EP1606159B8 - Dispositif de flottabilite et procede de stabilisation et de controle de la descente ou remontee d'une structure entre la surface et le fond de la mer - Google Patents

Dispositif de flottabilite et procede de stabilisation et de controle de la descente ou remontee d'une structure entre la surface et le fond de la mer Download PDF

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EP1606159B8
EP1606159B8 EP04742349A EP04742349A EP1606159B8 EP 1606159 B8 EP1606159 B8 EP 1606159B8 EP 04742349 A EP04742349 A EP 04742349A EP 04742349 A EP04742349 A EP 04742349A EP 1606159 B8 EP1606159 B8 EP 1606159B8
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EP
European Patent Office
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buoyancy
fluid
envelope
sea
depth
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Expired - Lifetime
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EP04742349A
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German (de)
English (en)
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EP1606159B1 (fr
EP1606159A2 (fr
Inventor
Michel Baylot
Marc Bonnissel
Xavier Rocher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saipem SA
Original Assignee
Saipem SA
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Publication date
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Publication of EP1606159A2 publication Critical patent/EP1606159A2/fr
Publication of EP1606159B1 publication Critical patent/EP1606159B1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1606159B8 publication Critical patent/EP1606159B8/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B15/00—Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor
    • E02B15/04—Devices for cleaning or keeping clear the surface of open water from oil or like floating materials by separating or removing these materials
    • E02B15/08—Devices for reducing the polluted area with or without additional devices for removing the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/08—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers of winches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C7/00—Salvaging of disabled, stranded, or sunken vessels; Salvaging of vessel parts or furnishings, e.g. of safes; Salvaging of other underwater objects
    • B63C7/006—Emptying the contents of sunken, stranded, or disabled vessels, e.g. by engaging the vessel; Underwater collecting of buoyant contents, such as liquid, particulate or gaseous contents, escaping from sunken vessels, e.g. using funnels, or tents for recovery of escaping hydrocarbons
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
    • E21B43/0122—Collecting oil or the like from a submerged leakage
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B15/00—Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor
    • E02B2015/005—Tent-like structures for dealing with pollutant emissions below the water surface

Definitions

  • Buoyancy device and method for stabilizing and controlling the descent or ascent of a structure between the surface and the seabed are provided.
  • the present invention relates to the use of a buoyancy fluid with a density lower than that of sea water confined in a rigid or flexible waterproof envelope, to constitute an immersed buoyancy element.
  • the present invention also relates to a buoyancy device or buoyancy element for lightening a heavy structure, and a method of placing a said buoyancy element in the submerged position between the surface and the seabed.
  • the present invention also relates to a method for stabilizing and controlling the descent or ascent of a said structure between the surface and the sea bottom, comprising or connected to at least one buoyancy element consisting of an envelope in which said buoyancy fluid according to the invention is tightly confined.
  • structure is understood here to mean any equipment, tool, machine and in particular risers, underwater wellhead elements on oil fields or oil processing units, which it is desired to install at sea, or at bottom of the sea, or a receptacle with a watertight compartment useful in particular for recovering polluting effluents from a wreck.
  • buoyancy element means an element which has a lighter weight than sea water and which therefore makes it possible to increase the buoyancy of the assembly which it forms with the structure to which it is connected or in which it is integrated.
  • the term “increase the buoyancy” of an element means increasing the ratio ⁇ between the buoyancy and its self-weight out of water, which is exerted on said element when it is immersed.
  • the ratio is ⁇ ⁇ 1
  • the buoyancy of the structure can be made positive to facilitate the ascent of said structure.
  • said buoyancy elements compensate for the weight of said structure, so that the buoyancy which applies to all of said structure and said buoyancy elements, is greater than or equal to the dead weight of the whole of said structure and of said buoyancy elements the result of the forces being directed upwards in the event of positive buoyancy.
  • This additional buoyancy is generally carried out with airtight tanks filled with air, made integral with said package.
  • Such buoyancy elements made up of tanks filled with air must be able to withstand the maximum immersion pressure without imploding or deforming, because the buoyancy would be reduced by the same amount, or even canceled out.
  • the tank must then have a resistance mechanical adapted to withstand the pressure corresponding to the envisaged immersion depth, which is approximately 10 MPa additional for each additional section of 1000m of water depth.
  • the envelope of the tank must be sufficiently reinforced to hold the pressure and its self-weight is consequently much greater, which then considerably reduces the performance of said buoyancy element.
  • the tank is advantageously pressurized before lowering it, which then makes it possible to reduce the self-weight of the tank, because at the maximum immersion depth, the differential pressure between the outside and inside is weaker and the wall needs less resistance; on the other hand, the tank must be able to withstand the initial bursting pressure during pressurization.
  • syntactic foam is also conventionally used which is composed of microspheres, generally of glass and of small diameter, mixed with a binder of the epoxy or polyurethane type.
  • ⁇ Archimedes thrust / dead weight
  • the buoyancy When the package is placed on the seabed, the buoyancy should generally be removed so that it remains stable. In the case of a tank filled with air, it suffices simply to open the valves so that it fills with sea water. In the case of a float with a solid buoyancy material such as in syntactic foam, the only solution is to separate it by cutting the links which connect it to the parcel and to bring it up to the surface, either in a controlled manner, which represents a considerable time, or by letting it go up freely without any control, this which risks creating accidents with the various ships in surface operations.
  • buoyancy elements make it possible to reduce the apparent weight in the water of the package, but, the mass of said package is then increased by said buoyancy, as well as by the "added mass” of water, that is ie the mass of water adjacent to the package which is entrained during vertical movements, upwards or downwards.
  • the inertial mass to be considered consists of the mass of the package itself, increased by the mass of the buoyancy elements, further increased by the " added mass "of water, which can represent an overall mass of inertia of 400 or 500 tonnes for a massive package of 100 tonnes.
  • buoyancy elements In general, it is sought to improve the performance of the buoyancy elements, so as to minimize not only the overall mass of inertia, but also the size of said buoyancy elements, so as to limit the effects of underwater currents on the whole. of the package.
  • Another object of the present invention is to provide a buoyancy material which can be confined in an envelope which does not require mechanical strength properties at high pressure to be placed at great depth.
  • Another object of the present invention is to provide a device and method making it possible to control and facilitate the descent or ascent of a heavy and, if necessary, bulky structure such as receptacles for the recovery of effluents mentioned above, but applicable any other type of structure, or even to stabilize it, between the surface and the seabed, especially at great depths.
