EP0963906B1 - Procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer - Google Patents

Procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer Download PDF

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EP0963906B1
EP0963906B1 EP19990401357 EP99401357A EP0963906B1 EP 0963906 B1 EP0963906 B1 EP 0963906B1 EP 19990401357 EP19990401357 EP 19990401357 EP 99401357 A EP99401357 A EP 99401357A EP 0963906 B1 EP0963906 B1 EP 0963906B1
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EP19990401357
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Dominique Michel
Philippe André Dumas
Vincent Frédéric Paul Foglia
Stanislas Jean Cyran
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DORIS ENGINEERING
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DORIS ENGINEERING
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    • 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
    • B63B35/4413—Floating drilling platforms, e.g. carrying water-oil separating devices
    • 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
    • E02B17/02—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto
    • E02B17/021—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto with relative movement between supporting construction and platform
    • 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
    • E02B2017/0052—Removal or dismantling of offshore structures from their offshore location
    • 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
    • E02B2017/0056—Platforms with supporting legs
    • E02B2017/0069—Gravity structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • 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
    • E02B2017/0056—Platforms with supporting legs
    • E02B2017/0073—Details of sea bottom engaging footing
    • E02B2017/0086—Large footings connecting several legs or serving as a reservoir for the storage of oil or gas

