CA1320396C - Element constitutif d'une ligne d'ancrage catenaire, ligne d'ancrage comportant un tel element, et dispositif et procede de mise en oeuvre de cette ligne d'ancrage - Google Patents

Abstract

La ligne d'ancrage est constituée par une pluralité d'éléments successifs reliés entre eux de manière articulée et constitues chacun par un tube fermé de façon étanche à l'eau a chacune de ses extrémités délimitant un volume intérieur rempli d'air. La ligne comporte une extrémité à faible profondeur assurant la liaison avec l'engin flottant et une extrémité d'ancrage a grande profondeur assurant l'ancrage sur un fond marin. La flottabilité de la ligne d'ancrage est variable suivant sa longueur. Les éléments constitutifs tubulaires ont une épaisseur de paroi rapportée à leur diamètre d'autant plus forte qu'ils sont plus proches de l'extrémité d'ancrage de la ligne. La ligne d'ancrage peut être assemblée sur le site et mise en place grâce à un dipsositif appproprié.

Description

L invention concerne une ligne d ancrage catenaire pour un engin flottant, en particulier une ligne de grande longueur permettant un ancrage à une pro~ondeur supérieure à 300 metres. L invention concerne également un dispositif et un procedé de montage et de pose de la ligne d ancrage.
Les engins flottants utilisés pour la re-cherche et 1 exploitation des hydrocarbures en mer necessitent l'emploi de lignes d'ancrage dont l'ex-tremité est solidaire d'une ancre de marine ou fixée à
un pieu foré, pour assurer leur maintien en placs contre les forces entraînant leur dérive. par exemple produites par le vent ou les courants marins.
Les besoins de l'exploitation des gisements petroliers à des profondeurs de plus en plus importan-tes nécessitent l'utilisation de lignes de très grande longueur joignant le fond à la surface.
Pour l'ancrage des plateformes pétrolieres, des bouees ou des petroli0rs de stockage, il peut etre necessaire de disposer de lignes d'ancrage à de tres grandes profondeurs d eau, par exemple de 1 ordre de 300 à 1000 mètres.
Il est tout-à-fait classique de réaliser une ligne d ancrage sous la forme d une chaine, par exem-ple à maillons soudes. Cependant, dans le cas d une ligne d ancrage de grande longueur, par exemple supe~-rieure à 3000 mètres, le poids de la chaine est trop important par rapport à la capacité de traction de cette chaine.
En fait, une grande partie de la résistance mécanique de la chaine est alors devolue au supportage de la chaine elle-meme et non à la retenue de 1 engin flottant.

~) ~320396 La réalisation de la ligne d'ancrage sous la forme d'un cabl~ est mieux adaptée aux lignes d'ancra-ge de grandes longueurs, du fait de la grande capacité
de resistance à la traction du cable et d'un poids li-néaire (à résistance égale~ inférieur a la chaine. Ce-pendant, dans le cas où de très grandes longueurs sont nécessaires, la fabrication du cable et sa mise en oeuvre comme ligne d ancrage deviennent difficiles sinon impossibles. En particulier, le stockage et la manutention de tres grandes longueurs de cable de gros diamètre posent des problèmes extremement difficiles a résoudre.
Il est connu d'utiliser des éléments tubu-laires fermés à leurs extrémités et reliés entre eux de maniere articulée pour constituer des lignes d an-crage de grande longueur. Chacun des éléments consti-tutifs de la ligne qui est fermé à ses extrémités de facon étanche a l'eau delimite un volume intérieur rempli d air et constitue ainsi un flotteur suscepti-ble d0 compenser par la pousséa d'Archimède dans l eautout ou partie du poids de l'élément. De telles lignes d'ancrage ont éte utilisées jusqu'ici comme lignes tendues, c'est-a-dire des lignes qui sont en position pratiquement rectiligne en service.
. Les forces de rappel horizontales de l engin flottant, lorsque cet engin tend a dériver sous l'ef-fet du vent ou des courants marins, sont dues soit a la seule élasticité de la ligne, soit à un dispositif de traction relié à l extrémité de la ligne d-ancrage située en opposition par rapport a la dérive de l en-gin.
Lorsqu on utilise de telles lignes d'ancrage tendues qui fonctionnent à la maniere de haubans, il est de toute évidence avantageux de diminuer le poids

