Brevet FR2737179A1 — publié le 19970131

La présente invention concerne une plate-forme d'exploitation en mer, notamment une plate-forme d'exploitation pétrolière en mer, du type comportant une coque supérieure s'étendant au-dessus du niveau de la mer et reliée à une embase inférieure creuse totalement immergée par des jambes de liaison partiellement immergées formant caisson de flottabilité et s'étendant sensiblement verticalement. Les plate-formes de ce type sont connues sous le nom de plate-formes semi-submersibles. Afin d'assurer la stabilité de telles plate-formes en position d'exploitation, l'embase inférieure est lestée, par exemple par remplissage de celle-ci avec de l'eau de mer. Dans les plate-formes connues, les jambes sont formées par des colonnes cylindriques à parois pleines délimitant sur toute leur hauteur un espace clos formant un caisson de flottabilité pour la plate-forme. Ces plate-formes ne reposent pas directement sur le fond marin et sont simplement ancrées par des lignes d'ancrage caténaire. Elles sont ainsi très sensibles à la houle marine qui provoque des mouvements verticaux ascendants et descendants de la plate-forme. L'amplitude de ces mouvements peut atteindre des valeurs importantes. Ce phénomène rend difficile l'exploitation pétrolière depuis la plate-forme. Afin de tenter d'apporter une solution à ce problème, il a été proposé d'allonger la longueur des jambes afin que l'embase soit immergée profondément. Le résultat obtenu par mise en oeuvre de cette solution reste imparfait et de telles plate-formes sont complexes à fabriquer et à installer. Par ailleurs, elles sont temporairement instables lors de leur installation. La présente invention a pour but de proposer une plate-forme d'exploitation en mer peu sensible à la houle et dont la longueur des jambes liant la coque supérieure à embase inférieure est limitée. A cet effet, l'invention a pour objet une plateforme d'exploitation en mer, notamment une plate-forme d'exploitation pétrolière en mer, du type précité, caractérisée en ce que les jambes comportent sur leur hauteur immergée au moins deux tronçons successifs, un premier tronçon à parois pleines délimitant un espace clos et formant un caisson de flottabilité et un second tronçon à paroi latérale ajourée, l'espace intérieur de ce second tronçon étant ouvert sur le milieu marin environnant. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention peut présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - le second tronçon à paroi latérale ajourée est une structure métallique en treillis, - le second tronçon à paroi latérale ajourée est disposé entre le premier tronçon à parois pleines et 1 'embase, - le premier tronçon à parois pleines s'étend au moins partiellement immédiatement au-dessous de ladite coque, - les premier et second tronçons sont dimensionnés de telle sorte que la force de pression s'exerçant sur le premier tronçon à parois pleines compense sensiblement sur une plage de périodes de houle usuelle la force d'accélération de la plate-forme, -les premier et second tronçons sont dimensionnés de telle sorte que la force de pression et la force d'accélération sont égales pour deux valeurs de période de houle comprises dans la plage de périodes de houle usuelle, - la hauteur immergée du second tronçon est comprise entre le quart et les trois quarts de la hauteur totale immergée de la jambe, - la hauteur immergée du second tronçon est sensiblement égale au double de la hauteur immergée du premier tronçon, - les jambes ont une forme générale extérieure cylindrique, - l'embase comporte au moins un passage traversant celle-ci sensiblement verticalement de part en part, - l'embase est emplie d'un fluide formant lest, notamment de l'eau de mer, - la coque est montée déplaçable le long des jambes et il est prévu des mécanismes de déplacement relatif et de verrouillage de la coque par rapport aux jambes, - ledit second tronçon à paroi latérale ajourée est disposé entre deux tronçons à parois pleines suivant la hauteur immergée des jambes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en éléva- tion d'une plate-forme pétrolière conforme à l'invention; - la figure 2 est un graphique représentant la fonction de transfert d'une plate-forme de l'état de la technique en fonction de la période de la houle - la figure 3 est un graphique représentant l'évolution des forces de pression et