Brevet FR2607842A1 — publié le 19880610

L'exploitation des puits de pétrole en mer est actuellement réalisée au moyen de ponts de production associés ou non à des quartiers d'habitation pour leur surveillance. Ces ensembles appelés couramment plate formes sont fixés au-dessus du niveau de la mer à la partie supérieure de structures tubulaires appelées "jackets". Ces "jackets" sont eux-mêmes cloutés sur les fonds marins au moyen de pieux. Bien entendu, les "jackets" sont dimensionnés pour résister aux efforts dus aux conditions marines (vent, houle, courant marin, etc.) et pour cela les structures doivent être fortement dimensionnées. Il s'ensuit que leur poids et donc leur coût sont importants et qu'ils le sont d'autant plus que la profondeur de l'eau est importante. Dans l'état actuel de la technique, pour rester dans des poids et donc des coûts raisonnables, on admet que la profondeur limite pour ce type de structures est comprise entre environ 300 et 350 mètres. Au delà de cette limite et toujours afin de rester dans des critères poids/prix acceptables, une seconde technique consiste à dimensionner la structure de façon suffisamment flexible pour qu'elle se déforme sous les efforts dus aux conditions marines, limitant ainsi le taux de travail auquel est soumise la structure. Cette technique conduit à un gain de poids important et permet d'envisager des structures par 600 mètres de fond et plus. Normalement cette tour est dénommée tour "roseau". Toutefois, il est vérifié que ce type de réalisation n'est pas techniquement valable pour des fonds compris entre 300 et 500 mètres. Il en résulte une discontinuité de technologie dans cette gamme de profondeurs, où la technologie "jacket" ne peut plus être utilisée à cause du poids, et où la technologie "roseau" ne peut pas l'être encore. La présente invention consiste à adapter la technologie se rapportant aux structures tubulaires de plateformes rigides dans le créneau de profondeurs compris entre 350 et 600 mètres ou plus mais permettant également des réalisations comprises entre des profondeurs supérieures à 150 mètres jusqu'à plus de 600 mètres en assurant une réduction de poids et donc des coûts de "jackets" dans la fourchette indiquée ci-dessus. On peut donc résumer les avantages résultant de cette nouvelle technologie par les points suivants a) augmentation des profondeurs d'eau accessibles aux "jackets" pour un poids donné, b) acceptation des modifications locales des fonds marins (effondrements locaux), c) équilibrage des efforts sur le "jacket" sous les effets des conditions marines, d) calage de la fréquence d'oscillation de la structure à une valeur quelconque éloignée des périodes d'excitation de la houle. Le point d) est particulièrement intéressant car il permet d'éviter la mise en résonance des structures en rapport avec les fréquences d'oscillations dues à la houle. Conformément à l'invention, les dispositifs amortisseurs à flexibilité variable pour structures tubulaires marines sont caractérisés en ce que - chaque pied de "jacket" contient au moins un vérin à double effet dont la tige passant à travers la cloison étanche est articulée à sa base sur un axe solidaire de la protubérance considérée, - un groupe producteur d'huile sous pression alimente la chambre supérieure de chaque vérin à double effet - des accumulateurs oléopneumatiques assurent une pression prédéterminée dans la chambre supérieure et la chambre inférieure pour permettre le mouvement du piston du vérin à double effet, - chaque pied de "jacket" présente à sa partie inférieure terminale une couronne tronconique creuse destinée à coopérer avec une protubérance de forme correspondante solidaire d'une embase reposant et fixée sur le fond de la mer, - un joint approprié est placé sur le pourtour de chaque protubérance pour assurer l'étanchéité entre chaque couronne tronconique creuse et la protubérance considérée lorsque la "jacket" repose sur l'embase. