Brevet FR2653462A1 — publié le 19910426

La présente invention a pour objet un dispositif de suspension et de manutention intégrées des jambes de support de plate-forme pour forage ou production pétrolière en mer et se rapporte plus particulièrement aux plate-formes auto-élévatrices. Les plate-formes de ce type comportent généralement 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 plate-forme 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 vagues. La coque est donc déplaçable le long des jambes de la plate-forme au moyen de mécanismes de levage solidaires de ladite coque et comportant des pignons de sortie dont les paliers sont solidaires de la coque et coopérant avec des crémaillères montées sur une partie au moins de longueur des jambes. Ces pignons sont motorisés par une pluralité de moteurs par exemple 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 réducteurs. Pour obtenir une bonne tenue des engrenages des réducteurs, au moment du contact des jambes avec le fond de la mer, il est donc nécessaire de les surdimensionner de manière importante ou d'attendre des conditions climatiques favorables, augmentant ainsi les coûts d'installation. Afin de remédier à ces inconvénients, on connait un dispositif de suspension des jambes qui est constitué par un bras tournant d'équilibrage. Mais dans ce cas, le nombre de tours de torsion du bras d'équilibrage est limité ce qui diminue la course d'amortissement, et la présence de ce bras tournant est dangereux pour le personnel travaillant sur la plate-forme. On connait également dans le FR-A-2 607 165, un dispositif de suspension des jambes de plate-for- me pétrolière qui comporte au moins une barre de torsion dont l'une des extrémités est munie d'un pignon engrenant avec un secteur denté monté sur le réducteur et dont l'autre des extrémités est immobilisée sur la structure solidaire de la coque de la plate-forme. Dans ce dispositif la ou les barres de torsion sont disposées parallèlement à l'axe de rotation du mécanisme d'entrainement ce qui augmente l'encombrement de l'ensemble. L'invention vise donc à remédier aux inconvénients précités en créant un dispositif de suspension des jambes de plate-forme pétrolière autoélévatrice qui, tout en étant d'une construction relativement simple, permet de diminuer l'encombrement du mécanisme d'entrainement et les contraintes d es aux chocs dans la structure et surtout dans la pignonerie des réducteurs, et de réaliser la pose de la plate-forme avec des conditions de mer sévères, donc dans des fenêtre météorologiques plus larges, ce qui diminue le coût d'installation. Elle a donc pour objet un dispositif de suspension et de manutention intégrées des jambes de support de plate-forme pétrolière auto-élévatrice comprenant une coque montée déplaçable sur les jambes au moyen de mécanismes d'entrainement comportant au moins deux ensembles opposés formés chacun par un moteui associé à au moins un réducteur entrainant un pignon de sortie coopérant avec des crémaillères opposées montées sur une partie au moins de la longueur des jambes, lesdits ensembles opposés de chaque mécanisme d'entrainement étant montés articulés sur une structure les supportant par l'intermédiaire d'au moins un palier autorisant un débattement angulaire déterminé desdits ensembles et de chaque pignon de sortie correspondant, caractérisé en ce que ledit moteur et ledit au moins réducteur de chaque ensemble opposé est logé dans un organe d'absorption d'énergie, utilisé notamment au moment de la pose des jambes sur le fond marin, et de limitation des contraintes d es à la flexion desdites jambes sous l'action de la houle et du vent. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - l'organe d'absorption d'énergie et de limitation des contraintes est formé par au moins un manchon de torsion dont l'une des extrémités est - entraînée en rotation par l'ensemble moto-réducteur correspondant et dont l'autre des extrémités est solidaire d'une traverse reliant deux manchons contigus associés chacun audit ensemble moto-réducteur correspondant, chaque ensemble moto-réducteur tournant en sens inverse par rapport à l'autre; - le manchon de chaque ensemble moto-réduc- teur est formé d'au moins deux tronçons séparés par une bride intermédiaire sur laquelle est fixée l'une des extrémités de chaque tronçon, - les brides intermédiaires des ensembles moto-réducteurs contigus sont reliées entre elles par au moins un tirant réglable en longueur et immobilisant mutuellement lesdites brides intermédiaires en rotation, - le manchon de chaque ensemble moto-rédc- teur a chacune de ses extrémités fixée sur une bride, - le manchon de chaque ensemble motro-réducteur est fixé sur les brides par collage, - il comporte des moyen de précontrainte en compression du manchon de chaque ensemble moto-réducteur, - les moyens de précontrainte en compression sont formés par au moins un tirant parallèle à l'axe du manchon, dont une extrémité solidaire de la structure supportant les ensembles motoréducteurs et dont l'autre extrémité est solidaire de la traverse reliant deux manchons contigus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en élévation d'une plate- forme pétrolière auto-élévatrice en configuration de descente des jambes. - la Fig. 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'un tronçon de l'une des jambes de la plate-forme, montrant un mécanisme d'entrainement de la jambe. - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2. - la Fig. 4 est une vue en demi-coupe d'un premier mode de réalisation du dispositif de suspension conforme à l'invention. - la Fig. 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la Fig. 4. - la Fig. 6 est une vue en demi-coupe d'une variante du dispositif de suspension suivant l'invention. - la Fig. 7 est une vue en coupe selon la ligne 7-7 de la Fig. 6. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement une plate-forme pétrolière auto-élévatrice comprenant une coque 1 montée déplaçable sur des jambes verticales 2 destinées à prendre appui sur le fond marin 3, lorsque la plate-forme est en position de forage ou d'exploitation. Chacune des jambes verticales 2 présente, dans le cas présent, une section triangulaire et elle est consituée 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 plate-forme est par ailleur équipée, au niveau de chaque jambe 2, d'un mécanisme d'entrainement et de suspension 10 de la coque par rapport auxdites jambes. Ce mécanisme d'entrai- nement 10 permet de descendre 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 la portée des plus hautes vagues. A cet effet, et comme représenté sur les Figs. 2 et 3, les montants 2a des jambes 2 sont pourvus de crémaillères 5 diamétralement opposées disposées sur une partie de la longeur des jambes 2 et avec lesquelles sont destinés à coopérer les pignons de sortie 11 du mécanisme d'entrainement 10 monté sur la coque 1. On peut prévoir par exemple, quatre pignons de sortie pour chaque montant 2a 'et équipés chacun d'un ensemble moto-réducteur 12. En se reportant maintenant aux Figs. 4 et 5, on va décrire plus en détail un mécanisme d'entrai- nement et de suspension 10. Sur ces figures, on a représenté en traits mixtes le montant 2a d'une jambe 2 pourvu de deux crémaillères 5 opposées. Le mécanisme d'entrainement 10 comporte quatre ensembles moto-réducteurs 12a, 12b, 12c et 12d superposés deux à deux et contigus deux à deux. Chaque ensemble moto-réducteur étant identique, on va maintenant décrire un ensemble par exemple 12a. Cet ensemble 12a comporte un moteur 13 par exemple électrique, entrainant d'abord un premier réducteur 14 à grande vitesse et petit couple, lequel entraine un deuxième réducteur 15 par exemple de type épicycloCdal, mais à plus petite vitesse et plus grand couple, sur l'arbre de sortie 16 le plus lent duquel le pignon 11 est claveté. L'arbre de sortie 16 est guidé, à son extrémité libre par un palier 17 d'une structure 20 solidaire de la coque. Le réducteur 15 est.articulé sur la structure 20 qui supporte l'ensemble 12a par l'intermédiaire de paliers 18a et 18b de façon à autoriser un certain débattement angulaire dudit ensemble 12a 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. Par ailleurs, l'ensemble moto-réducteur 12a comporte un organe d'absorption d'énergie formé par un manchon de torsion 21 tubulaire à l'intérieur duquel le moteur 13 et au moins le réducteur 14 sont logés permettant ainsi de réaliser un ensemble compact et peu encombrant. L'extrémité 21a du manchon 21 est fixée, par exemple par collage, sur une bride 22 qui est elle