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gisement, côté britannique, était officiellement confirmée avec le forage du puits 10-1/1, donnant ainsi au champ de Frigg une importance au moins égale à celle de Lacq. Le gaz se trouve piégé dans une couche de sable peu consolidé et à forte porosité de l'Eocène inférieur. La hauteur maximale de la colonne de gaz atteint 140 m. Le toit de la couche se trouve à environ -1 900 m et le gaz est à une pression de 200 bars à 60 °C de température. Les réserves récupérables totales sont de l'ordre de 200 milliards de m³. LE DÉVELOPPEMENT DU CHAMP
l'ordre de 200 milliards de m³. LE DÉVELOPPEMENT DU CHAMP (fig. 2) Pour développer et exploiter ensuite le champ de Frigg avec le maximum d'efficacité en dépit d'une situation unique à ce jour, un accord d'unitisation a été conclu en 1973 désignant Elf-Norge comme opérateur du champ lui-même et confiant à T.O.M. la responsabilité du transport, de la compression intermédiaire et de la livraison en Écosse après traitement complémentaire. T.O.M. a, par ailleurs, été amené, en cours de projet, à construire et mettre en place la plateforme CDP I. Un montant de 14 milliards environ de francs de travaux a
montant de 14 milliards environ de francs de travaux a été ainsi distribué en 2 phases à une centaine d'entreprises de toutes nationalités sous la direction des 2 opérateurs pour leur propre compte et celui de leurs associés norvégiens Norsk Hydro et Statoil. La première phase doit permettre de produire et livrer 30 millions de m³ par jour avec les plateformes CDP 1, TP 1, QP, une conduite, une plateforme intermédiaire MCP et un terminal. La deuxième phase assure le doublement avec DP 2, TCP 2, une deuxième conduite et un complément de terminal. Fig. 2. — Les installations sur
un complément de terminal. Fig. 2. — Les installations sur le champ de Frigg : les Plateformes de production CDP 1 (1) et DP 2 (2), les Plateformes de traitement TP 1 (3) et TCP 2 (4), la plateforme d'habitation (5) et la tour de contrôle (6). (Document Total) CDP 1 plateforme de forage production (fig. 3 et 4) C'est la première plateforme de ce type dite « structure-poids » en béton précontraint, dont la société française Doris est le promoteur et dont un deuxième exemplaire est utilisé pour la plateforme intermédiaire à mi-parcours entre le champ et l'Écosse. Ces
plateforme intermédiaire à mi-parcours entre le champ et l'Écosse. Ces 200 000 t de béton sont constituées de bas en haut par : un radier circulaire de 101 m de diamètre qui transmet au sol les forces environnantes avec des parois perforées contre l'affouillement, un cylindre lobé vertical de 62 m de diamètre, Perforé en haut pour réduire les effets de la houle servant d'appui pour les poteaux support du pont et utilisé comme capacité de flottaison pendant la construction puis de ballast avec 300 000 t de sable pour la pose, le pont en poutres de béton, préfabriquées et
la pose, le pont en poutres de béton, préfabriquées et précontraintes au moment de l'installation, masse de 9 000 t, 127 m de hauteur, six tunnels radiaux incorporés dans le radier pour le passage des conduites et reliés à une colonne centrale. Le pont supporte, sur trois niveaux, les modules contenant les équipements de forage, de production et les utilités qui ont été installés pour la première fois de façon autonome par un pont roulant, intégré à la plateforme. Cette plateforme est destinée au forage et à la production de 2 x 12 puits, télécommandés depuis la plateforme QP. Le
