Brevet FR2674899A1 — publié le 19921009

Installation pour effectuer des forages et des pompages sous-marins La présente invention porte d'une part sur une installation pour effectuer des forages et des pompages sous-marins, et d'autre part sur un procédé pour sa mise en place. On connaît de telles installations, par exemple les platesformes de forage, dont la fonction consiste à extraire des matières premières situées en dessous du niveau de la mer, notamment du pétrole ou du gaz. Leur construction présente de nombreux inconvénients, notamment dans la conception même des pièces de l'édifice, mais aussi lors de l'assemblage desdites pièces. D'une part, les plates-formes de forage ou d'exploitation sont le plus souvent constituées de très nombreux éléments de formes, tailles et poids très variables, ce qui complique l'automatisation de la fabrication. D'autre part, lesdits éléments sont à assembler sur le lieu d'exploitation, dans des conditions périlleuses pour les personnels, qui doivent travailler le plus souvent dans l'eau ou sous l'eau, ce qui a aussi des conséquences sur le nombre et la rémunération des installateurs. De plus, une fois les tours de forage classiques mises en exploitation, la présence de techniciens d'entretien et de maintenance engendre également des risques et des coûts élevés. Par ailleurs, si les difficultés sont multiples au plan industriel, le danger reste l'inconvénient majeur des plates-formes actuelles, qu'elles soient flottantes ou ancrées au sol. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle vise une tour immergée creuse constituée d'éléments annulaires en béton ou analogue venant s'emboiter les uns sur les autres de façon étanche, l'élément inférieur étant ancré dans le sol et servant d'embase, tandis que l'élément supérieur fait saillie à une certaine hauteur au-dessus du niveau de la mer et comporte un orifice d'accès à l'intérieur de la tour. Ainsi, les éléments constitutifs de la tour de forage peuvent être coulés à terre et transportés par bateau ou par flottaison jusqu'au lieu d'immersion ; le processus de fabrication est plus rationnel, moins onéreux. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, au moins un compartiment creux destiné à être rempli d'eau est prévu dans la paroi de l'élément annulaire. Ceci permet de réduire le volume de béton ou de tout autre matériau résistant à la corrosion utilisé pour préfabriquer l'élément annulaire, ce qui en diminue le prix de revient. Le compartiment rempli de liquides constitue, une fois la tour mise en place, un dispositif d'absorption des contraintes résultant des mouvements de la mer et participe à la résistance aux pressions latérales et à la stabilité de l'ensemble. Selon une variante, l'élément annulaire comprend une pluralité de compartiments creux également répartis sur la périphérie. Cette disposition équilibre la réaction à la compression de l'eau de mer entourant l'anneau et stabilise la construction sur son embase. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le compartiment creux d'un élément annulaire comporte des moyens d'adduction, de traitement, d'évacuation d'eau. L'immersion de l'élément annulaire peut ainsi être contrôlée avec précision, et une fois la tour définitivement mise en service, lesdits moyens évitent une dégradation de l'eau. Avantageusement, l'élément annulaire comporte un plancher dans lequel est prévu un passage central. Le plancher améliore la résistance aux sollicitations périphériques et renforce la solidité de l'élément annulaire ; le passage central permet aux techniciens de circuler, notamment pour approvisionner les étages de la tour en matériels divers. La présente invention vise également un procédé pour la mise en place d'une installation de forage ou de pompage sous-marin, telle que précédemment décrite, procédé prévoyant les étapes suivantes - mise à la mer de l'élément annulaire inférieur à la verticale de l'emplacement où il doit être fixé - immersion progressive dudit élément annulaire inférieur - fixation puis immersion progressive des éléments annulaires successifs à l'élément annulaire précédent, jusqu'à la mise en place de 1' élément supérieur, - ancrage au sol de l'élément annulaire inférieur - aménagement intérieur et supérieur de l'installation. On conçoit que la mise en place de la tour s'opère en grande partie à la surface, puisque chaque élément est empilé sur le précédent à mesure que ce dernier s'enfonce dans la mer ; d'une part ce procédé est beaucoup moins dangereux pour les personnels, d'autre part, sa mise en oeuvre est plus économique. Selon un autre perfectionnement important de l'invention, l'immersion de l'élément annulaire s'opère par le remplissage d'eau, notamment d'eau de mer, d'au moins un compartiment creux prévu dans ledit élément. Ceci permet de contrôler l'immersion progressive de l'élément annulaire lors de la mise en place de la tour. Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe d'une tour de forage conforme à l'invention, et - la figure 2 est une vue de dessus d'un élément annulaire de la tour, depuis le plan YY'. L'installation représente à la figure i une tour de forage 1 immergée, d'une hauteur d'une centaine de mètres et dressée sur le fond marin auquel elle a été solidarisée. Cette tour 1 est constituée d'éléments annulaires tronconiques 2 d'environ dix mètres de hauteur et d'un diamètre moyen d'environ quinze mètres en béton traité pour résister à la corrosion marine. Les éléments annulaires 2 sont emboîtés les uns sur les autres de façon étanche par des ciments à base de résine Epoxy, l'ensemble réalisant une tour évidée en son centre, permettant d'une part à des techniciens d'y travailler, et d'autre part aux matières premières d'être extraites. L'élément inférieur 3 est ancré dans le sol 4, l'élément supérieur 5 dépasse d'une dizaine de mètres environ au-dessus du niveau de la mer 6, en fonction de la plus grande amplitude de marée ; ledit élément supérieur comporte un orifice d'accès 7 à l'intérieur 8 de la tour. Les éléments annulaires 2 comprennent quatre compartiments creux 9, également répartis sur la périphérie 10, remplis d'eau de mer, ce qui assure une très grande stabilité à la tour. Le nombre et les dimensions des éléments annulaires, du vide central, du voile de béton à la périphérie et des compartiments creux sont calculées de façon classique en génie mécanique pour compenser les pressions qui s'exercent sur la tour. Si l'on examine plus particulièrement l'élément annulaire représenté à la figure 2, les compartiments creux comportent des moyens 11 d'adduction et d'évacuation d'eau de mer, tels que des pompes reliées à des conduites d'entrée et de sortie. Les anneaux superposés 2 sont dotés d'un plancher 12 dont la fonction est de résister aux pressions périphériques qui s'exercent dans un plan horizontal. Le plancher 12 présente un passage central utilisé pour le transfert des techniciens, des matériels et des produits extraits du sol. Une fois la tour mise en place et ancrée au sol 4, on perce le passage 13 pour opérer les forages ou les pompages. Les dimensions de la tour et de ses parties constitutives peuvent être différentes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. La présente invention concerne également un procédé pour la mise en place d'une telle tour. Les éléments annulaires 2, l'élément inférieur 3 et l'élément supérieur 5 sont fabriqués à terre et transportés, par flottaison ou par bateau jusqu'au lieu d'immersion. L'élément inférieur 3, retenu dans l'eau par des moyens de sustentation, tels que des filins reliés à des embarcations et des flotteurs escamotables, est lentement descendu dans l'eau, à la verticale du lieu de forage jusqu a ce que sa face supérieure 14 dépasse d'environ un mètre au-dessus du niveau de la mer 6. Le plancher de l'élément annulaire suivant peut être mis en place. Puis un élément annulaire 2 est soulevé et fixé par des ciments à base de résine Epoxy à la face supérieure 14 de l'élément inférieur 3. On laisse descendre lentement dans l'eau l'ensemble ainsi constitué en soutenant la construction et en actionnant les pompes d'adduction d'eau 11 de l'élément inférieur 3, dans le but de remplir partiellement et de manière équilibrée, les compartiments creux 9 dudit élément inférieur. La descente est contrôlée grâce aux filins reliés aux embarcations et grâce à l'apport progressif de l'eau dans les compartiments creux 9. Elle est stoppée lorsque la face supérieure 15 de l'élément annulaire 2 dépasse hors de l'eau d'environ un mètre. Ainsi, l'ensemble constitué de l'élément inférieur 3 et de l'élément annulaire 2 effectue une descente contrôlée sans noyer l'intérieur de la tour, jusqu'à ce qu'il soit possible de fixer un plancher et un élément annulaire supplémentaire. On procède de même avec l'élément annulaire 2 suivant, fixé au précédent au moyen de ciments à base de résine Epoxy, jusqu'à l'élément annulaire précédant l'élément supérieur 5. La tour de forage ainsi constituée est entièrement montée sans noyer l'intérieur de la tour, étage par étage. On utilise les pompes 11 d'adduction d'eau pour apporter l'eau nécessaire en vue de compenser la poussée