Brevet FR2759400A1 — publié le 19980814

g- Plate-forme de forage pétrolier du type "jack-up" ou à piliers élévateurs à crémaillère, à élévation indépendante pour chaque membrure de chaque pilier. La présente invention concerne le secteur technique des forages pétroliers et plus particulièrement celui des plate formes de forage du type" jack up " c.a.d. à élévation de la plate forme sur ses piliers, par un système à crémaillère, après remorquage sur site. De telles plate formes "offshore "sont très connues et consistent de manière schématique en la plate forme de forage ou coque o proprement dite, ( "hull ") qui ne sera pas décrite en détail ici, montée sur généralement - trois piliers ( "legs "), généralement disposés en triangle, et pourvus chacun d'une base formant pied support (" spud can "du pilier). La caractéristique de ces structures est d'être assemblées puis remorquées en position basse flottante vers le site de forage. Elles sont alors positionnées sur le site puis la plate forme est élevée en position " haute "jusqu'à sa hauteur opérationnelle au dessus de la mer. L'élévation se fait par déplacement motorisé ( "jacking ") de la plate forme le long de chacun de ses piliers, au travers de "puits "ménagés à cet effet. Chaque déplacement le long d'un pilier est naturellement indépendant des autres, dans une certaine mesure, afin que l'opérateur puisse corriger par exemple une pénétration inégale des piliers dans le fonds marin. La plate forme est élevée ou abaissée par rapport à chaque pilier par des jeux de pignons et crémaillères montés sur chaque pilier, systèmes qui sont généralement disposés dans chaque angle ou H coin" de la structure triangulaire à trois membrures et croisillons métalliques constituant elle-même un pilier ( " chord" désignant chaque" membrure" de chaque pilier triangulaire). Lorsque l'on modifie la position d'un pilier donné, tous les pignons du système relatif à ce pilier donné sont en toujours mis en oeuvre simultanément, dans la même direction et avec la même vitesse théorique. En ce qui concerne la vitesse de déplacement linéaire, celle - ci dépend par contre de la charge, ce qui est l'un des problèmes résolus par l'invention: lorsqu'un pilier est incliné, la membrure la moins chargée sera élevée plus -2759400 2) rapidement que les autres par ses moteurs, d'o une augmentation supplémentaire du RPD sur le pilier considéré. La position relative de la plate forme ( hull) et des piliers ( géométrie du système) par rapport au fond de la mer est contrôlée par rapport à deux séries de repères fixes, qui sont le bas de la coque ( hull) de la plate forme et le sommet de la structure d'élévation ou logement de crémaillère (" jacking structure " ou "jacking house"). Néanmoins de nombreux facteurs contrarient ce positionnement Ces facteurs sont également bien connus. Une inclinaison ou déviation peut être due tout d'abord à un positionnement incorrect par l'opérateur, ou encore à l'existence ou l'apparition de contraintes ou charges latérales importantes comme celles dues aux courants, à la houle et / ou au vent, ou en particulier à des enfoncements inégaux des pieds des piliers, ou encore à un sol hétérogène ou incliné, ou encore à un défaut de fonctionnement d'un moteur de levage ou d'un des freins. Toutefois, en opération, il est dans la pratique impossible de déterminer quels sont les facteurs qui interviennent. Un défaut de ce type se traduit surtout par des contraintes superflues sur la structure et notamment sur les piliers, avec un risque d'endommagement des piliers, de la structure du pilier, pouvant conduire à un accident, et donc à de longues immobilisations de la plate forme, et une réduction notable de la durée de vie de la plate forme. Un souci de l'industrie est donc de réduire ce défaut d'horizontalité, dénommé " RPD " pour " Rack Phase Difference" ( différence pour une phase donnée de crémaillère, c.a.d. différence en géométrie de la structure pour un nombre donné de crans de crémaillère). Normalement, lorsque la plate forme est sur site, les piliers sont abaissés jusqu'à ce que leur base repose sur le fonds marin, puis la plate forme est élevée hors de l'eau jusqu'à sa position d'opération. Ceci entraîne la pénétration plus ou moins profonde des bases dans le fonds marin, selon la nature du fonds, mais normalement les piliers