Brevet FR2681831A1 — publié le 19930402

La présente invention se rapporte à une plate-forme pétrolière flottante à pilonnement contrôlable et, plus particulièrement à une telle plate-forme destinée à être installée dans une mer calme. Les plates-formes pétrolières flottantes du type semi-submersible sont assujetties au mouvement de la houle, qui, lors du passage d'une vague, provoque un mouvement vertical de la plate-forme qui tend à maintenir son niveau de flottaison par rapport à la surface de la mer. Chaque mer a des conditions géographiques particulières qui donnent à la houle des caractéristiques associées : hauteur moyenne des vagues et fréquence de la houle. La forme et les dimensions d'une plate-forme donnent un temps de réponse particulier lors du passage d'une vague. Donc, afin d'éviter des problèmes de résonance il faut que les périodes propres de la houle et de la plate-forme soient suffisamment différentes. La présente invention a donc pour objet une plateforme dont on peut assurer que la période propre est différente de celle de la houle dans laquelle est installée la plate-forme. Pour ce faire, l'invention propose une plate-forme pétrolière flottante à pilonnement contrôlable comprenant un pont et un ensemble de flottaison. Selon l'invention, afin de contrôler la réponse de la plate-forme au mouvement de la mer dans laquelle elle est installée, l'ensemble de flottaison comprend une chambre marnante ouverte à la mer et reliée à un réservoir à gaz par un conduit de circulation muni d'une restriction. Ce type de plate-forme est particulièrement adapté aux mers calmes à longue période de houle, par exemple le Golfe de Guinée. Selon un deuxième aspect, l'invention propose une plate-forme dont le pont comprend des cages d'appui disposées autour de sa périphérie, chaque cage d'appui étant destinée à recevoir l'extrémité d'une colonne de flottaison associée, les colonnes de flottaison étant reliées à leurs cages d'appui associées uniquement sous l'effet de leur poussée, les colonnes n'étant pas reliées entre elles. Une telle structure présente des avantages de coût de fabrication et permet l'assemblage de la plate-forme directement sur site, les colonnes de flottaison étant fabriquées dans la région d'installation et seul le pont étant construit dans un chantier naval éloigné. De plus, une telle plate-forme peut être installée sans avoir recours à du matériel lourd. Le pont est une barge indépendante qui arrive sur site entièrement équipée. Les avantages, ainsi que le fonctionnement de la présente invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite d'une manière non limitative en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une plate-forme pétrolière en mer selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une des colonnes utilisées dans la plate-forme de la figure 1. Sur la figure 1, une plate-forme pétrolière à flottabilité contrôlable est représentée généralement en 10. La plate-forme 10 comprend un pont flottant 12 qui est monté sur les extrémités supérieures de colonnes de flottaison 14 qui forment un ensemble de flottaison. La plate-forme 10 comprend au moins quatre colonnes 14 et dans l'exemple illustré elle en comprend six. Les six colonnes de flottaison sont sensiblement identiques et seront décrites plus en détail ci-après. Les colonnes peuvent avoir une section rectangulaire, ou, de préférence circulaire. Un mât de forage, représenté schématiquement en 16, est monté sur le pont 12. Le pont 12 est muni de six cages d'appui 18 disposées autour de sa périphérie, chacune destinée à recevoir l'extrémité supérieure d'une colonne de flottaison 14 associée. Comme représenté sur la figure 2, l'extrémité supérieure 20 de la colonne 14 prend appui sur la surface inférieure 22 de la cage 18 par l'intermédiaire d'un ensemble de blocs 24 en matériau élastomère, disposés en cercle sur la surface inférieure 18, qui permettent de répartir la charge sur l'extrémité de la colonne 14 et qui forment une articulation. D'autres types d'articulation, par exemple une portée sphérique, peuvent aussi être utilisés. Chaque colonne 14 ayant la forme d'un tube