  • Another object of the present invention is to provide a method and an installation making it possible to confine and recover the contents of the holds and the tanks of a ship, for example an oil tanker, resting on the seabed, in water depths important, in particular greater than 3000 meters, or even up to 4000 to 5000 meters, and which do not have the drawbacks of the prior methods and devices and, in particular which are easy and simple to implement despite their very large dimensions.
  • Another object of the present invention is to provide a method and an installation making it possible to confine and recover polluting effluents from the holds of a stranded ship, in particular at great depth, by means of a rigid receptacle with open base in the form hat coming to completely cover the wreck of the ship so as to channel all the effluents escaping from the ship in a single volume, or even to organize the ascent of polluting effluents from the said receptacle to the bottom of the sea in better conditions.
  • Another object of the present invention is therefore, more particularly, to provide a receptacle with an open base in the form of a hat, capable of completely covering a wreck at the bottom of the sea and recovering polluting effluents therefrom. escaping from it, which is technically reliable and which can be installed at the bottom of the sea according to a simple and technically reliable process.
  • the subject of the present invention is the use of a buoyancy fluid with a density lower than that of sea water confined in a rigid or flexible waterproof envelope, to constitute an immersed buoyancy element, characterized in that that said buoyancy fluid is a compound naturally occurring in the gaseous state at ambient atmospheric temperature and pressure, and in the liquid state at the underwater depth at which said buoyancy element is immersed.
  • the ambient atmospheric temperature and pressure conditions correspond to temperatures from -10 to + 40 ° C and to a theoretical absolute atmospheric pressure of 101,325 Pa, at sea level, and whose approximate value of 100,000 Pa, i.e. 0.1 MPa, is used throughout the description of the present invention.
  • the underwater ambient temperature and pressure conditions generally correspond to a temperature of 1 to 35 ° C, preferably 3 to 25 ° C, and a pressure higher than atmospheric pressure, more precisely a pressure increasing appreciably by 10 5 Pa in 10 m increments.
  • the compounds according to the invention have a critical temperature, preferably greater than 35 ° C, more preferably still greater than 40 ° C.
  • critical temperature is understood here to mean the temperature above which said compound is in a fluid state having properties belonging to both gases and liquids, and therefore at a temperature above which said compound cannot not be in a liquid state.
  • the present invention also provides an immersed buoyancy element conferring buoyancy on an immersed structure to which it is connected or fixed or in which it is integrated, characterized in that it comprises a said submerged envelope in which the said liquefied compound is tightly confined.
  • said envelope is made up or placed inside the walls of a compartment of an immersed structure.
  • said envelope is placed outside said structure to which it is connected or fixed, more particularly said submerged structure is suspended from said buoyancy element by at least one cable.
  • said buoyancy element may comprise a said flexible envelope preferably of hydrodynamic profile shape minimizing the forces during its vertical displacements when it is filled with said buoyancy fluid.
  • said buoyancy fluid is naturally in the stable liquid state when it is placed at an underwater depth of 10 to 500 m, preferably from 20 to 100 m. At these depths, the temperature is between 3 ° C and 25 ° C and the pressure is 0.1 MPa to 5MPa respectively, preferably 0.2MPa to 1 MPa.
  • said fluid is an almost incompressible fluid and has a density in the liquid state, from 0.3 to 0.8, preferably from 0.5 to 0.7.
  • said gas is selected from ammonia, a C-2 to C-7 alkane, a C-2 to C-7 alkene, a C-2 to C-7 alkyne, and a diene in C-4 to C-7.
  • butene is understood here to mean the various isomers such as butene-1 and the cis or trans-butene-2.
  • said compound is chosen from ammonia, propane and butane.
  • these latter compounds represent a good compromise between the values of characteristics of density in the liquid state and of vapor pressure. Indeed, for a gas in general, when its density in the liquid state increases, its vapor pressure at the reference temperature 15 ° C, decreases, and therefore the minimum depth of water at which the compound is intended to be placed also decreases.
  • These three compounds have densities substantially between 510 and 630 kg / m 3 and, the minimum depths with which said rigid or flexible envelopes can be filled, are included, respectively, substantially between depths of 65m to 7.5m (see table 1 below), when the ambient temperature is around 15 ° C.
  • the heavy structure has, in quantity, sealed internal cavities which can play the role of rigid envelope, advantageously use butane.
  • propane will advantageously be used, so as to minimize the size of said envelopes and therefore their cost.
  • the gain in volume of propane required being approximately 15% compared to butane, this will then result not only in a reduction in the cost of the envelope, but also in the cost of liquefied gas, since the unit prices of butane and propane are much the same.
  • the transfer operations take place at a greater depth and if divers are used to supervise the operations, the necessary equipment as well as the personnel have a higher qualification, therefore with a significant additional cost compared to a simple dive of area.
  • the present invention also provides a method of placing a buoyancy element between the surface and the bottom of the sea.
  • said fluid is stored in a tank on a surface vessel in the liquid state compressed or cooled, and it is injected in the liquid state in a pipe from the surface or it is stored up to a so-called submerged envelope at an underwater depth at which the underwater pressure is greater than or equal to the vapor pressure gas corresponding to said compound at room temperature at said depth.
  • said envelope In the case where said envelope is a flexible envelope, it can be lowered to the desired depth, empty, picked up or folded back on itself.
  • said envelope is previously filled with sea water or another fluid preferably a liquid compound at atmospheric pressure and temperature, incompressible such as diesel, fresh water, or methanol, and the seawater or the said other fluid of the envelope as the said buoyancy fluid is filled.
  • sea water or another fluid preferably a liquid compound at atmospheric pressure and temperature, incompressible such as diesel, fresh water, or methanol
  • said envelope is previously filled with sea water and, before filling with said buoyancy fluid according to the invention, a limited quantity of methanol is injected capable of preventing the formation of hydrates.
  • methanol which is of intermediate density between sea water and a buoyancy fluid according to the invention, creates a screen avoiding direct contact between said buoyancy fluid and water and thus prevents chemical reactions leading to the formation of hydrates when said buoyancy fluid combines with water. These hydrates risk blocking the pipes and preventing the recovery of liquefied gases at the end of the installation phase.