Definitions

  • the present invention relates to a method installation of a self-elevating gravity platform, designed in particular for the exploitation of a field tanker at sea and, more particularly, to such method of installing a platform of the type which includes a buoyant substructure consisting of a base and at least two columns projecting upwards of said base, and a buoyant bridge mounted on said columns.
  • the installation process of the platform described in the aforementioned patent is to tow a set floating consisting of the substructure and a hull deck buoyable mounted on it to the installation site final, to ballast the substructure to bring down this one towards the bottom while the hull deck floats at the water surface, to stop the ballasting of the substructure when the base reaches a depth predetermined and then block the hull deck on the base columns, then unpack the substructure until the hull deck is raised to a predetermined height above the water surface, and, finally, to connect the substructure to the seabed by anchor lines.
  • This installation process is particularly attractive in that it makes it possible to deploy the platform by the only deck buoyancy game and ballasting / deballasting of the substructure, which makes an implementation process particularly economical, especially since, moreover, the platform can be built entirely alongside or in dry dock.
  • the object of the present invention is precisely to provide a method of installing such a platform gravity on a medium depth oil field, which retains the economic advantages mentioned above of method of installing a semi-submersible platform "self-elevating" on a very deep field described in the aforementioned patent.
  • the present invention also aims to provide a platform designed for the implementation of this process, said platform comprising in particular, advantageously, storage means for products extracted from the field oil.
  • step c) the predetermined depth reached by the base is close to the sum of its air draft on the final installation site and the depth of the seabed on this site.
  • the platform shown essentially comprises a substructure 1 and a bridge 2.
  • the substructure 1 comprises a base 3 of rectangular plane and at least two, and in the example shown four, columns 4 i (i from 1 to 4) projecting upwards from the base 3, the bridge 2 being fixed to the upper end of these columns as shown in FIG. 1.
  • the substructure 1 represented is given only by way of illustrative and nonlimiting example. This is how that its base could just as well have a shape square, triangular, circular or other.
  • the base is intended to rest on the seabed 9. It takes the form of a parallelepipedic box advantageously comprising storage compartments for products extracted from the oil field and compartments ballasting / deballasting. These are used during the installation of the platform, as we will see further.
  • the base forms in operation a foundation of the platform ensuring the stability of this one by the simple effect weight as it is known in art.
  • Columns 4 i can be made from the same material as the base or from a different material. Their function is to support the bridge. They also delimit flotation compartments and can accommodate various so-called “utility” materials, such as pipes, pumps, various fluid reservoirs, etc.
  • the columns shown by way of example have a parallelepiped shape. They could also be of frustoconical or cylindrical shape for example. They each have a vertical face which faces the bridge 2 as shown in Figure 2 where it appears that a rectangular base 5 of the bridge 2 tangent to the four columns 4 i , inside a space delimited by them . This arrangement allows lateral guidance of the bridge by these columns, during the ballasting of the substructure, as will be seen below.
  • the bridge preferably has a structure metallic whose base 5 takes the form of a box, or hull, ensuring the buoyancy of the deck, hence the name deck-hull given to this type of deck. He wears classic equipment: derrick 6, crane 7, quarters 8, etc ... necessary for the execution of drilling of underwater wells, then upwelling products extracted from wells.
  • the bridge 2 is movable vertically with respect to the columns 4 i of the substructure 1, just like that of the jack-up platform described in the aforementioned patent, and therefore comprises means for lateral guidance at the interfaces between the base 5 of the bridge and the columns 4 i and of the means for locking the bridge on the columns.
  • locking means 10 1 , 10 2 there is shown very diagrammatically in FIG. 1 locking means 10 1 , 10 2 , the two other columns receiving identical locking means.
  • FIGS. 4A to 4H describe the installation process according to the invention of the platform of Figures 1 and 2.
  • FIG. 4A the substructure 1 is shown at the end of its construction in a dry dock 11, with a draft of the order of about fifteen meters for example.
  • FIG. 4B illustrates the impoundment of this dry dock, the substructure 1 then being placed in floatation.
  • a tugboat 12 pulls the substructure 1 out of the hold 11 to a site (FIG. 4C) where the deck 2 is placed on the base 3 of the substructure 1.
  • the deck 2, floating on its hull 5, is engaged between the columns 4 i of the substructure 1, suitably ballasted to allow the hull 5 to pass over the upper face of the base 3 of this substructure .
  • the base 3 is then deballasted (FIG. 4D) from so that the hull deck rests on the base and the sub-structure / deck-hull assembly can be towed to an intermediate sheltered site ( Figure 4E) of which, according to the invention, the seabed is deep higher than the bottom of the final installation site of the platform, for a reason that will appear in the after.
  • the ballasting of the base 3 is resumed, ensuring the descent of the substructure 1 and the floating hull deck 2.
  • the hydrostatic stability of the assembly is ensured by the buoyancy of the hull deck 2 on the water surface, the substructure 1 alone may not be stable in all the immersion phases.
  • the columns 4 i laterally guide the hull deck 2 during this descent, as described in the aforementioned patent.
  • the ballasting of the base 3 is stopped (FIG. 4F), the latter then having reached a predetermined depth substantially equal to the sum of the depth of the seabed of the final installation site of the platform (approximately 40 meters for example) and of the draft of the hull deck above the water, on this same final site (approximately 20 meters by example). This is why the depth of the bottom of the intermediate platform deployment site, at least 60 meters in the example given, must be greater than the depth of the final platform installation site.
  • the locking means 10 i are then actuated to prevent any further relative movement of the substructure 1 relative to the hull deck 2 (FIG. 4F).
  • the substructure is then deballasted to make raise the underside of the base 3 to a depth lower than that of the final installation site (Figure 4G) so as to allow towing of the platform to this site.
  • Figure 4H we ballast again the substructure until this one come to rest on the seabed 9, so as to ensure the stability of the platform on this background. In this position, deck 2 emerges over the water with the suitable air draft, set as explained above in link with FIG. 4F.
  • the platform could take the form from that shown in Figure 3 which does not differ from that Figures 1 and 2 that in that the bridge does not include hull and is therefore not independently buoyant.
  • the installation of this platform takes place substantially as described in connection with Figures 4A to 4H, at this except that Figure 4C 'should be substituted for Figure 4C.
  • the present invention achieves the goals set, namely to achieve a gravity platform designed to be installed in shallow water and retaining the economic benefits of self-elevating platforms for which on-site installation is achieved by the only game of the gravity and the buoyancy exerted on its constituents, without the use of lifting mechanisms expensive.
  • the installation of the fully equipped bridge on the structure also saves money heavy and expensive lifting means that are required in the case of installation of the bridge and the equipment in sea after the installation of the substructure on its final site operating.

