EP0080471A1 - Plate-forme marine, notamment de forage, et procede de mise en place s'y rapportant - Google Patents

Plate-forme marine, notamment de forage, et procede de mise en place s'y rapportant

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EP0080471A1
EP0080471A1 EP82901600A EP82901600A EP0080471A1 EP 0080471 A1 EP0080471 A1 EP 0080471A1 EP 82901600 A EP82901600 A EP 82901600A EP 82901600 A EP82901600 A EP 82901600A EP 0080471 A1 EP0080471 A1 EP 0080471A1
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EP
European Patent Office
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tube
platform according
water
platform
upper structure
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EP82901600A
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German (de)
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Alfred Valantin
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Techniques Industrielles Et Minieres (societe Anonyme Francaise)
Original Assignee
Techniques Industrielles Et Minieres (societe Anonyme Francaise)
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Publication date
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/01—Risers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B63B21/502—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers by means of tension legs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B75/00—Building or assembling floating offshore structures, e.g. semi-submersible platforms, SPAR platforms or wind turbine platforms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0091—Offshore structures for wind turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a marine platform, -% being able to be ' stiné in oil drilling, or more generally jf lly in any drilling in order to search for coal or ores, or else to capture the energy of the swell, currents or winds.
  • Other uses of the invention are also conceivable.
  • the present invention also relates, more precisely, to a drilling platform.
  • the present invention also relates to a method 10 of placing the platform on the site of use.
  • a platform comprising a submerged float carrying the working installations by means of legs crossing the surface of the water.
  • the float is dimensioned so as to maintain its buoyancy even if the loading in installations or others is maximum. It is connected, by a series of stretched cables, to massive caissons resting at the bottom of the sea.
  • the float is submerged to a sufficient depth so that the swell can never discover it, so that the platform has a certain insensitivity to bad weather.
  • some of the cables are arranged obliquely between the platform and the caissons. This known platform has certain drawbacks
  • this platform is inevitably sensitive to lateral forces. Indeed, the elasticity of the oblique cables does not completely avoid the drift. The float also has the ability to tilt, allowing it to drift even more than would be expected from the simple elasticity of the cables. It is thus clear that in the known platform, we 'must admit a certain sensitivity • bad time and a certain sensitivity to lateral forces. These sensitivities are difficult to assess during construction, and in any case have prohibitive values for certain applications.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks by providing a marine platform which makes it possible to easily adjust, during construction, the sensitivity to swell and to lateral forces, and to give these sensitivities acceptable values for the almost all applications.
  • the invention thus relates to a marine platform comprising a body of density less than unity, this body carrying a load and being connected to means
  • the body is dimensioned so that the upper structure, comprising said body and its load, has positive buoyancy even when the load reaches its maximum expected mass.
  • the marine platform is characterized in that the connecting means have their own deformability allowing the upper structure to drift under lateral force such that these connecting means come substantially in alignment with the resulting from the efforts undergone by the upper structure.
  • the maximum drift is defined - which is considered acceptable for the platform with respect to the vertical coming from the anchoring means.
  • the proportion between this drift and the depth of the water is calculated at the location where the platform is to be installed.
  • the vertical upward force applied to the upper structure is then chosen so that the proportion between the lateral forces expected from currents, winds, etc., and said vertical force is equal to the abovementioned proportion between the maximum drift admissible and the depth of the water.
  • the marine platform intended for oil or mining drilling comprising installations in particular for bringing down a drill rod towards the bottom of the water, a body of density less than 1 carrying these installations and dimensioned so as to have a positive buoyancy even with the maximum loading envisaged, this body being connected to means of anchoring to the bottom of the water by means of connection under tension so that it is in service submerged substantially in its entirety, is characterized in that the connection means comprise a reed tube, inside which the v drill pipe.
  • the invention teaches an embodiment which makes it possible to benefit from the advantages of the first object of the invention, and which is also particularly advantageous in the context of drilling techniques.
  • the waterproof connection tube behaves like a flexible clip even if a connection of the embedding type connects it to the anchoring means. Its flexibility is sufficient for this.
  • the tube is particularly advantageous in its role of guiding the drill pipe. If, for example, the drilling tool has to be changed, there is no longer any problem in finding the drilling.
  • the method for setting up a platform of the above kind is characterized by the following steps: the body is floated freely at the place where it is desired to install the platform; an attachment is unwound from the body intended to form part of the connecting means subsequently, until the free end of this attachment reaches the bottom of the water; 25. the tie is moored at the bottom of the water; and the tie is pulled from the body, so as to push it into the water to the desired depth.
  • FIG. 1 is a schematic side elevation view of a platform according to the invention
  • Figure 2 is a side elevation view and axial section of the platform being set up
  • Figure 3 is a schematic side elevational view in axial section of a drilling rig according to the invention
  • Figure 4 is an axial sectional view of the anchoring means;
  • Figures 5 and 6 are views showing two stages of the establishment of the platform of Figure 3;
  • Figure 7 is a partial side elevational view in axial section, of an alternative embodiment;
  • Figure 8 is a side elevational view of a platform carrying a wind turbine;
  • Figure 9 is a sectional view along line IX-IX of Figure 8.
  • the platform shown schematically in Figure 1 can be applied to different uses such as drilling or capturing energy from swells, winds or currents.
  • It comprises a body 1, of density less than 1, consisting of a hollow waterproof sphere, immersed so that the hollows of the swell cannot discover it, even if the swell has its maximum foreseeable amplitude, run the site.
