Brevet FR2719615A1 — publié le 19951110

La présente invention a pour objet un procédé d'assemblage de tronçons de grande longueur de membrures des jambes de support d'une plate-forme pétrolière de forage ou d'exploitation en mer. Les plates-formes pétrolières et notamment les plates-formes auto-élévatrices comportent 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. Chaque jambe est constituée par des membrures verticales, par exemple au nombre de trois, reliées entre elles par un treillis de poutrelles métalliques. Chaque membrure est constituée par des tronçons soudés bout à bout et formés chacun, d'une part, par une plaque rectangulaire et, d'autre part, par des raidisseurs en forme de demi-coquille soudés chacun sur l'une des faces principales de ladite plaque. Généralement, chaque tronçon a une longueur comprise entre 12 et 20 mètres. Les plaques rectangulaires comportent sur leurs faces latérales des dents qui forment, sur une partie de la longueur des membrures, des crémaillères diamétralement opposées, destinées à coopérer avec des pignons de sortie de mécanismes d'entraînement montés sur la coque de la plate-forme. Chaque raidisseur soudé sur l'une des faces principales des plaques rectangulaires possèdent une longueur inférieure à la longueur d'une plaque de façon à ménager, à chaque extrémité de la plaque, un espace libre permettant de souder les tronçons bout à bout au moment de l'assemblage de la membrure. Pour assurer la continuité des raidisseurs, une pièce de liaison en forme de demi-coquille et de profil correspondant au profil des raidisseurs, est positionnée au niveau de chaque espace libre et dans le prolongement desdits raidisseurs, après le soudage bout à bout des tronçons de la membrure. Cette disposition permet de rabouter et de souder directement sur le chantier des tronçons de la membrure qui ont été préalablement préfabriqués dans l'atelier. Ces membrures, qui supportent la coque de la plate-forme, sont fortement sollicitées en fatigue et les cordons de soudure notamment des raidisseurs sur les plaques rectangulaires sont également fortement sollicitées. Jusqu'à présent, les raidisseurs sont soudés sur les faces principales des plaques rectangulaires par des procédés de soudage classique comme par exemple des procédes de soudage automatique sous flux. Or, avec ces techniques de soudage, les cordons de soudure risquent de présenter des défauts de raccordement plus particulièrement au niveau de la racine desdits cordons de soudure, c'est à dire à l'intérieur des raidisseurs dans les zones de raccordement avec les plaques rectangulaires. Ces défauts sont des risques de corrosion sous contrainte et forment des zones de concentration des contraintes qui sont incompatibles avec les fortes sollicitations en fatigue que subissent les jambes des plates-formes pétrolières. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un procédé d'assemblage permettant d'améliorer le comportement des membrures en service et la qualité des soudures et de maitriser les déformations, tout en réduisant les coûts de fabrication. L'invention a pour objet un procédé d'assemblage de tronçons de grande longueur de membrures des jambes de support d'une plate-forme pétrolière, chaque tronçon comprenant, d'une part, une plaque rectangulaire munie sur chacune de ses faces latérales de dents formant une crémaillère et, d'autre part, au moins un raidisseur en forme de demi-coquille fixée sur chaque face principale de ladite plaque rectangulaire, caractérisé en ce qu'il consiste - à usiner, sur toute la longueur de chaque face principale de la plaque rectangulaire et de part et d'autre de l'axe longitudinal de ladite plaque rectangulaire, un méplat incliné en direction de cet axe longitudinal, chaque méplat étant séparé dudit axe longitudinal d'une distance correspondant sensiblement au rayon du raidisseur, - à usiner une rainure sur toute la longueur de la plaque rectangulaire et derrière chaque méplat par rapport à l'axe longitudinal de ladite plaque rectangulaire, - à usiner, sur les bords longitudinaux de chaque raidisseur, un chanfrein incliné en direction de l'axe longitudinal dudit raidisseur et dont l'angle est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison du méplat correspondant, - à placer, sur chaque face principale de la plaque rectangulaire, le raidisseur pour que le chanfrein des bords longitudinaux dudit raidisseur soit en appui sur un méplat de ladite plaque rectangulaire, - à souder sous vide de l'extérieur au moyen d'un faisceau d'électrons chaque raidisseur sur la plaque rectangulaire au niveau des chanfreins et des méplats pour former un tronçon de membrures, - à effectuer par l'intérieur de chaque raidisseur, une refusion de la racine des cordons de soudure, - et à réaliser un traitement thermique par trempé suivi d'un revenu du tronçon de membrures. Selon d'autres caractéristiques de l'i ven- tion - chaque raidisseur est formé de plusieurs éléments raboutés et soudés entre eux, - l'angle d'inclinaison des méplats et des chanfreins est compris entre 5 et 30 et de préférence entre 10 et 15 , - la refusion de la racine des cordons de soudure est réalisée par un procédé de soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire, - avant le traitement thermique, le tronçon est chauffé à une température de l'ordre de 1000"C pour la trempe, - le revenu du tronçon est réalisé à une température de l'ordre de 600"C. 