2~39g apparent de la liyne, lorsqu elle est plon3ée dans l'eau. }l peut être particulierement avantageux de calculer les éléments constitutifs de la ligne pour rendre son poids-apparent dans l'eau sensiblement nul, 5; Dans le cas des lignes d'ancrage catenaires, c'est-à-dire des lignes prenant une forme courbe de cha`lnette -en :service, le problème est tres dif~érent puisque la force de rappel horizontale de l'engin flottant correspond à la projection horizontale de 10l effort dans la ligne, au point de liaison entre la ligne d ancrage et l'engin. L'effort dans la ligne d ancrage dépend du poids apparent de la ligne dans l eau alors que la-composante horizontale de l'effort au point d ancrage est d'autant plus grande par rap-15port à la composante verticale que la ligne est plus proche de l horizontale en ce point.
- : Les lignes d'-ancrage allégées connues de La technique anterieure ne permettraient pas d obtenir des~ force de rappel horizontales importantes et ne 20seraient pas susceptibles de constituer des lignes ca-ténaires d une grande efficacité.
Dans le cas de lignes de grande long~eur, un allègement sous l effet de la poussée d Archimède pré-sente cependant un grand intéret dans la mesure ou le 25poids propre de l ensemble de la ligne peut etre dimi-nue dans de grandes proportions.
Le but de 1 invention est donc de proposer une ligne d-ancrage catenaire pour un engin flottant constituée par une pluralité d éléments successifs re-30liés entre eux de manière articulée et constitues cha-cun par un tube ferme de façon étanche à l eau a cha-cune de ses axtrémités, délimitant un volume intérieur rempli d'air, la ligne comportant une extrémité à fai-ble profondeur assurant la liaison avec L'engin flot-.- ' ' ' , 1320~

tant et une extrémité d'ancrage à grande profondeur assurant l'ancrage sur un fond marin, cette ligne d'ancrage pouvant présenter une grande efficacité et étant d'une grande souplesse d'utilisation.
Dans ce but, la flo-ttabilité de la ligne d'ancrage est variable suivan-t sa longueur, les éléments consti-tutifs tubulaires ayant généralement une épaisseur de paroi rapportée à leur diamètre d'autant plus forte qu'ils sont plus proches de l'extrémi-té d'ancrage de la ligne.
~elon la présente invention, il est également prévu un dispositif d'ancrage pour engins flo-ttan-ts caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de manutention d'élements tubulaires du type de ceux utilisés sur les plateformes de forage, une pluralité d'éléments tubulaires de ligne d'ancrage constitués chacun par un tube fermé de façon étanche à l'eau délimi-tant un volume intérieur rempli d'air ayant une épaisseur de paroi rappor-tée à leur diamètre telle qu'elle assure une compensation au moins partielle du poids de l'élément par la poussée d'Archimède, e-t une pluralité de dispositifs de liaison articulés de ces éléments tubulaires.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant decrire, de manière non limitative, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation d'une ligne d'ancrage suivant l'invention ainsi qu'un procédé et un dispositif de montage et de pose et des utilisations de cette ligne d'ancrage.
La figure 1 est une vue laterale d'une portion de ligne d'ancrage suivant l'invention.
La figure 2 est une vue latérale avec coupe partielle d'une articulation de liaison de deux éléments successifs de la ligne d'ancrage, représen-tée sur la figure 1.
La figure 3 est une vue latérale d'une portion de 13~039~
- 4a -ligne d'ancrage, suivant l'invention et suivant un second mode de réalisa-tion.
La figure 4 est une vue en élévation de l'extrémité à faible pro~ondeur d'une ligne d'ancrage suivant l'invention assurant sa liaison avec une plateforme de forage semi-submersible.
La figure 5 est une vue agrandie du détail 5 de la figure 4.
La figure 6 est un diagramme montran-t la décomposition de l'effort exercé dans la ligne représen-:1 3203~ ~

tee sur les figures 4 et 5, à son point de liaison avec la plateforme.
La figure 7 est une vue schématique de la forme prise en service par une ligne d'ancrage suivant l invention et suivant un premier mode de réalisation.
La figure 8 est une vue schématique de la forme prise en service par une ligne d'ancraye suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation.
Les figures 9, 10, 11 et 12 illustrent di-vers modes de mise en oeuvre et d'utilisation d'uneligne d ancrage suivant l invention.
Sur la figure 1, on voit un tronçon d'une ligne d ancrage suivant l invention désigné dc façon générale par le repère 1.
La ligne d ancrage 1 constituée sous forme articulea comporte des segments successifs 2 reliés entre eux par des articulations 3.
Comme il est visible sur l ensemble des fi-gures 1, 2 et ~, chaque segment Z est constitue par un tube 2a ferme à chacune de ses extrémités par une piè-ce de fermeture et de liaison 2b.
Les pieces 2b sont des pieces forgées com-portant un fond 4 de fermeture du tube et une proémi-nence 5 de liaison. Le fond plein 4 comporte un rebord cylindrique de diametre égal ou supérieur à celui de la partie courante du tube 2a et qui est soudé, par exemple par friction. à l extrémite du tube, suivant la zone de raccordement 5. L extremite du tube 2a sur laquelle est e4fectué le raccordement présente unæ
épaisseur superieure à l épaisseur courante du tube.
Chacun des tubes 2a ferme a ses deux extré-mités ~ar les -fonds 4 des pieces 2b delimite un volume intérieur rempli d air totalement étanche vis-à-vis du milieu extérieur.

