Brevet FR2915456A1 — publié le 20081031

Bouée sous-marine à éléments modulaires La présente invention se rapporte à une bouée sous-marine à éléments modulaires permettant de suspendre les conduites tubulaires de transport des hydrocarbures, entre un fond marin et une installation de surface. Afin de remonter les hydrocarbures d'un puits sous-marin vers la surface, des conduites tubulaires sont installées sensiblement verticalement entre le puits et une zone sous-marine située en dessous io de la surface de l'eau, puis ces conduites tubulaires verticales sont prolongées par des conduites tubulaires généralement flexibles, lesquelles rejoignent une installation de surface. Les conduites tubulaires sensiblement verticales sont généralement rigides et elles sont maintenues ainsi verticalement grâce à des bouées sous-marines. La is dimension de ses bouées sous-marines et par conséquent le volume d'air qu'elles sont susceptibles d'emprisonner, doit être ajusté en fonction de l'effort ascensionnel qu'elles doivent exercer sur la conduite tubulaire afin de la maintenir verticalement. Or cet effort ascensionnel dépend aussi des dimensions de cette conduite et de sa longueur, autrement dit de la 20 profondeur d'eau. En outre, lorsque l'effort ascensionnel à exercer est relativement important, parallèlement, le volume de la bouée sous-marine doit être lui également important. Aussi, puisqu'il est malaisé de transporter des bouées de volume important, il a été imaginé de les transporter par morceaux, par exemple sur les bateaux de pose, puis de 25 les monter en mer directement sur le site. Ainsi, les bouées comprennent une armature et des éléments modulaires qui forment des flotteurs, et ces flotteurs sont adaptés à être montés dans ladite armature au moment de l'installation de la bouée. Les éléments modulaires s'étendent respectivement longitudinalement entre 30 deux extrémités d'élément modulaire opposées. Ladite armature présente un corps creux longitudinal destiné à recevoir ladite conduite tubulaire étendue, tandis que des moyens de retenue montés radialement sur ledit corps creux permettent de maintenir lesdits éléments modulaires sensiblement parallèlement audit corps creux et autour dudit corps creux. On pourra se référer notamment au document WO 03/064807 lequel décrit une telle bouée sous-marine. s Cependant, lorsque les éléments modulaires sont relativement volumineux de manière à ce que la bouée sous-marine exerce un effort ascensionnel relativement important, les moyens de retenue sont sollicités de manière intense et risquent de se rompre. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente Io invention est de fournir une bouée sous-marine à éléments modulaires dont les éléments modulaires sont plus solidement retenus par les moyens de retenue de manière à éviter la rupture de ces derniers. Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose une bouée sous-marine à éléments modulaires destiné à suspendre une 15 conduite tubulaire entre un fond marin et une surface, ladite bouée comprenant une armature et une pluralité d'éléments modulaires formant flotteurs adaptés à être montés dans ladite armature, lesdits éléments modulaires s'étendant respectivement longitudinalement entre deux extrémités d'élément modulaire opposées, ladite armature présentant un 20 corps creux longitudinal destiné à recevoir ladite conduite tubulaire étendue et des moyens de retenue montés radialement sur ledit corps creux pour maintenir lesdits éléments modulaires sensiblement parallèlement audit corps creux et autour dudit corps creux ; selon l'invention lesdits moyens de retenue comprennent deux structures de 25 retenue en regard espacées longitudinalement l'une de l'autre sur ledit corps creux, lesdites structures de retenues présentant respectivement une pluralité de zones de réception, chacune étant adaptée à recevoir une extrémité d'élément modulaire ; et lesdites structures de retenue sont maintenues en position fixe l'une par rapport à l'autre dans une position 30 où lesdites zones de réception sont respectivement situées en regard les unes des autres de façon à emprisonner au moins un élément modulaire lorsque lesdites extrémités opposées dudit au moins un élément modulaire sont respectivement engagées dans deux zones de réception en regard. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans le mode de coopération des deux structures de retenue, lesquelles viennent s emprisonner les éléments modulaires lorsqu'elles sont portées dans une position rapprochée l'une de l'autre. De la sorte, lorsque la conduite tubulaire qui remonte du fond est suspendue à la bouée sous-marine, cette dernière est orientée de telle sorte que le corps creux s'étend sensiblement verticalement tout comme les éléments modulaires. Les lo éléments modulaires qui présentent une densité inférieure à celle de l'eau de mer, exerce un effort ascensionnel sur l'une des deux structures de retenue qui elle-même est solidaire du corps creux. Aussi, ces éléments modulaires viennent en butée contre cette structure de retenue, et ils sont maintenus dans cette position notamment grâce à l'autre structure de 15 retenue. Avantageusement, chaque élément modulaire est de forme cylindrique à directrice circulaire, de manière à pouvoir être fabriqué industriellement et à un coût avantageux. Compte tenu de la symétrie des éléments modulaires, leur paroi résiste bien mieux à la pression 20 hydrostatique malgré une épaisseur relativement faible en comparaison d'un élément modulaire de forme parallélépipédique, par exemple. Au surplus, grâce à cette symétrie cylindrique, les éléments modulaires sont plus aisément manipulables dans l'eau lorsqu'il s'agit de remplacer ou de monter des éléments modulaires supplémentaires dans l'armature. 25 De plus, lesdits moyens de retenue comportent préférentiellement des entretoises montées sur ledit corps creux pour maintenir lesdits éléments modulaires à distance dudit corps creux, les éléments modulaires venant s'appuyer contre ces entretoises. Elles permettent au surplus, de rigidifier les liaisons entre les éléments modulaires et le corps 30 creux. Par ailleurs, ces entretoises présentent respectivement un évidement hémicirculaire pour recevoir ledit élément modulaire et bloquer ainsi les mouvements latéraux de l'élément tubulaire dans des directions sensiblement parallèles à un plan tangent du corps creux. Selon un mode préféré et de mise en oeuvre de l'invention, lesdites structures de retenue présentent une portion centrale solidaire dudit corps creux et des portions radiales dans lesquelles sont ménagées lesdites zones de réception. Ainsi par exemple, lesdites structures de retenue présentent huit portions radiales en étoile et diamétralement opposées deux à deux, dans lesquelles sont respectivement ménagées huit zones de réception. io Par ailleurs, lesdites structures de retenue définissent un plan moyen qui s'étend sensiblement perpendiculairement audit corps creux et au moins une desdites structures de retenue, celle qui est située vers la surface lorsque la bouée sous-marine est en position, est équipée de moyens de blocage complémentaires dans lesdites zones de réception 15 pour bloquer ledit élément modulaire dans toute les directions sensiblement parallèles audit plan moyen. Ainsi, lorsque la bouée sous-marine est en position normale de travail, le corps creux est orienté verticalement et les éléments modulaires, compte tenu de leur densité inférieure à celle de l'eau, tendent à remonter vers la surface et à exercer 20 des efforts ascensionnels précisément sur ladite au moins une desdites structures de retenue. Aussi, grâce au moyen de blocage complémentaire, dans les zones de réception de cette structure de retenue, qui reprend les efforts ascensionnels importants, les extrémités des éléments modulaires sont totalement solidaires de la structure de 25 retenue. Et partant, les éléments modulaires sont totalement solidaires de l'armature. Avantageusement, ladite au moins une desdites structure de retenue, située vers la surface, présente des moyens de renfort pour augmenter la rigidité de ladite au moins une desdites structure de retenue, 30 de manière à mieux résister aux efforts ascensionnels produits par les éléments modulaires.. À l'extrémité opposée, ledit corps creux présente, au