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 par exemple autoélévatrice, - la Fig. 2 est une vue schématique en perspective d'un tronçon de membrures d'une jambe de support réalisé par le procédé selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue en coupe schématique d'une plaque rectangulaire et de deux raidisseurs avant l'assemblage de ces éléments, - la Fig. 4 est une vue schématique en coupe d'un cordon de soudure entre une plaque rectangulaire et un raidisseur après l'opération de soudage par faisceau d'électrons, - la Fig. 5 est une vue schématique en coupe d'un cordon de soudure d'une plaque rectangulaire et d'un raidisseur après l'opération de refusion de la racine dudit cordon de soudure, - la Fig. 6 est une vue schématique en coupe d'une zone de raccordement entre une plaque rectangulaire et un raidisseur après l'opération de traitement thermique. 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 est constituée de trois membrures 10, reliées entre elles par un treillis de poutrelles métalliques 4. Chaque jambe 2 se termine à sa partie inférieure par un pied 5. La plate-forme est par ailleurs équipée, au niveau de chaque jambe 2, d'un mécanisme d'entraînement et de suspension 6 de la coque par rapport auxdites jambes 2. Des mécanismes d'entraînement permettent 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 portée des plus hautes vagues. Comme représenté à la Fig. 2 chaque membrure 10 des jambes 2 se composent de plusieurs tronçons 11 de grande longueur, de l'ordre de 12 à 20 mètres. Chaque tronçon 11 est formé d'une plaque rectangulaire 12 et de deux raidisseurs 13 en forme de demi-coquille, soudés chacun sur une face principale de ladite plaque rectangulaire 12. Les faces latérales de la plaques rectangulaires 12 comportent des dents 14 pour former sur la membrure 10, deux crémaillères diamétralement opposées, destinées à coopérer avec des pignons de sortie, non représentés, des mécanismes d'entraînement 6. En se reportant maintenant aux Figs. 3 à 6, on va décrire l'assemblage d'un tronçon 11 de membrures 10 par le procédé selon l'invention. Comme représenté à la Fig. 3, on usine tout d'abord, sur toute la longueur de chaque face principale 12a et 12b de la plaque rectangulaire 12 et de part et d'autre de l'axe longitudinal de ladite plaque rectangulaire, un méplat 15 incliné en direction de cet axe longitudinal. Ainsi, la plaque rectangulaire 12 comporte, sur chacune de ses faces principales 12a et 12b, deux méplats 15 diamétralement opposés et s'étendant sur toute la longueur de ladite plaque rectangulaire 12. Chaque méplat 15 est séparé de l'axe longitudinal de la plaque rectangulaire 12 d'une distance correspondant sensiblement au rayon du raidisseur 13. Ensuite, on usine une rainure 16 sur toute la longueur de la plaque rectangulaire et derrière chaque méplat 15 par rapport à l'axe longitudinal de ladite plaque rectangulaire 12. Sur les bords longitudinaux de chaque raidisseur 13, un chanfrein 17 est usiné. Chaque chanfrein 17 est incliné en direction de l'axe longitudinal du raidisseur 13 d'un angle sensiblement égal à l'angle d'inclinaison des méplats 15 usinés sur chaque face principale 12a et 12b de la plaque rectangulaire 12. L'angle d'inclinaison des méplats 15 et des chanfreins 17 est compris entre 5 et 30 et de préférence entre 10 et 15". Pour réaliser l'assemblage des raidisseurs 13 avec la plaque rectangulaire 12, on place chaque raidisseur 13 sur chaque face principale correspondante 12a et 12b de la plaque rectangulaire 12 de telle sorte que le chanfrein 17 des bords longitudinaux de chaque raidisseur 13 soit en appui sur un méplat 15 de ladite plaque rectangulaire 12. Après cette opération, on place l'ensemble formé par les raidisseurs 13 et la plaque rectangulaire 12, dans une enceinte à vide, non représentée, et on soude de l'extérieur au moyen d'un faisceau d'électrons chaque raidisseur 13 sur la plaque rectangulaire 12 au niveau des méplats 15 et des chanfreins 17 de façon à réaliser, au niveau de chaque zone de raccordement entre les raidisseurs 13 et la plaque rectangulaire 12, un cordon de soudure 18 tel que représenté à la Fig. 4. L'inclinaison des méplats 15 et des chanfreins 17 permet de pouvoir incliner le faisceau d'électrons ce qui facilite la soudure. Ensuite, après avoir retiré le tronçon 11 ainsi