Description

La présente invention est relative à un procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice, conçue notamment pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer et, plus particulièrement, à un tel procédé d'installation d'une plate-forme du type qui comprend une sous-structure flottable constituée d'une embase et d'au moins deux colonnes débordant vers le haut de ladite embase, et un pont flottable monté sur lesdites colonnes.
On a décrit dans la demande de brevet français N° 9715774 déposée le 12 décembre 1997 par la demanderesse, ci-après appelée brevet précité, une plate-forme présentant une structure de ce type, conçue pour être installée sur des champs pétroliers en mer de grande profondeur, de plusieurs centaines de mètres à 1500 m ou plus par exemple. La plate-forme est alors semi-submersible, flotte à la surface de l'eau et est mouillée par des lignes ancrées sur le fond marin.
Le procédé d'installation de la plate-forme décrit dans le brevet précité consiste à remorquer un ensemble flottant constitué par la sous-structure et un pont-coque flottable monté sur celle-ci jusqu'au site d'installation final, à ballaster la sous-structure pour faire descendre celle-ci vers le fond alors que le pont-coque flotte à la surface de l'eau, à arrêter le ballastage de la sous-structure quand l'embase atteint une profondeur prédéterminée et à bloquer alors le pont-coque sur les colonnes de l'embase, à déballaster ensuite la sous-structure jusqu'à ce que le pont-coque soit remonté à une hauteur prédéterminée au-dessus de la surface de l'eau, et, finalement, à raccorder la sous-structure au fond marin par des lignes d'ancrage.
Ce procédé d'installation est particulièrement attrayant en ce qu'il permet de déployer la plate-forme par le seul jeu de la flottabilité du pont et du ballastage/déballastage de la sous-structure, ce qui en fait un procédé de mise en oeuvre particulièrement économique, d'autant plus que, par ailleurs, la plate-forme peut être entièrement construite à quai ou en cale sèche.
On connaít aussi de la demande de brevet français n° 2.400.086 un procédé d'installation d'un pont sur les colonnes d'une structure gravitaire, suivant lequel on immerge la structure par ballastage et treuillage, de manière à placer le pont au-dessus des colonnes. Un déballastage de la structure met le pont hors d'eau. L'ensemble est remorqué ensuite vers son site final d'installation.
Sur les champs pétroliers de profondeur moyenne, de 40 à 120 m environ par exemple, tels qu'on en rencontre notamment en Mer du Nord, la mise en place de plates-formes semi-submersibles ou de navires du type "FPSO" s'avère particulièrement délicate du fait de la violence des charges d'environnement (vent, houle, courant, etc...), ce qui pénalise le dimensionnement des ancrages et par conséquent leur coût. Pour cette raison on préfère installer sur de tels sites des plates-formes fixes du type gravitaire.
La présente invention a justement pour but de fournir un procédé d'installation d'une telle plate-forme gravitaire sur un champ pétrolier de profondeur moyenne, qui retient les avantages économiques évoqués ci-dessus du procédé d'installation d'une plate-forme semi-submersible "auto-élévatrice" sur un champ de grande profondeur décrit dans le brevet précité.
La présente invention a aussi pour but de fournir une plate-forme conçue pour la mise en oeuvre de ce procédé, ladite plate-forme comprenant en particulier, avantageusement, des moyens de stockage pour les produits extraits du champ pétrolier.
On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaítront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce que a) on remorque un ensemble flottant constitué par la sous-structure et le pont flottable reposant sur l'embase de ladite sous-structure, jusqu'à un site abrité intermédiaire de profondeur supérieure à celle du site d'installation final, b) on ballaste la sous-structure pour faire descendre celle-ci vers le fond alors que le pont flotte à la surface de l'eau, c) on arrête le ballastage de la sous-structure quand l'embase atteint une profondeur prédéterminée et on bloque alors le pont sur les colonnes de ladite embase, d) on déballaste ladite sous-structure jusqu'à ce que le pont soit remonté à une hauteur prédéterminée au-dessus de la surface de l'eau, e) on remorque l'ensemble jusqu'au site d'installation final et, f) on ballaste de nouveau la sous-structure jusqu'à ce qu'elle repose sur le fond marin.
A l'étape c), la profondeur prédéterminée atteinte par l'embase est voisine de la somme de son tirant d'air sur le site d'installation final et de la profondeur du fond marin sur ce site.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront à la lecture de la description qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé dans lequel :
  • les figures 1 et 2 sont des vues en élévation et en plan respectivement, d'un premier mode de réalisation d'une plate-forme conçue pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, la vue en plan ne faisant pas apparaítre les équipements portés par le pont de la plate-forme, pour la clarté du dessin,
  • la figure 3 est une vue en élévation d'une variante de la plate-forme des figures 1 et 2, et
  • les figures 4A à 4H illustrent le procédé d'installation suivant l'invention, des plates-formes des figures 1 à 3.
On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé où il apparaít que la plate-forme représentée comprend essentiellement une sous-structure 1 et un pont 2. La sous-structure 1 comprend une embase 3 de plan rectangulaire et au moins deux, et dans l'exemple représenté quatre, colonnes 4i (i de 1 à 4) débordant vers le haut de l'embase 3, le pont 2 étant fixé à l'extrémité haute de ces colonnes comme représenté à la figure 1.
La sous-structure 1 représentée est donnée seulement à titre d'exemple illustratif et non limitatif. C'est ainsi que son embase pourrait aussi bien présenter une forme carrée, triangulaire, circulaire ou autre.
L'embase est destinée à reposer sur le fond marin 9. Elle prend la forme d'un caisson parallélépipédique comportant avantageusement des compartiments de stockage de produits extraits du champ pétrolier et des compartiments de ballastage/déballastage. Ces derniers sont utilisés pendant l'installation de la plate-forme, comme on le verra plus loin. L'embase forme en phase d'exploitation une fondation de la plate-forme en assurant la stabilité de celle-ci par le simple effet poids comme il est connu dans l'art.
Les colonnes 4i peuvent être réalisées dans le même matériau que l'embase ou dans un matériau différent. Elles ont pour fonction de supporter le pont. Elles délimitent aussi des compartiments de flottaison et peuvent accueillir différents matériels dits "utilités", tels que tuyauteries, pompes, réservoirs de fluides divers, etc...
