'Procédé pour l'ancrage sous-marin profond.'' Process for deep underwater anchoring.
Les déposantes ont d éc r i t au b reve t f ranç ai s Nº 85 . 09355 le p r inc ip e d ' un engin destiné à se déplacer au sein d'un fluide illimité, du type dont les formes avant et arrière sont fixées par des considérations technologiques connues, cet engin étant caractérisé en ce que, dans le but d'en abaisser le coefficient de traînée, d'éviter le décollement de la couche limite et de supprimer les phénomènes de cavitation et d'instabilités, le profil de la portion raccordant l'avant et l'arrière est déterminé de manière telle que le coefficient de pression demeure constant en tout point de cette portion de raccordement.The depositors have written to the French register No. 85. 09355 the pr inc ip of a machine intended to move within an unlimited fluid, of the type whose front and rear forms are fixed by known technological considerations, this machine being characterized in that, for the purpose of lower the drag coefficient, avoid the separation of the boundary layer and eliminate cavitation and instability phenomena, the profile of the portion connecting the front and the rear is determined in such a way that the coefficient of pressure remains constant at all points of this connection portion.
Comme premières applications de tels engins, ce brevet français a cité, entre autres, la reconnaissance des fonds sous-marins, notamment de leur nature et de leur résistance à la pénétration, l'engin ayant alors un déplacement vertical.As the first applications of such devices, this French patent cited, among other things, the recognition of the seabed, in particular their nature and their resistance to penetration, the device then having a vertical displacement.
La présente invention vise une autre application de ces engins à déplacement vertical en milieu marin et d'engins de performances analogues, à savoir l'ancrage sous-marin profond de structures importantes.The present invention relates to another application of these vertical displacement machines in the marine environment and of similar performance machines, namely the deep underwater anchoring of large structures.
En effet, les terrains rencontrés aux grandes profondeurs sont généralement mous, ce qui représente une sérieuse difficulté pour l'immobilisation de structures telles que les plates-formes de forage pétrolier, qui exercent sur leurs ancrages des efforts de traction verticaux et horizontaux très importants, et auxquels il est donc difficile de trouver des points d'ancrage appropriés.Indeed, the terrains encountered at great depths are generally soft, which represents a serious difficulty for the immobilization of structures such as oil drilling platforms, which exert on their anchors very high vertical and horizontal traction forces, and therefore difficult to find suitable anchor points.
L'invention consiste à associer, à un organe d'ancrage proprement dit, pouvant être de nature classique ou être conçu de manière nouvelle, adaptée à une structure particulière à immobiliser, un engin tel que défini au brevet précité ou engin analogue, l'ensemble ainsi constitué, largué depuis un support de surface, c'est-à-dire depuis la structure à immobiliser, parvenant au fond à une vitesse élevée notamment grâce à son profil, pénétrant alors dans le sol sous-marin sur une profondeur importante, assurant l'ancrage dudit organe.The invention consists in associating, with an anchoring member proper, which may be of a conventional nature or be designed in a new way, adapted to a particular structure to be immobilized, a machine as defined in the aforementioned patent or similar machine, the assembly thus formed, released from a surface support, that is to say from the structure to be immobilized, reaching the bottom at a high speed in particular thanks to its profile, then penetrating into the submarine soil over a significant depth, ensuring the anchoring of said body.
Par "engin analogue", on entend tout engin dont
L'ensemble est déterminé pour l'obtention d'une vitesse élevée. On entend aussi selon l'invention un engin comprenant trois parties : l'engin de pénétration proprement dit, des moyens de connexion ou d'accrochage de la ligne d ' ancre ou de moui llage à. ce t engin , qui seront égal ement désignés dans la suite de la présente description par tête d'ancrage, fixée à la queue de cet engin et un organe de liaison entre les deux premières parties ; dans ce cas, la bobine de dëroulage du fil guide reliant l'engin au support de surface lors du largage peut être disposée dans la tête d'ancrage ; par ailleurs, l'organe de liaison évoqué ci-dessus peut être un câble résistant ou un tube d'injection de béton ; dans ce cas encore, les masses et le profil de l'ensemble des trois parties sont déterminés, d'une part pour l'obtention d'une profondeur de pénétration désirée dans le terrain du sol sous-marin, d'autre part, pour que, lors de la pénétration dans ce terrain, l'énergie cinétique acquise et la poussée d'Archimëde sur la tête d'aacrage se composent pour maintenir en traction le câble de liaison ou pour éviter le Elambage du tube de liaison.By "analogous device" is meant any device whose The whole is determined to obtain a high speed. According to the invention is also meant a machine comprising three parts: the penetration machine itself, means for connecting or hooking the anchor line or mooring to. this t machine, which will also be designated in the remainder of this description by anchor head, fixed to the tail of this machine and a connecting member between the first two parts; in this case, the unwinding reel of the guide wire connecting the machine to the surface support during the dropping can be arranged in the anchoring head; moreover, the connection member mentioned above may be a resistant cable or a concrete injection tube; in this case again, the masses and the profile of the assembly of the three parts are determined, on the one hand for obtaining a desired depth of penetration into the ground of the underwater soil, on the other hand, for that, during penetration into this terrain, the kinetic energy acquired and the Archimedes' thrust on the anchor head are made up to keep the connecting cable in tension or to prevent the pruning of the connecting tube.