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`: :

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~3203~

Chacun des éléments 2 de la ligne d ancrage possède ainsi une flottabilité importante lorsqu il est plonge dans un liquide tel que l'eau de mer.
Les deux modes ~e réalisation de la ligne d ancrage représentee sur las figures 2 et 3 ne diffe-rent que par la constitution du dispositif de liaison articulee 3 entre les elements successifs Z.
Dans le cas du mode de réalisation représen-te sur la ~igure 2, le dispositif de liaison articulé

3 est constitué par deux manilles 6a et ab engagees l une dans l'autre et reliées chacune à l'extrémité de liaison 2b d'un tube 2a, les deux tubes 2a successifs étant ainsi relies de maniere articulée. Chacune des manilles est reliee a la proeminence 5 co~respondante par un axe 10 engage dans des ouvertures alignées de la proeminence 5 et des deux proéminences solidaires des extremités des branches de la manille. L axe 10 est fixe, apres assemblage, par une goupille 11.
Les proéminences 5 successives sont dispo-sees à 90- l'une par rapport a l'autre.
Sur la figure 3, on a représanté un second mode de realisation de la liaison articulée entre les éléments successifs 2 de la ligne. Pour chacun des eléments 2, l'une des pieces d'extrémité 2b constitue une double chape 12 dans laquelle est fixe un axe d articulation 13 et qui comporte dans une position symétrique par rapport a 1 axe de la ligne 1 et dans une direction parallèle à l axe 13, un trou 14 lisse dans une partie de la chape et taraude dans l'autre partie.
L'autre pièce d extrémité 2b de chaque elé-ment 2 est constituee sous la forme d'une chape 15 entre les branche~ de laquelle est fixé un axe 16.

1~20~

Un cavalier 17 est monté articulé sur l'axe ?3 de la double chape 12 par une de ses extrémités et comporte un trou 18 à son autre extrémité.
Le cavalier 17-peut etre placé dans une po-sition d; ouvertwre l7' ten traits mixtes) par bascule-ment vers l'extérieur. ~ans cette position, la chape 1$ et l'axe, 16 d'une piece 2b d'un premier tronçon peuvent être placés dans une position d'assemblage à
proximite de la chape 12 d'une pièce 2b d'un second tronSon 2 a assembler.
Le cavalier 17 est alors rabattu dans sa position de fermeture (en traits pleins), autour de 1 axe 16 et de manière que la branche du cavalier 17 comportant 1 ouverture 18 vienne s'engager dans la partie de la chape 12 comportant le trou taraudé 14.
L'assemblage est compléte en engageant une vis 19-dans les trous 14 et 18 en alignement et en réalisant le vissage dans-la partie taraudee du trou 14.
Dans les-~deux mod~s de réalisation décrits et representés, le dispositif de liaison 3 agit comme un joint universel et permet une orientation relative quelconque des deux tubes successifs. De plus, les deux tubes ont une latitude de déplacement relatif axial qui peut etre relativement importante, dans le cas de la liaison par des manilles.
Dans les deux cas, l assemblage et la liai-son des deux tubes successifs peuvent etre realises tres facilement et très rapidement.
Dans le cas d-une ligne d-ancrage utilisée dans le domaine du forage ou de l exploitation pétro-lière, en mer et à très grande profondeur, les tubes 2a pourront avoir une longueur de l ordre de 9 à 12 mètres.

` - , .

-- 132~3~

Ces tubes en acier pourront etre constitués par des tiges de foraye, des masses-tiges, des éle-ments de cuvelage ou tout autre élément tubulaire en acier utilisé couramment dans la teohniqUe petrolière et disponible chez les fabricants de tubes.
Il est bien évident qu'en faisant varier le rapport entre le diamètre et l'épaisseur de paroi du tube, on pourra obtenir la compensation du poids du tube par la poussée d'Archimede, dans une proportion déterminée. Selon l'invention et comme il sera expli-qué plus loin, la ligne d'ancrage présents une flotta-bilite variable suivant sa longueur, ses eléments constitutifs n'étant pas tous identiques et présentant des épaisseurs de paroi rapportées a leurs diamètres variables. De manière générale, les éléments constitu-tifs placés à plus grande profondeur présenteront une épaisseur de paroi plus importante que les eléments places à plus faible profondeur.
Sur la figure 4, on voit une partie d'une plateforme de forage semi-submersible 20 partiellement immergée sous le niveau 21 de la mer et la partie à
faible profondeur désignee dans son ensemble par le repère 22 d'une ligne d'ancrage 23 suivant l'inven-tion. La partie 22 de la ligne 23 assure sa liaison avec la plateforme 20, a quelques mètres en-dessous du niveau 21 de la mer.
La plateforme 20 porte sur sa partie supé-rieure immergée, un treuil 2~ auquel est relié un câ-ble de traction 26 et, dans sa partie immergee, un chaumard 25 assurant le guidage et le renvoi du cable 26 vers un moufle 27 mobile immergé relié à l extrémi-te de la ligne 23. Le moufle 27 assure le renvoi du cable 26 vers un point d ancrage fixe 29 sur la partie inférieure immergee ou ponton 28 de la plateforme 20.

