Brevet FR2774967A1 — publié le 19990820

La présente invention est relative à une barge pour le développement et l'exploitation d'un champ pétrolier en mer et à un procédé pour l'installation d'une telle barge sur un tel champ. On décrit dans la demande de brevet français n" 97 15774, déposée le 12 décembre 1997 par la demanderesse, une plate-forme semi-submersible d'exploitation d'un champ pétrolier en mer et un procédé d'installation de cette plate-forme. Il s'agit d'une plate-forme conçue pour des champs pétroliers situés sur des fonds marins de grande profondeur, de plusieurs centaines de mètres à 1500 m ou plus, par exemple. Elle comprend une sous-structure flottable constituée d'une embase de plan sensiblement carré et de plusieurs colonnes débordant vers le haut de cette embase et portant, au-dessus de la surface de l'eau, un pont-coque flottable, propriété qui est exploitée pour monter ledit pont sur la sous-structure suivant le procédé d'installation décrit dans cette demande de brevet. Cette plate-forme présente un fort tirant d'eau et des moyens de stockage de produits pétroliers dans son embase immergée. En combinaison avec un ancrage adapté, cette disposition minimise les mouvements de pilonnement de la plate-forme sous l'effet de la houle, ce qui facilite l'installation de têtes de puits sur le pont-coque. Lorsqu'elle doit présenter des dimensions importantes, une telle plate-forme de plan sensiblement carré ne peut être construite dans les installations de constructions navales actuelles, conçues pour des navires de forme allongée. Il faut alors les construire dans des cales sèches spécialement aménagées, ce qui alourdit les coûts de fabrication. En outre, la capacité de stockage d'une telle plate-forme est, compte tenu de l'état actuel de la technique, limitée à quelques centaines de milliers de barils. En outre, une telle plate-forme sensiblement carrée ou circulaire n'offre pas une stabilité hydrodynamique optimale dans les environnements marins où la houle se développe suivant une direction préférentielle. Dans ce cas, on optimise la stabilité d'un navire en l'orientant face à la houle, sa longueur étant alors alignée avec la direction de celle-ci. Par ailleurs, le développement et l'exploitation d'un champ pétrolier en mer s'opère en plusieurs phases successives, notamment une première phase d'exploration et de forage, suivie par une deuxième phase de production exigeant des installations de surface plus importantes que la phase d'exploration et de forage. L'installation, ab initio, d'une plate-forme d'une surface convenant aussi bien à la phase initiale de forage qu'à la phase ultérieure de production, conduit à un investissement initial très important. La présente invention a donc pour but de réaliser une structure semi-submersible pour l'exploitation de tels champs, de moyenne ou grande profondeur, susceptible d'être construite notamment dans des installations existantes de chantiers navals, offrant une capacité de stockage de produits pétroliers de un à plusieurs millions de barils et présentant une bonne stabilité hydrodynamique vis-à-vis d'un site à houle de direction préférentielle. La présente invention a aussi pour but de réaliser une telle structure conçue pour assurer une adaptation optimale des moyens à installer sur site aux opérations exécutées sur celui-ci, lors des diverses phases successives de l'exploitation, de manière à réduire les coûts par un échelonnement rationnel des investissements nécessaires. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec une barge pour le développement et l'exploitation de champs pétroliers en mer, cette barge étant remarquable en ce qu'elle comprend a) une sousstructure flottable constituée d'une embase entièrement immergée comportant des compartiments de stockage de produits pétroliers extraits d'un champ pétrolier, et d'une pluralité de colonnes débordant vers le haut de ladite embase jusqu'au-dessus de la surface de l'eau et, b) une pluralité de ponts, au moins deux desdits ponts étant séparément montables sur lesdites colonnes, audessus de la surface de l'eau. Avantageusement, suivant l'invention, lesdits ponts sont installés en fonction des équipements utilisés lors de phases successives du développement et de l'exploitation d'un champ pétrolier. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, au moins un des ponts est chargé avec des équipements utilisés en phase de forage de puits et au moins un autre pont est chargé avec des équipements et autres installations utilisés seulement en phase de production de produits pétroliers. Comme on le verra plus loin, en montant successivement ces ponts, et les équipements associés, sur la sous-structure de la barge, on ajuste le coût des équipements installés sur celle-ci aux besoins réels, tout au long des phases successives de développement et de production d'un champ pétrolier. Suivant une caractéristique avantageuse de la barge selon l'invention, celle-ci présente, en plan, une forme allongée. Cette forme allongée, analogue à celle d'un navire, autorise la construction de la barge dans des installations existantes de chantiers navals, améliore la stabilité hydrodynamique de la barge pour les directions de houle préférentielles, et permet de ménager dans la sous-structure des compartiments de stockage de produits pétroliers d'une capacité de un à plusieurs millions de barils. Suivant l'invention, pour installer une telle barge sur un champ pétrolier en mer, a) on installe sur ce champ la sous-structure équipée d'au moins un pont supportant les équipements utilisés pendant une première phase du développement et de l'exploitation dudit champ et b) à la fin de ladite première phase, on installe sur ladite structure au moins un autre pont supportant des équipements et autres installations utilisés pendant une deuxième phase de développement et de l'exploitation du champ. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - les figures 1 et 2 sont des vues en élévation et en plan, respectivement, d'un premier mode de réalisation de la barge suivant l'invention, - la figure 3 est une vue en élévation d'une variante de la barge des figures 1 et 2, - les figures 4A à 4H illustrent diverses étapes successives d'un mode de mise en oeuvre du procédé d'installation de la plate-forme des figures 1 et 2, - les figures 5A à 5G illustrent diverses étapes successives d'un autre mode de mise en oeuvre de ce procédé, convenant à l'installation de la plate-forme en vue d'une phase de forage, - les figures 6A à 6D illustrent diverses étapes successives de la conversion de la plate-forme suivant l'invention, d'une phase de forage à une phase de production, et - les figures A à 7E illustrent une variante de la conversion illustrée à la figure 6. On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé où il apparaît que la barge représentée comprend une sousstructure 1 semi-submersible, en béton ou en acier par exemple, constituée d'une embase 2 entièrement immergée et d'une pluralité de colonnes 3i (i de 1 à 8) débordant vers le haut de l'embase 2, jusqu'au-dessus de la surface 4 de l'eau. La barge se distingue de la plate-forme semisubmersible décrite dans la demande de brevet précitée d'abord en ce qu'elle comporte, non pas un pont unique monté sur les colonnes 3i, mais une pluralité de ponts 51,52,53 susceptibles d'être assemblés de manière variable pour constituer, éventuellement avec les faces supérieures des colonnes 3i (voir figure 1), une surface d'exploitation modulable en fonction des besoins, tout au long des diverses phases successives de forage et de production d'un champ pétrolier sous-marin sur lequel la barge est installée. L'intérêt de cette caractéristique de la barge suivant l'invention sera détaillé plus loin, en liaison avec les figures 5A à 7E, lors de la description du procédé d'installation de celle-ci. Les ponts 51,2,53 sont du type "pont-coque" flottable susceptible de glisser le long des colonnes, jusqu'en haut de celles-ci où des moyens de verrouillage (non représentés) fixent les ponts sur ces colonnes, de manière qu'après une séquence de ballastage/déballastage convenable de la sous-structure 1, ces ponts soient fixés chacun sur quatre colonnes au-dessus de la surface 4 de l'eau, avec un franc bord prédéterminé convenable. Une telle séquence est décrite dans la demande de brevet français précitée. Elle sera rappelée plus loin en liaison avec l'examen des figures 4 à 7. Les colonnes 3i sont régulièrement réparties sur la périphérie de l'embase 2, aux extrémités de celle-ci ainsi qu'au tiers et au deux tiers de sa longueur. C'est