Brevet FR2890372A1 — publié le 20070309

Procédé de montage d'un plateau modulaire support d'équipement sur une structure flexible et mouvante, et plateau modulaire correspondant. L'invention concerne un procédé de montage d'un plateau modulaire support d'équipement sur une structure flexible et mouvante telle que le pont d'une structure flottante, notamment les plates-formes pétrolières, et le plateau modulaire correspondant. On sait que le pont des coques flottantes de plates-formes pétrolières présente une capacité porteuse ponctuelle limitée, qui peut être augmentée par des éléments de renfort, mais ceux-ci sont coûteux à installer car souvent dans des zones réservées au stockage d'hydrocarbures et/ou difficiles d'accès. Les appuis des plateaux modulaires classiques supports d'équipement sur les ponts des plates-formes pétrolières se font actuellement dans une condition hyperstatique. Or, ces plateaux sont rigides et le pont est un support relativement souple et mouvant en fonction de l'état de la mer entre autres, de sorte que l'un au moins des points d'appui peut être amené à recevoir un report de charge important du plateau et ainsi créer une forte contrainte sur les structures à cet endroit. Une telle configuration est susceptible de rompre le support, des éléments de la coque ou du plateau modulaire. Comme ces structures flottantes ne peuvent pas bénéficier d'un retour périodique dans un port, comme pour la plus part des engins flottants, sans compromettre la production, les réparations doivent être faites in situ dans des conditions très délicates d'accès, de confinement et en présence d'hydrocarbures. L'invention vise notamment à remédier à cet inconvénient majeur des appuis hyperstatiques des plateaux supports d'équipement notamment sur une plate-forme pétrolière et propose un procédé de montage d'au moins un plateau modulaire rigide support d'équipement sur le pont d'une structure support flottante flexible, notamment une plate-forme pétrolière, caractérisé en ce qu'il consiste à : - prévoir un montage horizontal en suspension du plateau sur trois zones de la surface du pont, réparties de façon à prendre appui sur des renforts ou à proximité des renforts du pont et dont le triangle de sustentation contient la projection verticale du centre de gravité G du plateau chargé des équipements avec une répartition équilibrée du 2890372 2 poids du plateau sur chacune des zones, - faire le montage de l'équipement du plateau à terre sur une aire appropriée de façon à parfaire les connexions des éléments d'équipement entre eux, tels que pompes, compresseurs ou tuyauteries de raccordement, le plateau équipé étant en suspension sur lesdites trois zones à terre ainsi qu'elles seront disposées géométriquement sur le pont, et - translater le plateau ainsi équipé avec ses trois zones de suspension sur le pont à l'endroit prévu sur ce dernier. Il résulte de cette disposition que l'on peut facilement calculer et maîtriser la charge d'appui de chacune desdites trois zones appliquée sur le pont et prévoir des renforts d'appui en conséquence, sans avoir à étayer davantage le pont pour prendre en compte, comme avec les plateaux classiques, les reports de charge créés par un appui hyperstatique du plateau. L'invention concerne également un plateau modulaire rigide support d'équipement sur le pont d'une structure support flottante flexible, notamment une plate-forme pétrolière, mettant en oeuvre le procédé de montage défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte un montage horizontal en suspension du plateau sur trois zones de la surface du pont réparties de façon à prendre appui sur des renforts ou à proximité des renforts du pont et dont le triangle de sustentation contient la projection verticale du centre de gravité G du plateau chargé des équipements avec une répartition équilibrée du poids du plateau sur chacune des zones. Ledit montage en suspension sur trois zones du pont comprend avantageusement un ensemble de trois quadripôles constituant chacun une desdites zones, de forme pyramidale régulière à quatre pieds (proches) et dont la pointe est reliée à une tige de suspension flexible intérieure à laquelle est fixé le plateau par sa partie inférieure. Ladite tige est avantageusement fixée verticalement à la pointe du quadripôle de sorte qu'un léger débattement du plateau soit permis transversalement, en raison de la flexion desdites tiges des quadripôles. Cette flexion des tiges est limitée par un jeu de barres stabilisatrices, elles même flexibles, liant la base du plateau à des