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~2039~

Le moufle 27 est maintenu dans une orientation cenve-nable par un flotteur 30 qui peut etre relié à une bouee de surface permettant le repérage du moufle.
~ ..Comme iL est visible sur la-figure 5, le dernier élement tubulaire.32a de la ligne d'ancrage 23 comporte une partie d extremité 33 tubulaire et fermee par une pièce 34 taraudée intérieurement. Un élément relié de maniere articulée au moufle 27 comporte également urle partie d extremité taraudée.
Une pieca de connexion 36 comportant deux parties filetées permet l'as~emblage des pieces 33 et et donc de la ligne 23 et du moufle 27 reliés à la plateforme par le cable de traction 26. Les parties filetées de .la pièce 36 sont vissees dans les pieces lS taraudées 34 et 35 pour assurer l'assembla3e.
La mise en tension de la ligne est assurée par le treuil 24.par l.'.intermédiaire.du cable 26 et du moufle 27. ~
L élément- tubulaire 32a est relie a un élé-ment tubulair~ courant de la ligne d ancrage 23 par unmoyen d'articulation 33 tel que représenté sur la fi-gure 3 et désigné de manière générale par le repère 3.
Les éléments tubulaires 32 de la ligne d'an-crage 23 sont constitués de la meme maniere que les eléments tubulaires 2 représentés sur les figures 1 à
3.
Ces eléments constituent des flotteurs et assurent une compensation au moins partielle de leur poids par la poussée d Archimède, lorsqu ils sont plongés dans i eau. Cette compensation peut etre va-riable, en fonction du rapport du volume total de l'élement tubulaire correspondant au volume d'eau déplacé, au volume de la masse d acier de cet elément tubulaire, c est-à-dire en fait en fonction de la va-.

~, ~ r~7J ~ 3 9 ~
~ oleur du rapport de l épaisseur de paroi de l élémenttubulaire au diamètre extérieur de l elément. On peut ainsi utiliser des élements tubulaires de flottabilité
déterminée pour constituer les différentes parties de la ligne d ancrage.
On va maintenant se reporter a la figure 6 pour e~pliquer le principe genéral sur lequel repose la conception de la ligne d'ancrage suivant L'inven-tion.
Sur la figure 6, on a représente l'effort ou tension F dans la ligne d'ancrage Z3 au point de liai-son de cette ligne d'ancrage avec la plateforme 2d.
c est-à-dire à l extrémite de cette ligne reliée au moufle 27. On a représenté sur la figure 6 la compo-sante horizontale FH et la composante verticale de l effort Fv, la composante verticale FV faisant un angle ~ avec la direction de l'effort F, c est-à-dir~
la direction de la ligne a son point de liaison.
La force utile de rappel de la plateforme 20 est constituee par la compOsantQ horizontale FH de l effort F. La composante verticale FV est une force parasite, puisque cette charge variable s'exerce aux depens de la stabilité du flotteur.
Il est donc souhaitable de rendre la compo-sante verticale FV la plus faible possible, c est-à-dire, pour un effort F donné, d'avoir un angle ~ le plus grand possible. Ce résultat peut être obtenu en utilisant des elements tubulaires alleges pour consti tuer la partie à faible profondeur de la ligne d'an-crage 23.
Pour que l effort de rappel FH soit impor-tant, il faut en outre que l effort axial F soit lui-meme important.

~3203~

Une ligne d ancrage allégée de maniere uni-forme sur toute sa longueur ne permettrait pas d'arri-ver à ce résultat, puisque le poids apparent total de la iigne dans l'eau serait faible, dans le cas d'un ancrage catenaire, c'est-à-dire d'un ancrage dans le-quel la ligne presen~e une courbure notable et fournit une 4crce de rappel dépendant de son poids apparent dans l'eau.
Selon l'invention, la ligne d'ancrage 23 presente une flottabilite variable suivant sa lon-gueur, ies éléments tubulaires situés à plus faible profondeur ayant généralement une épaisseur de paroi plus faible que les éléments tubulaires situés à plus grande profondeur;'- ! Cette conc0ption permet de conci-lier les impératifs contradictoires mentionnes ci-dessus, puisque les eléments tubulaires superieurs 32 fortement alléges permettent d'augmenter l'angle ~ au point `de liaison et que les-éléments tubulaires infe-rieurs situés~ à grande profondeur ayant un poids ap-parent dans l eau eleve permettent d augmenter suffisamment l effort F pour obtenir une force de rappeL FH satisfaisante.
De plus, dans le cas d'ancrage a grande pro-fondeur, des élements constitutifs à paroi épaisse en25 partie inferieure de la ligne d ancrage permettent d augmenter la tenue à la pression de cette ligne.
La ligne d'ancrage 2~ étant allegée grace à
la présence des eléments tubulaires, il sera possible d utiliser une ligne de très grande longueur, ce qui permet de diminuer l inclinaison moyenne de cette li-gne par rapport au plan horizontal et d augmenter laforce de rappel.
Sur les figure3 7 et a, on a représente de manière schématique la forme d une ligne d ancrage 23 , , :~32039~

