Brevet FR2775994A1 — publié le 19990917

La présente invention concerne une embase immergée, destinée à reposer sur le fond et adaptée pour supporter le poids d'un édifice installé en mer. Elle concerne en outre une plate-forme du type comportant une co- que supérieure montée déplaçable suivant la longueur de jambes porteuses et une embase immergée destinée à reposer sur le fond, sur laquelle prend appui l'extrémité inférieure des jambes. Les plates-formes pétrolières auto-élévatrices actuelles reposent sur le fond marin par l'extrémité inférieure de leurs jambes. Il est connu d'interposer entre le fond marin et l'extrémité inférieure des jambes une em- base immergée. Cette dernière est formée par exemple par un caissqP creux constituant un réservoir de stockage pour les produits pétroliers ex- traits. Toutes les jambes de la plate-forme, au nombre de trois ou quatre, s'appuient sur la même embase. Ainsi, I'embase a une surface de grande dimension comparable à celle de la plate-forme. Au cours de l'exploitation de la plate-forme, I'embase est comprimée sur le fond marin, sous l'action du poids des jambes et de la coque. Actuellement, lors du démantèlement de la plate-forme, ou de son déplacement, I'embase est laissée sur le fond marin, seules la coque et les jambes étant retirées. Toutefois, celle-ci crée une nuisance environnementale, de sorte qu'il est souhaitable de pouvoir retirer également l'embase reposant sur le fond marin lors du démantèlement de la plate-forme. Au cours du fonctionnement de la plate-forme, I'embase chargée par le poids des jambes et de la coque de la plate-forme adhère solidement au fond marin, de sorte que son relevage est extrêmement délicat voire impos- sible. L'invention a pour but de proposer une embase pouvant reposer sur le fond marin pendant une longue période et susceptible d'être remontée facilement, sans laisser subsister d'éléments volumineux sur le fond marin. A cet effet, I'invention a pour objet une embase du type précité, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte une structure porteuse destinée à sup- porter le poids de l'édifice et au moins une semelle d'appui sur le fond, la ou chaque semelle étant solidarisée à la face inférieure de la structure porteuse par des moyens de retenue, libérables, lorsque l'embase est en appui sur le fond, afin de permettre la remontée de la structure porteuse dépourvue d'au moins une semelle. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'embase comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la surface inférieure de la structure porteuse recouverte par la ou chaque semelle est inférieure à la moitié de la surface inférieure totale de la structure porteuse; - la ou chaque semelle est disposée au voisinage du contour extérieur de la structure porteuse, laissant libre la région centrale de la structure por- teuse; - la hauteur de la ou chaque semelle est adaptée pour maintenir un intervalle libre entre le fond marin et la région de la face inférieure de la structure porteuse dépourvue de semelle; et - les moyens de retenue libérables comportent un verrou mécanique. L'invention a en outre pour objet une plate-forme du type précitée, caractérisée en ce qu'elle comporte une embase immergée telle que décrite ci-dessus et des moyens de remontée de ladite structure porteuse après installation de l'embase sur le fond. Suivant un mode particulier de réalisation, la plate-forme comporte un caisson constituant un réservoir de stockage et les semelles sont formées par des blocs massifs pesants. 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 des- sins sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective de trois-quarts d'une plate- forme auto-élévatrice selorn l'invention en position de transport; - La figure 2 est une vue en élévation de la plate-forme de la figure 1 lors du transport; - Les figures 3, 4, 5, 6 et 7 sont des vues en élévation de la plate- forme lors de phases successives d'installation de celle-ci; et - La figure 8 est une courbe représentant l'effort appliqué sur les moyens de déplacement des jambes en fonction de la profondeur d'immer- sion du réservoir. La plate-forme selon l'invention, représentée en position de transport sur les figures 1 et 2, comporte une coque supérieure 10 montée déplaçable et réglable en