éléments du pont de manière à bloquer les mouvements du plateau parallèles au pont. Ces barres au nombre de trois par exemple sont de préférence installées 2890372 3 respectivement entre la fixation inférieure d'une première tige de suspension et deux bras du quadripôle associé et la fixation inférieure d'une seconde tige de suspension et un bras du quadripôle associé. La flexibilité de ces barres évite de transmettre des efforts verticaux au plateau dans leur fonction de blocage horizontal. Le plateau comporte avantageusement deux cadres rigides plans parallèles supérieur et inférieur, distants l'un de l'autre de plusieurs mètres, avantageusement 6 m, et reliés rigidement l'un à l'autre par des segments de barre disposés en croisillons de manière à constituer une structure tridimensionnelle. Un tel plateau est de 20 à 40 % plus léger qu'un plateau classique à appui hyperstatique qui comporte plus de trois points d'appui. De plus, il facilite l'implantation et l'accessibilité des équipements disposés sur le cadre supérieur, aux fins de maintenance, d'éventuelles réparations et de modifications sachant que ces structures doivent être maintenues sur site sur de très longues périodes et qu'elles doivent être régulièrement adaptées à l'évolution des caractéristiques du champ pétrolier. Un tel plateau induit dans les tiges de suspension des efforts de 200 à 400 % inférieurs aux efforts induits dans les supports hyperstatiques des plateaux modulaires classiques. Ces efforts sont par ailleurs répartis par les pieds des quadripôles sur les renforts secondaires et périodiques des ponts, habituellement espacés d'environ 5 m en construction navale. A noter que l'hyperstaticité des appuis des quadripôles n'est généralement pas critique sur cette distance et que, si elle l'était dans des cas particuliers, il est toujours possible de revenir à un tripôle. Le plateau, selon l'invention, est ainsi soutenu par un grand nombre d'appuis (12 appuis) alors que les plateaux modulaires classiques sont plutôt à 4 ou 6 appuis. Ces conditions conduisent à un allégement des renforts du pont et confèrent plus de capacité de flexion à la plate- forme et un risque moindre de rupture à la fatigue en flottaison. En outre, le pont et les stockages d'hydrocarbures souvent disposés sous le pont sont protégés d'une explosion accidentelle de l'équipement du plateau par le volume libre (vide d'air) entre le cadre supérieur et le pont, volume dont la hauteur au-dessus du pont est d'au moins 7 m. 2890372 4 L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective d'un plateau modulaire support d'équipement pour plate-forme pétrolière selon l'invention, - La figure 2 est une vue de dessus de ce plateau, - La figure 3 est une vue de côté avant de ce plateau, et - La figure 4 est une vue de côté gauche du plateau avec des éléments d'équipement. Avec référence aux figures des dessins, on a représenté un plateau modulaire 1 support d'équipement 3, selon l'invention, monté sur le pont 5 d'une structure pétrolière flottante flexible 7, telle qu'une plate- forme pétrolière d'extraction de pétrole brut en fond sous-marin. Les équipements 3 montés sur le plateau modulaire 1 sont uniquement représentés à la figure 4, ceci pour la clarté du dessin et comprennent par exemple des compresseurs, des pompes, des éléments de filtration, ou des cuves de traitement. Le poids de ces équipements est de l'ordre de quelques milliers de tonnes auquel il faut ajouter le poids du plateau. Le plateau lui-même est une structure métallique sensiblement parallélépipédique rectangle dont la surface supérieure est d'environ 30 m x 30 m et la hauteur de 5 à 7 m. Il comporte deux cadres plans rigides parallèles, respectivement supérieur 9 et inférieur 11 et distants de ladite hauteur de 5 à 7 m environ l'un de l'autre. Le cadre supérieur 9 est légèrement plus grand que le cadre inférieur 11 afin de le circonscrire et il constitue la surface support des éléments d'équipement 3. Ces cadres sont pourvus sur leur surface d'éléments de poutre intérieurs 13, se croisant perpendiculairement l'un à l'autre pour diviser la surface en carrés adjacents identiques 15 afin de rigidifier le plan de support. Ces éléments ont aussi pour fonction secondaire de faciliter le support de l'équipement sur le plateau. Les carrés 15 des cadres supérieur et inférieur respectivement sont décalés sensiblement d'une demi-diagonale de carré l'un par rapport à l'autre en projection verticale. Le décalage permet de relier ces carrés par des segments de barre transversaux inclinés 17 à forme