restent verticaux et les seules forces agissant sur l'unité restent alors dans les limites de résistances choisies lors de la construction de la plate forme. Cependant, dans certains cas, le fonds marin peut être incliné, ou inégal, etc...ce qui peut provoquer une déviation d'un ou plusieurs piliers par rapport à la verticale, ce qui crée un moment de flexion sur le pilier concerné. Naturellement, ces déviations, si elles affectent deux ou les trois piliers, ne sont pas obligatoirement " parallèles ", ce qui complique le problème posé. Une telle flexion fait à son tour que la charge devient inégale sur les trois " membrures "ou chords du pilier concerné, lequel pilier se positionne en biais dans son guide ( "cock "). Le déséquilibre peut être tel que le mouvement de la plate forme n'est plus possible. Une action de correction est alors nécessaire. On doit alors abaisser la plate forme à nouveau jusqu'au niveau de l'eau, en état de flottaison pour supprimer la charge, retirer les pieds supports du fond de la mer sur une partie de la pénétration obtenue, puis recommencer l'opération de levage. Ceci peut être éventuellement combiné, selon la gravité de la situation, avec un léger décalage en position pour éviter les premières empreintes, mais une telle opération n'est de manière générale pas recommandée, et avec un mouvement de va-et- vient des piliers (" reaming") pour corriger la déviation; de telles actions sont évidemment longues et ne sont pas obligatoirement couronnées de succès. Dans certaines situations sévères, il faut se résoudre à déplacer la plate-forme du point de forage prévu vers un autre lieu distant de cinquante à cent mètres et recommencer l'opération, avec les mêmes aléas. Cette dernière solution est impossible à mettre en oeuvre lorsque la plate forme doit être positionnée a côté d'une plate forme fixe de production. On ne dispose dans un tel cas que d'une marge de quelques dizaines de centimètres pour placer la plate forme à crémaillère (" jack - up "). On mesure donc bien le problème posé à l'industrie, qui est de simplifier et rendre plus efficaces de telles actions correctrices. Le problème est aggravé par l'importance des contraintes et des forces mécaniques mises en jeu, et par des facteurs tels que la houle, les vents, les courants et analogues, qui peuvent contrecarrer les efforts de l'opérateur. Le problème est encore compliqué par le fait qu'il convient de proposer une action de mise en oeuvre aussi simple et fiable que possible, toute imprécision de l'opérateur pouvant causer un dommage important à la structure. Selon l'invention, on propose un procédé de levage ou élévation ou abaissement d'une plate forme de forage pétrolier, ou analogue, du type à " crémaillère" ( "jack-up rig ") comportant des piliers de structure triangulaire à trois membrures ou trois " chords ", ou une structure analogue, qui se caractérise par le fait que l'on modifie ou peut modifier la position relative ( "trim ") de la plate forme ( " hull "), dans le sens vertical, par rapport à un calcul de la RPD de chaque pilier, en agissant indépendamment sur n'importe quelle membrure de chaque pilier après avoir mesuré l'élévation de chaque membrure par rapport à un repère De préférence, ledit repère sera le sommet du "jack- house" ou structure abritant le système de crémaillère. Une caractéristique essentielle de l'invention est donc la mesure de la longueur ou allongement ou extension de chaque jambe ou pilier, sous la coque ( "hull") de la plate forme. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, on mesure une élévation de chaque membrure par rapport au repère puis on fait la différence entre ces mesures pour le pilier considéré. Les piliers classiques actuels sont en général formés d'une structure à croisillons de coupe horizontale triangulaire ou carrée; chaque pilier classique comporte donc trois ou quatre "membrures " ou "chords "; de même, les plate formes classiques comportent trois ou quatre piliers de ce type. L'invention concerne donc en premier lieu de telles structures. Il est cependant immédiatement accessible à l'homme de métier que l'invention s'applique, mutatis mutandis, à des plates formes qui comporteraient par exemple 5 piliers, et/ou bien à des plate formes comportant des piliers de section différente. En fait, l'invention s'applique à toute