Brevet FR2859698A1 — publié le 20050318

La présente invention concerne un dispositif amélioré permettant un amarrage de plateforme, bouée ou autre équipement flottant (ci-après dénommé unité flottante) dans des eaux de grande profondeur (ci-après dénommées grands fonds). Aujourd'hui, l'amarrage d'unités flottantes pour la production ou le forage pétrolier dans des eaux peu profondes ne pose plus véritablement de problème et le système d'amarrage généralement adopté est un système d'amarrage en catenaire. Dans le système d'amarrage en catenaire les lignes d'amarrage sont généralement composées de chaines qui part leur propre poids donne une configuration détendue à chaque ligne, et qui par ce même poid maintient l'unité flottante en place ne lui permettant des mouvements d'excursion limités à une surface plus ou moins circulaire (surface ci-après dénommée rosace d'excursion). Lorsque la profondeur de l'eau devient importante, le système d'amarrage en catenaire commence à devenir inefficace d'une part parce que les lignes détendues permettent des excursions allant au-delà des limites de la rosace d'excursion d'autre part parce que le poids de ces lignes se fait tel qu'il faut utiliser des unités flottantes ayant une flottabilité de plus en plus conséquente (ce qui requiert des chaines de plus en plus résistantes, donc plus lourdes, ceci continuant dans une spirale négative) . Le système d'amarrage principalement utilisé aujourd'hui pour les grands fonds est un système à lignes tendues. Chaque ligne d'amarrage de l'unité flottante relie celle-ci directement au fond où se trouvent les ancres, ces lignes sont chacune sous une force de traction très élevée qui maintient l'unité flottante à l'intérieur de la rosace d'excursion. Afin d'obtenir cette force de traction très élevée il est nécessaire d'avoir une unité flottante de grande flottabilité, une flottabilité que n'ont pas les unités flottantes standards. L'utilisation de lignes composées uniquement de chaines étant exclue à cause de leur poids excessif, des lignes mixtes (composées de chaines et de cordes en polymère) ont été introduites. L'avantage des cordes en polymère est qu'elles ont une densité relativement basse. Ces cordes présentent toutefois deux inconvénients de taille, premièrement elles ont une élongation élastique assez importante qui requiert continuellement une force de traction élevée afin de garder l'unité flottante à l'intérieur de la rosace d'excursion, deuxièmement elles subissent une élongation permanente au bout d'un temps non défini sous la force de traction. Ce deuxième inconvénient signifie qu'il faut retendre les lignes périodiquement. La façon la plus simple et la plus sécurisée de retendre de lignes d'amarrage est de raccourcir ces lignes d'amarrage formées de maillons de chaines en enlevant le nombre adéquat de maillons. Cependant, il s'avère que des maillons de chaines qui se trouvent continuellement sous une force de traction élevée et qui en même temps subissent des oscillations de petites et de grandes amplitudes (induites par les petites vagues, les grosses vagues, les courants et les marées) auront une longévité à la fatigue très réduite. Il existe donc un besoin réel de systèmes d'amarrage destinés pour les grands fonds qui éliminent la nécessité d'unités flottantes spéciales à haute flottabilité mais surtout qui éliminent ou tout du moins atténue la réduction de la longévité à la fatigue des maillons de chaines. La possibilité d'utiliser des unités flottantes conventionnelles serait biensûr un atout non négligeable du point de vue de coût global du système. La présente invention fournie un système d'amarrage amélioré pour grands fonds. Ce système addresse les problèmes majeurs cités ci-dessus et s'emploie à fournir la possibilité d'utiliser des équipements standards là où on était jusqu'alors obligé de développer et fabriquer des équipements ad hoc, tout en gardant l'unité flottante à l'intérieur de la rosace d'excursion. Ce système peut être divisé en deux sous-systèmes et il fonctionne en combinant un sous-système submergé tendu sous une force de traction élevée avec un sous-système quasi détendu. Une version de cette invention comprend une pluralité de réservoirs de flottabilité submergés qui sont chacun ancrés au fond au minimum par une ligne d'amarrage soumise à une force de traction élevée, chacune de ces lignes d'amarrage est elle-même interconnectée à un point de connection aux deux lignes d'amarrage adjacentes par deux lignes d'interconnection horizontales (elles aussi soumises à une force de traction élevée) de telle manière à ce que les réservoirs de flottabilité ainsi que les points de connection demeurent quasiment fixes et immobiles. Chaque ligne d'amarrage contient un point d'am au même niveau que le niveau d'interconnection ou au-dessus de ce niveau. L'unité flottante peut être amarrée à ces points d'ancrage, sans avoir à trop modifier ses équipements