  • the said envelope is filled at the surface with the aid of a said other fluid, and the said envelope thus filled is lowered to a depth where the hydrostatic pressure corresponds to the pressure at which the said buoyancy fluid is then injected into said envelope as and when said other fluid is removed.
  • said buoyancy fluid is stored in the liquid state cooled in a cryogenic tank and at atmospheric pressure and is injected in the liquid state under pressure into said immersed envelope at a pressure corresponding to the hydrostatic pressure at the depth of said envelope, said buoyancy fluid passing through a heat exchanger so that the temperature of said fluid thirst brought substantially to that of seawater at the depth of said submerged envelope before filling.
  • the present invention also provides a device for stabilizing or controlling the descent or ascent of a structure between the surface and the sea bottom, comprising or connected to a buoyancy element according to the invention, characterized in that it comprises at least one connecting element of the cable or chain type of which: has a first end is connected to a winch on board a floating support or ship on the surface, on which winch it is wound, and H a second end is connected to a fastening element, on said structure, or on at least a first buoyancy element according to the invention, connected to said structure, and m the length of said connecting element is such that said winch is capable of winding or unwinding said first end of said connecting element, so that a lower portion of said connecting element can hang below said hooking element, that is to say below the point of at stain from said second end to said hooking element.
  • Said structure is therefore, if necessary, suspended from one or more said first buoyancy elements according to the invention arranged above it.
  • Said structure may also include second buoyancy elements integrated or incorporated inside said structure, that is to say that said second buoyancy elements do not move an additional volume of water relative to the volume of water moved by said structure, preferably said second buoyancy elements according to the invention. .
  • the stabilization device makes it possible to vary the length and therefore the weight of said lower portion of the connecting element hanging below said attachment element on said structure and supported by said structure.
  • the stabilization and control device comprises at least two said connecting elements and said structure comprises several said hooking elements and said connecting elements and said hooking elements are preferably arranged symmetrically respectively around and on the periphery of said structure.
  • the present invention also provides a method of descending or ascending or stabilizing a structure between the surface and the seabed using a stabilization device, according to which steps are carried out in which one proceeds or wind up said connecting element (s) at their said first end (s) using said winch (s) and controls the speed of descent or respectively ascent by regulating the speed of unwinding or respectively winding of said connecting element (s) at the level of said winch (s), so as to adjust the length of said lower portion of said connecting element (s) during below said said attachment element (s) on said structure or said first buoyancy element, the descent, the ascent or stabilization of said structure being obtained when respectively, the sum of the weight of the part of the (or) said ( s) lower portion (s) of the connecting element (s) between, on the one hand, said point (s) of attachment to said point (s) attachment element (s) or said first buoyancy element on said structure and, on the other hand, the lowest point (s) of the said portion (s) lower (s) s
  • the stabilization and control device comprises a said connecting element consisting of a cable, said lower portion of which includes weighting blocks arranged in a chain on a said cable, preferably metal blocks secured to said cable by crimping.
  • said blocks have a shape such that when said lower portion hanging below said hooking elements adopts a curved shape, two said blocks arranged side by side are capable of abutting against each other thus limiting the curvature of said cable.
  • the curvature of said cable is limited so that the minimum radius of curvature of said cables at the level of said lower portion makes it possible to maintain a minimum distance between said cable and said structure, sufficient to prevent any mechanical contact between them during 'a said descent or ascent of said structure.
  • said blocks have a cylindrical central part framed by two frustoconical ends whose axes (that is to say the axes of said cylinder and of the two frustoconical ends covering these bases) correspond to the direction of said cable when the latter is arranged linearly, two adjacent blocks being in contact at said frustoconical ends along a generatrix of said frustoconical ends in the curved parts of said lower portion.
  • said connecting element comprises a chain, said lower portion of which comprises heavier links than those of the rest of the chain, and preferably more bulky so as to limit the possible curvature of the chain.
  • said first buoyancy elements according to the invention are arranged if necessary above said structure to which it is suspended and, where appropriate, said second buoyancy elements preferably according to the invention are integrated in the part upper of said structure, preferably integrated above said hooking elements so that the center of gravity of all of said structure and said first buoyancy elements according to the invention is located below the center of thrust s 'exercising on all of said structure and said first buoyancy elements according to the invention, so as to ensure overall stability during the entire installation phase.
  • center of thrust is meant the point where the result of the Archimedes' thrust is exerted. (The center of thrust is the center of gravity of the volume of water displaced by said structure).
  • said heavy structure can be constituted by any package, in particular heavy package, module, tool, or base as described in the European patent application in the name of the unpublished applicant n ° 0435802.6, which one wishes to immobilize at near the bottom of the sea or anchor on a wall or element resting on the bottom of the sea.
  • said structure is a rigid structure in steel, metal or composite synthetic material containing at least one, preferably a plurality of watertight buoyancy compartments capable of forming a said buoyancy element, said compartment being equipped with at least one orifice. filling and preferably at least one discharge orifice, said sealed compartments being preferably distributed symmetrically in said walls.
  • the watertight compartments are cavities intended to be completely or partially filled with buoyancy fluid lighter than sea water according to the invention and therefore constitute compartments providing buoyancy to the structure, allowing it to be towed on the surface and lowered. at the bottom of the sea when it is set up under reliable technical conditions that are simple to carry out, as will be explained below.
  • symmetrical distribution of the compartments means that these are arranged symmetrically with respect to one or more median planes of symmetry of said structure, which makes it possible, as will be explained below, to facilitate the balancing and positioning of the base of said structure substantially horizontally.
  • the rigid structure comprises hollow tubular profiles defining watertight compartments and forming said buoyancy elements according to the invention.
  • the tanks or balloons associated with the processing of petroleum are used in particular for carrying out the water / petroleum / gas separation, to provisionally define watertight compartments forming said buoyancy elements according to the invention.
  • said structure is a massive structure constituted by a receptacle with an open base, hat-shaped, comprising a peripheral lateral wall surmounted by a ceiling wall, capable of completely covering a wreck with a ship at the bottom of the sea to recover polluting effluents escaping therefrom, said receptacle comprising at least one orifice for discharging said effluents contained in the interior volume of said receptacle; said discharge orifice being preferably located at the level of the ceiling of the receptacle.
  • said receptacle has a longitudinal axis of symmetry like said ships intended to be covered, and said receptacle has a vertical longitudinal axial plane of symmetry when the open base of the receptacle is in horizontal position, and more particularly, said receptacle has a second vertical transverse plane of symmetry.