ainsi que les colonnes 31,32,37 et 38 supportent le pont 51, les colonnes 32,33,36,37 supportent le pont central 52, et les colonnes 33,34,35,36 supportent le pont 53. Le pont de la barge suivant l'invention supporte les divers équipements nécessaires lors des phases successives de forage du champ pétrolier de production des produits extraits de celui-ci. Ces équipements sont classiques et comportent ainsi, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, un derrick 6 placé audessus d'un groupe 7 de puits s'étendant jusqu'au fond marin, ces équipements étant installés sur le pont 52 central avec les têtes de puits et un système 8 de déchargement de produits pétroliers. Le pont 53 peut porter, comme représenté, des moyens utilisés en phase de production : moyens d'injection d'eau, moyens de séparation, etc... ainsi qu'une grue de manutention 9. Le pont 51 peut recevoir divers équipements électriques 10, un générateur d'énergie électrique 11, une autre grue de manutention 9', etc... D'autres équipements peuvent être montés sur les colonnes 3i elles-mêmes, par exemple un pont d'atterrissage d'hélicoptère 12, des quartiers d'habitation 13 sur la colonne 38, une aire de stockage sur la colonne 37, une torchère 14 sur la colonne 34, etc., etc... Tous les équipements cités ci-dessus sont classiques et n'exigent pas une description détaillée. Des passerelles (non représentées) autorisent la circulation du personnel entre différents équipements portés par les colonnes 3i et les ponts 51,52,53. La sous-structure 1 de la barge suivant l'invention, constituée par l'embase 2 et les colonnes 3i, assure la flottaison et le ballastage de la barge, le stockage des produits pétroliers et autres et accueille divers équipements auxiliaires. Des lignes de mouillage 15j (j de 1 à 12) assurent l'ancrage de la barge sur le fond marin. Le stockage des produits pétroliers s'opère suivant le principe du déplacement eau-huile qui est connu dans l'art et notamment utilisé pour les structures de stockage des produits pétroliers sous l'eau, de manière à éliminer le différentiel des pressions hydrostatiques et effectuer ainsi une économie de matériaux. La flottaison de la barge est assurée par des compartiments de flottabilité (non représentés) remplis d'air, distribués dans les diverses colonnes 3i. Ces colonnes peuvent accueillir aussi des compartiments de ballastage (non représentés) chargés en eau de mer. Ceci permet d'assurer notamment, en coopération avec des pompes et systèmes de commande appropriés, le ballastage "dynamique" de la barge, de manière à maintenir le francbord du pont à une valeur prédéterminée quand les quantités d'eau et de produits pétroliers contenues dans l'embase varient, afin de prendre en compte la différence de densité des liquides stockés. Les colonnes 3i peuvent accueillir également, dans des compartiments particuliers, une partie de la production de la barge. Cependant, cette production est stockée, pour l'essentiel, dans l'embase 2. On comprend que celle-ci peut atteindre un très grand volume propre à stocker de grandes quantités de produits pétroliers, un ou deux millions de barils ou plus par exemple, ceci en conformité avec l'un des buts de la présente invention. De surcroît, cette grande quantité de produits pétroliers peut être stockée à une profondeur assez importante pour une structure flottante, à 40 m ou plus par exemple, ce qui est très favorable à la stabilité de la barge. A cet égard, la vue en plan de la figure 2 fait apparaître que la barge suivant l'invention présente une forme rectangulaire allongée, grâce à l'agencement en ligne des ponts 51,52,3 A titre d'exemple illustratif et non limitatif, la barge peut présenter une longueur de 250 m et une largeur de 60 m, avec un tirant d'eau de l'ordre de 40 m. Il est alors possible d'orienter l'axe longitudinal de la barge parallèlement à la direction préférentielle de la houle, la forme allongée de la barge donnant à celle-ci des caractéristiques de comportement hydrodynamique très supérieures à celles d'une plateforme de plan carré ou circulaire par exemple, ceci conformément à un autre but de la présente invention. On remarquera en outre que la forme allongée de la barge suivant l'invention permet de construire celle-ci dans des bassins existants conçus pour des navires classiques de même forme allongée, contrairement à une plate-forme carrée ou circulaire de grande capacité dont l'encombrement dépasserait alors la largeur du bassin, ceci conformément à encore un autre but de l'invention. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée à une barge comportant trois ponts. Elle pourrait, en fonction des besoins d'un champ pétrolier particulier, comporter un nombre différent de ponts, agencés en une ou plusieurs lignes parallèles. C'est ainsi que la figure 3 représente un autre mode de réalisation de la présente invention, comportant deux ponts flottables 5'1,5'2 seulement, montés sur une structure 1' à embase 2' et six colonnes 3'1 à 3'6 Ici encore, comme on le verra plus loin, des équipements utilisés en phase de forage sont avantageusement réunis sur un pont et des équipements de production sur un autre. Ces équipements sont par ailleurs classiques et sont référencés sur la figure 3 comme les équipements du même type portés par la barge de la figure 1. On remarquera cependant qu'il est possible alors de faire passer le groupe de puits 7 dans une colonne 3'2 de la sous-structure 1', ceci pour réduire les efforts d'environnement sur les puits. On se réfère maintenant aux figures 4A à 4G du dessin annexé pour décrire un mode de mise en oeuvre du procédé d'installation de la barge suivant l'invention. Celui-ci est analogue au procédé d'installation de la plate-forme décrite dans la demande de brevet français précitée, à laquelle on pourra se reporter pour plus de détails. Après construction de la sous-structure 1 dans un bassin à sec (figure 4A), celui-ci est mis en eau et l'embase est remorquée (figure 4B) jusqu'à un site ou on la charge avec les ponts 51, 52, 53, déchargés sur l'embase 2 par ripage, à partir de barges de transport telles que celle référencée 20 à la figure 4C. Les ponts 51, 52, 53 reposant ainsi sur l'embase (figure 4D), on remorque la barge jusqu'à son site final d'installation (figure 4E). Un ballastage de la sousstructure fait alors descendre celle-ci dans l'eau tandis que les ponts, grâce à leur flottabilité, restent à la surface de l'eau, les colonnes 3i de la sous-structure glissant le long des ponts 51r52r53 grâce à des moyens de guidage latéral (non représentés) tels que ceux décrits dans la demande de brevet français précitée. Cette dernière décrit aussi des moyens de verrouillage propres à fixer temporairement les ponts en haut des colonnes, dans la position représentée à la figure 4F. On procède alors en tant que besoin au levage et à l'installation des équipements et autres installations complémentaires sur les ponts aménagés. La sous-structure est ensuite déballastée pour relever les ponts 51,52,53 au-dessus de la surface de l'eau (figure 4G) avec un franc-bord prédéterminé. Selon un autre mode de réalisation, on procède à l'installation des ponts et d'autres équipements dans un site abrité et on remorque la barge complètement équipée jusqu'à son site final d'exploitation. Après la pose des lignes de mouillage, on procède au forage des puits du groupe 7 (figure 4H). Les équipements installés sur le pont 53 et destinés à la phase de production seulement sont partiellement utilisés, certains restant inactifs jusqu'à la fin de la phase de forage. On conçoit que l'immobilisation du capital nécessaire à la réalisation de ces équipements de production inactifs, pendant toute la durée de la phase de forage, est désavantageuse du point de vue économique. De plus, les temps d'approvisionnement de ces équipements retardent la mise en fonctionnement de la plate-forme. Suivant une mise en oeuvre du procédé d'installation de la barge selon la présente invention, que l'on va décrire en liaison avec l'examen des figures 5A à 7E, on supprime cet inconvénient en étalant dans le temps l'installation des divers ponts sur leur site final. Les figures 5A à 5G, qui correspondent sensiblement aux figures 4A à 4G , illustrent la construction et l'installation d'une barge équipée du seul pont 52 portant les matériels nécessaires dans la phase de forage par laquelle débute le développement et l'exploitation du champ pétrolier situé sur ce site final. C'est seulement après le forage des puits qui, éventuellement, peut se faire depuis plusieurs positions sur le champ pétrolier, que la