de croisillons, dont les extrémités supérieures sont fixées aux angles des carrés 15 du cadre supérieur et dont les extrémités inférieures 2890372 5 convergent sur le cadre inférieur 11 selon une pyramide inversée à quatre bras en un point de fixation 18 à l'angle d'un carré 15 du cadre inférieur. Les cadres supérieur 9 et inférieur 11 sont ainsi reliés l'un à l'autre et l'ensemble constitue une structure rigide croisillonnée tridimentionnelle, à très faible déformation plane. Suivant l'importance des installations, la structure flottante peut supporter plusieurs plateaux. Les plateaux 1 sont alors disposés sur le pont 5 de façon adjacente et à faible distance l'un de l'autre, avantageusement à 1 m, pour pouvoir être aisément posés par des grues flottantes. Ils sont suspendus sur le pont 5 de la plate-forme pétrolière, chacun sur trois zones d'appui, par exemple par des quadripôles 19, à faible distance au-dessus du pont, par exemple un mètre. Les quadripôles 19, bien visibles sur les figures 2 à 4, sont de forme identique l'un à l'autre hormis une petite différence de hauteur en faveur de ceux situés à la périphérie de la plate-forme. Ces derniers sont un peu plus haut afin d'accommoder la structure légèrement convexe du pont. Ils préservent ainsi l'horizontalité de l'ensemble des plateaux. Les quadripôles sont généralement de forme pyramidale régulière. Ils comportent chacun quatre bras 21 constituant les arêtes de la pyramide, reliés par leur extrémité supérieure à la pointe de la pyramide. Les quadripôles comportent également quatre pieds 23 à leur extrémité inférieure. Les quadripôles 19 sont de grande hauteur, plusieurs mètres, et leur pointe est à faible distance au-dessous du cadre supérieur 9 du plateau, par exemple un à deux mètres. Les plateaux 1 sont montés en suspension, à environ un à deux mètres audessus du pont, chacun sur un ensemble de trois quadripôles 19, au moyen de tiges verticales 25 formant tirants, fixées chacune à la pointe de chaque quadripôle 19 par son extrémité supérieure et fixée au cadre inférieur 11 du plateau par son extrémité inférieure, plus précisément à un angle du carré 15 du cadre inférieur 11. Les tiges 25, d'une hauteur de quelques mètres, maintiennent le cadre inférieur 11 à faible distance du pont, par exemple à un mètre. La flexion des tiges autorise un léger débattement transversal du plateau, 2890372 6 lequel est limité par un jeu de trois barres stabilisatrices horizontales 27 liant la base du plateau 1 (cadre inférieur 11) à des éléments du pont de manière à le bloquer dans ses mouvements parallèles au pont. Ces trois barres 27 sont de préférence installées entre la fixation inférieure d'une première tige de suspension 25 et deux bras 21 du quadripôle associé 19 et la fixation inférieure d'une seconde tige de suspension 25 et un bras 21 du quadripôle associé 19. Les quadripôles 19 de chacun des plateaux 1 sont répartis de sorte que le centre de gravité G du plateau chargé des éléments d'équipement 3 (figures 2 et 4) se trouve le plus près possible du centre de gravité du triangle (défini par l'intersection de ses trois médianes), triangle lui- même défini par les sommets des quadripôles. Chaque quadripôle supportant une charge proche du tiers du poids du plateau équipé, la sustentation est ainsi la plus stable possible. Chacun des pieds 23 du quadripôle (figure 1) est positionné sur ou proche d'une plaque de renforcement 29 du pont, représentée en traits interrompus, et calculée pour supporter avec une marge de résistance adéquate la charge transmise aux pieds 23 des quadripôles, à savoir pour chaque pied idéalement le 1/12 du poids du plateau chargé. Le décalage des pieds 23 sur le pont relativement aux plaques de renfort 29 permet de mieux répartir la charge et la rigidité de la structure à la surface du pont 5. Comme on l'a indiqué précédemment, le montage des éléments d'équipements 3 est effectué sur une aire propice à terre, de préférence en usine, de manière à disposer des facilités de montage au sol et de suffisamment d'espace. Il est donc plus aisé à ce stade de réaliser les connexions des éléments d'équipement entre eux, tels que pompes, compresseurs ou tuyaux de raccordement, spécifiques à chaque plateau modulaire 1. Le plateau 1 est suspendu sur le sol par les trois quadripôles 19 disposés selon la configuration géométrique prévue sur le pont 5. En outre, les appuis et efforts étant identiques au montage et en position finale sur le pont, les réglages et ajustements de raccordement peuvent être maintenus inchangés. Les plateaux