Selon une variante, pour réduire l'afouillement produit par le câble de liaison, on peut utiliser un autre type d'organe d'ancrage connu ne nécessitant pas d' enfouissage, qu'il suffit de déposer sur le fond sous-marin le long d'un fil guide reliant l'engin au support de surface, avant de réaliser l'ancrage ; ce sera par exemple l'organe, fonctionnant par effet de ventouse, décrit au brevet français 74/10700 du 28 Mars 1974.According to a variant, to reduce the scour produced by the connecting cable, it is possible to use another type of known anchoring member not requiring burial, which it suffices to deposit on the seabed along a guide wire connecting the machine to the surface support, before anchoring; this will be for example the member, operating by suction cup effect, described in French patent 74/10700 of March 28, 1974.
Selon une seconde réalisation de l'invention, l'engin lui-même constitue l'organe d'ancrage, son profil étant lisse et le demeurant pendant toute la descente, et comportant des panneaux latéraux se déployant sous l'effet de tout effort de traction exercé après l'arrivée et mise en place de l'ancrage, grâce par exemple à des boulons explosifs ou des moyens équivalents, de manière à constituer une sorte de grapin s'opposant a l'arrachement, ce qui contribue à la solidité de l'ancrage.According to a second embodiment of the invention, the machine itself constitutes the anchoring member, its profile being smooth and remaining so throughout the descent, and comprising side panels deploying under the effect of any effort of traction exerted after the arrival and positioning of the anchor, for example using explosive bolts or equivalent means, so as to constitute a sort of grapple opposing the tearing, which contributes to the solidity of anchoring.
Pour compléter cette solidité, plusieurs engins de ce dernier type peuvent être associés en faisceau ou en grappes .
On peut ainsi assurer à l'ancrage une résistance allant de plusieurs centaines à plusieurs milliers de tonnes de traction verticale.To complete this solidity, several machines of the latter type can be combined in bundles or in clusters. It is thus possible to provide the anchorage with a resistance ranging from several hundred to several thousand tonnes of vertical traction.
Toutefois, du fait des tractions horizontales cycliques éventuelles pouvant s'exercer sur l'engin, provoquant un affouillement du terrain et diminuant donc l'épaisseur efficace dans laquelle est enfoui l'engin, il est prévu, selon l'invention, de relier cet engin à un système d'amarrage destiné à réduire ces tractions horizontales. Un tel système peut être par exemple un corps mort reposant sur la surface du fond, en améliorant encore la tenue. Dans ce cas, l'enfouissage profond de l'engin à grande profondeur de pénétration, associé à l'organe à effet de ventouse, peut suffire à l'ancrage. L'amarrage luimême de la ligne est permis par un fil guide reliant le support de surface à un anneau d'accrochage de l'engin.However, due to the possible cyclic horizontal pulls which can be exerted on the machine, causing a scour of the ground and therefore reducing the effective thickness in which the machine is buried, it is provided, according to the invention, to connect this gear to a mooring system intended to reduce these horizontal pulls. Such a system can for example be a dead body resting on the surface of the bottom, further improving the holding. In this case, deep burial of the machine with a large penetration depth, associated with the suction cup effect member, may suffice for anchoring. The mooring of the line itself is allowed by a guide wire connecting the surface support to a hooking ring of the machine.