~ou 23') selon l'invention assurant 1 ancrage d'une plateforme semi-immergee 20 sous la surface 21 de la mer. La ligne d'ancrage 23 (ou 23') est reliée par son extrémité supérieure à faible profondeur 22 ~ou 22 ) à
la plateforme 20 et par son extrémite inférieure 40 (ou 40') à un pieu foré 41 (ou 41') fixé sur le fond 42 de la mer.
En réglant la flottabilité des différentes parties de la ligne suivant sa longueur, ~ntre son ex-tremite 40 et son extremité 22 (ou 40' et 22'), on peut obtenir des formes differentes de cette ligne d ancrage lors de son immersion.
CQ reglage de la flottabilité de la ligneest obtenu en faisant varier le rapport épaisseur de paroildiametre des eléments constitutifs 3Z ou 32 de la ligna d ancrage, depuis son extremité 40 jusqu a son extrémité 22.
De manière générale, les éléments constitu-tifs 32 situes au voisinage de l'e~trémité 40 ~ou 40') auront une apaisseur de paroi supérieure a celle des elements 32 (ou 32') situés au voisinage de l'extremi-te 22 (ou 22').
Généralement, comme il sera expliqué plus loin sur des exemples de réalisation, les lignes d ancrage seront constituées de tronçons successifs comportant des élements constitutifs identiques, ces tronçons ayant une flottabilite croissante depuis le fond jusqu a la surface.
La ligne d'ancrage representée sur la figure 7 présente la forme d une chainette dont la courbure varie de manière continue. Cette forme est obtenue avec une ligne comportant des tronçons successifs dont la flottabilite augmente de maniere continue depuis le fond jusqu a la surface.

2~.~9~

La ligne d ancrage représentée sur la figure 8 presente une forme complexe en S a deux points d in-flexion. Cette ligne comporte des tronçons à grande profondeur :ayant un poids apparent dans l'eau impor-tant, des tronSons a faible profondeur'ayant un poidsapparent dans l'eau très faible et une partie intermé-diaire constituee de tronçons relativement courts dont la flottabilité augmente rapidement.
Le profil représenté sur la figure ~ perme~
de réduire la longueur de ligne à déployer et donc les couts de realisation et de mise en place de cette 1l-gne. '' ~ n va maintenant décrire deux exemple~ d2 réalisation d-une ligne - catenaire tubulaire suivant l'invention permettant l'ancrage d'une plateforme semi-submersible par 600 metres de fond lpremier exem-ple) et par 1000 mètres de fond ~second exemple de ré-alisation. _!
- ~ Dans les deux cas, le flotteur constitué par la plateforme semi-submersible subit des efforts exte-rieurs dus au vent, aux courants et a la houle qui contribuent a provoquer son déplacement à la surface de la mer. Afin de reduire le déplacement horizontal de ce flotteur, dans une direction quelconque, on utilise un dispositif d'ancrage comportant dix lignes catenaires suivant l'invention regulierement réparties autour du flotteur, c est-à-dire espacées angulaire-ment de 36 l une par rapport à l'autre.
Dans chacun des cas envisagés, les perfor-mances de la ligne d ancrage caténaire suivant l'in-vention seront comparées aux performances d'une ligne traditionnelle constitue0 en partie par une chaine et en partie par un câble présentant la meme résistance a~
la rupture.

, ~2~39~
- 14 '' Dans les deux cas, le déplacement horizontal du ~lotteur doit etre limité à 6 X de la profondeur d'ancrage.
Exemole l : Ancrage par 600 metres de fond :
Le déplacement maximal autorise du flotteur est de 36 metres dans une direction quelconque.
Un dispositif d'ancrage classique de la pla-teforme comprendrait huit lignes constituées chacune par 1500 metres de cable et 1500 metres de chaine de 3" ~pouces) de diamètre. Chacune des lignes serait pretendue à 600 KN pour soutenir les efforts exte-rieurs en operation.
Dans une telle configuration, la tension ho-rizontale maximale atteinte en opération dans une li-gne est de 1266 KN et la tension verticale associée de 650 KN, l'angle au chaumard étant de 27,2' par rapport à l'h~rizontale. La force verticale exercee sur le flotteur par les huit lignes d'ancrage est donc proche de 5ZOU KN.
Un ancrage tubulaire articule suivant l'in-vention permettant l ancrage par 600 metres de fond de la plateforme et le rappel de cette plateforme dans les conditions données sera constitué par huit lignes en maillons tubulaires de diametre extérieur 1 n pouces 3/4 et ayant un poids apparent croissant avec la pro-fondeur d immersion. Chaque ligne de longueur égale a 4000 mètres sera composée de trois tron,cons de lon-gueur respective précisee ci-apres. Chaque tronçon sera constitué d éléments tubulaires ayant un poids apparent dans l'eau donné, c'est-a-dire un rapport d'epaisseur de paroi/diamètre exterieur constant. Le poids apparent dans l eau des differents tronçons diminue du fond vers la surface comme indiqué dans le tableau ci-dessous :