voisinage de l'autre desdites structures de retenue, des moyens d'accrochage à ladite conduite tubulaire afin de reprendre les efforts exercés par la conduite tubulaire qui remonte du fond marin et qui tend à entraîner la bouée sous- s marine vers ce fond. Ainsi, ces efforts sont directement exercés sur le corps creux et ils sont repris et compensés grâce aux éléments modulaires par l'intermédiaire de la structure de retenue. Bien évidemment, ladite autre desdites structures de retenue, dirigée vers le fond marin, comporte des moyens de verrouillage desdits éléments io modulaires afin qu'ils soient totalement solidaires du corps creux. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : 15 - la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'une armature de bouée sous-marine conforme à l'invention ; - la Figure 2 est une vue schématique en perspective, d'une bouée sous-marine conforme à l'invention ; - la Figure 3 est une vue schématique en coupe axiale selon le plan 20 III-III de la bouée sous-marine illustrée sur la Figure 2 ; - la Figure 4 est une vue schématique de dessus selon la flèche IV de la bouée sous-marine représentée à la Figure 3 ; et, - les Figures 5A à 5C illustrent schématiquement en coupe droite, le montage d'une bouée sous-marine telle que représentée sur la Figure 2. 25 La Figure 1 illustre une armature 10 de bouée sous-marine conforme à l'invention. Cette armature 10 comprend un corps creux 12 d'une longueur comprise entre trente mètres et quarante mètres, par exemple trente cinq mètres, et elle comporte une structure de retenue supérieure 14 et une structure de retenue inférieure 16. Par ailleurs, des entretoises 30 18 que l'on décrira ci-après sont installées le long du corps creux 12. Ce corps creux 12, de symétrie circulaire autour d'un axe A, présente une extrémité supérieure 20 et une extrémité inférieure 22 et son diamètre, 6 2915456 relativement constant est compris entre un mètre et deux mètres, par exemple un mètre et demi. La structure de retenue supérieure 14 présente une portion centrale constituée d'une première couronne intérieure 24 emmanchée au moins partiellement dans l'extrémité supérieure 20 du corps creux 12, huit portions radiales constituées de premières branches 26 qui s'étendent radialement à partir de la première couronne intérieure 24 et sont décalées les unes par rapport aux autres d'un angle voisin de 45 , ces premières branches 26 étant également solidaires d'une première couronne extérieure 28, et de forme io octaédrique. Cette première couronne extérieure 28 constitue notamment des moyens de renfort de la rigidité de la structure de retenue supérieure 14. Les premières branches 26 présentent chacune une extrémité libre 30 et un premier évidement en arc 32 près de l'extrémité libre 30. Ce 15 premier évidement en arc 32 est orienté vers l'extrémité inférieure 22. On retrouve sur la Figure 3, l'armature 10 comprenant le corps creux 12 et la structure de retenue supérieure 14 ; le plan de coupe axiale III-III coupant deux premières branches diamétralement opposées 26, on observera leur évidement en arc 32 respectif, symétrique par rapport à un extremum 34 20 et, symétriques l'un par rapport à l'autre vis-à-vis de l'axe de symétrie A. Par ailleurs, les premiers évidements en arc 32 sont espacés du corps creux 12. Sur la Figure 1, on observera la première couronne extérieure 28, de forme octaédrique et qui relie ensemble les premières branches 26 au 25 niveau des premiers évidements en arc 32. Chacune des huit portions sensiblement planes de première couronne extérieure 28, vient couper sensiblement perpendiculairement une première branche 26. Au surplus, un second évidement 36 en arc est ménagé dans chacune de ces portions planes de première couronne extérieure 28. Ce second 30 évidement 36 en arc d'une courbure sensiblement identique au premier évidement 32 présente un extremum sensiblement confondu avec l'extremum 34 du premier évidement en arc 32. Ainsi, les portions planes de première couronne extérieure 28 et leur première branche 26 correspondante définissent ensemble grâce à leurs évidements en arc 32, 36 une zone de réception 38 