plate forme auto élévatrice ayant plusieurs membrures à crémaillère par pilier. On aura compris que l'invention vise un concept général qui est d'effectuer un calcul de RPD par différence des mesures d'élévation sur chaque membrure ou" chord" de chaque pilier, pour mieux apprécier la déformation de la structure et donc pour être capable d'anticiper dans une certaine mesure et de déclencher plus efficacement, et avec moins de risques, une action correctrice destinée à contrebalancer le mieux possible, et si possible parfaitement, le couple de flexion ou analogue engendré par une inégalité dans le mouvement de levage ou d'abaissement, quelle que soit la cause de cette irrégularité. L'homme de métier saura apprécier que l'un des avantages décisifs de l'invention est de conférer à un opérateur averti cette capacité d'anticipation qui peut souvent faire la différence entre une action correctrice efficace et au contraire une immobilisation ou un retard, voire un accident. L'invention concerne également les matériels et systèmes de levage ou abaissement de plate formes de forage pétrolier ou analogues du type à crémaillère ( " jack-up rig "), caractérisés en ce qu'ils comportent au moins un moyen pour effectuer ledit calcul de RPD en intégrant une mesure de l'élévation de chaque membrure ou chord d'un pilier donné par rapport à un repère, indépendamment des autres membrures ou chords du même pilier. L'invention concerne également les matériels et systèmes de levage ou abaissement de plate formes de forage pétrolier ou analogues du type à crémaillère ( " jack-up rig "), caractérisés en ce qu'ils comportent au moins un moyen pour élever ou abaisser ( " jacker ") chaque membrure indépendamment des autres membrures. L'invention concerne enfin les plate formes équipées de ces matériels ou systèmes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence au Dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente un pilier à trois membrures ou chords A, B et C, et montre le plan JHT de la structure de la plate forme à crémaillère ( "jack house top plane ") et le plan PRPh défini par trois points des trois membrures qui, à l'instant donné, se trouvent dans la même "Rack Phase " c.a.d. correspondent au mouvement défini par un même nombre de crans de crémaillère; la différence entre les deux plans est la résultante de la déformation de la membrure ( "RPD vraie ") et de la rotation de la membrure dans l'unité de crémaillère. - la figure 2 représente un détail de crémaillère et la mesure de la "RPD mesurée" à l'aide du détecteur manuel de RPD; - la figure 3 représente schématiquement les éléments essentiels de la plate forme à considérer selon l'invention; JH désigne le H Jack House" ou logement de crémaillère, H désigne la coque ou " Hull ", I est l'allongement ( ou extension) du pilier sur la membrure B ayant l'allongement minimal, et L l'allongement du pilier sur la membrure C; l'angle phi correspond à l'angle de basculement. - la figure 4 représente une mesure de la CDM. En règle générale, les deux plans de référence sont le sommet du logement de crémaillère ou JHT ( " Jack House Top ") et la surface inférieure de la coque HB ( "Hull Bottom"). Naturellement la distance D séparant le JHT du HB est connue ( dans un exemple de réalisation, 14,576 m). L'invention consiste donc à déterminer de manière aussi précise et simple que possible la RPD en intégrant une mesure d'élévation de chaque membrure de chaque pilier, à comparer avec les tolérances et, en cas de dépassement des tolérances, ou bien avant ce dépassement si l'on parvient à anticiper, à effectuer une action correctrice. Mesure et étalonnage de la RPD En référence à la figure 1 et à la figure 2, on mesure pour chaque membrure A, B et C les valeurs li ( la, lb, Ic) mesurées à l'aide de détecteurs manuels ( 1) tels que représentés sur la figure 2, ou à l'aide des systèmes connectés aux moteurs électriques et affichant les données dans la salle de contrôle. On obtient la RPD mesurée. On attribue la valeur" 0 " à la mesure correspondant à la membrure qui présente la valeur mesurée la plus élevée sur chaque pilier. On effectue la lecture de la " distance au fond " sur les trois membrures d'un pilier et on marque la membrure considérée au même niveau que le sommet de l'unité de crémaillère ( " Jacking Unit Top"). La distance au fond