d'accélération s'exerçant sur une plate-forme de l'état de la technique en fonction de la période de la houle ; et - les figures 4 et 5 sont des graphiques analogues à ceux des figures 2 et 3 pour une plate-forme selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une plate-forme pétrolière auto-élévatrice du type semisubmersible. Elle comporte essentiellement une coque supérieure 1 s'étendant au-dessus de la mer lorsque la plate-forme est en exploitation, et reliée par des jambes 2 à une embase inférieure immergée 3. De manière classique, la coque supérieure comporte des bâtiments techniques et d'habitation non représentés ainsi qu'un puits de forage et des têtes de puits 4. Par ailleurs, des passages 5 sont ménagés au travers de la coque 1 pour permettre le passage des jambes 2. Des mécanismes 6 de levage sont disposés autour des passages 5 et permettent de descendre les jambes 2 et l'embase 3 et de hisser la coque 1 au-dessus de la surface de l'eau jusqu'a une altitude qui la met hors de portée des plus hautes vagues. Les mécanismes 6 sont par exemple des mécanismes à pignons et crémaillères, les crémaillères s'étendant sur toute la hauteur des jambes 2. Ces mécanismes 6 comportent en outre des moyens de verrouillage des jambes 2 par rapport à la coque 1 afin d'assurer une liaison rigide des jambes sur la coque. Les jambes 2 sont par exemple au nombre de quatre et ont une forme générale extérieure cylindrique. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, elles ont une section carrée, mais elles peuvent également avoir une section circulaire ou triangulaire. Les jambes 2 sont toutes identiques et présentent suivant leur hauteur immergée deux tronçons successifs. Un premier tronçon supérieur 10 est formé par un tube à paroi pleine obturé à son extrémité inférieure par un fond 12. Ce premier tronçon délimite ainsi un espace clos isolé du milieu marin environnant et forme un caisson de flottabilité pour la plate-forme. La partie supérieure de ce premier tronçon s'étend au-dessus du niveau de la mer de part et d'autre de la coque 1. La partie inférieure de celui-ci s'étend immédiatement au-dessous de la coque 1 et est partiellement immergée. Le premier tronçon est prolongé par un second tronçon 14 à paroi latérale ajourée, l'intérieur de ce second tronçon étant ouvert sur le milieu marin environnant. Ce second tronçon est ainsi interposé entre le premier tronçon 10 et l'embase 3 et est formé par exemple par une structure métallique en treillis. Cette structure comporte quatre montants 16 métalliques reliés entre eux par un treillis 18 de tubes métalliques. Le second tronçon est soudé à son extrémité supérieure à l'extrémité inférieure du tronçon 10 et à son extrémité inférieure à l'embase 3. Comme cela est représenté sur la figure 1, en position d'exploitation, la hauteur immergée Zt du premier tronçon 10 à paroi pleine représente sensiblement un tiers de la hauteur totale immergée Zm des jambes 2. Ainsi, le second tronçon en treillis est totalement immergé et s'étend sur sensiblement deux-tiers de la hauteur totale immergée des jambes 2. De manière générale, la hauteur immergée du second tronçon à paroi latérale ajourée est comprise entre le quart et les trois quarts de la hauteur totale immergée des jambes 2. L'embase 3 est creuse et est de forme générale carrée, rectangulaire ou triangulaire. Elle est emplie d'eau de mer et forme ainsi un lest pour l'ensemble de la plate-forme. Elle peut également comporter des réservoirs incorporés à l'intérieur de celle-ci dans lesquels sont stockés des hydrocarbures. Par ailleurs, un passage central 20 traverse de part en part l'embase 3. Ce passage réduit la surface résistante offerte à l'eau lors des mouvements verticaux de la plate-forme. I1 peut également permettre la circulation d'outils de forage. Dans la position représentée sur la figure 1, la plateforme flotte grâce à la partie immergée des premiers tronçons 10 à paroi pleine. Ces tronçons sont soumis à une force de pression notée Fp s'exerçant sur leur fond 12. La force de pression Fp dépend de la hauteur immergée Zt du premier tronçon 10. Elle s'exprime en première approximation sous la forme Fp = A ezt f(t) où AX est l'aire de la surface de flottaison, c'est-à-dire l'aire des fonds 12, p est le nombre d'onde de la houle et f(t) est l'élévation du niveau de la surface libre de la mer en fonction du temps. Par