même solidaire du réducteur 15. L'extrémité 21b du manchon 21 est fixée, par exemple par collage, sur une bride 23. D'autre part, l'extrémité 21b du manchon 21 est solidaire d'une traverse 24 par l'intermédiaire de la bride 23. Cette traverse 24 relie le manchon 21 de l'ensemble 12a au manchon 21 de l'ensemble contigu 12b, également par l'intermédiaire d'une bride 23 (Fig. 4), ces deux ensembles 12a et 12b étant entrainés en sens inverse car leur pignon respectif 11 engrène avec les deux crémaillères opposées 5 situées de part et d'autre du montant 2a. Il en est de même pour les ensembles moto-réducteurs 12c et 12d, dont l'une des extrémités des manchons 21 sont reliées entre elles par une traverse. Les manchons 21 sont réalisés en un matériau élastiquement déformables tels que des élastomères. Ils peuvent également être réalisés en un matériau lamifié formé par une juxtaposition de rondelles en élastomère et de rondelles en acier. Pour sauvegarder l'adhérence du collage entre les extrémités des manchons 21 et les brides 22 et 23, notamment lorsque les manchons 21 tendent à se raccourcir par torsion, ceci sont précontraints en compression par exemple à l'aide des tirants 25 parallèles à l'axe des manchons 21. Ces tirants 25 ont une extrémité solidaire de la structure 20 supportant les ensembles moto-réducteurs 12a, 12b, 12c et 12d et l'autre extrémité solidaire de la traverse 25 reliant deux manchons contigus. Chaque mécanisme de déplacement et de suspension de la coque 1 de la plate-forme pétrolière est donc réalisé de cette façon. L'ensemble de la plate-forme 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 13 entrainent donc, par l'intermédiaire des réducteurs 14 et 15, les pignons de sortie 11 qui engrènent avec les crémaillères 5. Au cours de la descente des jambes 2, les moteurs 13 jouent le râle 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 de l'impact est transmis par les crémaillères 5 aux pignons 11, puis aux manchons de torsion 21 par l'intermédiaire de chaque ensemble moto-réducteur 12 sous la forme d'une série de couples antagonistes. Ces couples s' équilibrent grâce aux traverses 24 de sorte que le choc se trouve amorti par la torsion des deux manchons élastiques 21 des ensembles moto-réducteurs 12a et 12b et des deux manchons élastiques 21 des ensembles moto-réducteurs 12c et 12d. Cette torsion autorise donc une course d'amortissement de la jambe 2 vers le haut et crée une absoption d'énergie. Dans le mode de réalisation des Figs. 6 et 7, chaque manchon de torsion 21 est composé de deux tronçons, par exemple un petit tronçon 21c et un tronçon plus long 21d séparés par une bride intermé- diaire 30 sur laquelle ceux ci sont fixés par exemple par collage. Les brides 30 correspondant à deux manchons 21 conting s sont reliées par deux tirants 31 et 32 réglables en longueur et permettent d'immobiliser mutuellement lesdites brides en rotation. Dans ce cas, les manchons de torsion 21 peuvent être utilisés à deux fonctions. La première fonction, déjà décrite par rapport au premier mode de réalisation, qui consiste à amortir le choc de la pause d'une jambe 2 sur le fond de la mer, utilise toute la longueur des manchons 21 et, dans ce cas, les tirants 31 et 32 ne sont pas montés, si bien que les brides 30 sont libres de tourner et les couples antagonistes sont équilibrés par les traverses 24. La seconde fonction est utilisée lorsque les jambes 2 sont posées au fond et la coque relevée au dessus du niveau de la mer. En effet, une certaine souplesse entre les jambes 2 et la coque 1 doit être créée pour éviter des concentrations de contraintes lorsque les jambes 2 sont sollicitées en flexion sous l'action de la houle et du vent. Pour cela, on n'utilise que le petit tronçon 21c des manchons de torsion 21 pour que la souplesse soit limitée. On installe donc les tirants 31 et 32 entre les brides intermédiaires 30 de chaque ensemble moto-réducteur 12a, 12b,.12c et 12d. Ce système est avantageux au point de vue du cout de l'installation, car il permet de supprimer l'interposition de coussins élastiques entre la structure 20 supportant les ensembles moto-réduc- teurs et la coque 1 de la plate-forme, comme il est habituel de le faire dans la technique antérieure. On voit que les divers agencements qui viennent