orientée vers l'extrémité inférieure 22, laquelle zone de réception 38 définie à son tour un anneau sphérique dont on expliquera la fonction ci-après. Avant cela, on décrira en référence à la Figure 1 et à la Figure 3, la structure de retenue inférieure 16. Cette dernière présente une seconde couronne intérieure 40 emmanchée elle également au moins partiellement dans l'extrémité inférieure 22 du corps creux 12. Elle présente également io des secondes branches 42 respectivement symétriques des premières branches 26 par rapport à un plan de symétrie coupant le corps creux 12 perpendiculairement à mi-distance entre l'extrémité inférieure 22 et l'extrémité supérieure 20. Ces secondes branches 42 sont reliées entre elles par une seconde couronne extérieure 44. En revanche, les secondes 15 branches 42 présentent respectivement une encoche 46 et non plus un évidement en arc comme les premières branches opposées 26. En revanche, l'encoche 46 présente une première partie située près de la seconde couronne intérieure 40 sensiblement symétrique à une première partie d'évidement en arc 32 allant de l'extremum 34 vers la première 20 couronne intérieure et ce, par rapport au plan de symétrie précité coupant perpendiculairement le corps creux 12. Toutefois, une seconde partie de l'encoche 46 se prolonge sensiblement radialement vers l'extrémité libre de la seconde branche 42. En outre, les entretoises 18 en étoile illustrées en détail sur la Figure 25 1, définissent chacune un plan moyen sensiblement perpendiculaire au corps creux 12 et elles sont formées d'une couronne circulaire dans laquelle sont ménagés huit évidements hémicirculaires 48. Les évidements hémicirculaires 48 de chacune des couronnes circulaires sont alignés les uns avec les autres selon un axe parallèle à l'axe de symétrie 30 A du corps creux 12 et qui coupe chacune des première et seconde branches 26, 42 en regard. Ainsi que l'illustre la Figure 2, dans chacun des huit logements qui s'étendent entre la structure de retenue supérieure 14 et la structure de retenue inférieure 16 et qui sont définis par les évidements hémicirculaires 48 des entretoises 18, les zones de réception 38 et à l'opposé les encoches 46, sont engagés des éléments modulaires 50 formant flotteur. On retrouve sur cette Figure 2, la structure de retenue supérieure 14 et la structure de retenue inférieure 16 reliées ensemble par le corps creux 12, ici masqué par les éléments modulaires 50. Ces derniers sont de forme cylindrique à directrice circulaire, et ils présentent chacun deux extrémités to libres opposées, une extrémité libre supérieure 52 et une extrémité libre inférieure 54. Leur diamètre est compris entre deux et trois mètres, par exemple deux mètres quarante, et leur longueur est comprise entre trente mètres et quarante mètres, par exemple trente- quatre mètres. Les deux extrémités libres présentent une forme arrondie définissant 15 une surface sensiblement sphérique apte à coïncider avec la zone de réception 38. Ainsi, l'extrémité libre supérieure 52 de chacun des éléments modulaires 50, est engagée dans la zone de réception 38, tandis que l'extrémité libre inférieure 54 est en appui contre la seconde branche 42 correspondante, alors que le corps 56 de chacun des 20 éléments tubulaires 50 est en appui contre les entretoises 18 en traversant leurs évidements hémicirculaires 48 respectifs. On notera que, lors du montage de la bouée sous-marine, l'extrémité libre supérieure 52 des éléments modulaires 50 est d'abord engagée dans la zone de réception 38, les éléments modulaires 50 étant inclinés par rapport au 25 corps creux 12 et ensuite, le corps tubulaire 50 est rabattu vers le corps creux 12 en appui dans les entretoises 18, l'extrémité libre inférieure 54 en butée contre les secondes branches 42. Les éléments modulaires 50 sont maintenus dans cette position soient par des pièces de verrouillage 58 rapportées à l'extrémité libre des secondes branches 42 que l'on 30 observera plus en détail sur la Figure 3, soit par une bride de bouée non représentée qui entoure et enserre au voisinage de la structure de retenue inférieure 16 les huit éléments modulaires 50. En