d'amarrage standards. Ce système requiert une pluralité (au moins trois) de réservoirs de flottabilité submergés qui sont attachés au fond sous une force de traction très élevée. Les réservoirs de flottabilité submergés sont maintenus dans une position stable, à une profondeur prédéterminée par la longueur des lignes d'amarrage, par la longueur des lignes d'interconnection horizontales, et par la profondeur à laquelle ses lignes d'interconnection horizontales connectent les lignes d'amarrage adjacentes. Plus les lignes d'amarrage sont tendues et nombreuses plus le système est stable. Pour 30 augmenter la force de traction dans les lignes d'amarrage il suffit d'augmenter le volume des réservoirs de flottabilité submergés. En utilisant ce système il n'est donc pas nécessaire d'utiliser des unités flottantes spéciales, des unités flottantes conçues pour des eaux peu profondes peuvent être utilisées tout en maintenant une rosace d'excursion acceptable et en atténuant les causes de la réduction de la longévité à la fatigue des maillons de chaines. Ces aspects ainsi que d'autres aspects de la présente invention seront manifestes par la description suivante des figures annexées représentants le dispositif préféré de l'invention: La figure 1 représente, vu de coté, le dispositif de l'invention. La figure 2 représente, vu de dessus, le dispositif de l'invention. La figure 3 représente, vu de coté, une variante de ce dispositif. En référence aux figures 1 & 2, le dispositif comporte une pluralité de réservoirs de flottabilité submergés (2) fixés à une certaine profondeur sous la surface de l'eau. Ces réservoirs de flottabilité submergés (2) sont connectés au fond de l'eau à des ancres conventionnelles (3) par au minimum une ligne d'amarrage (4), un point de connection (6) et une ligne de connection (1) par réservoirs de flottabilité submergés (2). Chaque ligne d'amarrage (4) se termine à un point de connection (6) situé à une distance prédéterminée sous le niveau du réservoir de flottabilité (2) qui lui est relié au point de connection (6) par la ligne de connection (1), celle-ci peut avoir une longueur nulle. Chaque point de convection (6) est interconnecté au minimum avec les deux points de connection adjacents par une ligne horizontale d'interconnection (5) chacun. Une unité flottante (7), telle qu'une plateforme de forage ou une bouée de chargement, est alors amarrée à cette pluralité de points de connection (6) avec des lignes d'amarrage conventionnelles (8) soumises à une force de traction peu élevée. En référence à la figure 3, le dispositif est identique à celui décrit cidessus à l'exception que l'unité flottante (7) est amarrée à une pluralité de points d'amarrage (9) situés sur les réservoirs de flottabilité avec des lignes d'amarrage conventionnelles (8) soumises à une force de traction peu élevée. Tel que décrit dans les figures 1 à 3, les réservoirs de flottabilité submergés (2) sont montés à une profondeur prédéterminée sous la surface de l'eau. Les points de connection (6) sont maintenus en position stationnaire en combinant la force de traction des lignes d'amarrage (4), qui sont ancrées au fond, avec la force de traction des lignes horizontales d'interconnection (5) reliant les points de connection (6) adjacents. Tel que décrit dans la figure 2, la seule condition afin de placer les points de connection (6) à la profondeur requise est qu'au minimum une ancre (3), une ligne d'amarrage (4), un réservoir de flottabilité submergé (2), une ligne de connection (1) et une ligne horizontale d'interconnection (5) par point de connection adjacent sont nécessaires par point de connection. Afin d'augmenter la rigidité du soussystème à force de traction élevée on peut augmenter le nombre d'ancres (3) et le nombre de lignes d'amarrage (4) ainsi que le nombre ou le volume des réservoirs de flottabilité. Les points de connection (6) doivent être positionés tel que leur angles horizontals relatifs ainsi que leur écartement relatif sont égaux. Ceci est illustré dans la figure 2. Lorsque l'unité flottante (7) sort de sa position d'équilibre par une force externe, les lignes d'amarrage conventionnelles (8) opposés à la direction de la force externe se transformeront en lignes d'amarrage soumises à une force de traction élevée et deviendront donc tendues le temps que cette force externe sera exercée sur l'unité flottante (7), celle-ci demeurera à l'intérieur de la rosace d'excursion. Il est préférable que l'angle avec l'horizontale que forment les lignes d'amarrage conventionnelles (8) soit plus grand ou égal à l'angle que forment les lignes d'amarrage (4). Pour l'installation du système il est préférable de commencer par connecter les lignes d'amarrage (4) aux ancres (3) après que celle-ci soient installeées sur le fond; les lignes d'amarrage (4) sont ensuite interconnectées avec leurs lignes d'amarrage (4) adjacentes par le biais des lignes horizontales d'interconnection (5) les reliant entre à la hauteur des points de connection (6); il est préférable d'exécuter ces opérations d'installation avec un petit réservoir de flottabilité provisoire attachés à chaque point de connection (6) . Les réservoirs de flottabilité (2) sont alors abaissés avec les lignes de connection (1) jusqu'à ce que celles-ci puissent être attachées à leur point de connection (6) respectif et les réservoirs de flottabilité provisoires sont retirés. L'unité flottante peut maintenant être amarrée soit aux points de connection (6) soit aux points d'amarrage (9) par le biais des lignes d'amarrage conventionnelles (8). Les réservoirs de flottabilité (2) peuvent avoir n'importe quelle taille ou forme tant qu'ils fournissent la poussée nécessaire pour obtenir la force de traction requise dans les lignes d'amarrage (4). La présente invention a plusieurs avantages par rapport aux systèmes d'amarrage existants destinés aux grands fonds. En premier lieu elle permet aux entreprises d'utiliser les unités flottantes conventionnelles dans des grands fonds sans avoir à apporter de modifications importantes à leur structure ou à leur système d'amarrage. Ceci réduit d'une manière significative les coûts associés à l'utilisation d'unités plus grands, spéciales et de haute flottabilité. En plus, l'unité flottante peut être amarrée par grands fonds sans avoir à apporter de modifications sur le système d'amarrage existant tout en restant à l'intérieur d'une rosace d'excursion acceptable. En dernier lieu, cette invention permet d'atténuer les effets qui aujourd'hui réduisent la longévité à la fatigue des maillons de chaines. REVENDICATIONS 1. Un dispositif permettant l'amarrage en grands fonds d'unités flottantes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité, au moins trois, de points de connection (6) maintenus à profondeur égale sous la surface de l'eau, lesdits points de connection (6) étant connectés au fond à des ancres (3) par des lignes d'amarrage (4) soumises à une force de traction élevée, lesdits points de connection (6) étant aussi connectés à des réservoirs de flottabilité submergés (2) par des lignes de connection (1) et étant interconnectés avec les points de connection (6) adjacents par des lignes horizontales d'interconnection (5) de telle manière à obtenir un système stable permettant l'amarrage de lignes d'amarrage conventionnelles (8) d'une unité flottante (7) soit aux points de connection (6) ou aux points d'amarrage (9). 2. Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les points de connection (6) ou les points d'amarrage (9) demeurent en position pour l'essentiel stationnaire qu'une unité flottante (7) y soit amarrée ou non. 3. Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les points de connection (6) ou les points d'amarrage (9) soient situés à une profondeur verticale pour l'essentiel égale. 4. Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les points de connection (6) ou les points d'amarrage (9) soient situés pour l'essentiel d'une manière équidistante et à angle égal à leurs points adjacents. 5. Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lorsqu' une unité flottante (7) amarrée au système est soumise à une force externe, la force de traction des lignes d'amarrage conventionnelles (8) situées dans la direction opposée à cette force externe passe d'une force de traction peu élevée à une force de traction élevée le temps de la durée de cette force externe. 6. Un dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'unité flottante (7) soumise à une force externe demeure à l'intérieur de la rosace d'excursion. 7. Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle avec l'horizontale que forme les lignes d'amarrage conventionnelles (8) soit pour l'essentiel égal à l'angle avec l'horizontale que forme les lignes d'amarrage (4). 8. Un dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la force de traction des lignes d'amarrage conventionnelles (8) se trouvant à l'opposée d'une force externe exercée sur l'unité flottante (7) passera d'un état peu élevé à un état élevé, le temps de la durée de cette force externe. 9. Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle avec l'horizontale que forme les lignes d'amarrage conventionnelles (8) soit plus grand que l'angle avec l'horizontale que forment les lignes d'amarrage (4). 1O.Un dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le point de connection (6) se trouvant à l'opposé d'une force externe exercée sur l'unité flottante (7) perde en profondeur jusqu'à ce que la ligne d'amarrage conventionnelle (8) et la ligne d'amarrage (4) reliées à ce point de connection (6) se trouvent dans une même ligne pour l'essentiel droite et ledit point de connection (6) force, par le biais des lignes horizontales d'interconnection (5), les points de connection (6) se trouvant dans la même direction que la force externe vers le fond, et ce pendant la durée de la force externe.