2 x 12 puits, télécommandés depuis la plateforme QP. Le gaz est acheminé vers la plateforme de traitement TP 1, par deux conduites de 26", après dessablage et extraction des condensats qui y sont évacués séparément par une conduite de 4". Il est prévu une injection de méthanol en cas de risque de formation d’hydrates pouvant obstruer vannes et conduites et une ligne de 8” en provenance de la plate-forme de traitement pour injecter de la boue dans les puits si nécessaire. Fig. 3. — Schéma de la plate-forme de forage production CDP 1 (Concrete Drilling Platform 1). (Document SNEA
forage production CDP 1 (Concrete Drilling Platform 1). (Document SNEA (P)) Fig. 4. — Plate-forme CDP 1 en cours d’aménagement. On notera le mât de levage Buzzichelli et le pont roulant qui ont été installés provisoirement pour permettre la mise en place des équipements de forage et des modules de production. (Document Total) TP 1 plate-forme de traitement (fig. 5) Réalisée par la société française Sea Tank Co, c'est le deuxième type de plate-forme en béton du champ conçu sur le principe de jambes supportant le pont au lieu d’un tronc dans le cas de CDP 1 et MCP réalisées
tronc dans le cas de CDP 1 et MCP réalisées par Doris. Sa structure est composée d’un caisson, formé de 25 cellules construites sur un radier rectangulaire, d'où s’élancent deux colonnes coniques. Sa construction a nécessité 49 000 m de béton armé et précontraint. Le pont en acier d’un poids de 2 000 t, supporte 3 6000 t d’équipements sur 3 500 m2 de surface. Fig. 5. — Schéma de la première plate-forme de traitement TP 1. (Document SNEA (P)) A bord de la TP 1 s’effectue le traitement du gaz provenant de CDP 1 grâce à trois lignes de
gaz provenant de CDP 1 grâce à trois lignes de déshydratation au glycol (deux en activité, une en réserve) d’une capacité unitaire de 15 Mm3 par jour. Gaz et condensats, ainsi déshydratés, seront ensuite expédiés par un des deux gazoducs de gros diamètre (32”) reliant Frigg à Saint-Fergus. Sur la plate-forme se trouve également une centrale à boue reliée par deux conduites aux Plate-formes de forage-production CDP 1 et DP 2 ainsi qu’une centrale électrique pour les besoins propres de TP 1 et ceux de CDP 1 et QP. La plate-forme TP 1 est reliée par une passerelle à la
plate-forme TP 1 est reliée par une passerelle à la plate-forme quartiers QP. QP plate-forme quartiers (fig. 6) La plate-forme QP est constituée d’une structure fièrement métallique fixée par 8 piles battues sur laquelle sont placés deux modules d’équipement, à trois niveaux chacun. La plate-forme sert également de support à un mât porte-antennes, culminant à plus de 100 m au-dessus du niveau de la mer, et de hangar pour un petit hélicoptère de service. Tout le personnel en activité sur le champ est hébergé sur la plate-forme QP : on y trouve donc des locaux à usage « hôtelier »
y trouve donc des locaux à usage « hôtelier » : restaurant, salle de loisirs, jardin d’hiver, chambres et locaux annexes : cuisine, chambres froides, réserves, blanchisserie, infirmerie, etc... pour 120 hommes, à côté de : — la salle de commande et de contrôle de l’ensemble du champ ; — des locaux pour les radio-télécommunications avec la Norvège et l’Ecosse ; liaison avec les navires, etc... ; — des locaux techniques : un atelier de petite mécanique, un laboratoire d’analyse du gaz, les groupes électrogènes de secours, les appareils de conditionnement de l’air et de traitement des eaux usées, etc...