barge reçoit les ponts 51 et 53, sur le site final où elle est installée. Deux procédures alternatives, illustrées respectivement aux figures 6A à 6D et aux figures 7A à 7E sont utilisables, suivant la présente invention, pour monter et fixer les ponts 51 et 53 sur la barge. Suivant la procédure représentée aux figures 6A à 6D, celle-ci consiste à reballaster la barge pour ramener le haut des colonnes prés de la surface 4 de l'eau. Deux barges de transport telles que celles référencées 21 à la figure 6A apportent les ponts 51 et 53 contre la barge. Ces barges de transport sont alors engagées entre les colonnes destinées à supporter les ponts. Les barges 21 sont ballastées, ce qui permet de poser les ponts sur les colonnes (figure 6B) . La barge 1 est déballastée pour reprendre la charge des ponts et pour relever l'ensemble des ponts au-dessus de l'eau, avec un franc bord prédéterminé (figure 6C) . Les lignes d'ancrage et les puits de forage, qui avaient été déconnectés avant l'étape illustrée la figure 6A, sont alors reconnectés à la barge. Suivant la procédure alternative décrite aux figures 7A à 7E, la barge portant le pont 52 est déballastée de manière à amener la surface supérieure de l'embase 2 de la sous-structure 1 au voisinage de la surface 4 de l'eau, à un niveau permettant de transférer par ripage les ponts 51,53 sur cette surface supérieure à partir de barges, telles que la barge de transport 21, amenées à proximité de cette surface (figure 7A). La sous-structure est alors reballastée pour mettre les ponts 51,53 en flottaison (figure 7B), ceux-ci remontant ensuite progressivement au niveau du pont 52 pendant la descente de la sous-structure 1 (figure 7C). Les moyens de verrouillage des ponts 51, 53 sont alors actionnés, pour les fixer sur leurs colonnes 3i respectives, au même niveau. La sous-structure 1 est ensuite déballastée pour remonter l'ensemble des ponts au-dessus de la surface de l'eau, avec un franc bord prédéterminé (figure 7D). Les lignes d'ancrage 15j et les puits du groupe 7 sont ensuite reconnectés (figure 7E). Quelle que soit la procédure employée pour monter séparément les ponts 51,53 sur la sous-structure, on comprend que ces ponts peuvent être livrés après la phase de forage. Leur construction peut donc être retardée par rapport à celle des ponts installés suivant la procédure illustrée par les figures 4A à 4H, procédure qui exige que les trois ponts soient disponibles avant même le début de la phase de forage. Les investissements ainsi retardés assurent aux procédures décrites en liaison avec les figures 5A à 7E un avantage économique important. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux procédés d'installation décrits ci-dessus qui ne sont donnés qu'à titre d'exemple. La flexibilité de l'invention permet l'installation des équipements suivant les utilisations les plus diverses dans un ordre qui correspond au mieux aux besoins des utilisateurs. En particulier, il est parfaitement possible d'utiliser la solution des ponts interchangeables, suivant laquelle on remplace, par exemple, un pont de production par un autre équipé différemment. REVENDICATIONS 1. Barge pour le développement et l'exploitation de champs pétroliers en mer, caractérisée en ce qu'elle comprend a) une sous-structure flottable (1;1') constituée d'une embase (2;2') entièrement immergée comportant des compartiments de stockage de produits pétroliers extraits d'un champ pétrolier, et d'une pluralité de colonnes (3i;3'i) débordant vers le haut de ladite embase (2;2') jusqu'au-dessus de la surface (4) de l'eau et, b) une pluralité de ponts (51,52t53), au moins deux desdits ponts (51,52,53;51,52) étant séparément montables sur lesdites colonnes (3i;3'i) au-dessus de la surface de 1 ' eau. 2. Barge conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits ponts (51, 52, 53;51, 52) sont installés en fonction des équipements utilisés lors de phases successives du développement et de l'exploitation d'un champ pétrolier. 3. Barge conforme à la revendication 2, caractérisée en ce qu'au moins un (52) desdits ponts est chargé avec des équipements utilisés en phase de forage de puits et en ce qu'au moins un autre pont (51,53) est chargé avec des équipements et installations utilisés seulement en phase de production de produits pétroliers. 