est donnée par une lecture directe de graduations qui indiquent la distance entre le fond ( " spud can ") et le dessous de la " coque ". Des capteurs connectés aux moteurs peuvent également donner la même indication en salle de contrôle. En référence à la figure 4, on mesure la distance ( d) depuis le sommet du logement de crémaillère ( JHT) jusqu'au centre de la marque de distance au fond qui est la première accessible, en utilisant un réglet qui se positionne dans le creux de chaque indentation de la crémaillère, et on lit également ladite marque "la première accessible "ou " Close Depth Mark" ( CDM). On obtient ensuite la marque correspondante (LJ) au sommet de l'unité de crémaillère JHT en effectuant: CDM - d L'allongement ou extension ( L) des membrures est obtenue par les formules suivantes: L = LJ - D (exemple D = 14,576m) ou L = ( CDM - d) D On calcule l'allongement des deux autres membrures par le biais des valeurs li des RPD mesurées, comme suit: MEMBRURE # 1 (marques de distance au fond sur la membrure C) L(membrure A) = L(membrureC) + Ic - la L(membrureB) = L(membrure C) + Ic - lb MEMBRURES # 2 & 3 ( marques de distance au fond sur la membrure A) L(membrureB) = L(membrureA) + la - lb L(membrureC) = L(membrureA) + la - Ic La RPD peut être calculée directement des valeurs li c.a.d. la, lb et lc: RPD (membrure A) = max (la, lb, Ic) - la RPD (membrure B) = max (la, lb, Ic) lb RPD (membrure C) = max (la, lb, Ic)- Ic J REVENDICATIONS 1. - Procédé de levage ou élévation ou abaissement ( "jack") d'une plate forme de forage pétrolier, ou analogue, du type à" crémaillère " ( " jack-up rig ") comportant des piliers de structure triangulaire à trois membrures ou trois " chords ", ou carrée à quatre membrures, ou une structure analogue, qui se caractérise par le fait que l'on modifie ou peut modifier la position relative ( "trim ") de la plate forme (" hull "), dans le sens vertical, par rapport à un calcul de la RPD de chaque pilier, en agissant indépendamment sur n'importe quelle membrure de chaque pilier après avoir mesuré l'élévation de chaque membrure par rapport à un repère, de préférence le sommet de la structure contenant la crémaillère ( " jack-house top"). 2. - Procédé de levage ou élévation ou abaissement ( "jack") d'une plate 1 5 forme de forage pétrolier, ou analogue, du type à "crémaillère "( "jack- up rig ") comportant des piliers de structure triangulaire à trois membrures ou trois "chords ", ou carrée à quatre membrures, ou une structure analogue, selon la revendication 1, qui se caractérise par le fait d'effectuer un calcul de RPD intégrant une mesure de l'élévation de chaque membrure ou " chord" de chaque pilier, par rapport à un repère, pour mieux apprécier et si possible anticiper la déformation de la structure du pilier considéré. 3. - Procédé de levage ou élévation ou abaissement ( "jack") d'une plate forme de forage pétrolier, ou analogue, du type à" crémaillère " ( " jack-up rig ") comportant des piliers de structure triangulaire à trois membrures ou trois " chords ", ou carrée à quatre membrures, ou une structure analogue, selon la revendication 1 ou 2, qui se caractérise par le fait qu'il comprend une mesure de la longueur ou allongement ou extension de chaque jambe ou pilier, sous la coque ("hull") de la plate forme. (Q 4.- Matériels et systèmes de levage ou abaissement ("jack") de plate formes de forage pétrolier ou analogues du type à crémaillère (" jack-up rig "), caractérisés en ce qu'ils comportent au moins un moyen pour effectuer un calcul de RPD intégrant une mesure de I'élévation de chaque membrure ou chord d'un pilier donné, indépendamment des autres membrures ou chords du même pilier. 5.- Matériels et systèmes de levage ou abaissement ("jack") de plate formes de forage pétrolier ou analogues du type à crémaillère (" jack-up rig "), caractérisés en ce qu'ils comportent au moins un moyen pour élever ou abaisser ( "jacker") chaque membrure d'un pilier donné indépendamment des autres membrures du même pilier. 6. - Plate formes autoélévatrices ou " jack-up" équipées des matériels ou systèmes selon la revendication 4 ou 5. 7. - Plate formes autoélévatrices ou " jack-up" dont le contrôle d'horizontalité ou contrôle de " trim" fait appel, lors du levage ou de l'abaissement (" jack "), à un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.