formé de l'enceinte à vide, on effectue, par l'intérieur de chaque raidisseur 13, une refusion de la racine 18a des cordons de soudure 18 au moyen par exemple d'un procédé de soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire. Pour cela, on utilise un outillage approprié qui se déplace à l'intérieur de chaque raidisseur 13 et le long de chaque cordon de soudure 18 sur la plaque rectangulaire 12. Ainsi, on obtient un cordon de soudure 19 comportant une refusion 19a de la racine 18a, comme représenté à la Fig. 5. Les rainures 16 permettent la formation de la refusion l9a et une transition progressive de la forme et des efforts entre la plaque rectangulaire 12 et les raidisseurs 13. La dernière opération consiste à réaliser un traitement thermique par trempé, par exemple à l'eau, suivi d'un revenu du tronçon 11 de membrures. A cet effet, le tronçon 11 est chauffé à une température de l'ordre de 1000"C et trempé dans une cuve par exemple remplie d'eau. Après cette opération de trempe, le revenu du tronçon 11 est réalisé à une température de l'ordre de 600 C. Ce traitement thermique permet d'obtenir, comme représenté à la Fig. 6, une continuité entre le métal constituant les raidisseurs 13 et le métal constituant la plaque rectangulaire 12. Ainsi, la zone soudée possède des caractéristiques mécaniques sensiblement identiques au métal constituant les raidisseurs 13 et la plaque rectangulaire 12. Selon une variante, chaque raidisseur 13 peut être formé de plusieurs éléments raboutés et soudés entre eux. Les tronçons 11 ainsi formés sont ensuite soudés bout à bout par des moyens classiques pour réaliser une membrure 10. Le procédé d'assemblage selon l'invention permet d'améliorer le comportement des membrures en service et notamment la tenue à la fatigue, la tenue à la corrosion et la tenue à la corrosion-fatigue. Ce procédé permet également d'améliorer la qualité des soudures et de supprimer les zones de concentration des contraintes qui sont incompatibles avec les fortes sollicitations en fatigue que subissent les jambes des plates-formes pétrolières, tout en réduisant les coûts de fabrication de ces jambes par l'automatisation du procédé d'assemblage. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage de tronçons (11) de grande longueur de membrures (10) des jambes (2) de support d'une plate-forme pétrolière, chaque tronçon (11) comprenant, d'une part, une plaque rectangulaire (12) munie sur chacune de ses faces latérales de dents (14) formant une crémaillère et, d'autre part, au moins un raidisseur (13) en forme de demi-coquille fixé sur chaque face principale (12a, 12b) de ladite plaque rectangulaire (12), caractérisé en ce qu'il consiste - à usiner, sur toute la longueur de chaque face principale (12a, 12b) de la plaque rectangulaire (12) et de part et d'autre de l'axe longitudinal de ladite plaque rectangulaire (12), un méplat (15) incliné en direction de cet axe longitudinal, chaque méplat (15) étant séparé dudit axe longitudinal d'une distance correspondant sensiblement au rayon du raidisseur (13), - à usiner une rainure (16) sur toute la longueur de la plaque rectangulaire (12) et derrière chaque méplat (15) par rapport à l'axe longitudinal de ladite plaque rectangulaire (12), - à usiner, sur les bords longitudinaux de chaque raidisseur (13), un chanfrein (17) incliné en direction de l'axe longitudinal dudit raidisseur (13) et dont l'angle est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison du méplat (15) correspondant, - à placer, sur chaque face principale (12a, 12b) de la plaque rectangulaire (12), le raidisseur (13) pour que le chanfrein (17) des bords longitudinaux dudit raidisseur (13) soit en appui sur un méplat (15) de ladite plaque rectangulaire (12), - à souder sous vide de l'extérieur au moyen d'un faisceau d'électrons chaque raidisseur (13) sur la plaque rectangulaire (12) au niveau des chanfreins (17) et des méplats (15) pour former un tronçon (11) de membrures (10), - à effectuer par l'intérieur de chaque raidisseur (13) une refusion de la racine (18a) des cordons de soudure (18), - et à réaliser un traitement thermique par trempé suivi d'un revenu du tronçon (11). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque raidisseur (13) est formé de plusieurs éléments raboutés et soudés entre eux. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison des méplats (15) et des chanfreins (17) est compris entre 5 et 30 et de préférence entre 10 et 15". 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la refusion de la racine (18a) des cordons de soudure (18) est réalisée par un procédé de soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant le traitement thermique, le tronçon (11) est chauffé à une température de 1000"C pour la trempe. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revenu du tronçon (11) est réalisé à une température de l'ordre de 600"C.