  • the body 1 carries a load essentially consisting of installations, the nature of which is linked to the use intended for the platform.
  • the load also includes a tray
  • the plate 6 intended to allow ships to dock or helicopters to land.
  • the plate 6 is supported by the body 1 by means of a leg 7 which crosses the surface of the water 8.
  • the body 1 is connected to means 9 for anchoring to the bottom of the water 11 by connection means 12.
  • the assembly constituted by the body 1 and its load (comprising in particular the installations the plate 6, the leg 7 " etc.) has a positive buoyancy, that is to say to say that it tends to rise towards the surface.
  • the connecting means 12 which by their tension prevent this ascent of the body 1.
  • the connecting means 12 have their own deformability allowing the platform to drift under lateral force such that these connecting means come into alignment with the result of the forces applied to the upper assembly which comprises the body 1 and its load.
  • the water depth is _h at the location of the platform and, under the effect of the force L, the float 1 undergoes a drift _d.
  • connection means 12 are a single flexible attachment, such as a cable, and the condition stated amounts to saying that the resultant R of the forces P and L is substantially aligned with the cable 12.
  • this angle can be made as small as desired by increasing the thrust P, that is to say by increasing the difference between the buoyancy of Archimedes on the body 1 on the one hand and the weight of the body 1 and its load on the other hand.
  • the mass of water displaced by the body 1 is at least about twice the mass of the body 1 and of its maximum expected loading.
  • the thrust P is given a value such that the ratio d / h is at most equal to 5%, in the case of a substantially maximum lateral force L.
  • An anchor 9 is prepared at the bottom of the water 11 and the body 1 provided with a free float on the site provided with a chimney intended to serve later as a jamb 7.
  • the chimney 7 is surmounted by a winch 10 on which the cable 12 is wound.
  • the cable 12 is unwound which enters the body 1 through the chimney 7, and leaves the body 1 through an orifice 15 provided with sealing means preventing any entry of water into the body 1.
  • the cable When the cable reaches the bottom of the water 11, it is fixed to the anchor 9, for example using personnel traveling to the site by means of an underwater vehicle.
  • the cable 12 is rewound using the winch 10 so as to lower the body 1 to the desired depth. This is the step shown in Figure 2.
  • the cable 12 constitutes the final attachment of the body 1 to the anchor 9-
  • the connecting means 9 here comprise a single tube 13 rigidly fixed to the anchoring means 9 and to the sphere 1. Despite this rigid fixing, the tube 13 behaves like a flexible fastener making it possible to ensure that the condition L / P ⁇ - d / h is fulfilled.
  • the tube 13 is waterproof and the construction has been made to contain no water.
  • we chose a steel tube whose the thickness _e satisfies with the diameter D of this tube the relation e D / 31.2.
  • the diameter D is chosen as a function of the stresses undergone by the tube, in particular in tension under the effect of forces such as P, and in radial compression under the effect of the water pressure.
  • the anchoring means 9 which are shown in detail in the figure, comprise a tubular pile 14, reed with water, sealed with a cement or a resin 16 in a well 17 dug vertically at the bottom of the water. This type of anchoring is described in detail in French patent application No. 78 19 897 in the names of the Applicants.
  • the tube 13 " whose diameter is less than the internal diameter of the tubular pile 14 extends to the bottom of the well 17 " coaxial with the latter.
  • a concrete seal 18 is interposed between the tube 13 and the pile 14.
  • the seal 18 is extended upwards by a corolla 19 intended to limit the radius of curvature in bending of the tube 13 - View in straight section, the face 21 of the corolla 19 which faces the tube 13 is tangent to the tube 13 at the mouth of the well 17, then moves away from the tube 13 in an arc.
  • the radius of this circular arc 21 is the maximum radius that is allowed for the curvature of the tube 13 -
  • the height of the corolla 19 is such that the angle at the top of the circular arc 21 is at least equal to the maximum angle of inclination allowed for the tube 13, this angle being defined by the ratio d / h.
  • the wall of the tube 13 is thickened from the bottom of the well 17 to the top of the corolla 19 because it is in this zone that the tube 13 works in flexion, as will be seen below.
  • the drilling rod 22 used for petroleum exploration is mounted in a guide tube 23 which in turn is installed in the tube 13.
  • the drilling 24 is carried out from the bottom of the well 17.
  • the tube 23 is used to cover the wall of the borehole 24 and to evacuate upwards the materials resulting from the drilling work.
  • a safety shutter device 26 ( Figure 3) is installed in the anchoring means 9 to prevent the eventual sudden spurting of oil or gas.
  • the drilling installations shown diagrammatically in FIG. 3 in the form of a derrick 27, are installed in the body 1 which is a hollow sphere.
  • Platform 6 allows ships to dock and / or helicopters to land.
  • the tube 13 behaves like a cable, that is to say that under the effect of the resultant R it tends to align with this resultant as soon as it leaves the means of anchoring 9. Thanks to the corolla 19, the effective stress in the tube 13 is limited by the radius of curvature of the face 21. Thus, any curvature of the tube 13 takes place in abutment against a part or, in extreme cases, the entire height of the face 21. Above, the tube is stretched in a rectilinear manner under the effect of the resultant R.
  • FIGS. 5 and 6 show two steps of the method for placing the platform of FIGS. 3 e on the site. This method comprises the following steps:
  • the pile 14 is sealed in the well 17 and the float 1 is allowed to float freely on the site.