ailleurs, l'ensemble de la plate-forme est soumise à une force d'accélération notée Fa due principalement aux mouvements de l'eau et notamment à leurs effets sur l'embase 3. Cette force d'accélération dépend de la hauteur totale immergée Zm des jambes 2. Elle s'exprime en première approximation sous la forme Fa = kl BeBZm f(t) où k1 est une constante et B est la somme de la masse de l'embase 3 emplie d'eau et de la masse ajoutée. La masse ajoutée est une masse fictive prenant en compte l'action de l'eau de mer entourant l'embase sur la plate-forme lors des mouvements de celle-ci. Les deux forces Fa et Fp appliquées sur la plateforme sont en opposition de phase. Dans ces conditions, on conçoit qu'il est possible de dimensionner les premier et second tronçons de telle sorte que la hauteur immergée Zt du tronçon 10 soit telle que la force de pression Fp exercée sur ce premier tronçon compense sensiblement sur une plage de périodes de houle usuelle la force d'accélé ration Fa de la plate-forme. De plus, le dimensionnement peut être tel que ces deux forces soient égales pour deux valeurs de période de houle comprises dans la plage de périodes de houle usuelle. Sur la figure 2 est représentée la fonction de transfert d'une plate-forme de l'état de la technique, c'est-à-dire avec des jambes formées d'un unique tronçon à paroi pleine s'étendant depuis l'embase 3 jusqu'à la coque 1, en fonction de la période T de houle exprimée en secondes. La fonction de transfert est le rapport entre l'amplitude du mouvement de pilonnement de la plate-forme et l'amplitude d'une houle de un mètre, le pilonnement étant une grandeur représentative des mouvements verticaux ascendants et descendants de la plate-forme sous l'effet de la houle. On constate sur cette courbe que le pilonnement de la plate-forme est important sur une plage de périodes de 18 à 28 secondes. Cette plage de périodes correspond aux valeurs élevées des périodes de houle rencontrées communément. Par ailleurs, le pilonnement est extrêmement important pour des périodes de houle proches de 24 secondes. Sur la figure 3 sont représentées l'évolution de la force de pression Fp et l'évolution de la force d'accélération Fa en fonction de la période de houle T exprimée en secondes pour une plate-forme de l'état de la technique. Sur ces courbes, on constate que les amplitudes des forces Fa et Fp pour une période considérée inférieure à 28 secondes sont très importantes. Par ailleurs, les écarts entre les valeurs des forces F, et Fp sont grands. Ainsi, la plate-forme est soumise principalement à la force d'accélération Fa, d'où il résulte le pilonnement important traduit sur la courbe de la figure 2. Pour une période sensiblement égale à 31 secondes, les valeurs de Fa et Fp sont sensiblement égales, ce qui correspond à un pilonnement sensiblement nul sur cette figure. Pour la plate-forme selon 1 invention représentée sur la figure 1, la fonction de transfert est représentée sur la figure 4 alors que les forces Fa et Fp sont représentées sur la figure 5. On constate sur la figure 5 que grâce à la conception des jambes en deux tronçons successifs, dont l'un est à parois pleines et l'autre à paroi latérale ajourée, il est possible que les valeurs des forces F, et Fp soient rendues très proches les unes des autres sur une plage étendue de périodes de houle comprise entre 0 et 24 secondes et correspondant aux houles usuelles. Par ailleurs, les courbes représentatives des forces Fa et Fp se coupent en deux points sur cette plage de valeurs, ce qui correspond physiquement, puisque ces forces sont en opposition de phase, à une annulation de la force d'excitation résultante s'appliquant sur la plate-forme. On constate sur la figure 4, que les forces d'accélération Fa et de pression Fp se compensant sensiblement sur toute l'étendue de la plage de périodes correspondant aux houles usuelles, le pilonnement de la plate-forme est très faible. En particulier, le maximum de pilonnement obtenu sur cette plage correspond à sensiblement 1/6ème du pilonnement maximum obtenu avec des plate-formes de l'état de la technique. En outre, sur cette figure, la courbe s'annule pour deux périodes T différentes (15,5 secondes et 23,5 secondes) et non uniquement une valeur comme dans le cas des plate-formes connues. Ces deux valeurs d'annulation résultent des deux points d'intersection des courbes représentatives des forces d'accélération