  • propellants Preferably propellants, more preferably orientable propellants, allowing the movement of the receptacle in a horizontal direction to position it above said wreck.
  • Said attachment elements can therefore allow additional floats according to the invention to be attached to said structure.
  • propellants Preferably propellants, more preferably orientable propellants, allowing the movement of the receptacle in a horizontal direction to position it above said wreck.
  • Said attachment elements can therefore allow additional floats according to the invention to be attached to said structure.
  • the present invention also relates to a process for setting up a structure, in particular a receptacle according to the invention, for covering a wreck of a ship at the bottom of the sea and recovering polluting effluents therefrom. escaping, characterized in that the successive stages are carried out in which:
  • said sealed compartments are completely or partially filled with a said buoyancy fluid according to the invention, to constitute a buoyancy element according to the invention, and the filling rate of said sealed compartments is adjusted so as to position said structure, in particular said receptacle in equilibrium in immersion close to the surface, in particular a few meters away, for example 10 meters away, and
  • the said structure is lowered, if necessary, to its desired submerged position, in particular the said receptacle near the bottom of the sea, above the wreck, by controlling the descent using a stabilization device or for controlling the descent or ascent of a structure according to the invention, in particular using a plurality of cables preferably unwound from winches on board surface ships, said cables being connected to lengths heavy chains, the chains themselves being connected, at their other end, to said hooking elements integral with said structure, preferably distributed symmetrically over the periphery of said structure, the weight of the lengths of chains hanging below the points d 'attachments on said attachment elements allowing the descent of said structure, and the lengths of said chains hanging below said points of attachment of the elements at the attachment point hage being adapted by unwinding or winding said cables, preferably around said winches, so as to regulate the speed of lowering the receptacle and ensuring the balancing of the base of said structure, in particular the base of said substantially horizontal structure during the descent, and
  • step 1) Before and / or after step 1), but before step 2) above, it is possible to tow, using ships, said structure, in particular said receptacle floating on the surface, said watertight compartments being filled with air and floating between two waters flush with the surface or said watertight compartments being completely filled with a fluid lighter than sea water.
  • step 1) above it is understood that the filling of said sealed compartments, with a fluid lighter than sea water, is carried out in the various compartments according to their distribution in the walls of the receptacle, so that the open base of said structure remains substantially horizontal on the one hand and that, on the other hand, the center of thrust of the receptacle is substantially above the center of gravity of said structure. This applies to the choice of compartments to fill and their filling rate.
  • step 1) additional buoyancy is provided to said structure using additional floats using said first buoyancy elements connected to said structure, in particular to said receptacle, and in step 3 ), when said structure is in the desired submarine position, in particular at the bottom of the sea, said additional floats are released.
  • step 1) and before step 2) when said structure arrives in the desired position, in particular close to the bottom of the sea, the lengths of said heavy chains hanging below said hooking elements are reduced and supported by said structure so as to stabilize said suspended structure, and if necessary, anchoring of said structure is carried out at the bottom of the sea, then said heavy chains are lowered completely so that their entire weight contributes to the stabilization of said structure, in particular of said structure at the bottom of the sea.
  • Heavy chains can be recovered by disconnecting them from said structure, but as explained below, to increase the stability of said structure, in particular of said receptacle, said heavy chains can be hooked at their two ends to said hooking elements on said structure or, more simply, the free end of said heavy chains can be placed on the ceiling of said structure, in particular of said receptacle after hooking of the cables connected to surface vessels, then the cables connected to the surface vessel are unhooked from said chains.
  • said structure can be positioned by actuating propellants mounted outside of said structure and preferably distributed symmetrically over its periphery.
  • step 1 in a method according to the invention, in step
  • the said compartment (s) or envelope (s) connected to said structure are filled with seawater or a lighter first fluid as the sea water corresponding to a said buoyancy fluid according to the invention, and in step 2), said structure is lowered to a depth of 30 to 60 meters corresponding to a pressure of 3 to 6 bars at which is injected a liquefied gas under pressure lighter than sea water in the said compartment (s) or so-called envelope (s) from a surface gas vessel to form a buoyancy element according to the invention.
  • the present invention also relates to a process for recovering pollutant effluents lighter than sea water, contained in the tanks of a shipwreck lying on the bottom of the sea in which:
  • FIG. 1 is a section in side view of a said structure consisting of a receptacle called hereinafter "sarcophagus" during descent to a wreck
  • Figure 2 is a sectional side view of a rigid receptacle resting at the bottom of the sea and completely enveloping the wreck
  • Figure 3 is a perspective view in cutaway, of the structure of the sarcophagus
  • Figure 4 is a sectional side view of the sarcophagus during descent, detailing the mode of regulation of the descent using heavy chains
  • Figures 4a and 4b detail the variable mode of implementation of said heavy chains
  • Figure 5 is a sectional side view of a sarcophagus composed of a rigid support structure of metal beams, associated with tanks of buoyancy filled with a low density fluid integrated between them and closed by waterproof membrane fabrics on the external face of the structure
  • Figure 6 is a sectional side view of a sarcophagus composed of a rigid support structure of metal beams, associated with tanks of buoyancy filled
  • FIG. 7a and 7b represent a section in side view of a sarcophagus respectively during towing, its buoyancy compartments being filled with seawater 9a, and in 9b, vertical to the wreck, during the filling phase of said buoyancy compartments with liquefied gas of low density;
  • FIG. 8a is a side view of a shuttle tank stabilized in its ascent by a connecting cable weighed down by blocks integral with the latter and also playing the role of curvature limiter
  • FIGS. 8b and 8c represent states similar to that of FIG. 11a, the shuttle tank being in the ascent phase in FIG. 11b and in descent in FIG. 8c
  • FIG. 8d represents the detail of two blocks 31 in contact, when said connecting cable is bent
  • FIG. 9 shows a shuttle tank cooperating with the upper wall of a structure of the sarcophagus type to recover the oil flowing from a stranded ship and confined under the sarcophagus;
  • Figure 10a shows in sectional side view a structure consisting of an oil processing module suspended in the sub surface by means of cables with two floating barges, the assembly being being towed to the installation site;
  • FIG. 10b is a sectional side view of said oil processing module lowered to a depth of 20 to 40 m, a gas ship being in the process of transferring the buoyancy fluid to a flexible envelope of the balloon type;
  • FIG. 11 represents the descent of a structure consisting of an anchoring and drilling device controlled by a stabilization chain and buoyancy elements according to the invention.