  • the tube 13 is constructed by elements 28 inside the sphere 1, and it is brought out of the sphere 1 downwards, through an orifice 29 formed at the base of the sphere 1. This is the step shown in FIG. 5.
  • a technique for unwinding a tube from a sealed enclosure without risking the intrusion of water into the enclosure is described in French patent application No. 78 19 467 of June 29, 1978 in the names of the Applicants .
  • the body 1 is of oblong horizontal shape and can pivot around the tube 13 thanks to a sealed pivot 32.
  • the derrick 27 is mounted on a shoulder 33 of the tube 13.
  • This embodiment allows the float to orient itself in its direction of least resistance to sea currents.
  • the platform is intended to support a wind turbine 35.
  • the platform comprises three cylindrical bodies 15 1a, of interior density at 1 , arranged in an equilateral triangle pattern (Figure 9).
  • Each body 1a is connected to a respective anchor 9, for example of the kind with hollow pile such as 14 driven into a well such as 17, by connection means 20 9 each time comprising a rod 34 articulated to the anchor 9 corresponding by a universal joint 36 acting as a ball joint.
  • the anchors 9 are arranged according to the same diagram as the bodies la, so that the rods 34, which are of the same length, are parallel to each other.
  • a frame 37 which rests on the three bodies 1a by means of three feet 38 which cross the surface of the water 8, carries the wind turbine 35.
  • the bodies 30 1a are interconnected by three spacers 39 which materialize the equilateral triangle diagram of the assembly.
  • the platform obeys the general conditions laid down according to the invention and explained with reference to
  • the thrust P is equal to the difference between the weight of the water displaced by the upper structure and the total weight of the upper structure comprising the wind turbine 35., the plate 37, the three legs 38 and the three bodies 1a_.
  • the bars 34 are rigidly fixed to the bodies there. * In the event of lateral force on the upper structure, they can undergo a very significant bending moment. To limit this moment, corollas 41, of a design similar to the corolla 19 of FIG. 4, but directed downwards, surround the rods 3 at their junction with the bodies 1_a_.

Abstract

La plate-forme comprend un corps (1) de densite inferieure a l'unite, ce corps (1) porte un chargement (6, 7, 27) et est relie a des moyens d'ancrage (9) au fond de l'eau (11) par des moyens de liaison sous tension mecanique (12) de facon qu'il se trouve en service totalement immerge. La structure superieure comprenant le corps (1) et son chargement (6, 7, 27) ont une flottabilite positive meme lorsque le chargement atteint sa masse maximale prevue. Les moyens de liaison (12) sont une attache unique ou plusieurs attaches paralleles. Compte tenu des efforts lateraux previsibles (L) et de la profondeur de l'eau (h) sur le site, le corps (1) est dimensionne de facon que la poussee ascendante (P) soit suffisante pour que la derive laterale (d) n'excede pas une valeur consideree comme la valeur maximale admissible. Utilisation en particulier pour le forage ou le captage d'energies diverses.

Description

"Plate-forme marine, notamment de forage, et procède de mise en place s'y rapportant".
La présente invention concerne une plate-forme marine, -% pouvant être de'stinée aux forages pétroliers, ou plus généra- r-rjf lement à tout forage en vue de rechercher du charbon ou des minerais, ou encore à capter l'énergie de la houle, des cou- 5 rants ou des vents. D'autres usages de l'invention sont égale¬ ment envisageables.
La présente invention concerne également, de façon plu précise, une plate-forme de forage.
La présente invention concerne également un procédé 10 de mise en place de la plate-forme sur le site d'utilisation.
On connaît différents types de plates-formes marines, parmi lesquels on choisit en fonction de la profondeur de l'ea à l'emplacement du forage.
Au-delà de 300 mètres de profondeur, les plates-formes 15 fixes reposant sur des piles rigides sont abandonnées au profi • de structures flottantes.
On connaît en particulier une plate-forme comprenant un flotteur immergé portant les installations de travail au moyen de jambes traversant la surface de l'eau.* Le flotteur est di- 20 mensionné de façon à conserver sa flottabilité même si le char gement en installations ou autres est maximal. Il est relié,par une série de câbles tendus, à des caissons massifs reposant a fond de la mer.
Le flotteur est immergé à une profondeur suffisantepour 25 que la houle ne puisse jamais le découvrir, de sorte que la plate-forme présente une certaine insensibilité au mauvais temps. Pour tenter de maintenir la plate-forme en une position sensi¬ blementfixe malgré les efforts latéraux tels que vents et cou¬ rants, certains des câbles sont disposés obliquement entre la 30 plate-forme et les caissons. Cette plate-forme connue présente certains inconvénients
En effet, l'insensibilité au mauvais temps est très imparfaite car la houle immerge de façon variable les jambages supportant les installations émergées. La variation de la poussée d'Archi- 35 mède qui en résulte entraîne du fait de l'élasticité des câbles
OMPI qui est non négligeable sur des longueurs voisines de 500 ou 1.000 m, un mouvement de pilonnement de la plate¬ forme qui est extrêmement néfaste quelle que soit l'utili¬ sation prévue pour cette plate-forme. C'est ainsi que dans le cas de forages pétroliers, ce pilonnement fait fluctuer considérablement l'effort de coupe sur l'outil de forage et peut causer sa rupture.
