour pouvoir recevoir l'extrémité basse d'un tube 35" (ou d'un conteneur 37). Le bâti 75 comporte deux joues latérales 78 entre lesquelles sont montée des roues 79 guidées dans les chemins de roulement latéraux 80 de la rampe 41. Le bâti se termine à sa partie supérieure par une seconde console portant un anneau ouvert analogue à ceux du râtelier 40. L'extraction des tubes ou conteneurs hors des colonnes creuses se fait de la manière suivante. Le pont roulant 33 va chercher les tubes 35,36 (ou un conteneur 37) dans leur emplacement de stockage, les ramène verticalement le long de la voie 30 vers la rampe 41 (référence 35',36', figure 4), jusqu'à ce que le pied des tubes arrive au dessus du cône inversé 77 du chariot 70 de la rampe 41. Une translation ultérieure du pont 33 vers la rampe 41 allonge les tubes sur ladite rampe (référence 35",36", figure 4) et fait rentrer leur partie supérieure dans l'anneau ouvert supérieur du bâti du chariot élévateur 70. Une légère descente du dispositif 34 permet d'embrocher correctement le bas du tube 35" sur le cône 77, et de bloquer le haut du tube 36" dans l'anneau ouvert prévu à cet effet. Après dégagement du pont roulant 33, le chariot 70 s'élève sur la rampe 41. A la sortie du pont 3, les tubes peuvent alors être pris en charge par le dispositif de levage de la tour de forage, ou par un autre dispositif propre. Du fait que les deux colonnes 16,17 servent au stockage des tubes 35,36 et conteneurs 37, l'extraction de ceux-ci peut être très rapide et se chevaucher. Un processus inverse permet la mise en place des tubes et conteneurs. Le haut des colonnes 16,17 est couvert au dessus des rails 31,32, par une surface 51 servant de pont de stockage, fermé latéralement par une coque 50. Un système d'entretoisement par poutres (non représentées) reliant le haut des colonnes 16,17 et 4 à 7, assure la rigidité nécessaire à l'ensemble. Le pont de stockage 51, de forme annulaire allongée entoure deux rails parallèles 52,53 reliant les deux colonnes 16,17 et supportant deux chariots roulants motorisés 54 destinés au déplacement des vannes anti-éruption 55 aux fins de stockage. La partie inférieure lourde 56 desdites vannes est avantageusement stockée, toujours supportée par le chariot 54, dans des alvéoles 58 prévus dans chaque colonnes 16,17 à sa partie supé- rieure, en dessous des rails 52,53, dans la zone non utilisée pour le stockage des tuyaux. Chaque alvéole 58 comporte des moyens de blocage de la vanne en position de stockage. La partie supérieure 57 desdites vannes (o s'implante la partie basse des tubes de prolongement) est avantageusement stockée latéralement sur le pont 51. Pour utiliser une vanne anti-éruption 55 stockée, il suffit de l'amener à l'aide de son chariot 54 dans l'axe de la tour de forage, de la reprendre par le dispositif de levage de ladite tour, de laisser échapper le chariot 54 conformé à cet effet, puis de la mettre en place de manière traditionnelle. Le stockage d'une vanne se fait dans l'ordre inverse. A l'intérieur de chaque colonne, sous les alvéoles 58 de stockage des vannes, l'espace disponible est consacré au stockage, sur deux niveaux, de silos 59 à pulvérulents (barite, ciment, etc.). Les faces en regard des colonnes 16,17 comportent à leur base un évidement conique ou prismatique 60 destiné à augmenter le débattement latéral des tubulures 61 suspendues au dispositif de levage de la tour de forage. On prévoit que l'axe desdites tubulures 61 puisse faire, dans sa position de débattement latéral maximum, un angle d'au moins 12 avec l'axe central vertical de la tour de forage. La plateforme semi-submersible conforme à l'invention est destinée à s'enfoncer dans l'eau d'une hauteur moyenne d'environ 24m. REVENDICATIONS 1. Plateforme semi-submersible, du type comportant: deux flotteurs (1,2) submersibles allongés, sensiblement horizon- taux, sensiblement parallèles et espacés l'un de l'autre, 05. un pont (3) supporté au dessus desdits flotteurs (1,2) et relié à ceux-ci par une structure de montage, le pont comportant une ouverture centrale (14) surplombant l'espace entre les deux flotteurs (1,2) et surmontée d'une tour de forage (15), ladite structure de montage comportant des colonnes verticales dont au moins deux paires (4,7;5,6) relient les extrémités des flotteurs (1,2) au pont et, des moyens de stockage et de manutention de tuyaux, caractérisée en ce que la structure de montage comporte en outre au moins deux colonnes creuses (16,17) formant des caissons et com- portant intérieurement lesdits moyens de stockage (30,40) de tuyaux agencés de manière à en permettre le stockage vertical, les- dites colonnes (16,17) étant face-à-face et à distance l'une de l'autre, sensiblement au milieu de chaque flotteur (1,2). 2. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de stockage de tuyaux sont organisés linéairement parallèlement aux parois verticales desdites colonnes creuses (16,17). 3. Plateforme selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que les parois verticales desdites colonnes creuses (16,17) comportent essentiellement une partie semi-cylindrique (18,19) tournée vers l'extérieure de la plateforme et des joues latérales (20,21). 4. Plateforme selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens de stockage comportent un système (30,40) d'accès direct à échappement latéral. 5. Plateforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les tuyaux stockés (35,36) sont groupés verticalement en plusieurs longueurs pour occuper sensiblement toute la hauteur des colonnes creuses. 6. Plateforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de stockage comportent au moins un pont roulant (33). 7. Plateforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de-stockage comportent au moins une rampe élévatrice (41). 8. Plateforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les colonnes creuses (16,17) sont agencées pour stocker les silos à pulvérulents (59). 9. Plateforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les colonnes creuses (16,17) comportent des alvéoles (58) de stockage des vannes anti-éruption (55).