  • FIG 1 there is shown the hull of a wreck or a tank wall 6 resting on the sea bottom 7 filled with hydrocarbon 8 whose density is less than sea water. Said hydrocarbon is confined in the upper part of the tank or wreck 6, the lower part being filled with sea water. Since the ship 6 generally has multiple openings hermetically closed at deck level, leaks may occur. produce as soon as this tightness comes to be degraded by the deformation or the rupture of the hull during the sinking.
  • a rigid receptacle 1 according to the invention hereinafter called “sarcophagus” consisting of a rigid structure is lowered from the surface under the control of cables 12 connected to vessels 20 with dynamic positioning located on the surface, as shown in Figures 1 and 2.
  • the receptacle 1, described in Figures 1 to 3 has a vertical and longitudinal axial plane of symmetry (XOZ) and comprises: - a ceiling wall 3, 3a, 3b) comprising two lateral longitudinal walls 3a, 3b inclined with respect to said vertical axial plane of symmetry of said receptacle, so as to form a reversed V in cross section (YOZ), and
  • the sarcophagus 1 consists of a shell in an inverted configuration, said shell being sealed and with double walls thus constituting walls 4 of sealed compartments 4, preferably a multitude of sealed compartments in continuity with one another. other.
  • the structure consists of transverse members 4 3 , perforated or solid within the same watertight compartment, and associated with longitudinal members, perforated or solid 4 6 .
  • Figure 3 we show in a section exploded transverse corresponding to the plane YOZ, a straight half of the double wall 3b of the ceiling, flat, inclined with respect to the horizontal, for example from 10 to 20 °, but which can be horizontal, and when it is inclined forming a ceiling in configuration of inverted V with the other half of double ceiling walls 3b.
  • Each longitudinal ceiling wall 3a, 3b is connected by its lower edge to a double side wall 2a, 2b, flat, vertical or inclined relative to the vertical, in particular from 5 to 20 °, preferably at a lesser inclination than said walls. longitudinal inclined ceiling.
  • the two ends of the sarcophagus 1 along the longitudinal axis XX ' are closed by double end walls 2, 2a, 2 ⁇ ensuring the junction between the end edges of the double side walls 2a, 2b and the double walls of the ceiling 3 , 3a, 3b and said end side walls 2 ⁇ being perpendicular to the longitudinal axis XX '.
  • the lower part is entirely free, so that the sarcophagus can come to cover, like a bell, the wreck 6 to be confined.
  • the volumes inside the various double walls 2 ⁇ , 2, 2a, 2b and 3, 3a, 3b and delimited by the internal and external walls and the solid members 4 3 , 4 6 form the walls 4 ⁇ of the compartments 4 tight screw with respect to the outside, which makes it possible to fill them with a fluid of density lower than sea water, said fluid then playing the role of float and coming to compensate for the self-weight of the rigid structure of the sarcophagus receptacle 1.
  • Said shell constituting the sarcophagus is advantageously built dry in a dock, then the sealed compartments 4 included inside the double walls 2- ⁇ , 2, 2a, 2b and 3, 3a, 3b are sealed. After filling the dock, the sarcophagus 1 floats and greatly exceeds the water level, due to the fact that said compartments 4 are filled with air. If there is a risk of instability at this stage, a temporary ballast is advantageously added in the lower part.
  • the sarcophagus 1 is then towed to deep water where all of the compartments 4 constituting the buoyancy volumes, is filled with the buoyancy fluid, for example diesel whose density is close to 0.85, but preferably a fluid consisting of ammonia, butane, or propane or a other gas liquefied under pressure as described below.
  • the buoyancy volume is advantageously adjusted so that the sarcophagus is in equilibrium between two waters, the overall equilibrium possibly being provided by additional floats 19 capable of withstanding the bottom pressure, that is to say approximately 350 bars for 3500 m deep.
  • Said additional floats 19 may consist of syntactic foam, that is to say of glass microspheres trapped in a binder of the epoxy or polyurethane resin type but advantageously consist of a liquefied gas under pressure as described below, in particular ammonia, butane, or propane.
  • the sarcophagus 1 is then towed to the site, then, once on site, at least two, preferably four vessels 20 connect to the ends of the sarcophagus 1, in the following manner.
  • Each of the ships 20 comprises a winch 12 ⁇ provided with a cable 12, preferably made of steel, the length of which is greater than the water depth, for example 130% of said water depth.
  • the end of said cable 12 is connected to a length of heavy chain 13, for example 100 m of 6 "diameter chain, the end of said chain being connected to a reinforced beam 10 constituting a hooking element integral with the structure and protruding from the sarcophagus 1, as explained in Figures 1-4-6.
  • the heavy chains 13 have a self-regulating effect during the descent of the sarcophagus towards the bottom of the sea 7 and their operation is explained in FIGS. 4, 4a and 4b.
  • the cable 12 is in the intermediate position and forms a double chain curve, part of the chain weight 13 (F) being supported by the sarcophagus, the other portion of the chain being supported via the cable 12 directly by the surface ship 20.
  • F chain weight 13
  • the configuration of the chains 13 in double chain has a self-regulating effect on the position of the sarcophagus during the descent.
  • the vessels 20 must remain at a substantially constant distance from the axis of the receptacle and preferably two vessels 20a and 20b connected to opposite hooking elements 10 (FIG. 1) must be located substantially in a vertical plane passing through the attachment points of the chains 13 on the beams 10 of the sarcophagus 1, which implies the advantageous use of ships with dynamic positioning using a radiolocation system of the GPS type.
  • the descent of the sarcophagus 1 is carried out, preferably continuously up to a distance close to the wreck 6, for example up to 50 m from the bottom. Then, the sarcophagus is positioned at the axis of the wreck 6 and oriented in the right direction by simple movement of all of the surface vessels 20. Said movements of the ships 20 have a delayed effect from a few minutes to a few tens of minutes, on the corresponding movements of the sarcophagus located a few thousand meters below.
  • adjustable thrusters 16 preferably at the ends of the structure, more particularly at the four corners of the ceiling, said thrusters 16 being powered by an umbilical 16 ⁇ of power and control connected to a ship 20 on the surface .