En outre, cette plate-forme est inévitablement sensible aux efforts latéraux. En effet, l'élasticité des câbles obliques ne permet pas d'éviter totalement la dérive. Le flotteur a en outre la possibilité de s'incliner, ce qui lui permet de dériver encore bien plus que ne le laisserait prévoir la simple élasticité des câbles. On comprend donc que dans la plate-forme connue, on' doit admettre une certaine sensibilité au mauvais •temps ainsi qu'une certaine sensibilité aux efforts latéraux. Ces sensibilités sont difficiles à évaluer à la construction, et de toute façon, ont des valeurs redhibitoires pour certaines applications.
On notera également que les nombreux câbles nécessaires dans la réalisation connue ont une masse considérable. Cette masse est portée par le flotteur, au détriment de la charge utile que ce dernier peut recevoir sous forme d'installations notamment.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en réalisant une plate-forme marine qui permette de régler facilement, à la construction, la sensibilité à la houle et aux efforts latéraux, et de donner à ces sensibilités des valeurs acceptables pour la quasi totalité des applications.
L'invention vise ainsi une plate-forme marine comprenant un corps de densité inférieure à l'unité, ce corps portant un chargement et étant relié à des moyens
OMPI tçg d'ancrage au fond de l'eau par des moyens de liaison
«_. sous tension de façon qu'il se trouve en service immergé sensiblement en totalité. Le corps est dimensionné de façon que la structure supérieure, comprenant ledit 5 corps et son chargement, ait une flottabilité positive même lorsque le chargement atteint sa masse maximale prévue.
Suivant l'invention, la plate-forme marine est caractérisée en ce que les moyens de liaison présentent 10 une déformabilité propre autorisant à la structure supé¬ rieure une dérive sous l' effort latéral telle que ces moyens de liaison viennent sensiblement en alignement avec la résultante des efforts subis par la structure supérieure. 15 Au cours de la construction de la plate-forme, on définit la dérive maximale -que l'on considère comme acceptable pour la plate-forme par rapport à la verticale issue des moyens d'ancrage. On calcule la proportion entre cette dérive et la profondeur de l'eau à l'emplace- .20 ment où la plate-forme doit être installée. On choisit ensuite l'effort vertical ascendant appliqué à la structure supérieure de sorte que la proportion entre les efforts latéraux prévus de la part des courants, des vents, etc., et ledit effort vertical soit égale à la proportion 25 précitée entre la dérive maximale admissible et la profon¬ deur de l' eau.
Certes, augmenter l'effort vertical revient à augmenter le volume du flotteur donc à augmenter les ^ efforts latéraux dus aux courants. Cependant, la poussée .
30 d'Archimède augmente comme le volume du flotteur tandis que les efforts hydrodynamiques n'augmentent que propor¬ tionnellement à son maître couple qui est une surface. Une solution peut donc être trouvée à chaque problème.
On notera que l'invention procède d'une démarche
OMPI contraire à celle de l'état de la technique. Selon l'invention, on recherche une position d'équilibre natu¬ rel du corps sous l'effet des efforts latéraux, et on règle la tension des moyens de liaison pour que cet équilibre soit compatible avec l'utilisation prévue. Selon l'état de la technique, on multiplie les câbles et on varie leurs orientations pour empêcher le flotteur de prendre la position d'équilibre qui est recherchée selon l'invention. Ainsi, dans la plate-forme connue, il suffit que les câbles soient tendus, mais la valeur de la tension ne joue pas de rôle, et en pratique on choisit bien entendu une valeur réduite.
Au contraire, selon l'invention, on est amené dans la plupart des cas à choisir une valeur de tension très élevée, de façon par exemple que les efforts aéro- ou hydrodynamiques restent faibles par rapport à cette tension.
Ainsi, les variations de poussée d'Archimède qu'engendre la houle sur la structure supérieure sont très faibles par rapport à la tension sur les moyens de liaison, et le pilonnement qui en résulte est négligea¬ ble.
Selon un autre aspect de l' invention, la plate-forme marine destinée aux forages pétroliers ou miniers, comprenant des installations notamment pour faire descendre une tige de forage vers le fond de l'eau, un corps de densité inférieure à 1 portant ces installations et dimensionné de façon à avoir une flottabilité positive même avec le chargement maximal prévu, ce corps étant relié à des moyens d'ancrage au fond de l'eau par des moyens de liaison sous tension de façon qu'il se trouve en service immergé sensiblement en totalité, est caractéri¬ sée en ce que les moyens de liaison comprennent un tube é anche à l'eau, à l'intérieur duquel est guidée la v tige de forage.
Dans cet aspect, l'invention enseigne une réalisation qui permet de bénéficier des avantages du premier objet de l'invention, et qui est en outre particu- 5 lièrement avantageuse dans le cadre des techniques de forage.
En effet, compte tenu des efforts mis en jeu, le tube de liaison étanche à l'eau se comporte comme une attache souple même si une liaison du type 10 encastrement le relie aux moyens d'ancrage. Sa flexibili¬ té est suffisante pour cela. En outre, le tube est particulièrement avantageux dans son rôle de guidage de la tige de forage. Si par exemple l'outil de forage doit être changé, il n'existe plus de problème pour 15 retrouver le forage.