Les colonnes représentées à titre d'exemple ont une forme parallélépipédique. Elles pourraient aussi être de forme tronconique ou cylindrique par exemple. Elles présentent chacune une face verticale qui fait face au pont 2 comme représenté sur la figure 2 où il apparaít qu'une base rectangulaire 5 du pont 2 tangente les quatre colonnes 4i, à l'intérieur d'un espace délimité par celles-ci. Cette disposition permet le guidage latéral du pont par ces colonnes, pendant le ballastage de la sous-structure, comme on le verra plus loin.
Le pont présente de préférence une structure métallique dont la base 5 prend la forme d'un caisson, ou coque, assurant la flottabilité du pont, d'où le nom de pont-coque donné à ce type de pont. Il porte les équipements classiques : derrick 6, grue 7, quartiers d'habitation 8, etc... nécessaires à l'exécution des forages de puits sous-marins, puis à la remontée des produits extraits des puits.
Le pont 2 est mobile verticalement par rapport aux colonnes 4i de la sous-structure 1, tout comme celui de la plate-forme auto-élévatrice décrite dans le brevet précité, et comporte donc des moyens de guidage latéral aux interfaces entre la base 5 du pont et les colonnes 4i et des moyens de verrouillage du pont sur les colonnes. On pourra se référer au brevet précité pour plus de détails concernant ces moyens de guidage et de verrouillage. Pour les besoins de la présente description on a représenté très schématiquement sur la figure 1 des moyens de verrouillage 101, 102, les deux autres colonnes recevant des moyens de verrouillage identiques.
On se réfère maintenant aux figures 4A à 4H pour décrire le procédé d'installation suivant l'invention de la plate-forme des figures 1 et 2.
A la figure 4A, la sous-structure 1 est représentée à la fin de sa construction dans une cale sèche 11, d'un tirant d'eau de l'ordre d'une quinzaine de mètres par exemple. La figure 4B illustre la mise en eau de cette cale sèche, la sous-structure 1 étant alors mise en flottaison. Un remorqueur 12 vient tirer la sous-structure 1 hors de la cale 11 jusqu'à un site (figure 4C) où l'on procède à la mise en place du pont 2 sur l'embase 3 de la sous-structure 1. Le pont 2, flottant sur sa coque 5 , est engagé entre les colonnes 4i de la sous-structure 1, convenablement ballastée pour permettre à la coque 5 de passer au-dessus de la face supérieure de l'embase 3 de cette sous-structure.
Alternativement, suivant le mode de réalisation décrit dans le brevet précité, et si les dimensions de la structure le permettent, on peut installer le pont-coque sur l'embase dans la cale sèche, la sous-structure étant ballastée et reposant sur le fond de la cale.
L'embase 3 est ensuite déballastée (figure 4D) de manière que le pont-coque repose sur l'embase et que l'ensemble sous-structure/pont-coque puisse être remorqué jusqu'à un site abrité intermédiaire (figure 4E) dont, suivant l'invention, le fond marin est de profondeur supérieure à celle du fond du site final d'installation de la plate-forme, pour une raison qui apparaítra dans la suite.
Une fois arrivé sur ce site abrité, le ballastage de l'embase 3 est repris, assurant la descente de la sous-structure 1 et la mise en flottaison du pont-coque 2. Pendant cette descente, la stabilité hydrostatique de l'ensemble est assurée par la flottaison du pont-coque 2 à la surface de l'eau, la sous-structure 1 seule pouvant ne pas être stable dans toutes les phases d'immersion. Les colonnes 4i guident latéralement le pont-coque 2 pendant cette descente, comme décrit dans le brevet précité.
Quand les surfaces supérieures des colonnes 4i arrivent au niveau de celle de la coque du pont 2, le ballastage de l'embase 3 est arrêté (figure 4F) celle-ci étant alors arrivée à une profondeur prédéterminée sensiblement égale à la somme de la profondeur du fond marin du site final d'installation de la plate-forme (40 mètres environ par exemple) et du tirant d'air du pont-coque au-dessus de l'eau, sur ce même site final (20 mètres environ par exemple). C'est pourquoi la profondeur du fond du site intermédiaire de déploiement de la plate-forme, d'au moins 60 mètres dans l'exemple donné, doit être supérieure à la profondeur du site final d'installation de la plate-forme.
Les moyens de verrouillage 10i sont alors actionnés pour empêcher tout nouveau déplacement relatif de la sous-structure 1 par rapport au pont-coque 2 (figure 4F).
La sous-structure est ensuite déballastée pour faire remonter la face inférieure de l'embase 3 à une profondeur inférieure à celle du site final d'installation (figure 4G) de manière à permettre le remorquage de la plate-forme jusqu'à ce site. Une fois celui-ci atteint (figure 4H) on ballaste de nouveau la sous-structure jusqu'à ce que celle-ci vienne reposer sur le fond marin 9, de manière à assurer la stabilité de la plate-forme sur ce fond. Dans cette position, le pont 2 émerge au-dessus de l'eau avec le tirant d'air convenable, réglé comme expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 4F.
En variante, la plate-forme pourrait prendre la forme de celle représentée à la figure 3 qui ne diffère de celle des figures 1 et 2 qu'en ce que le pont ne comporte pas de coque et n'est donc pas indépendamment flottable. L'installation de cette plate-forme se déroule sensiblement comme décrit en liaison avec les figures 4A à 4H, à ceci près que la figure 4C' doit être substituée à la figure 4C. Sur la figure 4C' il apparaít que le pont 2 arrive chargé sur une barge 13 qui va jouer le rôle de la coque du pont de la plate-forme des figures 1 et 2, jusqu'à l'étape 4F où la barge est dégagée de la plate-forme après le verrouillage du pont.
Il apparaít maintenant que la présente invention permet bien d'atteindre les buts fixés, à savoir réaliser une plate-forme gravitaire conçue pour être installée en eau peu profonde et retenant les avantages économiques des plates-formes auto-élévatrices pour lesquelles l'installation sur site est obtenue par le seul jeu de la gravité et de la poussée d'Archimède exercées sur ses constituants, sans recours à des mécanismes élévateurs coûteux. En outre il est possible de stocker les produits extraits du champ pétrolier sur la plate-forme elle-même, grâce aux compartiments prévus à cet effet dans son embase.
L'installation du pont complètement équipé sur la structure permet par ailleurs de faire l'économie des lourds et coûteux moyens de levage qui sont nécessaires dans le cas d'installation du pont et des équipements en mer après la pose de la sous-structure sur son site final d'exploitation.