' ., :

2~3~

Tronçon 1er 2eme 3ème Poids linéaire appa-rent dans l eau :' 1011 N 94 N -5g N
Poids dans 1 air correspondant : ` 1ZlO N 011 N 870 N
Longuaur 700 rn 3000 m 300 m 10Pour les mêmes efforts extérieurs imposés au flotteur que ceux indiqués dans le cas de l'ancrage caténaire de conception traditionnelle et les memés efforts de ,pre-tension initiale, la tension maximale horizontale atteinte dans,une ligne en~opération est 15de 1887 KN et la tension verticale de 442 KN, 1 angl~
au chaumard etant alors de 13,2~ par rapport a 1 hori-zontale.
,, ,, ,La ~force; verticale exercée sur le flotteur est;donc voisine de 3535 KN. Cette valeur est à compa-rer à la force verticale de 5200 KN exercée par l an-crage de type traditionnel sur la plateforme. La dif-ference entre ces deu~ valeurs, soit 1664 KN, permet soit d accroitre les charges variables utiles~à bord du flotteur, soit de reduire la réserve de stabilité
de ce flotteur et donc son cout.
Exem~le 2 : Ancrage par 1000 mètres de fond:
Le déplacement horizontal maximal autorise est de 60 mètres dans une direction quelconque. L'an-crage est constitué comme précédemment par huit lignes régulierement reparties autour de la plateforme.
Dans le cas d une ligne de conception tra-ditionnelle constituée de 1500 mètres de cable et de 1050 metres de chaine de diametre 3"3/4 Ipouces), la tension verticale maxirnale atteinte en opération est :`

~203~

de 1297 KN pour un angle au chaumard de 31,7' par rapport à l'horizontale. L'effort maximal vertical exerc sur le flotteur par un tel dispositif d ancrage est donc voisin de 10376 KN.
Cette ligne de conception traditionnelle sera comparée a une ligne à maillons tu~ulaires de 5.30Q metres de longueur constituee de quatre troncons de longueurs respectives précisées ci-après. Le poids apparent dans l'eau des tronçons est croissant avec la profondeur, comme il est indique dans 18 tableau ci-dessous :

Tronçon 1er 2eme3ema4eme Poids linéaire apparent dans -~ 1010 KN 230 KN 94 KN - 58 KN
l'eau :

Poids dans 1 air correspondant : 1210 KN 830 KN 811 KN 870 KN
Longueur (m) : SOO4000 500 300 La tension verticale maximale atteinte dans une ligne est de 808 KN avec un angle au chaumard de 23,2' par rapport à l'horizontale. L'effort vertical maximal exercé sur le flotteur par un tel dispositif d'ancrage est voisin de 6470 KN. Cette valeur est a comparer à la valeur de 10376 KN obtenue dans le ras du dispositif de conception traditionnelle. On obtient donc une diminution de la force verticale de 3906 KN, ce qui permet d'obtenir des avantages tels que caux mentionnes ci-dessus dans le cas de l'ancrage par 600 metres de fond.