Selon un autre objet de l'invention, le procédé pour mettre en place une plate-forme du genre ci-dessus est caractérisé par les étapes suivantes: on fait flotter librement le corps à l'empla- 20 cernent où l'on désire installer la plate-forme; on dévide depuis le corps une attache destinée à faire ultérieurement partie des moyens de liaison, jusqu'à ce que l'extrémité libre de cette attache atteigne le fond de l'eau; 25 . on amarre l'attache au fond de l'eau; et on tire sur l'attache depuis le corps, de façon à enfoncer celui-ci dans l'eau jusqu'à la profon¬ deur voulue.
D'autres particularités et avantages de l'in- 30 vention résulteront encore de la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue schématique en élévation latérale d'une plate-forme conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en élévation laté¬ rale et coupe axiale de la plate-forme en cours de mise en place; la figure 3 est une vue schématique en élévation latérale et coupe axiale d'une plate-forme de forage conforme à l' invention;
- la figure 4 est une vue en coupe axiale des moyens d' ancrage; les figures 5 et 6 sont des vues montrant deux étapes de la mise en place de la plate-forme de la figure 3; la figure 7 est une vue partielle en éléva¬ tion latérale et coupe axiale, d'une variante de réalisation ; la figure 8 est une vue en élévation latéra- le d'une plate-forme portant une éolienne; et la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8.
La plate-forme représentée schématiquement à la figure 1 peut être appliquée à différents usages tels que forage ou encore captage de l'énergie de la houle, des vents ou des courants.
Elle comprend un corps 1, de densité inférieure à 1, constitué d'une sphère creuse étanche à l'eau, immergée de façon que les creux de la houle ne puissent la découvrir, même si la houle a son amplitude maximale prévisible, compte-tenu du site.
Le corps 1 porte un chargement essentiellement constitué d'installations dont la nature est liée à l'utilisation prévue pour la plate-forme. Le chargement comprend également un plateau
6 destiné à permettre aux navires d'accoster ou aux hélicoptères de se poser. Le plateau 6 est supporté par le corps 1 au moyen d'un jambage 7 qui traverse la surface de l'eau 8. I
Le corps 1 est relié à des moyens 9 d'ancrage au fond de l'eau 11 par des moyens de liaison 12.
Même lorsque le chargement supporté par le corps 1 est maximal, l'ensemble constitué par le corps 1 et son chargement (comprenant notamment les installations le plateau 6, le jambage 7» etc.) a une flottabilité positive, c'est-à-dire qu'il tend à remonter vers la surface. Ce sont les moyens de liaison 12, qui par leur tension empêchent cette remontée du corps 1. Conformément à l'invention, les moyens de liaison 12 présentent une déformabilité propre autorisant à la plate-forme une dérive sous l'effort latéral telle que ces moyens de liaison viennent en alignement avec la résultante des efforts appliqués à l'ensemble supérieur qui comprend le corps 1 et son chargement.
Ces particularités sont explicitées ci-après en référence à la figure 2, dans laquelle la sphère 1 est soumise, par exemple de la part des courants marins, à un effort latéral L. D'autre part, la sphère 1 subit une poussée verticale ascendante P égale à la différence entre la poussée d'Archimède subie par la structure supérieure et son poids.
La profondeur de l'eau est _h à l'emplacement de la plate-forme et, sous l'effet de l'effort L, le flotteur 1 subit une dérive _d.
Selon l'invention, les moyens de liaison 12 sont tels que L/P = d/h.
Dans l'exemple représenté à la figure 1, les moyens de liaison 12 sont une attache souple unique, telle qu'un câble, et la condition énoncée revient à dire que la résultante R des efforts P et L est sensible¬ ment alignée avec le câble 12.
Dans la représentation simplifiée de la figure 1,
O PI on a volontairement exagéré l'angle d'inclinaison du câble 12 par rapport à la verticale.
En pratique, on peut rendre cet angle aussi petit que l'on veut en augmentant la poussée P, c' est- à-dire en augmentant la différence entre la poussée d'Archimède sur le corps 1 d'une part et le poids du corps 1 et de son chargement d'autre part.
De préférence, à cet effet, la masse d'eau déplacée par le corps 1 est au moins environ le double de la masse du corps 1 et de son chargement maximal prévu.
De préférence également, on donne à la poussée P une valeur telle que le rapport d/h soit égal au plus à 5%, dans le cas d'un effort latéral L sensiblement maximal.
Bien entendu, les valeurs choisies dépendent de l'application envisagée et des sujétions, qu* elle implique.
D'autre part, les conséquences pratiques sur la construction qui résultent du choix du rapport d/h dépendent de l'effort maximal L prévu, et celui- ci dépend généralement du lieu où la plate- forme doit être installée.
A titre d'exemple, un corps 1 constitué par une sphère de 10 mètres de diamètre a un volume de 525 m . , Si sa paroi a 0,02 m d'épaisseur, son poids est de 49 ton¬ nes environ. En respectant la condition précitée selon laquelle le poids d' eau déplacé est le double du poids de l'ensemble flottant, ce flotteur peut supporter un chargement de 210 tonnes environ. Si comme on peut raisonnablement l'envisager, une telle sphère subit de la part des courants une force latérale L de 3 tonnes, le rapport L/P = d/h est égal à 3/ (525- (210+49 ) ) = 1,13%.
On va maintenant décrire, en référence à
- la figure 2, un procédé d'installation de la plate-forme sur le site d'utilisation. Les étapes du procédé sont les suivantes:
On prépare un ancrage 9 au fond de l'eau 11 et on fait flotter librement sur le site le corps 1 muni d'une cheminée destinée à servir ultérieurement de jambage 7. La cheminée 7 est surmontée d'un treuil 10 sur lequel le câble 12 est enroulé.