modulaires 1 équipés de leurs éléments d'équipement 3 seront translatés par bateaux et grues à l'endroit de leur 2890372 7 positionnement prévu sur le pont 5 de la plate-forme pétrolière 7. Il n'est ainsi pas nécessaire de se préoccuper des variations de la position verticale des appuis 23 au moment de la pose du plateau 1 sur le pont par rapport aux positions effectives ultérieures. Les plateaux ainsi conçus et montés font que la charge transmise à chacun des pieds 23 des quadripôles variera très peu en fonction des sollicitations imposées à la structure par le milieu marin, notamment la déformation du pont 5 induite par les mouvements de la plate-forme 7. Il n'y aura pas de report de charge comme cela se produit avec les plateaux d'équipement classiques à appui hyperstatique. Les risques de fissuration ou de ruptures locales fragiles ou à la fatigue de la structure de la plate-forme sont ainsi réduits. Naturellement, des variantes de réalisation de l'invention peuvent être réalisées dans le cadre de l'invention. Par exemple, les quadripôles 19 peuvent être remplacés par des tripodes ou autres supports de suspension à multiples pieds (proches) ou à portique de suspension sur trois points. De même, les tiges 25 des quadripôles peuvent être montées articulées sur ces derniers (biellettes) ou encore être remplacées par d'autres éléments souples de liaison tels que des câbles; le montage avec tiges de suspension flexibles étant préféré pour des raisons de tenue à la corrosion marine ainsi que pour ses capacités portantes. L'invention apporte un procédé de montage de plateaux modulaires supports d'équipement sur le pont de structures flottantes flexibles, en particulier de plates-formes pétrolières. Les plateaux modulaires facilitent le montage des équipements; ils permettent aussi d'alléger la structure et de limiter les éléments de renfort du pont. L'invention accommode ainsi plus aisément la flexion du pont et de la plate-forme, tout en éliminant les reports de charge préjudiciables. L'invention facilite enfin la maintenance et les modifications d'équipement ultérieures pour, en particulier, s'adapter à l'évolution des caractéristiques du champ pétrolier au cours de sa vie. REVENDICATIONS 1. Procédé de montage d'au moins un plateau modulaire rigide (1) support d'équipement (3) sur le pont (5) d'une structure support flottante flexible (7), notamment une plate-forme pétrolière, caractérisé en ce qu'il consiste à : - prévoir un montage horizontal en suspension du plateau (1) sur trois zones de la surface du pont (5), réparties de façon à prendre appui sur des renforts (29) ou à proximité des renforts du pont (5) et dont le triangle de sustentation contient la projection verticale du centre de gravité (G) du plateau (1) chargé des équipements (3) avec une répartition équilibrée du poids du plateau (1) sur chacune des zones, - faire le montage de l'équipement (3) du plateau (1) à terre sur une aire appropriée de façon à parfaire les connexions des éléments d'équipement (3) entre eux, tels que pompes, compresseurs ou tuyauteries de raccordement, le plateau équipé étant en suspension sur lesdites trois zones à terre ainsi qu'elles seront disposées géométriquement sur le pont (5), et - translater le plateau (1) ainsi équipé avec ses trois zones de suspension sur le pont (5) à l'endroit prévu sur ce dernier. 2. Procédé de montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poids du plateau (1) sur chacune desdites trois zones est réparti sur plusieurs pieds proches (23), par exemple sur des éléments quadripôles (19) ou autres. 3. Procédé de montage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le poids reçu pour chacun desdits pieds (23) variant peu, les éléments renforts (29) du pont sont calculés avec une marge de résistance adéquate, afin d'alléger la plate-forme (7) et en raison d'une rigidité moindre lui conférer plus de capacité de flexion et un risque moindre de rupture à la fatigue en flottaison. 4. Plateau modulaire rigide (1) support d'équipement (3) sur le pont (5) d'une structure support flottante flexible (7), notamment une plate-forme pétrolière, mettant en oeuvre le procédé de montage défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte un montage horizontal en suspension du plateau sur trois zones de la surface du pont (5), lesquelles sont réparties de façon à prendre appui sur des renforts (29) ou à proximité des renforts du pont et dont le triangle de sustentation contient la projection verticale du centre de gravité (G) du plateau (1) 2890372 9 chargé des équipements (3) avec une répartition équilibrée du poids du plateau (1) sur chacune des zones. 