L'amarrage de la ligne d'ancrage sur la tête d'ancrage peut se faire par tout moyen approprié-, selon la façon dont cette dernière est reliée à l'engin à grande profondeur de pénétration, soit par un câble résistant de liaison, soit par un tube permettant l'injection de béton.Mooring of the anchor line on the anchor head can be done by any appropriate means -, depending on how the latter is connected to the machine at great depth of penetration, either by a resistant connection cable, either by a tube allowing the injection of concrete.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu d'associer à l'ensemble des moyens de repérage, tels qu'un émetteur d'ultra-sons, assurant le pilotage de la ligne d'ancrage en vue de son "clampage".According to a preferred embodiment of the invention, provision is made to associate with all the locating means, such as an ultrasonic transmitter, ensuring the control of the anchoring line with a view to its "clamping".
L'invention vise donc, en premier lieu un procédé pour l'ancrage sous-marin profond de structures flottantes, caractérisé en ce que l'on utilise à cet effet un ensemble comportant un engin de pénétration à vitesse limite élevée des moyens d'accrochage et des moyens de repérage permanent de cet engin et des moyens de liaison entre ledit engin et lesdits moyens d'accrochage et de repérage, ledit ensemble étant conçu de manière que, étant largué depuis ladite structure, l'engin de pénétration s'enfouisse dans le fond marin à la profondeur calculée voulue pour assurer l'ancrage de ladite structure tandis que lesdits moyens de repérage demeurent au-dessus du fond, et en ce qu'on largue ledit ensemble depuis la surface, ou on assure de repérage et on fixe enfin la ligne d'ancrage sur lesdits moyens d'accrochage.The invention therefore relates, firstly, to a method for deep underwater anchoring of floating structures, characterized in that an assembly is used for this purpose comprising a penetration device at high speed for fastening the fastening means and means for permanently locating this machine and means for connecting between said machine and said hooking and locating means, said assembly being designed so that, being dropped from said structure, the penetrating machine is buried in the seabed at the calculated depth desired to ensure the anchoring of said structure while said locating means remain above the bottom, and in that said assembly is released from the surface, or locating is ensured and fixed finally the anchor line on said attachment means.
On va maintenant décrire l'invention en se référant
au dessin annexé sur lequel :We will now describe the invention with reference in the attached drawing in which:
- la figure 1 représente une première réalisation d'un engin d'ancrage selon l'invention ;- Figure 1 shows a first embodiment of an anchoring device according to the invention;
- la figure 2 représente une seconde réalisation de cet engin ;- Figure 2 shows a second embodiment of this machine;
- la figure 3 illustre un moyen pour réduire les déplacements horizontaux cycliques du point d'ancrage ;- Figure 3 illustrates a means for reducing the cyclic horizontal displacements of the anchor point;
- la figure 4 illustre schématiquement l'application de l'invention à l'immobilisation d'une plate-forme de forage pétrolier.- Figure 4 schematically illustrates the application of the invention to the immobilization of an oil drilling platform.
L'engin représenté à la figure 1 se présente sous forme d'un engin axisymétrique à déplacement vertical 1, équipé éventuellement d'ailettes de pilotage 2, et destiné à être relié par une ligne d'ancre (non représentée) à une structure support de surface à immobiliser, comme représenté à la figure 4.The machine shown in Figure 1 is in the form of an axisymmetric machine with vertical movement 1, optionally equipped with pilot vanes 2, and intended to be connected by an anchor line (not shown) to a support structure of surface to be immobilized, as shown in Figure 4.
Selon cette réalisation, l'engin 1 comporte quatre logements en forme de fentes radiales 3, dans lesquelles sont enfermés des panneaux 4, montés pivotants autour d'axes horizontaux 5 situés vers la tête de l'engin 5.According to this embodiment, the machine 1 comprises four housings in the form of radial slots 3, in which the panels 4 are enclosed, pivotally mounted around horizontal axes 5 situated towards the head of the machine 5.