On dévide le câble 12 qui entre dans le corps 1 par la cheminée 7, et ressort du corps 1 par un orifice 15 muni de moyens d'étanchéité évitant toute entrée d'eau dans le corps 1.
Quand le câble atteint le fond de l'eau 11, on le fixe à l'ancrage 9, par exemple à -l'aide de personnel se rendant sur les lieux au moyen d'un véhicule sous-marin.
On réenroule le câble 12 à l'aide du treuil 10 de façon à faire descendre le corps 1 jusqu'à la profondeur voulue. C'est l'étape représentée à la figure 2.
Dès lors, le câble 12 constitue l'attache définitive du corps 1 à l'ancrage 9-
Dans l'exemple des figures 3 et 4, qui concer¬ ne une plate-forme marine destinée au forage pétrolier, les éléments analogues à ceux de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Les moyens de liaison 9 compren¬ nent ici un tube unique 13 fixé rigidement aux moyens d'ancrage 9 et à la sphère 1. Malgré cette fixation rigide, le tube 13 se comporte comme une attache souple permettant d'assurer que la condition L/P ≈- d/h est remplie.
Le tube 13 est étanche à l'eau et on a fait en sorte à la construction qu'il ne contienne pas d'eau. En outre, on a choisi un tube en acier dont l'épaisseur _e satisfait avec le diamètre D de ce tube la relation e = D/31,2. Ainsi, compte tenu de la densité de l'acier égale à 7,8, on vérifie que le poids du tube plongé dans l'eau est équilibré par la poussée d'Archimede, autrement dit que le poids apparent du tube est nul. Le diamètre D est choisi en fonction des contraintes subies par le tube, notamment en traction sous l'effet des efforts tels que P, et en compression radiale sous l'effet de la pression de l'eau. Les moyens d'ancrage 9 qui sont représentés en détail à la figure , comprennent un pieu tubulaire 14, anche à l'eau, scellé par un ciment ou une résine 16 dans un puits 17 creusé verticalement au fond de l'eau. Ce type d'ancrage est décrit en détail dans la demande de brevet français n° 78 19 897 aux noms des Demandeurs.
Le tube 13» dont le diamètre est inférieur au diamètre interne du pieu tubulaire 14 s'étend jusqu'au fond du puits 17» coaxialement à ce dernier. Un scellement en béton 18 est interposé entre le tube 13 et le pieu 14. Le scellement 18 est prolongé vers le haut par une corolle 19 destinée à limiter le rayon de courbure en flexion du tube 13- Vue en section droite, la face 21 de la corolle 19 qui fait face au tube 13 est tangente au tube 13 au niveau de l'embouchure du puits 17, puis s'éloigne du tube 13 selon un arc de cercle. Le rayon de cet arc de cercle 21 est le rayon maximal que l'on admet pour la courbure du tube 13- La hauteur de la corolle 19 est telle que l'angle au sommet de l'arc de cercle 21 est au moins égal à l'angle d'inclinaison maximal admis pour le tube 13, cet angle étant défini par le rapport d/h.
La paroi du tube 13 est surépaissie depuis le fond du puits 17 jusqu'au sommet de la corolle 19 car c'est dans cette zone que le tube 13 travaille en flexion, comme on le verra plus loin.
Comme le montrent les figures 3 et , la tige de forage 22 servant à l'exploration pétrolière, est montée dans un tube 23 de guidage qui à son tour est installé dans le tube 13. Le forage 24 est réalisé à partir du fond du puits 17. Le tube 23 sert à gainer la paroi du forage 24 et à évacuer vers le haut les matières résultant du travail de forage. De préférence, un dispositif obturateur de sécurité 26 (figure 3) est installé dans les moyens d'ancrage 9 pour prévenir l'éven¬ tuel jaillissement brutal du pétrole ou du gaz.
Les installations de forage, schématisées à la figure 3 sous la forme d'un derrick 27 sont installées dans le corps 1 qui est une sphère creuse. La plate¬ forme 6 permet aux navires d'accoster et/ou aux hélicoptères de se poser.
On va maintenant décrire le fonctionnement de la plate-forme. Seul le jambage 7 traverse la surface de l'eau 8, et comme il ne porte que le plateau 6 et non pas la totalité des installations, le jambage 7 est relativement mince. En conséquence, l'influence de la houle sur le volume d' eau déplacé par la plate-forme est très réduite et engendre des variations de poussée P très faibles qui sont tout à fait négligeables si on les rapporte à la valeur de la poussée P. La houle est donc sans influence sur la plate-forme.
Compte-tenu de la longueur du tube 13» ce dernier se comporte comme un câble, c'est-à-dire que sous l'effet de la résultante R il tend à s'aligner avec cette résultante dès sa sortie des moyens d'ancrage 9. Grâce à la corolle 19, la contrainte effective dans le tube 13 est limitée par le rayon de courbure de la face 21. Ainsi, toute courbure du tube 13 a lieu en appui contre une partie ou, dans les cas extrêmes, la totalité de la hauteur de la face 21. Au-dessus, le tube est tendu de façon rectiligne sous l'effet de la résultante R.
Quand on doit extraire entièrement la tige de forage 22 pour changer l'outil de forage (non représen¬ té) qui se trouve à son extrémité inférieure, il n'y a ensuite aucun problème pour retrouver le forage 24 puisqu'il suffit de réengager la tige de forage 22 dans le tube de guidage 23.