  • 14 winches are installed on the lateral peripheral walls of the sarcophagus, and, when said sarcophagus 1 is close to the wreck, an automatic submarine ROV 22, piloted from the surface, connects cables 14 of said winches 14 ⁇ to an anchor 15- ⁇ , 15a pre-installed near the wreck, for example a suction anchor 15 ⁇ , or a dead body 15a-
  • the heavy chains are rested on the bottom of the sea 7 as illustrated in FIG. 2, then the additional floats 19 are unhooked by means of the ROV 22, the latter then rise freely to the surface where they are recovered. If necessary, care is taken to equip each of them with an acoustic beacon, which makes it possible to follow their ascent using the sonars of the ships 20 and to move the ships accordingly to avoid any collision when they surface.
  • the sarcophagus 1 is then stable at the bottom, but its stability is further improved by recovering the cargo of buoyancy, for example diesel, as explained in Figure 2.
  • a pipe 23 preferably flexible, preferably in configuration of S, to an orifice provided with an isolation valve 4 4 , located in the upper part of compartment 4, having taken care to open a valve 4 beforehand 5 located in the lower part of the same compartment 4 and allowing sea water to penetrate, as the buoyancy fluid rises to the surface.
  • the upper valves 4 4 After emptying the buoyancy compartments 4, the upper valves 4 4 , at least, are closed and the sarcophagus then has its maximum weight which provides it with great stability, even in the event of large leaks at the wreck.
  • the chains can be recovered, but if one wishes to improve the stability of the sarcophagus, the chains 13 are advantageously raised, which are suspended by their second end to the bracket already supporting the first end, or they are raised and simply placed on the roof of the sarcophagus, so that their entire weight contributes to the stabilization of said sarcophagus.
  • buoyancy fluid in particular preferably of ammonia, butane or propane as explained below.
  • seawater having a density of approximately 1.026 on the surface and 1.045 towards 4000 m deep and at 3 ° C
  • freshwater having a density of 1 in surface and from 1.016 towards 4000 m deep and at 3 ° C
  • the buoyancy provided by fresh water per m 3 thus varies from 26kg at the surface to 29 kg at 4000 m deep.
  • the overall volume of the compartments 4 of the following example makes it possible to balance the gross self-weight of the structure of the sarcophagus described below.
  • the overall volume of the compartments is 73,125 m3, which gives a buoyancy of 1,480 tonnes when filled with 75% fresh water.
  • An additional buoyancy of 470 tonnes is installed in the form of floats distributed along the structure and the stabilizing chains for the descent consist of four identical lengths of chain each weighing 50 tonnes, each of them being installed at an angle of sarcophagus.
  • a buoyancy fluid having a lower density than fresh water for example diesel, but preferably a compressed liquid gas according to the invention, such as described below and the overall volume of buoyancy compartments requires a distance between internal and external walls of 2m.
  • the sarcophagus then represents a mass of 7,500 tonnes, that is to say a weight taken off in seawater of 6,500 tonnes.
  • the overall volume of the compartments is 47,550 m3, which gives a buoyancy of 6,280 tonnes when filled with 22% butane with a density of 601 kg / m3.
  • the additional floats represent 320 tonnes, and the stabilizing chains (50T x4) remain the same as in the case of the aluminum sarcophagus.
  • an upper evacuation orifice 9 at the ceiling of the sarcophagus is advantageously open so that the buoyancy fluid according to the invention can escape and the stability of the sarcophagus is optimal. After evacuation of the fresh water, said upper orifice 9 is closed so as to collect any leaks from the wreck.
  • This same upper orifice 9 is advantageously used to recover the effluents 8 which escape from the wreck 6 over time, and come together in the upper part of the interior volume of the sarcophagus under its ceiling 3, 3a, 3b.
  • the oil 8 advantageously accumulated since the previous intervention campaign is advantageously transferred, either by means of a pipe 23 connecting the upper orifice 9 to to a recovery vessel located on the surface, either by using a recovery device between the sarcophagus and the surface vessel, for example a device as described in patent application FR 2 804 935 or else a device of the shuttle type such as described in the unpublished European patent application No. 03 358 003.6.
  • a hanger-type supporting structure consisting of metal or steel beams 24 assembled together by welding or bolting, and there are incorporated watertight compartments, distributed from whether continuous or not, either on the side walls 2, 2a, 2b, or on the roof 3, 3a, 3b or in combination of the two.
  • the entire structure is sealed against a fluid tending to escape naturally upwards, by cloths or membranes 25 fixed to the outside of the structure and against it in a sealed manner, way to collect all the leaks from the wreck and direct them to the top point where they will be stored while waiting to be recovered, either by means of a bottom-surface connection 23, either by means of recovery device or the shuttle as explained previously.
  • the structure of the sarcophagus is made of lightened concrete 26, reinforced and prestressed, and comprises compartments 4 which are filled in the same manner as before, with a fluid of density lower than that of sea water according to the invention.
  • Concrete 26 is advantageously made from light aggregates, such as, for example, expanded clays, associated with high resistance mortars, which gives them excellent behavior at great depth, even at depths of 3000 to 4000 m, see more.
  • expanded clays are substantially spherical in shape and have voids filled with air or gas, which gives them a low density; taken within a matrix made of high resistance mortar, it is the matrix itself which ensures the overall resistance.
  • the entire walls of the concrete structure in contact with water are advantageously covered with a layer of paint of elastomer type, thus creating a sealing barrier. effective.
  • This layer is advantageously also applied inside the buoyancy compartments integrated into the concrete structure, to minimize the migration of the buoyancy fluid to said aggregates.
  • a buoyancy fluid according to the invention of very low density, which correspondingly reduces the overall volume of the buoyancy compartments to be provided.
  • a gas is advantageously used, the critical point of which is above ambient temperature, for example butane, propane, ammonia, or any other gaseous similar compound at ambient temperature and atmospheric pressure.
  • these gases have a density in the liquid state which is between 0.50 and 0.70. They are gaseous at atmospheric pressure and at a temperature of 20 ° C, but liquefy when they are compressed to a few bars. It is thus very advantageous to use them as buoyancy fluid because their yield ⁇ (buoyancy / self-weight) is much higher than the fluids commonly used, such as diesel, methanol or even fresh water.
  • compartments must be filled in a special way to avoid any risk of incident and accident.