position sur des jambes verticales 12. Elle comporte en outre un réservoir de stockage immergé 14 destiné à reposer sur le fond par l'intermédiaire de semelles d'appui 16. Après installation, le réservoir 14 mu- ni des semelles 16 forment une embase 17 de support de l'édifice formé de la coque 10 et des jambes 12. La coque 10 comprend un caisson hermétiquement clos. Elle est pourvue de manière classique d'équipements d'exploitation et de locaux d'habitation, ainsi que d'une tour de forage disposée au-dessus d'un pas- sage transversal 1 OA. Ceux-ci ne sont pas représentés sur les figures. La coque a par exemple la forme d'un triangle équilatéral de côté de longueur égale à 90 mètres. La hauteur de la coque est égale à 10 mètres. Sa masse avec les équipements qu'elle porte est d'environ 25 000 t. Le volume de la coque est d'environ 40000 m3. En outre, la coque 10 est munie, pour chaque jambe 12, d'un méca- nisme de levage 18. Ces mécanismes sont adaptés pour assurer le dépla- cement des jambes 12 par rapport à la coque 10, et en particulier la des- cente des jambes puis la surélévation de la coque au-dessus du niveau de la mer après que les jambes ont pris appui sur le fond marin. De même, ces mécanismes de levage 18 sont adaptés pour permettre une remontée des jambes 12 et du réservoir 14. Chaque jambe verticale 12 présente, dans le cas présent, une section triangulaire. Elle est constituée de trois membrures verticales, reliées entre elles par un treillis de tubes métalliques. L'extrémité inférieure de chaque jambe est fixée par soudage à la surface supérieure du réservoir 14. La masse totale des jambes est d'environ 5000 t. Le réservoir 14 présente une forme générale de triangle équilatéral. L'un des sommets est tronqué. Ainsi, le côté du réservoir le plus long a une longueur de 120 m, alors que les deux côtés aboutissant au sommet tronqué ont une longueur de 95 m. Le réservoir 14 est formé par un caisson métallique. Il comporte une base 20 de surface supérieure à celle de la coque 10. Cette base est bordée latéralement suivant deux côtés adjacents au sommet tronqué par deux rebords supérieurs 22 formant boucliers. Ces rebords 22 délimitent sur la base une zone triangulaire 20A de support de la coque 10. Cette zone de sup- port 20A a une surface légèrement supérieure à celle de la coque 10. Elle est ouverte suivant un côté opposé au sommet tronqué du réservoir. La base 20 a une épaisseur de 7 m. Elle est traversée par un pas- sage vertical 28 pour des conduits d'exploitation pétrolière. Les rebords 22 formant boucliers sont délimités par le caisson métal- lique formant le réservoir. Ainsi, ils délimitent dans leur épaisseur une partie du réservoir 14. Les rebords 22 s'étendent sur une hauteur de 11 m au- dessus de la zone de support 20A. Ainsi, le réservoir 14 présente, latérale- ment suivant deux côtés, des flancs d'une hauteur totale de 18 m. Le volume total du réservoir est d'environ 60 000 m3, pour une masse d'environ 7200 t. La paroi inférieure du réservoir 14 comporte une vanne 26 permettant de mettre sélectivement en communication l'intérieur du réservoir 14 et le milieu marin environnant. De plus, I'intérieur du réservoir 14 est relié, par une conduite 27A passant le long d'une jambe 12, à un compresseur d'air 27 installé sur la coque 10. Les semelles 16 sont formées par des blocs massifs pesants. La masse totale des semelles est d'environ 6000 t. La hauteur de chaque se- melle est sensiblement égale à 2 m. Elles sont rapportées sous la face infé- rieure du réservoir 14 dans les coins de celui-ci. Avantageusement, la sur- face inférieure du réservoir 14 recouverte par les semelles 16 est inférieure à la moitié de la surface intérieure totale du réservoir. Les semelles ont, par exemple, la forme de triangles équilatéraux de 30 m de côté. Les semelles sont fixées sous le réservoir 14 par l'intermédiaire de moyens de retenue, libérables lorsque l'embase 17 est posée sur le fond. Ces moyens sont par exemple constitués d'un verrou mécanique ou de tout autre moyen approprié, par exemple une clavette engagée au travers de deux oreilles solidaires, pour l'une, du réservoir et, pour l'autre, de la semelle à fixer. Pour la construction d'une telle plate-forme pétrolière, on procède d'abord à la fabrication du caisson constituant le