L'engin, largué depuis son support, arrive sur le fond avec une grande vitesse, de l'ordre de 40 à 60 m/sec. grâce à son profil, tel que défini au brevet précité, et s'enfonce dans le sol sur une profondeur importante, de l'ordre de 20 à 50 mètres. Dès que l'engin s'est immobilisé après cet enfouissage, les panneaux 4 basculent vers l'extérieur, comme représenté en 4', et au surplus pivotant de 90° autour de leur axe sous L'effet des frottements décentrés qui se produisent dès que l'engin subit une traction, de manière à s'épanouir à plat dans les terrains mous sous-marins. En effet la résultante des forces de frottement est appliquée au barycentre du panneau 4 qui est latéralement décalé par rapport à son axe de rotation. L'ancrage est alors assuré de manière extrêmement solide et peut résister à des tractions importantes .The machine, dropped from its support, arrives on the bottom with a high speed, of the order of 40 to 60 m / sec. thanks to its profile, as defined in the aforementioned patent, and sinks into the ground to a significant depth, of the order of 20 to 50 meters. As soon as the machine is immobilized after this burial, the panels 4 tilt outwards, as shown in 4 ′, and in addition pivoting by 90 ° around their axis under the effect of off-center friction which occurs from that the machine is under traction, so as to flourish flat in soft underwater terrain. In fact, the result of the friction forces is applied to the barycenter of the panel 4 which is laterally offset with respect to its axis of rotation. The anchoring is then provided in an extremely solid manner and can withstand significant pulls.
L'engin représenté à la figure 2 diffère du précédent en ce qu'il ne présente aucune fente, des panneaux 6 étant galbés de manière à être plaqués contre la surface extérieure de l'engin 1. Le déploiement en "parapluie" de ces panneaux 6 est amorcé, par exemple par des boulons explosifs disposés à leur partie supérieure 7 et déclenchant leur bascule
ment qui se poursuit jusqu'à ce que lesdits panneaux reposent à plat dans les terrains mous sous-marins comme précédemment.The machine shown in Figure 2 differs from the previous one in that it has no slots, panels 6 being curved so as to be pressed against the outer surface of the machine 1. The deployment "umbrella" of these panels 6 is primed, for example by explosive bolts arranged at their upper part 7 and triggering their rocker which continues until said panels lie flat in the soft underwater terrain as before.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, on y a représenté un support de surface S, flottant sur la mer M, et relié par une ligne d'ancre 10 à un engin selon l'invention, 11, enfoui dans le sol et dont les panneaux sont déployés. Selon l'invention, pour éviter les af fouillements du terrain 12, qui pourrait résulter de déplacements horizontaux cycliques de la ligne, un système d'amarrage tel qu'un corps mort 13 reste à la surface du sol 14 enfilé sur le câble ou sur le tube de liaison 10'. L'accrochage de la ligne d'ancrage 10 à l'ensemble de l'engin et du corps mort se fait par une tête d'ancrage 15 et peut être assuré par un système de connecteur automatique.Referring now to Figure 3, there is shown a surface support S, floating on the sea M, and connected by an anchor line 10 to a machine according to the invention, 11, buried in the ground and whose panels are deployed. According to the invention, to avoid scouring of the ground 12, which could result from cyclic horizontal displacements of the line, a mooring system such as a dead body 13 remains on the ground surface 14 threaded on the cable or on the connecting tube 10 '. The anchoring line 10 is attached to the whole of the machine and the dead body by an anchoring head 15 and can be ensured by an automatic connector system.
Le guidage du corps mort pour son incorporation à l'ensemble engin à grande profondeur de pénétration-tête d'ancrage, ainsi que le "clampage" de la ligne d'ancrage, peuvent être réalisés par tout moyen approprié, selon le type de liaison entre tête d'ancrage et engin de pénétration, par exemple au moyen d'une ligne-guide déroulée à partir de la tête d'ancrage pendant le tir, ou par un équipement du type pétrolier, à base d'hydrojets, guidé par émetteurs ultra-sons (pingers) et caméra vidéo pour la phase finale.The guidance of the dead body for its incorporation into the machine with a large depth of penetration-anchor head, as well as the "clamping" of the anchor line, can be carried out by any appropriate means, depending on the type of connection. between anchor head and penetration device, for example by means of a guide line unwound from the anchor head during firing, or by petroleum-type equipment, based on hydrojets, guided by transmitters ultrasound (pingers) and video camera for the final phase.
Enfin, la figure 4, représente une plate-forme de forage pétrolier P reposant sur des structures porteuses flottantes F, reliées par des lignes d'ancre 10 à des corps morts 13, reposant sur le fond 14, et réunis à des engins selon l'invention, 11, par des câbles résistants 10', accrochés à des anneaux 15. Ce système assure un ancrage de la plate-forme pouvant résister à des tractions de l'ordre de 5000 tonnes.Finally, FIG. 4 represents an oil drilling platform P resting on floating load-bearing structures F, connected by anchor lines 10 to dead bodies 13, resting on the bottom 14, and joined to machines according to l 'invention, 11, by resistant cables 10', hooked to rings 15. This system ensures an anchoring of the platform capable of withstanding tensile forces of the order of 5000 tonnes.