  • they can be stored either at atmospheric pressure at cryogenic temperature or under pressure at ambient temperature.
  • the temperature of said fluid When they are stored at atmospheric pressure, so that the fluid remains in the liquid form, the temperature of said fluid must be kept much lower than room temperature, for example -0 ° C to -50 ° C depending on the gas.
  • an envelope is used, rigid or flexible, capable of confining said gas, the filling of said envelope being carried out in a submarine at a depth of water such that the hydrostatic pressure at said depth of water corresponds to a stable liquid state of the buoyancy material whose temperature is less than or equal to ambient temperature.
  • the sea water temperature varies from 3 ° C to 25 ° C, or more, depending on the geographic area, the time of year and the depth considered, and can drop to -5 or even -7 ° C in specific arctic areas.
  • the upper valve 4 4 is tightly closed.
  • the valve 19 4 is closed and the filling line 23 is disconnected.
  • the barges 27 used during towing can be released after disconnection of the retaining cables 28, and
  • the four right compartment is full of buoyancy fluid in the liquid state, while the left-hand compartment is being filled, sea water escaping through the bottom valve 4 of 5, wherein is in the open position.
  • the compartments 4 constituted by the tubular profiles of the support structure, as well as the rigid buoyancy element 4-19, 19 ⁇ on the left, are filled with buoyancy fluid in the liquid state, the element of right buoyancy with flexible envelope of the balloon type being in the course of filling of said fluid.
  • the load-bearing structure of the equipment is advantageously produced.
  • tubular profiles rather than I, U or H profiles, as is commonly practiced. Said tubular sections are sealed, then are filled with liquefied gas in the same manner as explained above with reference to FIG. 7b, through orifices provided with valves provided for this purpose.
  • the tanks or balloons 19 ⁇ of the oil processing unit are also advantageously used as a rigid envelope capable of receiving liquefied gas and purge after installation and before starting the oil processing unit installed on the seabed.
  • the additional buoyancy elements 19 are advantageously made from a flexible envelope constituting a balloon functioning as an airship, as shown in FIG. 10b.
  • the envelope is flexible and waterproof, preferably in the form of an inverted drop of water, or even of spherical shape when it is full. It is connected to said heavy structure by a bundle of cables 59, preferably surrounding said flexible and waterproof envelope, said bundle of cables 59 being integral with the heavy structure and being capable of transferring the Archimedes thrust which is exerted on said envelope filled with said liquefied gas, at said heavy structure 1.
  • the filling of said bladder is carried out in the same manner as explained in FIG. 7b and the emptying at the end of installation and carried out by simple opening of the valve 19.4 connected to a pipe 23.
  • the flexible envelope of the balloon is advantageously made using resistant fabrics coated with rubber of the neoprene type, or of polyurethane type compounds, such as those which are used for inflatable boats of the ZODIAC® brand, or even for the manufacture of flexible tanks sold by PRONAL® France.
  • the preferred gases which can be used as buoyancy fluid are classified in table 1 below in order of increasing density, in the liquid state, at the temperature of 15 ° C.
  • the corresponding depth is indicative and corresponds roughly to an atmospheric pressure of 0.1 MPa and to sea water of density 1.026 compared to fresh water.
  • the gases are classified in Table 2 below in order of vapor pressure at a temperature of 15 ° C.
  • the fluid storage vessel 61 is of the cryogenic type, that is to say that the fluid is stored substantially at atmospheric pressure, at a temperature well below 0 ° C, for example -42 ° C in the case of propane, to effect the transfer of said fluid to the balloon or the tank, the procedure is slightly different from that which has been explained above.
  • the fluid is extracted from the cryogenic tanks by a pump, then passing through a sea water heat exchanger, will reheat to a temperature close to said seawater, for example 15 ° C. at the outlet of the heater. It will then descend to the bladder or to the tank through line 23 and, since from the pump to the balloon, the pressure in the line is greater than vapor pressure at 15 ° C (0.77 MPa in in the case of propane), the fluid remains in the liquid state.
  • methanol is injected, for example 100 or 200 liters, so that that methanol, of intermediate density between seawater and liquefied gas, creates a screen avoiding direct contact between butane-propane and water.
  • methanol mixed in small proportion with water prevents chemical reactions leading to the formation of hydrates.
  • the sealed compartments are positioned and sized so as to comply with the rules of the art of shipbuilding, and in particular the so-called pa rule which consists in maintaining the center of vertical thrust due to buoyancy, above the center of gravity of the structure. It is customary to consider that for a value pa> 1 m, the structure is considered to be stable and therefore does not risk overturning by pivoting around its axis XX '. To this end, it will be advantageous to add external floats 19 preferably located above the structure of the sarcophagus and, possibly, ballast at the bottom. In FIGS.
  • a shuttle tank 32 of the type used to recover effluents from a wreck at the bottom of the sea by descent and ascent of said shuttle tank respectively empty and full between the surface and the bottom of the sea
  • the shuttle tank 32 consists of a flexible and watertight side wall 34, for example of high strength reinforced plasticized fabric, secured in the upper part of a dome 3 with circular horizontal section and with shaped vertical section profile.
  • shell made of a resistant and rigid material, preferably of composite material, and integral in the lower part of a bottom 35, flat, solid, resistant and rigid, preferably circular, also preferably of composite material, so as to represent a minimum apparent weight in water, while guaranteeing rigidity and extreme resistance.
  • Said bottom 5 is pierced in its center with a main orifice 35 ⁇ and is equipped with a valve, preferably with full passage, for example of guillotine type, the latter being equipped with a flange.
  • a valve 35 2 A lateral complementary orifice of smaller diameter is provided with a valve 35 2 , thus allowing the exchange of sea water between the interior of the shuttle tank and the marine environment, and in particular when filling the tank with petroleum, to the sea water to escape.
  • the dome 33 and the bottom 35 may have a diameter of 5 to 10 m, the dome 3 a height of 2 to 5 m and the side wall 4, once unfolded, a height of 10 to 50 m.
  • the apparent weight in the water of the shuttle tank 32 is advantageously adjusted by incorporating buoyancy, for example syntactic foam 3 ⁇ , made of glass microspheres coated in epoxy, polyurethane resins, in the highest part of the dome 3. or others.
  • buoyancy for example syntactic foam 3 ⁇ , made of glass microspheres coated in epoxy, polyurethane resins, in the highest part of the dome 3. or others.
