Brevet FR2795128A1 — publié le 20001222

La présente invention est relative à une plate-forme "têtes de puits" pour l'exploitation de champs pétroliers en mer en zone arctique, comprenant une embase conçue pour reposer sur un fond marin, au moins une tête de puits disposée dans cette embase, au moins une colonne remontant de ladite embase jusqu'au-dessus de la surface de l'eau, au moins une conduite disposée dans ladite colonne pour remonter la production du puits jusqu'à la tête de la colonne et des moyens de commande et d'entretien des équipements de production de la plate- forme et de ladite tête de puits, ces moyens étant disposés sur la tête de ladite colonne. Les plates-formes dites "têtes de puits" du type décrit ci-dessus présentent divers avantages qui les font préférer sur certains champs d'exploitation de gisements d'hydrocarbures en mer. D'une part, les moyens de commande de la production de la plate-forme se trouvant à l'air libre, à la tête de la colonne, les opérations d'entretien de cette plate-forme en sont facilitées. Cela est particulièrement commode quand il s'agit d'extraire des hydrocarbures lourds car une telle extraction exige de fréquentes interventions dans les puits, évidemment plus faciles quand elles sont pratiquées depuis un espace à l'air libre. Elles supportent d'autre part un minimum d'équipements et sont donc légères et peu coûteuses. On peut alors en installer plusieurs sur un même réservoir d'hydrocarbures de grande étendue et de faible profondeur, qui ne pourrait être convenablement exploité, ou "drainé", à partir d'une plate-forme unique disposée dans une position centrale. Elles peuvent en outre être conçues pour être commandées à distance, ce qui est un avantage notamment dans les environnements hostiles. Les plates-formes têtes de puits sont donc appropriées à l'exploitation de tels champs pétroliers en mer, en particulier en zone arctique. Dans une telle zone, cependant, leur légèreté, et donc leur fragilité, constituent un problème sérieux car elles ne peuvent évidemment résister à des impacts puissants d'icebergs ou de packs de glace. Une solution connue consiste à détourner ou morceler les icebergs les plus gros dérivant vers la plate-forme, mais cette solution a ses limites et ne saurait assurer qu'en toutes circonstances l'environnement resterait protégé des conséquences d'une destruction des têtes de puits, notamment. La présente invention a précisément pour but de réaliser une plate-forme têtes de puits du type décrit ci-dessus, conçue de manière à permettre son installation en zone arctique sans conséquences inacceptables sur le fonctionnement et l'intégrité de la plate-forme, et donc sur l'environnement. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec une plate-forme têtes de puits du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce qu'elle comprend des moyens frangibles disposés sur la colonne au voisinage de l'embase et au- dessus des têtes de puits, lesdits moyens frangibles autorisant une rupture de la colonne sous l'effet de l'impact d'icebergs ou de packs de glace de puissance supérieure à une puissance prédéterminée. Comme on le verra plus loin, les têtes de puits placées dans l'embase en dessous des moyens frangibles restent alors protégées par cette embase ce qui évite tout déversement de produits pétroliers dans la mer, pour autant bien entendu que ces têtes aient été préalablement fermées par des commandes ou des automatismes appropriés. Suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, les moyens frangibles définissent une section de faiblesse sur la colonne. Cette section de faiblesse peut être constituée par une brusque réduction de l'épaisseur de la paroi cylindrique constituant la colonne, cette paroi étant réalisée en béton. 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 - la figure 1 est une vue schématique en élévation de la plate-forme suivant l'invention, sur son site d'installation final, et - la figure 2 est une vue schématique de la plate- forme de la figure 1, lors d'une phase de forage des puits. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où il apparaît que la plate-forme représentée est du type gravitaire et comprend une embase 1 et une colonne cylindrique creuse 2 débordant verticalement de cette embase jusqu'au-dessus de la surface 3 de l'eau quand l'embase repose sur un fond marin 4. L'embase et la colonne sont de préférence réalisées en béton, à quai ou en cale sèche, puis transportées en flottaison par remorquage jusqu'au site d'installation final de la plate-forme, où elle est ballastée de manière à venir reposer sur le fond marin. Ces opérations de transport et de mise en place sont classiques et ne seront pas décrites en plus de détails. On remarquera cependant que pendant ces opérations la colonne est constamment coupée par la surface 3 de l'eau, ce qui garantit à la plate-forme une stabilité marine pendant la phase de descente de la plate-forme vers le fond 4, dans la position verticale convenable, au besoin au moyen de caissons de flottaison supplémentaires, comme cela est bien connu. L'embase 1 comporte classiquement divers compartiments 11 à 15 utilisés pour le ballastage et/ou le déballastage de la plate-forme, ainsi que pour le stockage éventuel de la production de la plate-forme. La colonne 2 comporte un fût cylindrique dont l'extrémité inférieure, intérieure à l'embase 1, protège les têtes de puits 51, 52, etc... Des conduites 61, 62, etc... remontent la production des puits depuis les têtes 51,52, etc..., respectivement, jusqu'à des "arbres de Noël" (de l'anglais "Christmas tree") placés sur un pont 7 monté à l'air libre sur la tête hors d'eau de la colonne 2. Ce pont 7 accueille en outre divers moyens de commande des têtes de puits 5i et de production des puits, y compris des moyens d'injection dans ces puits de fluides et produits d'entretien variés, comme cela est bien connu. La paroi de la colonne 2 peut être étanche pour maintenir au sec les conduites 6i ainsi que d'autres lignes (non représentées) nécessaires à la commande et au fonctionnement des puits et des têtes de puits. Cette paroi peut aussi être du type "Jarlan", c'est-à-dire perforée, lesdits conduites et lignes étant alors mouillées. En tout état de cause, lorsque la plate-forme est installée en zone arctique, la paroi de la colonne doit être dimensionnée de manière à pouvoir résister non seulement aux efforts d'environnement classiques (houle, vents, courants marins, ... ) mais aussi à des impacts d'icebergs ou de packs de glace de volume moyen ou faible, développant une énergie proportionnelle à leur masse. Quand le volume des icebergs ou packs devient important ou très important, on tente classiquement de dévier leur course pour les écarter de la plate-forme, ou de les fragmenter. Ces dispositions peuvent cependant échouer et il convient alors de prévoir les conséquences les plus dommageables d'un impact destructeur d'un iceberg ou pack avec la colonne, quand bien même la probabilité d'un tel événement serait très faible. Suivant la présente invention, on dispose à cet effet sur la colonne des moyens frangibles 9 définissant une section de faiblesse sur celle-ci, au-dessus des têtes de puits Si comme représenté à la figure 1. Ainsi, quand un impact d'un iceberg 10 de fort volume, tel que celui représenté à la figure 1, avec la colonne ne peut être évité, la colonne se brise au niveau de cette section de faiblesse si la puissance développée par l'impact est supérieure à celle, prédéterminée, prise en compte pour calculer la résistance à la rupture de la colonne au niveau de cette section. Bien entendu, préalablement à l'impact, les têtes de puits 5i ont été fermées par des automatismes appropriés prévus à cet effet sur le pont 7 et au niveau des têtes de puits. Ainsi, le basculement dans la mer de la colonne (représentée en trait interrompu à la figure 1) comme suite à la rupture de la section de faiblesse de celle-ci n'affecte en rien les têtes de puits et ne provoque donc aucun rejet d'effluents dans cette mer, ce qui protège l'environnement. Par ailleurs, l'intégrité des têtes de puits, protégées par l'embase, reste entière et celles-ci peuvent donc être remises en service ultérieurement, après remplacement de la colonne qui a sombré avec ses équipements après l'impact. Ce remplacement peut se faire, à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, par simple emboîtement d'une nouvelle colonne sur la base 21 de l'ancienne colonne qui déborde de l'embase 1. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, les moyens frangibles 9 sont constitués par une brusque réduction de l'épaisseur de la paroi ou voile de béton constituant la colonne 2, au-dessus de ces moyens 9, par rapport à celle de la base 21 de la colonne 2. La résistance aux efforts appliqués par l'iceberg à la colonne 2 au moment de l'impact étant brusquement réduite au niveau de la section de faiblesse définie par ces moyens, la colonne se rompt au niveau de cette section de faiblesse. Comme représenté à la figure 1, l'embase 1 de la plate-forme suivant l'invention est délimitée à sa périphérie par une paroi latérale inclinée 211, intermédiaire entre la paroi inférieure 212 de cette embase, en contact avec le fond marin 4, et la paroi supérieure 213 de celle-ci. Grâce à cette inclinaison, certains