Dans le cadre de la même application, la présente invention vise également un certain nombre de mesures, relatives à la consolidation d'un tel ancrage, et à l'installation et à l'immobilisation des pipe-lines.Within the framework of the same application, the present invention also relates to a certain number of measures, relating to the consolidation of such an anchoring, and to the installation and immobilization of pipelines.
En premier lieu, il est possible, selon l'invention d'injecter depuis la surface dans l'engin d'ancrage une charge de béton au moyen d'un tuyau aboutissant à un engin à parois poreuses ou ouvert par explosion après son enfouissage. Bien que le principe de cette technique soit connu, son application conformément à l'invention présente l'avantage d'une mise en place
beaucoup plus rapide qu'avec les moyens actuels.Firstly, it is possible, according to the invention to inject from the surface into the anchoring device a load of concrete by means of a pipe terminating in a device with porous walls or opened by explosion after burial. Although the principle of this technique is known, its application in accordance with the invention has the advantage of being implemented much faster than with current means.
Elle peut remplacer les moyens d'ancrage mécaniques tels que les panneaux 4 et 6 des figures 1 et 2.It can replace the mechanical anchoring means such as the panels 4 and 6 of FIGS. 1 and 2.
En second lieu, dans la technique de pose des pipe-lines, il peut s'avérer utile d'immobiliser une section de pipe, notamment dans le cas où cette section est soumise à de forts courants, ou encore quand le sol sur lequel elle repose est de mauvaise qualité. Dans ce cas, il est possible, dans le cadre de l'invention, d'ancrer ladite section au moyen d'un ou deux engins enfouis tels que décrits ci-dessus.Secondly, in the technique of laying pipelines, it may prove useful to immobilize a section of pipe, especially in the case where this section is subjected to strong currents, or even when the ground on which it rest is of poor quality. In this case, it is possible, within the framework of the invention, to anchor said section by means of one or two buried machines as described above.
Enfin, également dans ladite technique, dans le cas où le pipe doit être ripé depuis un point de pose jusqu'à un point définitif, au moyen de câbles s 'enroulant autour de poulies fixées à des points fixes solides, il est possible d'utiliser les moyens de l'invention pour créer de tels points "durs" fixes.Finally, also in said technique, in the case where the pipe must be ripped from a laying point to a final point, by means of cables wrapping around pulleys fixed to solid fixed points, it is possible to use the means of the invention to create such fixed "hard" points.
On notera que, même sans système de pilotage, les engins selon l'invention peuvent être placés avec une précision de l'ordre de 20 mètres par rapport à une cible, mais qu'avec un pilotage approprié, cette précision peut être affinée à moins d'un mètre, ce qui permet notamment les dernières applications précitées.It will be noted that, even without a piloting system, the machines according to the invention can be placed with a precision of the order of 20 meters relative to a target, but with appropriate piloting, this precision can be refined unless of one meter, which allows in particular the last aforementioned applications.
Un des avantages essentiels de l'invention est que l'engin à vitesse limite élevée est séparé, lors du largage, de la ligne d'ancrage dont la traînée limiterait considérablement sa vitesse si elle était fixée à l'arrière de cet engin. La vitesse limite atteinte est celle de l'engin et des moyens d'accrochage et de liaison qui lui sont associés de moyens de repérage de fond tels que les émetteurs d'ultra-sons ; dans le cas où les moyens de repérage consistent en un fil guide déroulé depuis l'engin ou la tête d'ancrage associée, ce fil, de faible section,, est immobile dans l'eau et n'induit qu'une très faible augmentation de traînée, qui ne pénalise que très peu la vitesse limite.
One of the essential advantages of the invention is that the machine at high limit speed is separated, when it is dropped, from the anchor line, the drag of which would considerably limit its speed if it were attached to the rear of this machine. The speed limit reached is that of the vehicle and of the attachment and connection means associated therewith with background tracking means such as ultrasonic emitters; in the case where the locating means consist of a guide wire unwound from the machine or the associated anchoring head, this wire, of small section, is immobile in water and only induces a very slight increase drag, which hardly penalizes the speed limit.