d'être décrits utilisent l'espace cylindri- que intérieur délimité par la forme tubulaire des manchons 21 pour loger le moteur 13 et au moins l'un des réducteurs tels que 14, ce qui permet de réali- ser un ensemble compact, peu encombrant, dont tous les éléments tournent suivant leur axe, sans créer de danger pour le personnel travaillant sur la plate-forme. D'autre part, la course d'amortissement est très grande, car le nombre de tours de torsion des manchons 21 n'est pas limité. De plus, le dispositif 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 possibilté d'effectuer la pose de la plate-forme avec des conditions de mer plus sévères, donc dans des fenêtres météorologiques plus larges, ce qui diminue sensiblement les coûts d'installation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de suspension et de manu- tention intégrées des jambes (2) de support de plate-forme pétrolière auto-élévatrice comprenant une coque (1) montée déplaçable sur les jambes (2) au moyen de mécanismes d'entrainement (10) comportant au moins deux ensembles (12) opposés formés chacun par un moteur (13) associé à au moins un réducteur (14, 15) entrainant un pignon de sortie (11) coopérant avec des crémaillères (5) opposées montées sur une partie au moins de la longueur des jambes (2), lesdits ensembles opposés (12) de chaque mécanisme d'entrainement (10) étant montés articulés sur une structure (20) les supportant par l'intermédiaire d'au moins un palier (17, 18a, 18b) autorisant un débattement angulaire déterminé des ensembles (12) et de chaque pignon de sortie (11) correspondant, caractérisé en ce que ledit moteur (13) et ledit au moins réducteur (14, 15) de chaque ensemble (12) opposé est logé dans un organe (21) d'absoption d'énergie, utilisé notamment au moment de la pose des jambes (2) sur le fond marin et de limitation des contraintes d es à la flexion desdites jambes (2) sous l'action de la houle et du vent. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'absoption de l'énergie et de limitation des contraintes est formé par au moins un manchon de torsion (21) dont l'une des extrémités (21a) est entrainée en rotation par l'ensemble moto-réducteur (12) correspondant et dont l'autre des extrémités (21b) est solidaire d'une traverse (24) reliant deux manchons (21) contigus associés chacun audit ensemble motoréducteur (12) correspondant, chaque ensemble moto-réducteur (12) tournant en sens inverse par rapport à l'autre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le manchon de torsion (21) de chaque ensemble moto-réducteur (12) est formé d'au. moins deux tronçons (21c, 21d) séparés par une bride intermédiaire (30) sur laquelle est fixée l'une des extrémités de chaque tronçon. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les brides intermédiaires (30) des ensembles moto-réducteurs (12) contigus sont reliées entre elles par au moins un tirant (31, 32) réglable en longueur et immobilisant mutuelle- ment lesdites brides intermédiaires (30) en rota- tion. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon de torsion (21) de chaque ensemble moto-réducteur (12) a chacune de ses extrémités (21a, 21b) fixée sur une bride (22, 23). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon de torsion (21) de chaque ensemble moto-réducteur (12) est fixé sur les brides (22, 23, 30) par collage. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (25) de précontrainte en compression du manchon (21) de chaque ensemble moto-réducteur (12). 8. Dispositif selon la revendication 7, caracatérisé en ce que les moyens de précontrainte en pression sont formés par au moins un tirant (25) parallèle à l'axe du manchon (12), dont une extrémité est solidaire de la structure (20) supportant les ensembles moto-réducteurs (12) et dont l'autre extrémité est solidaire de la traverse (24) reliant deux manchons (21) contigus. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon de torsion (21) de chaque ensemble moto-réducteur (12) est en élastomère ou matériau élastique similaire. 10. Dispositif selon l'une des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que le manchon de torsion (21) de chaque ensemble moto-réducteur (12) est en matériau lamifié formé par une juxtaposition de rondelles en élastomère et de rondelles en acier.