~L32039~

Dans tous les cas, la ligne d ancrage tubu-laire suivant l'invention peut être constituée entiè-rement par des éléments standard obtenus chacun par soudage de pièces forgées identiques a l'extrémité de tronçons dP -tubes ayant un diametre extérieur et une epaisseur de paroi voulus.
-~ Les dispositifs de raccordeoent articulés entre les éléments de ligne pourront être, soit fabri-qués spécialement, soit constitués par des élements standard disponibles dans le commerce. La fabrication de la ligne d'ancrage peut donc se limiter à la rea-lisation de pièces d'extremite forgees et à leur sou-dage bout a bout au~ extrémités de tubes par exemplé
par friction. Ces opérations peuvent être facilement automatisées.
L'acier des tubes utilisé dans la technique pétrolière peut présenter une résistance à la rupture de l ordre de 1000 MPa ; cette résistance se compare ~ favorablement à la résistance des aciers pour chaine qui ne depasse jamais 900 MPa~
En revanche, les câbles sont constitues de fils d'acier dont la resistance peut atteindre 1900 MPa apres traitement~
Cependant, l allègement dû à la poussée d Archimede de la ligne d ancrage suivant l invention lors de son utilisation permet d obtenir des perfor-mances très supérieures à celles des meilleurs câbles d'ancragQ connus actuellement.
De plus, comme il sera expliqué ci-dessous, la ligne d ancrage suivant l invention peut etre dé-,oloyée et mise en oeuvre, de façon aisée, grâce à sa constitution modulaire.
Sur la figure 9, on a représente un premier mode d utilisation et de mise en oeuvre d une ligne -- ~320396 d'ancrage 23 suivant l invention, dans le cas ou l on desire réaliser l'ancrage, sur le fond de la mer, d une plateforme semi-submersible 50.
Une barge 51 équipee d'une grus 52 e~t ame-nee a proximité de la plateforme semi-submersible, On a chargé sur la barge 51 l'ensemble des éléments né-cessaires à la constitution da la ligne d'ancrage 23 de la plateforme. Ces éléments peuvent etre con3titués par plusieurs dizaines d'élémen~s tubulaires tels que les eléments 2 ou 32 qui ont été décrits ci-dessus et par plusieurs dizaines de dispositi~s de liaison arti-culee tels que les dispositifs 3 ou 33. On realise, au niveau d une installation de montage et d'assemblag~
53 (par exemple une table à casing), grace à la gruQ
52, 1 assemblage de tronçons de la ligne d ancrage constitues chacun par un élément tubulaire 32, pour obtenir une certaine longueur de cette ligne d'ancra-ge, Le premier segment 55 de la ligne d ancrage est ~ relie à la plateforme 50, de manière habituelle, On poursuit le montage de la ligne d'ancra-ge, à partir de la barge 51, jusqu'au moment où cette ligne d'ancrage a atteint une lonyueur suffisante, On équipe alors l extrémité de la ligne obtenue d une ancre de rnarine qui est ensuite immergée ou on relie l'e~trémité finale de la ligne a un pieu foré, grace à
un materiel adapté et connu de la technique.
L'assemblage et le déploiement de la ligne ont éte réalises grace à la grue 5Z et au dispositif 53, selon une technique connue de l art antérieur, pour la constitution d un train de tiges de forage ou d un cuvelage. Le dispositif 53 peut etre constitué
par toute table d ass0mbla~e de tiges de forage ou toute table a cuvelage.

Il est bien évident également que d'autres moyens utilises couramment dans les techniques de fo-rage ou de pose de pipe-lines pourront être utilises.
De tels moyens peuvent être constitués par des treuils elevateurs, des cales ou divers moyens de gerbage de tubes.
La barge 51 peut etre constituée. de manibre avantageuse, par une barge de manuteMtion et de pose de pipe-lines ou par une barge d'approvisionnement des plateformes de forage permettant le transport et la fourniture,de colis de poids élevés.
Sur la figure 10, on a représenté un second mode de mise en oeuvre d'une ligne d'ancrage 23 sui-vant l'invention, l'e~tremité de cette ligne d'ancrage 23 étant reliee par l'intermédiaire d'une chaine 61, de structure classique a maillons, à un pieu foré 60 fixé dans le fond de la mer 62, La chaine a été constituée 0t déployée en utilisant la barge 51 mise en oeuvre dans le mode de réalisation de la figure 8, La ligne d'ancrage 23 est assemblée depuis,la barge 51 puis reliée au pieu 60 et enfin la barge 51 assure grace à sa grue 52 la liaison da l'extrémité superieure de la ligne 23 à l'engin flottant dont on desire realiser l'ancrage, par exem-ple ~ne plateforme semi-submersible ou une bouée.
Sur la figure 11, on a represente un troi-sieme mode de réalisation de la mise en oeuvre d'une ligne d'ancrage 23 suivant l'invention, Une plateforme de forage 65 de type dynami-que porte un der~ick 66 et une grue de manutention 67, Plusieurs dizaines d'éléments destines àconstituer la ligne d'ancrage 23, à savoir les seg-ments 2 ou 32 et les élements d'articulation 3 ou 33 ont été stockés préalablement sur la plateforme 65.

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Les moyens de manutention et d exploitation mentionnes sont utilises pour réaliser le montage et le deploiement de la ligne d'ancrage 23 à l'extremité
de laquelle est fixée une ancre de marine 6B. Lorsque 5- la. ligne d'ancr-age 23 atteint une longueur suffisante supérieure à la profondeur d'eau au niveau de la pla-teforme 65, l'~ancre 68 réalise la fixation de la pla-teforme sur le fond marin.
Sur la figure 12, on a représente un qua-trième mode de mise en oeuvre et d-utilisation d'une ligne d ancrage 23 suivant l'invention. La ligne d-an-crage est assemblée et déployee depuis un petrolier de stockage 70. Des moyens de manutention et d assemblage 7t et !7'2 fixes sur la superstructure~du pétroliar per mettent le montage de la ligne 23 élement par élément.
comme dans les cas précédents.
Une ancre de marine 73 permet l'ancrage du petrolier lorsque,la ligne a atteint une longueur suf-fisanta.
Dans le cas de la mise en oeuvre selon l une des figures 11 et 12, il est bien évident qu-on peut fixer l'extremite de la ligne d'ancrage 23 sur un pieu fore tel que le pieu 60 representé sur la figure 10, au lieu de réaliser 1 ancrage à partir d une ancre de marine.
La ligne d'ancrage suivant l'invention est d'une grande efficacité, d'une réalisation simple et d'un .coût limité. De plus, sa fabrication et sa mise en oeuvre peuvent etre réalisées par des opérations simples effectuées grace à des matériels existant dans le domaine du forage et de 1 axploitation pétrolière.
Les caractéristiques de résistance mecanique at de flottabilité de la ligne pauvent etre facilement adaptees à chaque cas particulier et la longueur tota-- 132~1~96 . .