Les figures 5 et 6 montrent deux étapes du procédé de mise en place sur le site de la plate-forme des figures 3 e 4. Ce procédé comprend les étapes suivantes:
On scelle le pieu 14 dans le puits 17 et on laisse flotter librement le flotteur 1 sur le site.
On construit le tube 13 par éléments 28 à l'intérieur de la sphère 1, et on le fait sortir de la sphère 1 vers le bas, par un orifice 29 ménagé à la base de la sphère 1. C'est l'étape représentée à la figure 5. Une technique pour dévider un tube depuis une enceinte étanche sans risquer l'intrusion d'eau dans l'enceinte est décrite dans la demande de brevet français n° 78 19 467 du 29 juin 1978 aux noms des Deman¬ deurs.
Quand le tube 13 atteint le fond du puits 17» on réalise le scellement en béton 18 entre le tube 13 et le pieu 14. A cet effet, du personnel se rend auprès de l'ancrage 9 à l'aide d'un véhicule progressant sur le fond marin 11.
- On installe des vérins 31 dans la sphère 1, entre la sphère (1) et l'extrémité du tube 13, et à l'aide de ces vérins, on enfonce la sphère 1 dans l'eau jusqu'à la profondeur voulue. C'est l'étape représentée à la figure 6.
Dans l'exemple représenté à la figure , 5 le corps 1 est de forme horizontale oblongue et peut pivoter autour du tube 13 grâce à un pivot étanche 32. Le derrick 27 est monté sur un épaulement 33 du tube 13.
Ce mode de réalisation permet au flotteur de s'orienter de lui-même dans sa direction de moindre 10 résistance aux courants marins.
Dans l'exemple représenté aux figures 8 et 9, la plate-forme est destinée à supporter une éolienne 35. Pour lui assurer la grande stabilité nécessai- - re, la plate-forme comprend trois corps cylindriques 15 1a, de densité intérieure à 1, disposés selon un schéma de triangle equilateral (figure 9).
Chaque corps 1a est relié à un ancrage respectif 9, par exemple du genre à pieu creux tel que 14 enfoncé dans un puits tel que 17, par des moyens de liaison 20 9 comprenant chaque fois une tige 34 articulée à l'ancra¬ ge 9 correspondant par un joint universel 36 faisant office de rotule.
Les ancrages 9 sont disposés selon le même schéma que les corps la, de sorte que les tiges 34, qui 25 sont de même longueur, sont parallèles entre elles.
Un châssis 37, qui repose sur les trois corps 1a par l'intermédiaire de trois pieds 38 qui traversent la surface de l'eau 8, porte l'éolienne 35. Pour renfor¬ cer la rigidité de la structure supérieure, les corps 30 1a sont reliés entre eux par trois entretoises 39 qui matérialisent le schéma en triangle equilateral de l'ensem¬ ble.
La plate-forme obéit aux conditions générales posées selon l'invention et explicitées en référence à
- SSLE Ct
OMPI la figure 1.
La poussée P est égale à la différence entre le poids de l'eau déplacée par la structure supérieure et le poids total de la structure supérieure comprenant l' olienne 35., le plateau 37, les trois jambes 38 et les trois corps 1a_.
Les barres 34 sont fixées rigidement aux corps là.* En cas d' effort latéral sur la structure supé¬ rieure, elles peuvent subir un moment fléchissant très important. Pour limiter ce moment, des corolles 41, de conception analogue à la corolle 19 de la figure 4, mais dirigées vers le bas, entourent les tiges 3 à leur jonction avec les corps 1_a_.
On a pu constater que l'invention, malgré la simplification surprenante qu'elle apporte relativement à l'état de la technique des plate-formes flottantes, se prête avantageusement à de très nombreuses applications .
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés et de nombreux aménage- ments peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
C'est ainsi par exemple que tout le système d'amarrage par tube 13, pieu 14, scellement 18 et corolle 19 est parfaitement applicable à une plate-forme qui ne soit pas destinée au forage.
D'autre part, dans le procédé de mise en place décrit en référence à la figure 2, on peut prévoir que la cheminée est prolongée jusqu'au bas de la sphère 1, auquel cas il suffit drune étancheité statique entre la cheminée 7 et l'orifice 15, l'eau pouvant sans inconvénient pénétrer dans la cheminée 7*
O PI

Claims

REVENDICATIONS 1. Plate-forme marine comprenant un corps de densité inférieure à l'unité, ce corps portant un chargement et étant relié à des moyens d'ancrage (9) au fond de l'eau (11) par des moyens de liaison sous tension (12) de façon qu'il se trouve en service immergé sensiblement en totalité, le corps (1) étant dimensionné de façon que la structure supérieure compre¬ nant ledit corps (1) et son chargement (6, 7, 27) aient une flottabilité positive même lorsque le chargement
(6, 7, 27) atteint sa masse maximale prévue, caractérisée en ce que les moyens de liaison (12) ont une déformabili- té propre a-utorisant à la structure supérieure (1, 6, 7, 27) une dérive (d) sous l'effort latéral (L), telle que ces moyens de liaison (12), viennent sensiblement en alignement avec la résultante (R) des efforts (L,P subis par la structure supérieure.
2. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport entre l'effort latéral (L) et l'effort de traction (P) dû aux éléments de liaison (12) est inférieur à 5% environ.