réservoir 14. Celui- ci peut alors être mis à flot. La coque 10 et les jambes 12 sont alors construites directement sur la zone d'appui centrale 20A du réservoir, alors que ce dernier flotte. Ainsi, la fabrication d'une telle plate-forme ne nécessite l'utilisation d'une cale que pour la phase initiale de construction. Après l'achèvement de la coque 10, et des jambes 12, les semelles 16 sont acheminées jusqu'à la surface inférieure du réservoir 14. A cet effet, les semelles 16 sont préfabriquées puis immergées et maintenues en sur- face par l'intermédiaire de bouées de volume adapté. Elles sont glissées sous les coins du réservoir 14 et y sont assujetties par l'intermédiaire des moyens de retenue. Afin de procéder à l'installation de la plate-forme selon l'invention, on effectue les étapes successives illustrées aux figures 2 à 7. Dans la configuration représentée sur les figures 1 et 2, alors que la vanne 26 est fermée et que le réservoir 14 est vide, la coque 10 est mainte- nue au-dessus du niveau de la mer. La plate-forme est ainsi acheminée jus- qu'à son lieu d'installation. Lors de son transport, les rebords latéraux 22 formant bouclier protè- gent de la houle, la coque équipée des instruments d'exploitation. Les boucliers 22 constituent des francs-bords de protection ayant une hauteur d'environ 11 mètres au-dessus du niveau de la mer, le réservoir étant enfoncé dans l'eau sur une profondeur d'environ 7 m. Une fois arrivée sur le lieu d'exploitation de la plate-forme, la vanne 26 prévue dans la partie inférieure du réservoir 14 est ouverte. Ainsi, sous I'action du poids total de la plate-forme, celle-ci s'enfonce progressivement dans l'eau au fur et à mesure que le réservoir 14 se remplit. Le réservoir 14 étant dépourvu d'ouverture dans sa partie supérieure, l'air contenu initialement dans celui-ci se comprime dans une ou plusieurs bulles d'air 30 confinées dans les parties supérieures du réservoir 14. En particulier, I'air se comprime à l'intérieur des rebords 22 constituant des ca- vités en cloche. Lorsque la pression dans les bulles d'air 30 est égale à la pression de I'eau dans le réservoir, la plate-forme se trouve dans une position d'équili- bre, comme représenté sur la figure 3. Dans cette position, la hauteur des bulles d'air 30 est notée B3. Cette hauteur correspond à la distance sépa- rant la paroi supérieure des rebords 22 du niveau de liquide dans le réser- voir 14. Pour une telle hauteur B3 des bulles d'air, le volume d'air emprison- né dans le réservoir 14 est d'environ 33000 m3. Dans cette position d'équilibre, la plate-forme s'étant enfoncée dans l'eau, la coque 10 est partiellement immergée. Elle participe ainsi à la flottai- son de l'ensemble de la plate-forme. En particulier, dans l'exemple considé- ré, la coque 10 est immergée sur une profondeur notée C3 d'environ 5 m. Dans cette position, I'effort appliqué sur les mécanismes de levage correspond à une poussée des jambes vers le haut sous l'action de la pous- sée d'Archimède s'appliquant sur le réservoir 14. Cet état correspond au point noté A3 sur la figure 8, o l'effort est négatif. Alors que la plate-forme est dans cette position, on procède à I'injection d'air comprimé à l'intérieur du réservoir 14. Ainsi, la poussée exercée par le réservoir 14 par l'intermédiaire des jambes sur les mécanismes de levage 18 s'accroît et correspond à un état représenté par le point A3' sur la figure 8. Dans cette position, la hauteur de la bulle d'air B3 est accrue et la profondeur d'immersion C3 de la coque 10 est diminuée en conséquence. Le volume d'air dans le réservoir est alors par exemple de 55000 m3. A partir de cette position, la vanne 26 étant maintenue ouverte et on exerce, grâce au mécanisme de levage 18, un effort sur les jambes 12 ten- dant à provoquer l'enfoncement du réservoir 14. Au cours de cet enfoncement, la partie supérieure des rebords 22 franchit la surface de l'eau, de sorte que tout le réservoir 14 est immergé, comme représenté sur la figure 4. Dans cette position, la hauteur B4 des bulles d'air 30 est réduite en conséquence. De même, la profondeur d'immersion C4 de la coque 10 est réduite. Cette dernière est alors par exemple d'environ 1 m. Pour la profondeur considérée du réservoir 14, l'effort appliqué par les moyens de levage 18 correspond au