Claims (1)

  1. Procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice, pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer, ladite plate-forme comportant une sous-structure flottable (1) constituée d'une embase (3) et d'au moins deux colonnes (4i) débordant vers le haut de ladite embase, et un pont-coque flottable (2) monté sur lesdites colonnes (4i), ladite plate-forme gravitaire étant auto-élévatrice en ce que le pont (2) est mobile verticalement par rapport aux colonnes (4i) de la sous-structure (1), le procédé étant caractérisé en ce que :
    a) on remorque un ensemble flottant complet constitué par la sous-structure (1) et le pont flottable (2) reposant sur l'embase (3) de ladite sous-structure (1), jusqu'à un site abrité intermédiaire de profondeur supérieure à celle du site d'installation final de la plate-forme,
    b) on ballaste la sous-structure (1) pour faire descendre celle-ci vers le fond alors que le pont (2) flotte à la surface de l'eau,
    c) on arrête le ballastage de la sous-structure (1) quand l'embase (3) atteint une profondeur prédéterminée et on bloque alors le pont (2) sur les colonnes (4i) de l'embase (3),
    d) on déballaste ladite sous-structure (1) jusqu'à ce que le pont soit remonté à une hauteur prédéterminée au-dessus de la surface de l'eau,
    e) on remorque l'ensemble jusqu'au site d'installation final, et
    f) on ballaste de nouveau la sous-structure (1) jusqu'à ce qu'elle repose sur le fond marin.
EP19990401357 1998-06-08 1999-06-04 Procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer Expired - Lifetime EP0963906B1 (fr)

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