aux extrémités fermées, est fabriquée de préférence en béton. Afin de donner aux colonnes 14 une flottabilité contrôlable, chacune est munie de lest et d'un ensemble de chambres reliées entre elles par des passages formant un système d'amortissement. A l'extrémité inférieure, en regardant le dessin de la colonne est formée une chambre à lest 26, contenant du ballast 28 et séparée d'un premier réservoir 30 à gaz par une cloison 32. Une deuxième cloison 34 sépare le premier réservoir 30 d'une chambre marnante 36, ouverte à l'extérieur de la colonne 14 par une ouverture 38 et délimitée par une troisième cloison 40. Un deuxième réservoir 42 à gaz est défini entre la troisième cloison 40 et une quatrième cloison 44. Un conduit 46 de circulation gaz, traverse le deuxième réservoir 42 de façon étanche, relie la chambre marnante 36 à une vanne 48 formant un orifice calibré. La vanne 48 est reliée par un conduit 50 de circulation de gaz au premier réservoir 30, le conduit 50 communiquant également avec le deuxième réservoir 42 par une ouverture 52.Les premier et deuxième réservoirs 30, 42 peuvent contenir un gaz inerte tel que l'azote mais, dans un exemple préféré, ils contiennent de l'air. Le mode de fonctionnement des colonnes 14 sera maintenant étudié en prenant pour exemple une plate-forme pétrolière dont les dimensions du pont 12 sont 80mx50mx15m. Pour une telle plate-forme, chaque colonne 14 a une longueur de 170 m, un diamètre de 18 m et est formée en béton ayant une épaisseur de 60 cm. Afin d'assurer que le centre de gravité de la colonne 14 se situe en-dessous du centre de poussée, la colonne est lestée avec 22 000 T de ballast qui, dans l'exemple illustré est du minerai de fer de densité 3,3. La chambre à lest a une hauteur d'environ 35 m correspondant à celle du premier réservoir 30. Le deuxième réservoir a une hauteur d'environ 50 m et l'ouverture 38 se situe à environ 95 m de l'extrémité supérieure de la colonne, ce qui correspond à une profondeur sous la surface de l'eau d'environ 75 m. L'ouverture 38 se trouvant à 75 m sous la surface de la mer, l'eau entre dans la chambre marnante 36 comprimant l'air à l'intérieur des réservoirs 30, 36 et 42 jusqu'à ce qu'il y ait équilibre de pression entre l'air et l'eau à une profondeur de 75 m. La pression se stabilise à 7,5 bars audessus de la pression atmosphérique, la chambre marnante étant remplie partiellement d'eau comme indiqué sur la figure 2. Lors du passage, au-dessus de la colonne 14, d'une vague ayant, par exemple, une hauteur de 3 m par rapport au niveau moyen de la mer, la pression régnant dans la chambre marnante 36 augmente de 7,5 à 7,6 bars, la surpression due à la vague s'affaiblissant avec la profondeur. Elle est de 0,3 bar en surface et beaucoup moins à 75 m, selon la période de la vague.L'eau pénètre dans la chambre marnante et l'air déplacé de celle-ci par cette surpression passe par le conduit 46 et la vanne 48 vers les réservoirs 30 et 42. La vanne 48 formant un orifice calibré, le passage d'air vers les réservoirs 30 et 42, et ainsi l'égalisation des pressions à l'intérieur de la colonne, sont retardés par rapport au passage de la houle. Ensuite, la vague passe et la pression régnant dans la chambre marnante 36 baisse de 7,6 bars à 7,5 bars. L'air dans les réservoirs 30 et 42 se trouve à une surpression par rapport à la chambre marnante 36 provoquant un déplacement de l'air par les conduits 50 et 46 et la vanne 48, des réservoirs 30 et 42 vers la chambre marnante 36. Ce passage d'air est également freiné par l'orifice calibré. L'eau quitte la chambre marnante en retard sur la crête de la vague. Ainsi, le système d'amortissement disposé à l'intérieur de chaque colonne 14 permet d'allonger la période propre du mouvement de la plate-forme 10 résultant du passage de la houle afin que la période propre de la houle et celle de la plate-forme soient différentes. Dans l'exemple illustré, où la plate-forme est destinée à être installée dans une mer où la période propre moyenne de la houle centennale est de 18 secondes, le système d'amortissement permet d'allonger les périodes propres jusqu'à 35 ou 40 secondes