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une élévation latérale, partie en coupe, d'une structure tubulaire de plateforme équipée d'un dispositif amortisseur conforme à l'invention. La fig. 2 est une élévation latérale correspondant à la fig. 1 mais montrant la plateforme s'effaçant sous l'effet d'une vague du fait du dispositif amortisseur conforme c l'invention. La fig. 3 est une élévation latérale longitudinale de la plateforme des fig. 1 et 2. La fig. 4 montre une autre forme de réalisation d'un des éléments de pied de la plateforme des fig. 1 à 3. A la fig. 1, on a représente schématiquement une plateforme 10 supportée par un "jacket" dont les jambes 1, 2 sont normalement entretoisées par des tubes horizontaux 4, 5, 6 eux-mêmes renforcés par des tubes de renfort 7,8 disposés en V entre, d'une part, les tubes horizontaux 4, 5, 6 et, d'autre part, le tube horizontal 6 et les pieds des "jackets" 1, 2. I1 est ici précisé que chaque pied de "jacket" est un tube rigide obtenu par soudure de tronçons de tube les uns après les autres et que ces tubes ont de très grands diamètres, par exemple compris entre 3 et 4 mètres. Dans la forme de réalisation des fig. 1 à 3, les pieds de "jackets" 1, 2 sont au nombre de quatre (voir fig. 3) dans le sens longitudinal de la tour mais pouvant être disposés différemment par exemple la plateforme peut comporter trois, cinq, six, sept, huit ou plus de pieds de "jackets" pour maintenir la plateforme proprement dite 10 au sommet de la tour ; la plateforme 10 étant en général à un niveau dépassant de 40 à 50 mètres le niveau N1 de la mer. Bien entendu, cette partie hors d'eau est calculée en fonction des conditions les plus mauvaises de l'état de la mer dans le secteur considéré du globe terrestre. En effet, les variations saisonnières font qu'on peut se trouver en présence de creux dépassant parfois 30 mètres d'où des variations de niveau hors d'eau assez importantes. Comme cela est représenté aux fig. 1 à 3, la structure tubulaire repose sur le fond FM de la mer par l'intermédiaire d'une embase 11 réalisée le plus souvent par un coffrage métallique ayant une surface suffisante pour recevoir la base des "jackets", cette embase 11 étant fixée sur le fond FM par des pieux ou clous 12 enfoncés à force dans le fond de la mer. Bien entendu, au moment de la pose de l'embase 11, on cherche à égaliser autant que faire se peut le fond de la mer afin que l'embase soit le plus possible horizontale. De plus, l'embase 11 présente des protubérances 13 de forme tronconique qui portent chacune dans leur zone supérieure un joint 14. Chaque protubérance 13 qui est creuse permet la mise en place d'un axe 3 destiné à permettre la rotation de la tête 15 d'une tige de vérin 16 portant à sa partie supérieure un piston 17. Ce dernier est logé à la base de chaque pied de "jacket" 1 ou 2 de façon à constituer un vérin hydraulique à double effet. Là encore, le dessin des fig. 1 à 3 est schématique car normalement chaque pied de "jacket" peut contenir plusieurs vérins à double effet 16, 17. La partie terminale des pieds de "jackets" est constituée par une couronne tronconique creuse 18 qui est fermée à sa partie supérieure ou cloison étanche 19 de façon à pouvoir reposer d'une manière étanche sur les protubérances 13, l'étanchéité étant obtenue à l'aide de chaque joint 14.La chambre inférieure 17b du corps de vérin constituée par la partie placée sous chaque piston 17 est en communication par un conduit avec un réservoir étanche 20 qui est un accumulateur oléopneumatique. De même, la chambre supérieure 17a de ce vérin est en liaison par un conduit 21 avec un réservoir étanche 22 (accumulateur oléopneumatique) placé à l'intérieur de chaque pied de "jacket". I1 est possible également d'envoyer par un conduit 23 de l'huile filtrée sous pression depuis un réservoir 24 au moyen d'une pompe 25 dans la chambre supérieure 17a de chaque vérin 16, 17. Cette huile sous pression refoulée de la pompe 25 passe dans le conduit 23. Une soupape de sécurité 26 permet de régler la valeur de la pression. 