point A4 de la figure 8. La descente du réservoir 14 est effectuée suffisamment lentement afin de garantir un équilibrage des pressions entre l'extérieur et l'intérieur du réservoir 14, suite à l'entrée d'eau à l'intérieur du réservoir 14 au travers de la vanne 26. En particulier des pauses sont opérées à intervalles réguliers lors de la descente. L'effort appliqué par les moyens de levage 18 sur les jambes 12 en vue de la descente du réservoir 14 se poursuit comme représenté sur la fi- gure 5. Ainsi, au fur et à mesure de l'enfoncement du réservoir 14, la hau- teur B5 des bulles d'air 30 prisonnières dans le réservoir 14 diminue. Dans le même temps, la hauteur d'immersion de la coque 10, notée C5, s'accroît. Sur la figure 8, cette phase initiale de descente du réservoir 14 cor- respond au tronçon de courbe notée A5. Comme représenté sur cette figure, au fur et à mesure de l'enfoncement du réservoir 14, I'effort appliqué par les mécanismes de levage diminue en valeur absolue. En effet, du fait de l'augmentation de la pression hydrostatique de l'eau avec la profondeur, le volume d'air contenu dans les bulles d'air 30 diminue, réduisant ainsi la flot- tabilité du réservoir 14. Pour une profondeur d'immersion donnée, notée Pi, qui dans l'exemple considéré est sensiblement égale à 40 m, I'effort appliqué sur les mécanismes de levage s'annule. Pour des profondeurs supérieures à cette profondeur d'immersion Pi, les bulles d'air 30 confinées dans le réservoir 14 sont insuffisantes pour as- surer la flottabilité de celui-ci. Aussi, le réservoir 14 exerce une traction sur les jambes 12. Cette dernière se répercute sur les mécanismes de levage 18 qui sont alors soumis à un effort positif, comme représenté sur la figure 8 par le tronçon de courbe A6. Cette phase ultérieure de descente du réservoir 14 correspond à la phase représentée sur la figure 6, o la hauteur B6 des bulles d'air est ré- duite. De plus, les jambes 12 exerçant une traction sur la coque 10, la pro- fondeur d'immersion, notée C6, de celle-ci s'accroît. Elle est alors par exem- ple de l'ordre de 7 m, lorsque le réservoir 14 est au voisinage immédiat du sol. Pendant toute la phase correspondant au tronçon de courbe A6, la coque 10 retient le réservoir 14 pour éviter une descente trop rapide de ce- lui-ci. En particulier, les mécanismes de levage 18 sont libérés suffisamment lentement pour permettre un équilibrage des pressions entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir 14. Enfin, après que le réservoir 14 est posé sur le fond par l'intermé- diaire des semelles 16, la coque 10 est relevée au-dessus du niveau de la mer. L'air contenu dans le réservoir est extrait par exemple au travers de la canalisation verticale installée dans les membrures des jambes. L'effort exercé sur les moyens de levage correspond alors au point A7 de la figure 8. Dans cette position, les jambes 12 sont verrouillées directe- ment sur la coque, évitant des contraintes prolongées sur les mécanismes de levage 18. Après mise en place de la plate-forme, comme indiqué précédem- ment, l'enceinte formée par le réservoir 14 est utilisé pour le stockage du pétrole extrait par la plate-forme. On comprend qu'au cours de toute la descente du réservoir 14, les pressions à l'intérieur et à l'extérieur de celui-ci sont sensiblement constam- ment égales, ce qui évite l'application de contraintes élevées sur les parois du réservoir. Ainsi, celles-ci peuvent être réalisées avec des tôles de relati- vement faible épaisseur. Afin de procéder au déplacement de la plate-forme pétrolière, il con- vient de ramener celle-ci dans sa position de transport représentée sur la figure 2. A cet effet, les étapes mises en oeuvre pour la descente du réservoir 14 sont reproduites en sens inverse. En particulier, on injecte d'abord une bulle d'air d'une hauteur B7 à l'intérieur du réservoir. On exerce ensuite une traction sur les jambes 12 par l'intermédiaire des mécanismes de levage 18. Cette traction est exercée jusqu'à ce que le réservoir 14 atteigne la profondeur d'inversion Pi. Ensuite, le réservoir 14 a tendance à remonter de lui-même à la sur- face. Pour limiter sa vitesse de remontée, les mécanismes de levage 18 exercent une poussée sur les jambes 12 afin qu'elles sollicitent le réservoir vers le bas. Dans cette