le de la ligne d'ancrage peut etre, de par sa concep-tion modulaire et la compensation de son poids par poussee d'Archimède. portee à une valeur très élevée, superieure à ce qu'il en est pour toutes les réalisa-tions connues actuellement. Cette longueur pourra par exemple etre comprise entre 4000 et 10000 metres.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits.
On peut envisager une loi de variation quel-conque de la flottabilité de la ligne d'ancraga sui-vant sa longueur en fonction des resultats recherchés.
On peut utiliser des tron~ons d'une longueur quelconque, superieura ou inférieure aux longueurs donnees ci-dessus. On peut utiliser tout dispositif de liaison articule entre les eléments tubulaires de la ligne d ancrage, à partir du moment ou ces dispositifs de liaison peuvent être facilement assemblés, dans les conditions d exploitation existantes.
On peut envisager la realisation d'une ligne d ancrage non seulement en assemblant bout à bout ~es élements constitutifs tubulaires suivant l'invention mais encore en disposant de tels éléments constitutifs de manière espacée et en les reliant par des tronçons de ligne d'ancrage suivant l'art antérieur.
Enfin, la ligne d ancrage suivant 1 inven-tion peut être utilisee dans d'autres domaines que la recherche et l exploitation petrolière.

Claims (10)

1. - Ligne d'ancrage caténaire pour engin flottant constituée par une pluralité d'éléments successifs reliés entre eux de manière articulée et constitues chacun par un tube ferme de façon étanche à l'eau 3 chacune de ses extrémités délimitant un volume intérieur rempli d'air, la ligne comportant une extrémité à faible profondeur assurant la liaison avec l'engin flottant et une extrémité d'ancrage à grande profondeur assurant l'ancrage sur un fond marin, caractérisée par le fait que la flottabilité de la ligne d'ancrage est variable suivant sa longueur, les éléments constitutifs tubulaires ayant généralement une épaisseur de paroi rapportée à leur diamètre d'autant plus forte qu'ils sont plus proches de l'extrémité d'ancrage de la ligne.

2. - Ligne d'ancrage suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est constituée de tronçons successifs de flottabilité
constante et constitues chacun par des éléments tubulaires identiques.

3. - Ligne d'ancrage suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par des éléments tubulaires ayant une longueur comprise entre 9 et 12 mètres.

4. - Ligne d'ancrage suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que lesdits tubes sont constitués par des éléments tubulaires utilises dans la recherche ou l'exploitation pétrolière, tels que tiges de forage, masses-tiges, éléments de cuvelage.

5. - Ligne d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisée par le fait qu'elle présente, en service, la forme d'une chaînette dont la courbure varie de façon continue depuis son extrémité d'ancrage jusqu'à son extrémité de liaison à faible profondeur.

6. Ligne d'ancrage suivant la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait qu'elle présente, en service, la forme d'un S à deux points d'inflexion présentant une extrémité d'ancrage à grande profondeur et une extrémité de liaison à faible profondeur faiblement inclinées par rapport à l'horizontale.

7. Ligne d'ancrage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte une partie à
grande profondeur constituée par des éléments tubulaires ayant une forte épaisseur de paroi et un poids apparent dans l'eau important et une partie à faible profondeur constituée par des éléments tubulaires à faible épaisseur de paroi et ayant un poids apparent dans l'eau faible.

8. Ligne d'ancrage suivant la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait qu'elle présente une longueur, entre son extrémité d'ancrage et son extrémité de liaison à
faible profondeur comprise entre 4000 et 10.000 mètres.

9. Procédé de mise en oeuvre d'une ligne d'ancrage suivant la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que les éléments successifs de la ligne d'ancrage sont assemblés entre eux sur le site d'opération, au moyen de dispositifs de liaison articulés puis descendus dans l'eau au fur et à
mesure de leur assemblage, à l'aide de moyens de manutention.

10. Procédé suivant la revendication 9, appliqué à
l'ancrage d'une structure flottante de recherche ou d'exploitation pétrolière sous-marine, caractérisé par le fait que les éléments sont descendus dans l'eau à l'aide des moyens de manutention et d'assemblage dont est équipée la structure flottante.