conditionnement de l’air et de traitement des eaux usées, etc... Fig. 6. — Schéma de la plate-forme quartiers qui permet d’héberger 120 personnes et où se trouve la salle de commande et de contrôle de l’ensemble du champ. (Document SNEA (P)) Fig. 7. — Schéma de la seconde plate-forme de forage production DP 2 (Drilling Platform 2) à structure entièrement métallique. (Document SNEA (P)) DP 2 plate-forme de forage production (fig. 7) Pour la plate-forme de forage production DP 2 il a été prévu une structure entièrement métallique ou « jacket » à huit jambes (8 000 t), ancrée dans
jacket » à huit jambes (8 000 t), ancrée dans le sous-sol marin par vingt piles (4 400 t), sur lequel est soudé un élément-support ou « support-frame » (800 t) où sont placés les modules préfabriqués renfermant les équipements (environ 2 500 t) de forage, de traitement et d’utilités. A partir de cette plate-forme s’effectuent les mêmes opérations qu’à bord de CDP 1, à savoir : — le forage de 24 puits (2 X 12) et la production du gaz (télécommandée depuis QP) ; — les opérations de prétraitement du gaz (dessablage, déshydratation, séparation de condensats). La plate-forme DP
du gaz (dessablage, déshydratation, séparation de condensats). La plate-forme DP 2 est reliée à TCP 2 selon le même schéma que pour la liaison CDP 1 TP 1 : 2 conduites de 26” pour le gaz, 1 de 4” pour les condensats. TCP 2 plate-forme de traitement (fig. 8 et 9) La structure en béton de la plate-forme TCP 2, du type Condeep (Norvège), est sur le même principe que TP 1, elle est composée d’un caisson formé de 19 cellules cylindriques construites sur un radier hexagonal supportant trois colonnes. Sa construction a nécessité 53 000 m3 de béton armé
Sa construction a nécessité 53 000 m3 de béton armé et précontraint. Le pont en acier, d’un poids de 3 500 t supporte 8 000 t d’équipements de traitement sur quelque 4 500 m2 de surface. La plate-forme ainsi équipée et lestée avec ses 306 000 t est donc deux fois plus lourde que TP 1, parce que, outre les équipements prévus pour le traitement, analogues à ceux de TP 1, elle aura à supporter les groupes de recompression. Une recompression de la totalité de la production de gaz du champ est prévue, en effet, quand la pression en tête
champ est prévue, en effet, quand la pression en tête de puits deviendra insuffisante, les groupes pourront atteindre une puissance totale de 200 000 ch ; et seront mis en place progressivement. La plate-forme TCP 2 est reliée par une passerelle à la plate-forme TP 1, elle-même reliée par passerelle à QP. Fig. 8. — Schéma de la seconde plate-forme de traitement TCP 2 (Treatment Compression Platform 2). (Document SNEA (P)) Fig. 9. — Les trois colonnes de la plate-forme TCP 2 en cours de construction. (Document SNEA (P)) FP plate-forme support de torches (fig. 10) Le rôle de cette
plate-forme support de torches (fig. 10) Le rôle de cette installation est de permettre en cas de danger la décompression rapide des unités, au débit maximum d’environ 1,5 Mm3 par heure. La plate-forme FP a été implantée, par mesure de sécurité, à plus de 500 m des autres installations du champ, les mettant hors de portée des effets de rayonnement de la flamme, même aux plus grands débits. Pour supporter les torches, c'est la formule originale de la plate-forme articulée qui a été adoptée. Relié à une embase lestée, le fût de FP est constitué de bas en haut, d'une
fût de FP est constitué de bas en haut, d'une poutre en treillis métallique de section triangulaire, d'un flotteur de stabilisation cylindrique immergé et d'une cheminée cylindrique, de moindre diamètre, émergeante, que surmontent deux évents de torche. Chaque évent est muni d'un brûleur pilote. Le système d'allumage et les autres organes de commande et de contrôle sont placés dans des compartiments à l'intérieur de la cheminée. Les conduites L'évacuation du gaz et des condensats du champ de Frigg vers Saint Fergus en Ecosse s'effectuera par deux conduites de 363 km de longueur, de 32" de diamètre et de 0,75" d'épaisseur,
de longueur, de 32" de diamètre et de 0,75" d'épaisseur, réalisées en acier spécial à haute résistance X 65, elles seront capables de travailler à la pression maximum de service de 150 bars. Ces conduites sont constituées par l'assemblage d'éléments de 12 ou 24 m (double joint) de longueur, revêtus d'une couche de protection anticorrosive et enrobés d'une couche de ciment de lège de 1" 5/8 ou 4" 5/8 d'épaisseur destinée à assurer l'immobilité et l'ensouillage des conduites sur le fond malgré les courants sous-marins qui y règnent. Chaque élément de 12 m pèse donc de 8 à 15 t
de 12 m pèse donc de 8 à 15 t dont 4 t d'acier et l'ensemble des deux lignes Fig. 10. — Schéma de la plate-forme support de torche FP (Flare Platform). (Document SNEA (P) ) aura donc nécessité une fois terminé l'assemblage par soudure de 60 000 éléments représentant un poids total de 700 000 t dont 240 000 t d'acier. Du fait de leur longueur, ces conduites ont été posées et ensouillées simultanément en plusieurs tronçons par 3 barges de pose et 2 barges d'ensouillage, et raccordées en 10 points par 2 barges de raccordement. La plate-forme intermédiaire
10 points par 2 barges de raccordement. La plate-forme intermédiaire MCP (fig. 11) Une plate-forme intermédiaire en béton du même type que CDP 1 a été implantée à mi-chemin entre Frigg et l'Ecosse pour recevoir les équipements de réception et de lancement des sphères et pistons râcleurs de ligne. Il est en effet difficilement envisageable de faire parcourir plus de 360 km à ceux-ci sans problèmes. En outre, cette plate-forme supporte les manifolds d'interconnexion et de sectionnement des 4 tronçons amont et aval et pourra recevoir ultérieurement des groupes de recompression qui permettront d'accroître la capacité de transport du système.