résultant des espaces intérieurs 8. Une fois la tour entièrement montée, il est procédé à son ancrage au sol 4 et les installateurs remplissent totalement d'eau les compartiments creux 9 de chacun des éléments annulaires 2 de l'élément inférieur 3, et de l'élément supérieur 5 pour assurer une grande stabilité et une excellente résistance aux pressions latérales et périphériques, grâce aussi notamment aux plafonds 12 des anneaux 2. On peut accéder par l'orifice d'accès 7 à l'intérieur 8 de la tour 1, pour aménager l'intérieur et percer le passage 13 pour forer le sol 4, sans faire entrer d'eau dans l'édifice. La présente invention présente de nombreux avantages - les techniques de construction sont facilitées grâce à une standardisation des éléments annulaires - il en résulte une économie lors de l'étude et de la conception de la tour - les matériaux recommandés sont courants et peu coûteux - des économies supplémentaires résultent de l'emploi d'eau qui se trouve sur place en quantité et gratuite, en lieu et place du béton, dans les compartiments creux - les conditions de travail lors du montage de la tour sont améliorées puisque beaucoup d'opérations s'effectuent à la surface de la mer, ou à l'intérieur de la tour - lorsque la tour est mise en exploitation, des vies humaines peuvent être sauvées, car les risques inhérents aux plates-formes habituelles sont largement réduits - l'automatisation du pompage des matières premières peut être grandement améliorée, puisque la plupart des matériels sont utilisés à l'abri des vents et de l'eau, à l'intérieur de la tour ; ceci entraîne une considérable diminution des frais de personnels et de maintenance des machines. La présente invention ne se limite pas à des éléments annulaires ou cylindriques ou tronconiques, ni à des tours de dimension décroissante à mesure que l'on s'approche du niveau de la mer ; on peut aussi construire des tours ayant des éléments polyédriques ou ayant différents tronçons de diamètre constant, ce qui permet de réaliser des économies d'échelle lors de la fabrication des anneaux. L'invention ne se limite pas à des éléments en béton ou matériaux analogues. I1 est par exemple possible d'utiliser différents métaux ou matériaux composites, en combinaison avec le béton, pourvu que la densité de l'ensemble soit supérieure à celle de l'eau de mer, afin que la tour soit solidement assise au sol. La présente invention permet d'améliorer les techniques de conception, de fabrication, de mise en place des tours de forages et de pompage, et conduit à une excellente automatisation de l'exploitation même des installations du type mentionné. REVENDICATIONS 1. Installation pour effectuer des forages et des pompages sous-marins, caractérisée en ce qu'elle comprend une tour (1) immergée creuse constituée d'éléments annulaires (2) en béton ou analogue venant s'emboîter les uns sur les autres de façon étanche, l'élément inférieur (3) étant ancré dans le sol (4) et servant d'embase, tandis que l'élément supérieur (5) fait saillie à une certaine hauteur au-dessus du niveau de la mer (6) et comporte un orifice d'accès (7) à l'intérieur (8) de la tour. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un compartiment creux (9) destiné à être rempli d'eau est prévu dans la paroi de l'élément annulaire (2). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément annulaire (2) comprend une pluralité de compartiments creux (9) également répartis sur la périphérie (10). 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 ou 4, caractérisée en ce que le compartiment creux (9) comporte des moyens (11) d'adduction, de traitement, d'évacuation d'eau. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément annulaire (2) comporte un plancher (12) dans lequel est prévu un passage central. 6. Procédé pour la mise en place d'une installation de forages et de pompages sous-marins selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il prévoit les étapes suivantes - mise à la mer de l'élément annulaire (3) à la verticale de l'emplacement où il doit être fixée - immersion progressive dudit élément annulaire inférieur - fixation puis immersion progressive des éléments annulaires successifs (2) à l'élément précédent, jusqu là la mise en place de l'élément supérieur (5) - ancrage au sol de l'élément annulaire inférieur (3) - aménagement intérieur et supérieur de l'installation. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'immersion d'un élément annulaire s'opère par le remplissage d'eau, notamment d'eau de mer, d'au moins un compartiment creux prévu dans ledit élément.