outre, et selon encore un autre mode de mise en oeuvre, les éléments modulaires 50 sont maintenus en appui dans les entretoises 18, indépendamment les uns des autres, grâce à des brides d'entretoise indépendantes, qui viennent brider les éléments modulaires 50 dans leurs évidements hémicirculaires 48 correspondant. Les brides d'entretoises sont montées sur chacune des extrémités en saillie des entretoises 18 et elles sont adaptées à être raccordées à une autre extrémité en saillie contiguë en entourant un élément modulaire 50. Par ailleurs, dans un mode particulier de réalisation de l'invention to illustré sur la Figure 3, l'extrémité libre supérieure 52 présente une fente axiale 64 dans laquelle vient s'engager un prolongement 66 en saillie des portions planes de première couronne extérieure 28 ; et ce, au niveau du second évidement en arc 36. De la sorte, l'extrémité libre supérieure 52 des éléments modulaires 50 est parfaitement solidaire de la structure de 15 retenue supérieure 14 car elle est parfaitement bloquée en mouvement dans des directions sensiblement parallèles au plan moyen P défini par la structure de retenue supérieure 14. En outre, l'extrémité libre inférieure 54 est elle, bloquée radialement en translation par la pièce de verrouillage 58, tandis que le corps 56 des éléments modulaires 50 est bloqué en 20 translation dans une direction perpendiculaire. On se reportera à la Figure 4 illustrant en vue de dessus la bouée sous-marine conforme à l'invention. On y retrouve les huit éléments modulaires 50 engagés dans leur logement, et la structure de retenue supérieure 14 comprenant la première couronne intérieure 24, les 25 premières branches 26 et la première couronne intérieure 28. Ainsi, la bouée sous-marine représentée est-elle relativement aisée à monter, soit avant d'être embarqué sur un bateau de pose, soit sur le bateau ou encore directement dans l'eau. Par ailleurs, elle présente ici huit éléments modulaires 50, mais elle pourrait n'en comporter qu'un sur 30 deux, soit quatre éléments modulaires 50. Ainsi, sa flottabilité serait moindre. Le montage de la bouée sous-marine est illustré sur les Figures 5A à 5C. Tout d'abord, deux premiers éléments modulaires 50 sont étendus horizontalement et parallèlement l'un par rapport à l'autre sur des supports 70 et espacés d'une distance déterminée. Ensuite, tel que le montre la Figure 5B, un corps creux 12 équipé de ses entretoises 18 est ajusté sur ces deux premiers éléments modulaires 50. Ces derniers sont alors solidarisés aux entretoises 18 par l'intermédiaire de brides d'entretoises telles que précitées. Puis, deux nouveaux éléments modulaires 50, illustrés sur la figure 5C, sont montés sur le corps creux 12 io dans la position diamétralement opposée aux deux premiers éléments modulaires 50. Enfin, l'ensemble, équipé de quatre éléments modulaires 50, est d'abord basculé sur deux premiers éléments modulaires 50 étendus sur des supports identiques aux supports 70 tels qu'illustrés à la Figure 5A et situés le long de ces supports 70, et deux autres éléments is modulaires 50 sont alors installés sur les deux derniers emplacements restants sur le corps creux 12. Ensuite, les structures de retenue supérieure 14 et inférieure 16 sont montées aux extrémités du corps creux 12. Telle que représentée sur la Figure 3, la bouée sous-marine 20 conforme à l'invention est accrochée à une conduite tubulaire 60 destinée au transport des hydrocarbures par l'intermédiaire d'une bride de serrage 62. De la sorte, la conduite tubulaire 60 est maintenue suspendue à la bouée sous-marine qui tend à l'entraîner en direction S de la surface dans une zone sous-marine située en dessous de la surface. En outre, la 25 conduite tubulaire 60 est raccordée à une conduite tubulaire flexible 63 qui traverse la bouée sous-marine et s'en échappe par le dessus au-delà de la structure de retenue supérieure 14 pour rejoindre ensuite une installation de surface. Ainsi, les efforts de traction à exercer sur la conduite tubulaire 60 30 peuvent être adaptés en ajustant le nombre d'éléments modulaires 50 à l'armature 10. Selon un autre mode de réalisation non représentée, la