recompression qui permettront d'accroître la capacité de transport du système. Sans compression intermédiaire, la capacité maximum de chaque ligne sera de 30 Mm3 par jour avec 150 bars sur Frigg et 50 bars à Saint Fig. 11. — Plate-forme intermédiaire MCP (Manifold Compression Platform) en fin d'aménagement à l'aide du mât de charge Buzzichelli. (Document Total) Fergus. Avec 192 000 ch installés : 144 000 utiles 48 000 ch en réserve, le débit maximum de chaque ligne entre Frigg et Saint Fergus passerait à 41 Mm3 par jour. Le terminal de Saint Fergus Le terminal de Saint Fergus, où aboutissent
de Saint Fergus Le terminal de Saint Fergus, où aboutissent les deux gazoducs de Frigg et d'où partent les deux conduites de livraison du gaz à la B.G.C. (British Gas Corporation), est l'un des plus importants du monde ; il occupe 40 hectares et a été conçu pour pouvoir traiter 90 Mm3 par jour, soit trois fois plus que l'usine de Lacq en France. Le rôle de cette installation est triple : 1 — recueillir et expédier les condensats ; 2 — livrer du gaz aux spécifications de B.G.C. ; 3 — compter les quantités fournies. Gaz et condensats arrivant
3 — compter les quantités fournies. Gaz et condensats arrivant par les mêmes conduites, le terminal de Saint Fergus comprend essentiellement (fig. 12) : — deux « capteurs de condensats » (slug catchers), d'une conception originale, — des batteries d'échangeurs de froid, d'une capacité unitaire encore inégalée de 15 Mm3 par jour, où le gaz achèvera de se sécher, — des rampes de comptage pour gaz livré à l'usine attenante de la B.G.C. par deux conduites de 26", — le stockage, la stabilisation et le poste d'expédition des condensats. Fig. 12. — Vue schématique du terminal de Saint Fergus :
12. — Vue schématique du terminal de Saint Fergus : on voit à l'arrivée des 2 canalisations le réseau de tubes au capteur de condensats, les réservoirs de stockage de condensats (8), les batteries d'échangeurs de froid (9), les locaux administratifs (10) et les installations de comptage avant livraison au British Gas Corporation (11). (Document Total) LES TECHNIQUES PARTICULIÈRES MISE EN ŒUVRE Les problèmes rencontrés en mer du Nord, et en particulier sur Frigg, sont à une échelle, en taille et difficulté, telle que, sans certains procédés récents, ou mis au point à cette occasion, le développement de ce champ
au point à cette occasion, le développement de ce champ aurait été impossible. L'exploration sismique et forages localisation — Bien que tout à fait classique au départ, la prospection sismique du champ de Frigg a été l'occasion pour la première fois en mer du Nord de faire apparaître le phénomène dit du « flatspot » c'est-à-dire une mise en évidence directe par sismique de la présence du gaz. Ce phénomène prouvé sur le champ de Frigg a pu être utilisé avec succès par le groupe français, tant en Norvège qu'en Grande-Bretagne et il est maintenant d'un usage courant. — La
Grande-Bretagne et il est maintenant d'un usage courant. — La poursuite de l'exploration au-delà du Crétacé et jusqu'au niveau jurassique, s'est heurté à des problèmes de sous-compaction d'argile associés à des niveaux à haute pression. Ils ont été surmontés par la mise au point des techniques d'appréciation de la pression de pore basées sur l'exploitation des diagraphies instantanées. Les forages par eux-mêmes ont été assurés suivant des techniques conventionnelles, mais sans trop de difficultés, grâce à l'utilisation de la plateforme semi-submersible, la P 81, dont les performances et la tenue à la mer se sont révélées excellentes en mer du
à la mer se sont révélées excellentes en mer du Nord. C'était la première fois que le groupe français exécutait des forages dirigés avec un engin flottant. Enfin, pour la localisation du réservoir, on a pu faire appel à une technique nouvelle de localisation par satellite, indispensable dans notre cas en raison de la précision nécessaire pour l'attribution des réserves. Jusqu'en 1973, les positionnements des appareils de forage et des plates-formes de production étaient effectués à l'aide de moyens topographiques classiques au voisinage des côtes et à l'aide des diverses chaînes de radio Decca couvrant plus ou moins toute la