Fa et de pression Fp Les courbes représentées ici ont été obtenues avec une plate-forme dont la hauteur immergée Zt du premier tronçon 10 à parois pleines est égale à 50 m et dont la longueur totale immergée Zm des jambes est égale à 140 m. Le volume de l'embase est égale à 33.000 m3, l'aire de la surface de flottaison (somme des aires des fonds 12) est égale à 841 m2. La masse ajoutée de la plate-forme est égale à 194.750 tonnes. En variante, non représentée, il est également possible d'interposer entre l'extrémité inférieure des tronçons 14 en treillis et l'embase 3 des tronçons à parois pleines formant des caissons supplémentaires de flottabilité ou de stockage pour la plate-forme. Dans ces conditions, les tronçons 14 en treillis sont disposés entre deux tronçons à parois pleines suivant la hauteur immergée des jambes. Par ailleurs, tout autre agencement de tronçons successifs dont certains sont à parois pleines et d'autres à paroi latérale ajourée est également possible pour la réalisation des jambes de la plate-forme. On notera qu'avec ce type de plate-forme, la longueur des jambes est indépendante de la profondeur du lieu d'exploitation. De plus, la bonne stabilité de la plate-forme autorise l'installation des têtes de puits sur la coque. REVENDICATIONS 1.- Plate-forme d'exploitation en mer, notamment plate-forme d'exploitation pétrolière en mer, du type comportant une coque supérieure (1) s'étendant au-dessus du niveau de la mer et reliée à une embase inférieure (3) creuse totalement immergée par des jambes de liaison (2) partiellement immergées formant caisson de flottabilité et s'étendant sensiblement verticalement, caractérisée en ce que les jambes (2) comportent sur leur hauteur immergée au moins deux tronçons successifs (10, 14), un premier tronçon (10) à parois pleines délimitant un espace clos et formant un caisson de flottabilité et un second tronçon (14) à paroi latérale ajourée, l'espace intérieur de ce second tronçon (14) étant ouvert sur le milieu marin environnant. 2.- Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second tronçon (14) à paroi latérale ajourée est une structure métallique en treillis (18). 3.- Plate-forme selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le second tronçon (14) à paroi latérale ajourée est disposé entre le premier tronçon (10) à parois pleines et l'embase (3). 4.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier tronçon (10) à parois pleines s'étend au moins partiellement immédiatement au-dessous de ladite coque (1). 5.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les premier (10) et second (14) tronçons sont dimensionnés de telle sorte que la force de pression (Fp) s'exerçant sur le premier tronçon (10) à parois pleines compense sensiblement sur une plage de périodes de houle usuelle la force d'accélération (F) de la plate-forme. 6.- Plate-forme selon la revendication 5, carac térisée en ce que les premier et second tronçons sont dimensionnés de telle sorte que la force de pression (Fp) et la force d'accélération (F) sont égales pour deux valeurs de période de houle comprises dans la plage de périodes de houle usuelle. 7.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la hauteur immergée du second tronçon (14) est comprise entre le quart et les trois quarts de la hauteur totale immergée de la jambe (2). 8.- Plate-forme selon la revendication 7, caractérisée en ce que la hauteur immergée du second tronçon (14) est sensiblement égale au double de la hauteur immergée du premier tronçon (10). 9.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les jambes (2) ont une forme générale extérieure cylindrique. 10.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'embase (3) comporte au moins un passage (20) traversant celle-ci sensiblement verticalement de part en part. 11.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'embase (3) est emplie d'un fluide formant lest, notamment de leau de mer. 12.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la coque (1) est montée déplaçable le long des jambes (2) et en ce qu'il est prévu des mécanismes (6) de déplacement et de verrouillage relatif de la coque (1) par rapport aux jambes (2). 13.- Plate-forme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit second tronçon (14) à paroi latérale ajourée est disposé entre deux tronçons à parois pleines suivant la hauteur immergée des jambes (2).