et d'amortir les mouvements verticaux jusqu'à 45 % de l'amortissement critique. La fabrication et la mise en fonctionnement de la plate-forme décrite ci-avant seront maintenant étudiés. Le pont flottant 12 et les six colonnes 14 sont fabriqués séparément puis sont remorqués sur le site où sera installée la plate-forme. Le pont flottant 12 comprend une barge. Les colonnes 14 sont remorquées vides, disposées horizontalement sur une barge, puis sont mises à l'eau sur le site. Les colonnes 14 sont ensuite lestées avec de l'eau de mer afin qu'elles prennent une position verticale. Chaque colonne est chargée de ballast à partir d'un minéralier et ensuite une quantité additionnelle d'eau de mer est introduite dans la colonne afin qu'elle ait un tirant d'air d'environ 5 m. Une fois que les six colonnes 14 sont lestées, le pont 12 est disposé à sa place entre les colonnes afin que les extrémités supérieures 20 se trouvent chacune adjacente à la cage d'appui 18 associée.L'eau dans chaque colonne 14 qui formait le lest additionnel est évacuée, augmentant le tirant d'air des colonnes de 5 m à 20 m, et soulevant ainsi le pont 12 de la surface de la mer. Compte tenu du fait que la hauteur de houle centennale est faible dans le Golfe de Guinée, la partie inférieure du pont n'a pas besoin d'être très haute au-dessus de liteau, ce qui favorise la stabilité. De plus, le centre de poussée de chaque colonne se trouve bien au-dessus de son centre de gravité, ce qui donne aux colonnes une grande stabilité. Les colonnes 14 sont reliées au pont 12 uniquement sous l'effet de leur propre poussée, venant en appui sur les articulations disposées dans les cages d'appui 18. I1 est à noter que les colonnes 14 ne sont pas reliées entre elles, ce qui leur permet un certain déplacement angulaire sous l'effet du courant et de la houle. La structure simplifiée de la plate-forme selon la présente invention permet son assemblage directement sur site, sans avoir recours à un derrick-barge ou autre matériel lourd. Le pont flottant 12 arrive tout équipé sur site, ce qui présente une économie de temps et d'argent considérable. De plus, la nature de la plate-forme permet d'installer les têtes de puits sur la plate-forme plutôt que sur le fond marin, ce qui présente des avantages importants. La vanne 48 formant la restriction au passage d'air a une ouverture réglable permettant de répondre à des conditions variables de la houle. REVENDICATIONS 1 - Plate-forme pétrolière flottante à pilonnement contrôlable comprenant un pont (12) et un ensemble de flottaison (14) caractérisée en ce qu'afin de contrôler la réponse de la plate-forme au mouvement de la mer dans laquelle elle est installée, l'ensemble de flottaison (14) comprend une chambre marnante (36) ouverte à la mer et reliée à un réservoir à gaz (30;42) par un conduit de circulation (46;50) muni d'une restriction (48). 2 - Plate-forme selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'ensemble de flottaison (14) comprend au moins quatre colonnes de flottaison (14), chacune d'elles comportant une chambre marnante (36). 3 - Plate-forme selon la revendication 2 caractérisée en ce que chaque colonne de flottaison comprend deux réservoirs à gaz (30;42) disposés de part et d'autre, dans le plan vertical, de la chambre marnante (36) et reliés à celle-ci par le conduit de circulation (50). 4 - Plate-forme selon la revendication 2 ou 3 caractérisée en ce que le pont comprend des cages d'appui (18) disposées autour de sa périphérie, chaque cage d'appui étant destinée à recevoir l'extrémité d'une colonne de flottaison (14) associée. 5 - Plate-forme selon la revendication 4 caractérisée en ce que les colonnes de flottaison (14) sont reliées à leurs cages d'appui (18) associées uniquement sous l'effet de leur poussée, les colonnes n'étant pas reliées entre elles. 6 - Plate-forme selon la revendication 4 ou 5 caractérisée en ce que chaque cage d'appui (18) est munie d'une articulation (24) contre laquelle prend appui la colonne de flottaison (14) associée. 7 - Plate-forme selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le pont (12) comprend une barge indépendante.