5. Plateau modulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit montage en suspension en trois zones comprend un ensemble de trois quadripôles (19) constituant chacun une desdites zones, à forme pyramidale régulière et à quatre pieds (23) et dont la pointe est reliée à une tige flexible intérieure (25) à laquelle est fixé le plateau (1) par sa partie inférieure. 6. Plateau modulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite tige de suspension (25) est fixée verticalement à la pointe du quadripôle (19) de sorte qu'un léger débattement du plateau (1) soit permis transversalement, en raison de la flexion desdites tiges (25), laquelle flexion des tiges est limitée par un jeu de barres stabilisatrices horizontales (27) liant la base du plateau (1) à des éléments du pont de manière à le bloquer dans ses mouvements parallèles au pont. 7. Plateau modulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que les barres stabilisatrices sont au nombre de trois, installées respectivement entre la fixation inférieure d'une première tige de suspension (25) et deux bras (21) du quadripôle associé (19) et la fixation inférieure d'une seconde tige de suspension (25) et un bras (21) du quadripôle associé (19) . 8. Plateau modulaire selon l'une des revendications 5, 6, caractérisé en ce que le plateau (1) comporte deux cadres rigides plans parallèles supérieur (9) et inférieur (11), distants de plusieurs mètres et reliés rigidement l'un à l'autre par des segments (17) disposés en croisillons de l'un à l'autre. 9. Plateau modulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits cadres (9, 11) sont pourvus en leur surface d'éléments de poutres intérieurs (13), se croisant perpendiculairement l'un à l'autre pour diviser la surface en carrés adjacents identiques (15), et en ce que les carrés (15) des deux cadres supérieur (9) et inférieur (11) sont décalés l'un de l'autre, sensiblement d'une demi-diagonale de carré, décalage qui permet de relier ces plans par des segments de barre transversaux inclinés (17) à forme de croisillons, dont les extrémités supérieures sont fixées aux angles des carrés (15) de cadre supérieur (9) et dont les extrémités inférieures convergent selon une pyramide inversée à quatre bras (17) en un point (18) de fixation sur un angle 2890372 10 d'un carré (15) du cadre inférieur (11), les deux cadres supérieur (9) et inférieur (11) étant ainsi reliés rigidement l'un à l'autre et l'ensemble constituant une structure rigide tridimensionelle à très faible déformation en plan. 10. Plateau modulaire selon l'une des revendications 4-9, caractérisé en ce que lesdits quadripôles (19) sont de grande hauteur, plusieurs mètres, et leur pointe est à faible distance au dessous du cadre supérieur (9) du plateau, par exemple environ un à deux mètres, les plateaux (1) étant montés en suspension à environ un à deux mètres au dessus du sol, chacun sur un ensemble de trois quadripôles (19), au moyen de tiges verticales (25) formant tirants, fixées chacune à la pointe de chaque quadripôle (19) par son extrémité supérieure et fixée au cadre inférieur (11) du plateau par son extrémité inférieure. 11. Plateau modulaire selon l'une des revendications 4-10, caractérisé en ce que les quadripôles (19) sont répartis autour du centre de gravité (G) du plateau (1) chargé des éléments d'équipement (3), ceci de manière équilibrée relativement au poids total du plateau chargé, étant disposés par exemple environ à égale distance du point (G) pour supporter un poids proche du tiers du poids de plateau et avec une sustentation stable du plateau (1). 12. Plateau modulaire selon l'une des revendications 4-11, caractérisé en ce que chacun des pieds (23) du quadripôle est positionné sur ou proche d'une plaque de renforcement (29) du pont, laquelle est calculée pour supporter avec une marge de résistance adéquate la charge transmise aux pieds (23). 13. Plateau modulaire selon la revendication 12, caractérisé en ce que les pieds (23) sont décalés relativement à une même plaque de renfort (29) , de manière à mieux répartir la charge à la surface du pont (5). 14. Plateau modulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les quadripôles (19) sont de forme identique l'un à l'autre, hormis une petite différence de hauteur pour ceux situés à la périphérie de la plate-forme, ces derniers étant un peu plus hauts afin d'accommoder la structure légèrement convexe du pont et préserver ainsi l'horizontalité des plateaux.