conduite tubulaire 60 est reliée à la bouée sous-marine par l'intermédiaire d'un bâti lui-même suspendu à la structure de retenue inférieure 16, et la conduite tubulaire 60 est raccordée à une conduite tubulaire flexible qui ne traverse plus la bouée sous-marine mais qui la contourne pour rejoindre une installation de surface. REVENDICATIONS 1. Bouée sous-marine à éléments modulaires (50) destiné à suspendre une conduite tubulaire (60) entre un fond marin et une surface, ladite bouée comprenant une armature (10) et une pluralité d'éléments modulaires (50) formant flotteurs adaptés à être montés dans ladite armature, lesdits éléments modulaires s'étendant respectivement longitudinalement entre deux extrémités d'élément modulaire opposées (52, 54), ladite armature présentant un corps creux longitudinal (12) io destiné à recevoir ladite conduite tubulaire étendue et des moyens de retenue (14, 16, 18) montés radialement sur ledit corps creux pour maintenir lesdits éléments modulaires (50) sensiblement parallèlement audit corps creux et autour dudit corps creux ; caractérisée en ce que lesdits moyens de retenue comprennent 15 deux structures de retenue (14, 16) en regard espacées longitudinalement l'une de l'autre sur ledit corps creux (12), lesdites structures de retenues présentant respectivement une pluralité de zones de réception (38, 46), chacune étant adaptée à recevoir une extrémité d'élément modulaire (52) ; 20 et en ce que lesdites structures de retenue (14, 16) sont maintenues en position fixe l'une par rapport à l'autre dans une position où lesdites zones de réception (38, 46) sont respectivement situées en regard les unes des autres de façon à emprisonner au moins un élément modulaire (50) lorsque lesdites extrémités opposées (52, 54) dudit au moins un 25 élément modulaire sont respectivement engagées dans deux zones de réception (38, 46) en regard. 2. Bouée sous-marine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément modulaire (50) est de forme cylindrique à directrice circulaire. 30 3. Bouée sous-marine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de retenue comportent en outre des entretoises(18) montées sur ledit corps creux (12) pour maintenir lesdits éléments modulaires (50) à distance dudit corps creux. 4. Bouée sous-marine selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que lesdites entretoises (18) présentent respectivement un évidement hémicirculaire (48) pour recevoir ledit élément modulaire (50). 5. Bouée sous-marine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites structures de retenue présentent une portion centrale (24, 40) solidaire dudit corps creux (12) et des io portions radiales (26, 42) dans lesquelles sont ménagées lesdites zones de réception (38, 46). 6. Bouée sous-marine selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites structures de retenue présentent huit portions radiales (26, 42) diamétralement opposées deux à deux, dans lesquelles sont 15 respectivement ménagées huit zones de réception (38, 46). 7. Bouée sous-marine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, lesdites structures de retenue définissent un plan moyen P qui s'étend sensiblement perpendiculairement audit corps creux (12) et en ce qu'au moins une desdites structures de retenue 20 (14) est équipée de moyens de blocage complémentaires dans lesdites zones de réception (38) pour bloquer ledit élément modulaire (50) dans toute les directions sensiblement parallèles audit plan moyen. 8. Bouée sous-marine selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite au moins une desdites structure de retenue (14) présente des 25 moyens de renfort (28) pour augmenter la rigidité de ladite au moins une desdites structure de retenue. 9. Bouée sous-marine selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit corps creux (12) présente au voisinage de l'autre desdites structures de retenue (16), des moyens d'accrochage (62) à ladite 30 conduite tubulaire (60). 10. Bouée sous-marine selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite autre desdites structures de retenue (16) comporte des moyens de verrouillage (58) desdits éléments modulaires (50).