3. Plate-forme selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la masse maximale de la structure supérieure (1, 6, 7, 27) est inférieure à la moitié er /iron de la masse d'eau déplacée par la partie immergée de la structure supérieure.
4. Plate-forme selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de liaison
(12) comprennent une seule attache (12, 13) ou plusieurs attaches sensiblement parallèles (3 ) .
5. Plate-forme selon la revendication 4, caractérisée, en ce que cette attache est une tige (3 ) reliée aux moyens d'ancrage (9) par une rotuie (36).
6. Plate-forme selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de liaison (12) comprennent un tube (13) étanche à l'eau, et dont le rapport épaisseur (e)/diamètre (D) est tel que son poids apparent est sensiblement nul lorsqu'il est plongé dans l'eau.
7. Plate-forme selon la revendication 6, caractérisée en ce que le tube (13) est surépaissi au voisinage des moyens d'ancrage (9).
8. Plate-forme selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que l'une des extrémités du tube (13) est fixée rigidement aux moyens d'ancrage (9) et l'autre extrémité est fixée rigidement au corps (1).
9. Plate-forme selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens d'ancrage (9) portent, entourant le tube (13), une corolle (19) de limitation du rayon de courbure en flexion du tube (13).
10. Plate-forme selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens d'ancrage (9) comprennent un pieu (14) scellé dans un puits (17) creusé au fond de l'eau (11).
11. Plate-forme marine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend une série d'angrages (9) disposés les uns par rapport aux autres selon un certain schéma, autant de corps (1a) que d'ancrages (9), une série d'attaches (34) reliant chacune un ancrage (9) et un corps (1), et un châssis (37) reposant par au moins un pied (38) sur chacun des corps (1 ) .
12. Plate-forme marine destinée aux forages pétroliers ou miniers, comprenant des installations (27) notamment pour faire descendre une tige de forage (22) vers le fond de l'eau (11), un corps (1) de densité inférieure à r unité, portant ces installations (27) et dimensionné de façon à avoir une flottabilité positive même avec le chargement (1, 6, 7, 27) maximal prévu, ce corps (1) étant relié à des moyens d'ancrage (9) au fond de l'eau (11) par des moyens de liaison sous tension (12) de façon qu'il se trouve en service immergé sensiblement en totalité, caractérisée en ce que les moyens de liaison (12) comprennent un tube étanche à l'eau (13), à l'intérieur duquel est guidée la tige de forage (22) .
13. Plate-forme selon la revendication 13, caractérisée en ce que le tube de liaison (13) renferme un tube de guidage (23) de la tige (22), ce tube de guidage (23) servant également à évacuer vers le haut les matières résultant du forage.
14. Plate-forme selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisée en ce que les moyens d'ancrage (9) comprennent un pi.eu tubulaire (Î4) scellé sensiblement verticalement, par sa surface externe, à la paroi interne d'un puits (17) réalisé au fond de la mer (11), ce pieu (14), auquel le tube de liaison
(13) est fixé de façon rigide, étant également étanche à l'eau et traversé par la tige de forage (22).
15. Plate-forme selon la revendication 14, caractérisée en ce que le pieu tubulaire renferme un dispositif obturateur de sécurité (26).
16. Plate-forme selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisée en ce qu'une partie au moins des installations (27) est aménagée dans le corps (1), celui-ci portant, au moyen d'un jambage (7) traversant la surface de l'eau (8), un plateau (6) permet¬ tant aux navires d'accoster et/ou aux hélicoptères de se poser.
17. Plate-forme selon la revendication 16, caractérisée en ce que le corps (1) est sensiblement
" tJ Λ OMPI sphérique.
18. Plate-forme selon la revendication 16, caractérisée en ce que le corps (1) est de forme horizon¬ tale oblongue et peut pivoter autour de l'axe du tube (13) pour s'orienter selon la direction du courant.
19. Procédé pour mettre en place une plate¬ forme selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisé par les étapes suivantes: on fait flotter librement le corps (1) à l'emplacement où l'on désire installer la plate-forme;
- on dévide depuis le corps (1) une attache (12, 13) destinée à faire ultérieurement partie des moyens de liaison (12), jusqu'à ce que l'extrémité libre de cette attache atteigne le fond de l'eau (11); on amarre l'attache (12, 13) au fond de l'eau (11); et on tire sur l'attache (12, 13) depuis le corps (1) de façon à enfoncer celui-ci dans l'eau jusqu'à la profondeur voulue.
20. Procédé conforme à la revendication
19, appliqué au cas où l'attache est un tube (13) caracté¬ risé en ce que pour dévider le tube (13), on le construit pour éléments (28) à l'intérieur du corps (1), et on le fait sortir du corps (1) par un orifice (29) ménagé à la base du corps (1) et garni de moyens d'étancheité.
21. Procédé conforme à la revendication 19, appliqué à une plate-forme dans laquelle les moyens de liaison comprennent un câble (12) caractérisé en ce qu*' on aménage au sommet du corps (1) une cheminée (7) surmontée d'un treuil (10), cette cheminée (7) étant suffisamment longue pour que au moins son extrémité émerge même quand le corps (1) aura atteint sa profondeur de service, en ce qu'on dévide le câble (12) par cette cheminée (7) et par un orifice (15) ménagé à la base du corps (1) et garni de moyens d'étanchéité autour du câble, et en ce que pour enfoncer le corps (1) dans l'eau, on tire sur le câble (12) à l'aide du treuil (10).
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