28 désigne des robinets by-pass de purge et 29 une soupape anti-retour. Il est facilement compréhensible que l'on peut de ce fait régler, en permanence, la pression de l'huile sur la face supérieure de chaque piston 17 en assurant ainsi par des moyens de contrôle l'horizontalité de la plateforme 10 du fait qu'il suffit de modifier la quantité et la pression d'huile envoyée dans les chambres supérieures 17a de chaque vérin 16, 17. Les réservoirs étanches 20 et 22 sont des accumulateurs oléopneumatiques dont la partie supérieure 20a, 22a est soumise à l'action d'un gaz comprimé par exemple de l'azote, assurant la suspension permanente souple de l'ensemble. L'azote sous pression est accumulé normalement dans des bouteilles mais pourrait également être obtenu au moyen d'un compresseur et d'une réserve d'azote. Comme déjà indiqué, la partie inférieure de chaque pied de "jacket" est munie d'au moins un vérin hydraulique mais en général de plusieurs identiques permettant ainsi de vérifier tour à tour le bon fonctionnement des vérins et d'y apporter les réglages, les réparations et les changements de pièces nécessaires, étant bien entendu que toute l'installation susdécrite est placée à l'intérieur des pieds de "jackets" considérés dont le diamètre est de plusieurs mètres, ou sur la plateforme 10. En effet, les équipes d'entretien peuvent, au moyen d'ascenseurs placés à l'intérieur de chaque pied de "jacket", descendre dans le fond de la mer mais à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique donc sans risque d'accident dû à des pressions supérieures gênant la respiration. De même, il est possible de faire reposer les "jackets" sur les protubérances 13 puisque les joints 14 assurent l'étanchéité comme cela a été indiqué. La base des "jackets" comporte au moins une pompe permettant de vider l'eau de mer se trouvant dans la base des pieds de "jackets" avant l'arrivée des équipes d'entretien. A titre d'information, il est indiqué que les "jackets" sont munies de cloisons étanches 200 pour assurer le compartimentage convenable. La description qui précède permet d'indiquer que, lorsque la plateforme est en place comme représenté aux fig. 1 et 3, il suffit de mettre chaque vérin sous pression, ce qui permet de déplacer les "jackets" vers le haut par coulissement le long des tiges 16 des vérins jusqu'à une position moyenne d'équilibre et à ce moment les accumulateurs 20, 22 qui sont réglés à une pression Po assurent un équilibre de l'ensemble. Si, sous l'effet des conditions marines, les efforts en tête de chaque "jacket" deviennent supérieurs à la valeur correspondant à la pression interne des vérins, le "jacket" s incline et l'huile contenue dans la partie supérieure de chaque vérin est refoulée vers les accumulateurs 22 puis lorsque l'effort cesse les accumulateurs 22 reviennent à leur pression d'équilibre. En même temps, la partie inférieure de chaque vérin aspire dans l'accumulateur 20 et lorsque l'effort cesse, les accumulateurs 20 reviennent à leur pression d'équilibre. Bien entendu, si les vérins 16, 17 sont soumis à un travail normal ou très faible en période de beau tempos, il n'en est pas de même au moment de tempête et c'est pourquoi il est nécessaire de veiller en permanence au fonctionnement des accumulateurs 20, 22 qui compensent en permanence les oscillations de la plateforme. Il est possible de vérifier l'installation dès qu'une période de temps calme se produit et pour cela on fait reposer la base des "jackets" sur les embases 11 afin d'effectuer la vérification et/ou le remplacement de tout ou partie des pièces ayant subi des déformations ou une usure anormale pendant le temps de travail. Lorsque l'on désire mettre la plateforme en place, la première fois ce qui se fait sur le site par beau temps, la structure complète est mise à l'eau directement à partir d'une barge convenablement équipée. Lorsque les axes 3 sont fixés on envoie de l'huile sous pression dans chaque vérin de façon à lever par l'intermédiaire des pieds de "jackets" 1, 2 la plateforme jusqu'à ce que chaque vérin 16, 17 soit en position moyenne de leur course. La pression de tarage des soupapes de sécurité 26 est équilibrée de façon d supporter le poids de l'ensemble njacket"-plateforme. Bien entendu, lorsque l'ensemble est amené à la pression calculée et voulue, on arrête les pompes 25. Dans certains cas, le clapet anti-retour 29, qui isole automatiquement chaque vérin 16, 17 de chaque réservoir 24, peut être remplacé par un robinet manoeuvré automatiquement ou à la main. Il