très gros icebergs de hauteur immergée supérieure à la distance séparant la paroi 213 de la surface 3 de l'eau, peuvent alors être arrêtés, ou au moins freinés, par le frottement de leur surface inférieure contre la paroi inclinée 1î de l'embase, celle-ci développant alors sur l'iceberg un effet du type "effet de coin", propre à annuler ou réduire son énergie cinétique, au bénéfice de la sécurité de la plate-forme. Comme on l'a vu plus haut, la plate-forme suivant l'invention est installée sur site par des opérations classiques de remorquage et de ballastage. Une fois la plate-forme amenée sur le site, il convient de l'équiper pour une phase de forage des puits. Pour ce faire, il faut évidement monter un derrick 11 au-dessus du pont 7 de la colonne 2, comme représenté à la figure 2. Le personnel nécessaire peut alors opérer à partir d'une plate-forme auxiliaire 12 accolée à la plate-forme suivant l'invention. Cette plate-forme auxiliaire peut être une plate-forme autoélévatrice à pont 13 montée sur des pieds 141, 142, etc... en treillis métallique par exemple. Suivant la présente invention, on tire avantageusement partie de la hauteur substantielle de l'embase 1 de la plate-forme suivant l'invention pour installer la plate- forme auxiliaire 12 sur la paroi supérieure 213 de l'embase 1. On réduit ainsi la hauteur des pieds 14i ce qui permet d'utiliser une plate-forme auxiliaire dimensionnée pour travailler dans une profondeur d'eau opérationnelle inférieure à la profondeur d'eau sur site, avec pour conséquence une réduction des coûts. Une fois les opérations de forage terminées, le derrick 11 est ramené sur la plate-forme auxiliaire 12. La plate-forme suivant l'invention est équipée avec le matériel d'exploitation du champ pétrolier à partir de la plate-forme auxiliaire 12, comprenant notamment une grue 15, un pont d'atterrissage d'hélicoptères 16, etc... La plate-forme auxiliaire est retirée du site une fois la plate-forme suivant l'invention complètement équipée pour la phase de production. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que d'autres moyens frangibles pourraient être prévus, en lieu et place de ceux représentés, comme cela apparaîtra immédiatement à l'homme de métier. Ces moyens frangibles pourraient ainsi prendre la forme d'une série d'ouvertures traversant la paroi de la colonne au niveau d'une section transversale prédéterminée de celle-ci, de manière à réduire la résistance mécanique de la colonne au niveau de cette section. On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en substituant à ces moyens frangibles des moyens permettant d'assurer, sous le choc d'un iceberg, un basculement de la colonne, tels que par exemple des moyens d'articulation ou de déboîtement de ladite colonne. REVENDICATIONS 1. Plate-forme têtes de puits pour l'exploitation de champs pétroliers en mer en zone arctique, comprenant une embase (1) conçue pour reposer sur un fond marin (4), au moins une tête de puits (51,52) disposée dans cette embase (1), au moins une colonne (2) remontant de ladite embase (1) jusqu'au-dessus de la surface (3) de l'eau, au moins une conduite (61,62) disposée dans ladite colonne (2) pour remonter la production du puits jusqu'à la tête de la colonne (2) et des moyens de commande et d'entretien des équipements de production de la plate- forme et de ladite tête (51,52) de puits, ces moyens étant disposés sur la tête de ladite colonne, caractérisée en ce que qu'elle comprend des moyens frangibles (9) disposés sur la colonne (2) au voisinage de ladite embase (1) et au-dessus de ladite tête de puits (51,52), lesdits moyens frangibles (9) autorisant une rupture de la colonne (1) sous l'effet de l'impact d'icebergs ou de packs de glace de puissance supérieure à une puissance prédéterminée. 2. Plate-forme conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens frangibles (9) définissent une section de faiblesse sur la colonne (2). 3. Plate-forme conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que ladite section de faiblesse est constituée par une brusque réduction de l'épaisseur d'une paroi cylindrique constituant la colonne (2). 4. Plate-forme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite paroi est réalisée en béton. 5. Plate-forme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite embase (1) comprend une paroi latérale périphérique inclinée (211) agencée pour freiner ou arrêter par effet de coin un iceberg portant sur ladite paroi (211). 6. Plate-forme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite embase (1) comporte une paroi supérieure (213) propre à recevoir temporairement la base d'une plate-forme auxiliaire (12).