chaînes de radio Decca couvrant plus ou moins toute la mer du Nord. Dans le cas de Frigg, le réservoir s'étendant de part et d'autre de la ligne médiane séparant plateaux continentaux norvégien et britannique; le partage de ce réservoir ne mettait plus seulement en jeu les intérêts de deux associations mais ceux de deux nations. La précision des moyens radio étant insuffisante, il a donc été fait appel à la méthode relativement nouvelle, à l'époque, du positionnement par satellite qui permet de ramener l'incertitude sur les coordonnées de quelques dizaines de mètres à quelques mètres. — Plus loin, cette
dizaines de mètres à quelques mètres. — Plus loin, cette opération a permis, du même coup, de raccorder, directement par la mer du Nord, les géodésies britannique et norvégienne. Les plates-formes L'APPORT DU BETON La technique française en matière de béton précontraint, a toujours été en pointe. On comprend donc que l'emploi de ce matériau ait été finalement introduit pour nos plates-formes de la mer du Nord où il est particulièrement adapté aux conditions sévères qui y règnent. En effet, la profondeur de plus de 100 m, l'amplitude de la houle, 30 m/15 secondes et le mauvais temps rendent la
houle, 30 m/15 secondes et le mauvais temps rendent la construction et l'installation de structures métalliques en toute sécurité, plus délicates, donc, tout compte fait, plus coûteuses dans bien des cas. D'autre part, la mise en œuvre du béton fait appel à des techniques simples à grande échelle, (telles entre autres que le coffrage glissant) qui permettent un suivi de la qualité et des délais plus sûrs que par exemple les soudures, pour les structures métalliques. Le béton armé permet, par son poids, d'éviter les fondations profondes, donc présente plus de facilité de mise en place et d'assise, d'où l'appelisation
de facilité de mise en place et d'assise, d'où l'appelisation d'embase poids donnée à ce type de structure, avec les deux variantes extrêmes possibles suivant la profondeur d'eau représentées par TCP 2 et CDP 1 plus massive. Cette dernière, du type Doris, permet la construction d'un pont en béton, plus lourd mais plus facile à réaliser et offrant plus de sécurité qu'un pont en acier. COLONNE DE RACCORDEMENT Enfin la liaison entre les conduites sous-marines et les tubes préinstallés sur les plates-formes lorsqu'elles sont en béton, que ce soit du type Doris ou Sea Tank Co, a pu être effectuée
type Doris ou Sea Tank Co, a pu être effectuée suivant une méthode originale (fig. 13). On tire d'abord avec un treuil depuis la plateforme, l'extrémité de la ligne à raccorder reposant sur une barge ou préalablement posée sur le fond, à proximité. Cette traction a pour effet d'amener la section de la conduite dans la colonne de la plate-forme dans laquelle se trouve le tube à raccorder (Riser) par un tunnel d'accès prévu à cet effet. On assure ensuite l'étanchéité, grâce à un ensemble de joints autour du tronçon de conduite, entre la colonne et l'extérieur, pour la vider
de conduite, entre la colonne et l'extérieur, pour la vider de toute l'eau introduite pendant le tirage. On peut alors raccorder conduite et tube par soudure à l'intérieur de la colonne sans difficulté. Cette technique remplace avantageusement les raccordements sous-marins, à l'extérieur des plates-formes, toujours longs et délicats à exécuter, qu'il s'agisse de raccordement mécanique ou de soudure hyperbare. D'autre part, quand on a pu poser préalablement au fond le tronçon de la conduite à raccorder, on peut par cette méthode s'affranchir du mauvais temps et de l'aide d'une barge, ce qui présente donc plus de souplesse et de sécurité.