est possible également de doser la raideur de l'ensemble donc la période propre d'oscillations de la plateforme en modifiant la pression de gonflage Po des accumulateurs 20, 22 ou en modifiant leur volume. Bien que l'on n'ait représenté qu'une seule réalisation de chaque pied de "jacket" ne comportant qu'un seul vérin 16, 17, il est prévu normalement plusieurs vérins 16, 17 ce qui permet en cas d'avarie sur l'un des vérins de le remplacer en surchargeant les autres vérins temporairement sans détruire l'équilibre la plateforme 10. Ceci est possible du fait que les vérins 16, 17 sont placés à l'intérieur des pieds de "jackets" ou sur la plateforme comme déjà expliqué ce qui permet leur démontage aisé pour leur réparations Dans le cas précédent, voir fig. 1 à 3, les tiges 16 des vérins sont dimensionnées pour supporter les efforts de compression et de cisaillement mais il est également possible, comme cela est représenté à la fig. 4, de prévoir sur l'embase 11 des protubérances 113 dont la face supérieure 113a est correctement inclinée afin d'y loger une boite à rotules 113b dans laquelle est logée une rotule 130 solidaire d'une tige 131 terminée à sa partie supérieure par une rotule 132. La rotule 132 est logée à l'intérieur d'une boite à rotule 133 fixée à l'extrémité inférieure de la tige de piston 134 d'un vérin à double effet 135 contenant intérieurement le piston 136 fixé à la partie supérieure de la tige 134. Comme dans le cas précédent, les chambres supérieures et inférieures 135a, 135b du vérin 135 sont reliées par des canalisations 137, 138 à des accumulateurs oléopneumatiques 139, 140 ainsi qu'à une installation de production d'huile sous pression comme dans le cas précédent des Fig. 1 à 3. La tige 131 est placée dans un cylindre 140 prolongeant le vérin 135. Le cylindre 140 contient la boite à rotule 133 et des joints 141, 142 autolubrifiants ou en Celoron pour guider correctement la tige 131. Cette dernière supporte totalement ou partiellement le poids de chaque "jacket" et résiste aussi bien à la compression qu'à la flexion pendant le fonctionnement de l'ensemble en permettant ainsi de soulager la tige de piston 134 de chaque vérin à double effet 135. Comme dans le cas précédent, le cylindre 140 porte à sa base une zone évidée 141a de forme tronconique pour venir reposer sur la protubérances 113 correspondante munie d'un joint d'étanchéité 113c. On peut ainsi lorsqu'il est nécessaire d'effectuer des réparations, faire reposer le "jacket" considéré sur l'embase 11 par l'intermédiaire de la protubérance 113 puis pomper l'eau contenue à l'intérieur du cylindre 140 afin de permettre au personnel de réaliser à l'intérieur de chaque "jacket", les entretien et réparations nécessaires. La fig. 4 est une représentation schématique de la base d'un pied du "jacket" car le plus souvent chaque pied de "jacket" est muni de plusieurs vérins 135 qui agissent ensemble sur la botte à rotule 133 qui est unique puisque la tige 131 est elle-même unique pour chaque pied de "jacket". Comme le montre la fig. 2, il est possible également de prévoir la mise en place sur la base de chaque pied de "jacket", de soufflets élastiques étanches 150 en matière appropriée munis d'au moins un accumulateur oléo-pneumatique 151 afin d'assurer une étanchéité complète sur la base de chaque pied de "jacket". De plus, ce soufflet étant rempli d'huile on évite ainsi la corrosion par l'eau de mer ou l'attaque par les coquillages de la partie basse des "jackets" qui sont les points les plus sensibles de la plateforme. Ces soufflets 150 sont convenablement fixés par tous moyens techniques appropriés, d'une part, aux protubérances 13 ou 113 et, d'autre part, aux zones inférieures des pieds de "jackets" considérés. Finalement, dans certains cas on procède à l'aide de plongeurs au nettoyage des joints 14, 113 avant la mise sur les protubérances des "jackets" d'une plateforme. Dans le cas où le fond de la mer n'est pas horizontal ou qu'il se produit une modification dans le temps de ce fond de mer il est possible de régler par le tarage les vérins à double effet considérés chaque pied de "jacket" pour assurer à la plateforme 10 une horizontalité