configuration, la coque 10 pèse sur le réservoir. Ainsi, la vitesse de remontée peut être réduite, de sorte qu'à tout ins- tant la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir soit sensiblement nulle. Le respect de paliers de décompression permet une circulation satis- faisante de l'eau au travers de la vanne 26, afin que la pression dans le ré- servoir 14 soit égale à la pression hydrostatique à la profondeur d'immersion du réservoir. Ainsi, en toute circonstance, tant pendant l'installation, que l'exploitation ou le démantèlement, le réservoir est en équipression. De plus, avec une plate-forme telle que décrite ici, I'effort appliqué sur les mécanismes de levage est relativement réduit pour l'installation d'un ré- servoir de grande capacité. En outre, lors de la descente et de la remontée du réservoir, celui-ci exerce une fonction de stabilisation de la coque flottant sur l'eau. Lors de la fabrication, la forme particulière du réservoir permet à celui- ci de jouer le rôle d'un dock flottant, ce qui rend possible la fabrication de la coque et des jambes directement sur le réservoir en flottaison. Dans certaines conditions particulièrement difficiles, notamment lors- que le fond marin est meuble, il existe un risque de collage de la partie infé- rieure de l'embase 14 sur le fond. Dans ce cas, avant de procéder à la remontée du réservoir 14, on libère les moyens de retenue solidarisant le réservoir 14 à au moins certai- nes semelles 16. Cette libération peut être faite par exemple par un plon- geur. Ainsi, certaines semelles 16 restent sur le fond permettant la remontée du réservoir 14. En effet, du fait de l'épaisseur des semelles 16, lorsque l'embase 17 est posée sur le fond, la région centrale du réservoir 14 est espacée du fond par un intervalle I (figure 7) d'une hauteur d'environ 2 m. Ainsi, la surface inférieure du réservoir 14 n'est pas solidement maintenu contre le fond par collage et il est alors possible de remonter celui-ci. De tels semelles peuvent être utilisées pour tout type de réservoir ou d'élément immergé destiné à venir reposer sur le fond marin puis à être re- monté en surface. REVENDICATIONS 1.- Embase immergée (17), destinée à reposer sur le fond et adaptée pour supporter le poids d'un édifice (10, 12) installé en mer, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure porteuse (14) destinée à supporter le poids de l'édifice (10, 12) et au moins une semelle (16) d'appui sur le fond, la ou chaque semelle (16) étant solidarisée à la face inférieure de la struc- ture porteuse (14) par des moyens de retenue, libérables, lorsque l'embase (17) est en appui sur le fond, afin de permettre la remontée de la structure porteuse (14) dépourvue d'au moins une semelle (16). 2.- Embase selon la revendication 1, caractérisée en ce que la sur- face inférieure de la structure porteuse (14) recouverte par la ou chaque semelle (16) est inférieure à la moitié de la surface inférieure totale de la structure porteuse (14). 3.- Embase selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la ou chaque semelle (16) est disposée au voisinage du contour extérieur de la structure porteuse (14), laissant libre la région centrale de la structure por- teuse (14). 4.- Embase selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la hauteur de la ou chaque semelle (16) est adaptée pour maintenir un intervalle libre (I) entre le fond marin et la région de la face inférieure de la structure porteuse (14) dépourvue de semelle. 5.- Embase selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de retenue libérables comportent un verrou mécanique. 6.- Plate-forme du type comportant une coque supérieure (10) mon- tée déplaçable suivant la longueur de jambes porteuses (12) et une embase immergée (14) destinée à reposer sur le fond, sur laquelle prend appui l'extrémité inférieure des jambes (12), caractérisée en ce qu'elle comporte une embase immergée (17) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes et des moyens (18) de remontée de ladite structure porteuse (14) après installation de l'embase sur le fond. 7.- Plate-forme selon la revendication 6, caractérisée en ce que la structure porteuse comporte un caisson constituant un réservoir de stockage (14) et en ce que les semelles (16) sont formées par des blocs massifs pe- sants.