4. Barge conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle présente, en plan, une forme allongée. 5. Barge conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins une des faces supérieures des colonnes (3i) supporte des équipements. 6. Barge conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits ponts (51,52,53; 5'1,5'2) sont flottables et en ce qu'elle comprend des moyens de guidage des ponts (51,52,53;5'1,5'2) le long de leurs colonnes de support (3i;3'i) pendant un ballastage ou un déballastage de la sous-structure (1;1'), et des moyens de verrouillage temporaires desdits ponts (51t52,53;5'1,5' 2 ) en haut desdites colonnes (3i;3'i)- 7. Barge conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdites colonnes (3i;3'i) comportent des compartiments de flottabilité et des compartiments de ballastage. 8. Barge conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle est ancrée sur le fond marin par des lignes de mouillage (15j). 9. Procédé d'installation d'une barge conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel a) on charge la sous-structure (1;1') en flottaison avec au moins un desdits ponts (51,52,53;5'1,5'2) apportés par des barges (20;21) de transport, b) on ballaste la sous-structure (1;1') pour faire descendre celle-ci vers le fond alors que ledit au moins un pont (51,52,53;5'1,5'2) flotte à la surface de l'eau, c) on arrête le ballastage de la sous-structure (1;1') quand son embase (2;2') atteint une profondeur prédéterminée et on bloque alors ledit au moins un pont sur des colonnes (3i;3'i) de ladite embase, et d) on déballaste ladite sous-structure (1;1') jusqu'à ce que ledit au moins pont soit remonté à une hauteur prédeterminée au-dessus de la surface de l'eau. 10. Procédé conforme à la revendication 9, suivant lequel a) on installe sur un champ pétrolier la sousstructure (1) équipée d'au moins un pont (52) supportant les équipements utilisés pendant une première phase du développement et de l'exploitation dudit champ et b) à la fin de ladite première phase, on installe sur ladite structure au moins un autre pont (51,53) supportant des équipements utilisés pendant une deuxième phase du développement et de l'exploitation du champ. 11. Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième phases sont des phases de forage de puits et de production de produits pétroliers, respectivement. 12. Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que, à l'étape a), on remorque la sousstructure flottable (1) en mer, on charge un pont (52) sur l'embase (2) de ladite sous-structure (1) par ripage dudit pont à partir d'une barge (20) de transport de ce pont (52), on ballaste la sous-structure (1) qui s' enfonce dans l'eau jusqu'à ce que le pont (52), en flottaison à la surface (4) de l'eau, se trouve au niveau de la face supérieure des colonnes (3i) de la sousstructure, on fixe le pont (52) sur les colonnes adjacentes, et on déballaste la sous-structure (1) pour remonter le pont (52) au-dessus de la surface (4) de l'eau, avec un franc-bord prédéterminé (figures 5A à 5G). 13. Procédé conforme à la revendication 10 ou 12, caractérisé en ce que, à l'étape (b), on ballaste la sous-structure (1) pour ramener le haut des colonnes prés de la surface (4) de l'eau, on engage sur ladite sousstructure (1) au moins un pont (51,53) entre des colonnes de la sous-structure, on fixe ledit pont (51,53) sur lesdites colonnes et on déballaste la sous-structure pour remonter l'ensemble des ponts (51t52,53) au-dessus de la surface (4) de l'eau, avec ledit franc-bord prédéterminé (figures 6A à 6D). 14. Procédé conforme à la revendication 10 ou 12, caractérisé en ce que, à l'étape (b), on déballaste la sous-structure pour amener la face supérieure de l'embase (2) de la sous-structure au voisinage de la surface (4) de l'eau, on charge ladite sous-structure avec au moins un pont (51,53) déposé sur ladite embase (2) entre des colonnes de la sous-structure (1), on reballaste ladite sousstructure pour amener par flottaison ledit pont (51,53) au niveau de la face supérieure des colonnes qui l'entoure, on fixe ledit autre pont (51,53) sur lesdites colonnes et on déballaste la sous-structure (1) pour remonter l'ensemble des ponts (51,52,53) au-dessus de la surface (4) de l'eau, avec ledit franc-bord prédéterminé (figure 7A à 7E).