pratiquement parfaite. Finalement, il est également prévu de piloter automatiquement, à partir d'un ordinateur à mémoire, placé sur la plateforme 10, les vérins à double effet ainsi que les accumulateurs oléopneumatiques, cet ordinateur assurance grâce à sa mémoire, le fonctionnement des groupes générateurs de pression compte-tenu des observations et mesures météorologiques et des courants marins enregistrés dans le temps dans la mémoire de l'ordinateur. Revendications 1 - Dispositif amortisseur à flexibilité variable pour structures tubulaires marines, support de plateformes dans lesquelles chaque pied du "jacket" (1, 2) contient intérieurement des cloisons étanches (19, 200) formant des compartiments, caractérisé en ce que - chaque pied de 'jacket" (1, 2) contient au moins un vérin à double effet (16, 17) dont la tige (16) passant à travers la cloison étanche (19) est articulée à sa base sur un axe (3) solidaire de la protubérance (13) considérée, - un groupe producteur d'huile sous pression alimente la chambre supérieure (17a) de chaque vérin à double effet (16, 17), - des accumulateurs oléopneumatiques (20,22) assurent une pression prédéterminée dans la chambre supérieure (17a) et la chambre inférieure (17b) pour permettre le mouvement du piston (17c) du vérin à double effet (16, 17), - chaque pied de "jacket" (1, 2) présente h sa partie inférieure terminale une couronne tronconique creuse (18) destinée à coopérer avec une protubérance (13) de forme correspondante solidaire d'une embase (11) reposant et fixée sur le fond de la mer, - un joint approprié (14) est placé sur le pourtour de chaque protubérance (13) pour assurer l'étanchéité entre chaque couronne tronconique creuse (18) et la protubérance considérée lorsque le "jacket" (1, 2) repose sur l'embase (11). 2 - Dispositif amortisseur à flexibilité variable pour structures tubulaires marines suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe de production de l'huile sous pression comprend une pompe (25), une soupape de sécurité (26) et un robinet by-pass (28) pour l'alimentation de la chambre (17a) de chaque vérin à double effet (16, 17). 3 - Dispositif amortisseur à flexibilité variable pour structures tubulaires marines suivant l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'un soufflet élastique étanche (150) recouvre la zone comprise entre chaque protubérance (13) et la couronne tronconique (18) qui lui est associée. 4 - Dispositif amortisseur à flexibilité variable pour structures tubulaires marines suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, entre chaque protubérance (13) comportant à sa partie supérieure une cage à rotule (113b), est montée une tige (131) munie à ses deux extrémités de rotules (130, 132), la rotule 130 étant placée dans la cage à rotule (113b) et l'autre rotule (132) dans une boite à rotule (132) solidaire de l'extrémité inférieure de la tige (134) de piston d'un vérin à double effet (135) supportant tout ou partie de chaque pied de "jacket" (1,2), la tige (131) à double rotule (130, 132) étant guidée à la base de chaque pied de "jacket" par des joints (141, 142) solidaires de la partie inférieure cylindrique creuse de chaque pied de "jacket" (1,2). 5 - Dispositif amortisseur à flexibilité variable pour structures tubulaires marines suivant les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que plusieurs vérins à double effet (135) sont montés dans le pied de "jacket" considéré puis reliés par la base de leur tige (134) de piston sur la boite à rotules (132). 6 - Dispositif amortisseur à flexibilité variable pour structures tubulaires marines suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le volume des accumulateurs (20, 22) et la pression de refoulement de la pompe (25) peuvent être changés afin de modifier la fréquence d'oscillation de la structure tubulaire. 7 - Dispositif amortisseur à flexibilité variable pour structures tubulaires marines suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les vérins à double effet (16, 17) peuvent être plus ou moins remplis par l'huile sous pression venant de la pompe (25) afin de compenser des irrégularités ou des effondrements locaux de fond marin.