ce qui présente donc plus de souplesse et de sécurité. Fig. 13. — Méthode originale de raccordement d'une conduite à une plate-forme : la conduite est tirée à l'intérieur de la plate-forme à l'aide du treuil de 200 t situé sur celle-ci. (Document Total) À ce jour, ont été réalisés avec succès, suivant cette méthode, les raccordements des quatre extrémités des 32" qui aboutissent à MCP, des deux 26" entre CDP 1 et TP 1, du 24" entre TP 1 et la torche et d'un 32" sur TP 1. PLATE-FORME OSCILLANTE La torche du champ de Frigg est une plateforme
OSCILLANTE La torche du champ de Frigg est une plateforme articulée (voir ci-dessus la figure 10). Ce concept est celui d'une nouvelle classe d'ouvrages marins permanents. Il est basé sur le fait qu'une colonne en acier, liée par une articulation à cardan à une assise posée sur le fond marin, peut être maintenue verticale par un compartiment de flottabilité convenable situé en partie haute, juste sous le niveau de la mer. Une telle structure oscille librement dans la houle, mais avec une amplitude maximale limitée définie en fonction de son architecture générale (volume de flottabilité) et des conditions d'environnement (houle).
architecture générale (volume de flottabilité) et des conditions d'environnement (houle). Le principe de stabilité exposé ci-dessus conduit, pour un dimensionnement donné du flotteur à une charge en tête, admissible, hors d'eau, d'autant plus élevée que la profondeur d'eau est importante. Dans les profondeurs voisines de 100 m, la charge en tête peut déjà atteindre quelques centaines de tonnes, ce qui ouvre accès à l'utilisation comme torche (champ de Shell-Brent et Elf-Frigg) ou comme poste de chargement de pétroliers en pleine mer (Mobil-Beryl). L'élément nouveau, et en même temps le point faible a priori, est le cardan mais l'expérience acquise sur
faible a priori, est le cardan mais l'expérience acquise sur la plate-forme Elfocéan en 1968-71, et sur les premiers ouvrages de la mer du Nord, semble confirmer la valeur des choix techniques retenus pour la construction de ce cardan. Les liaisons hydrauliques d'exploitation sont assurées par des conduits aménagés dans la noix même du cardan dont la flexibilité est assurée par des manchons de torsion en élastomère armé. On peut aussi envisager d'autres dispositifs de transfert des fluides au niveau du cardan comme par exemple des flexibles axiaux. Les équipements de levage autonomes sur plates-formes ont été adoptés pour s'affranchir
de levage autonomes sur plates-formes ont été adoptés pour s'affranchir de barges encombrantes à cause de leurs ancrages, et pour être à même d'effectuer des manœuvres avec précision, malgré le mauvais temps. Des moyens de levage de forte capacité ont donc été mis en œuvre pour la première fois. Ce furent successivement : mâts de levage sur CDP 1 et MCP, pont portique sur CDP 1, grue sur CDP 1. Les mâts de levage d'une capacité de 300 et 400 t, fournis par la société française Buzzichelli, et utilisés sur CDP 1 et MCP constituaient initialement les seuls moyens de
CDP 1 et MCP constituaient initialement les seuls moyens de levage pour fabriquer les ponts et mettre en place les modules. Décision fut prise de monter, ensuite de démonter, un pont portique de 800 t pour lever les modules plus lourds de forage et de production sur CDP 1 sans nécessiter une barge supplémentaire sur un champ déjà encombré (voir ci-dessus la figure 4). Ce pont a pu être monté à l'aide du mât Buzzichelli, celui-ci fut démonté ensuite par le pont portique avant le levage des modules, les modules levés en 15 jours puis le portique démonté en 20