  • FIG. 8 illustrates the ascent of the shuttle tank 32 is controlled by a connecting cable 12 of which a portion of its lower portion 13 is weighed down, for example, by metal blocks 31 secured to said cable 30 by a crimping in 311 in a chain like beads on a cable.
  • these pearls 31 have a cylindrical prismatic or revolutionary central body and, frustoconical ends such that when the cable is bent, said frustoconical ends of the two adjacent pearls then come into abutment one against the another in 31 2 , thus limiting the local radius of curvature to a value greater than Ro.
  • the connecting cable 12 being hooked to the shuttle tank 2 on said first attachment point 36 in the lower part of the tank, descends downwards then deviates in an arc of circle of radius Ro, to finally go up vertically or in chain configuration at a distance of at least about 2R 0 from the side wall 4 of said shuttle tank, thus avoiding any mechanical contact during the ascent, which avoids damaging it by friction.
  • the buoyancy of the shuttle tank filled with hydrocarbons F v which corresponds to the buoyancy exerted on the tank and its cargo, is compensated by the weight of the cable up to the point of horizontal tangency corresponding to the pearl 31 j, added to the weight of the pearls 31g between the reservoir and the lowest pearl 31 i, that is to say 8.5 pearls in FIG. 11a, the weight of the assembly P e then corresponding to an equilibrium of the system .
  • the shuttle tank with a volume of 250 m3 of oil with a density 1011 kg / m 3 , in seawater at 3 ° C. with a density of 1045 kg / m 3 has a buoyancy of approximately 8.5 tonnes.
  • Each of the beads of the balancing device 30-31 then has a weight in water of around 1 ton.
  • FIG. 8b the upper end of the connecting cable 12, connected to a winch installed on board a surface vessel (not shown) is raised, which has the effect of bringing the pearl 31 g into a horizontal position low, thereby reducing the number of pearls weighing under the reservoir to 6.5 pearls, the overall weight opposing the thrust Fv then being reduced to P-.
  • the resultant F v + P- is then positive upwards and the shuttle tank can rise until the balance of forces in FIG. 8a is reached.
  • the stabilization device has a stabilizing effect for raising the shuttle tank.
  • the surface vessel moves excessively under the effect of the swell or deviates from the vertical of the position of the shuttle tank, the movements have an instantaneous effect only on the zone of the pearls surrounding the pearls 31 g at 31 k , the pearl 31 i corresponding to the average value of the oscillations.
  • FIG. 9 represents a shuttle tank 32 ° installed vertically with an evacuation device 9 equipped with a valve provided on the upper wall of a sarcophagus 1 to which it is connected by a connection 50.
  • the valve When the valve is in open position, it lets through the crude oil accumulated in said sarcophagus after having drained from the tanks of the ship 6. Thus, it can be collected in the shuttle tank, which can rise to the surface once filled and rupture of the link 50, the surface ascent under the control of a stabilization and control system for ascent and descent according to the invention.
  • the sarcophagus 1 is equipped with a stabilization and control device with connecting elements 12 made up of cables, the lower portion of which comprises metal blocks 31 in a chain.
  • the device for controlling the descent or ascent of a heavy or massive structure has been described as consisting either of a cable provided with blocks or pearls crimped on said cable, or of chain with links modified so as to create by simple stop between links, the minimum radius of curvature R 0 .
  • said heavier portion of said connecting elements consists of a chain of heavier bars hinged together, so that the deformation of the chain of hinged bars creates the load imbalance, P + or P- with respect to the equilibrium load Pe, as described above with reference to FIGS. 8a, 8b and 8c, said bars advantageously having, at the joints, mechanical stops which make it possible to limit the curvature to a value minimum Ro.
  • FIG. 11 shows a heavy structure consisting of a device 1 for placing and anchoring a base 52 on the wall 54 of a tank and / or a wreck at the bottom of the sea.
  • This device 1 comprises a support structure 54 consisting of a mechanically welded parallelepiped frame supporting itself:
  • a 54 ⁇ drilling body comprising means for actuating in translation and in rotation a hole saw 55 which, through a corresponding opening provided in said base, allows to drill a large orifice in said wall 6 so as to allow the evacuation of a fluid contained in said tank, and
  • - side carriages 56 comprising means for actuating in translation and in rotation hole saws 57 capable of drilling holes in said wall 6 to anchor the base 52 on said wall, the hole saws 57 moving through orifices 58 of said base.
  • FIG. 11 represents the descent of a structure 1 consisting of an anchoring and drilling device controlled by a stabilization chain 12, 13 according to the invention and a buoyancy element 19 according to the invention.
  • the part lower left of the base 52 is shown in section to view the cutting means 57 inside an orifice 58 provided in said base. .
  • the device 1 is suspended by a link 59 from a buoyancy element 19.
  • buoyancy fluid according to the invention has been described in order to facilitate the installation of packages or heavy structures in extreme depths, but it is also advantageously used to play the role of permanent float on underwater structures, such as oil or gas production towers, or water injection towers installed on oil fields in significant water depths, from 1000 to 3000m or even more, as described in particular in WO 00/49267 and WO 03 / 65788 in the name of the plaintiff.
  • the buoyancy fluid according to the invention can be used at any depth, but, because of its particular implementation, is of most interest at significant depths. It is particularly advantageous for abyssal depths, for example 10 000 or 11 000 m, or beyond, because it is almost incompressible, that is to say that its volume does not vary appreciably when the water depth, therefore the pressure increases. In fact, for very great depths (4000-5000m and more), its volume is reduced by a few%, but seawater, also almost incompressible, also sees its density increase significantly.
  • buoyancy fluid decreases and the density of seawater increases, this results in a slight variation in buoyancy, and therefore buoyancy, which is automatically compensated for by the link (s) 12, 13 as described above, and the equilibrium point of which will vary slightly as a function of said variation in buoyancy.

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Description

Dispositif de flottabilité et procédé de stabilisation et de contrôle de la descente ou remontée d'une structure entre la surface et le fond de la mer.
La présente invention concerne l'utilisation d'un fluide de flottabilité de densité inférieure à celle de l'eau de mer confiné dans une enveloppe rigide ou souple étanche, pour constituer un élément de flottabilité immergé.
La présente invention concerne également un dispositif de flottabilité ou élément de flottabilité pour alléger une structure lourde, et un procédé de mise en place d'un dit élément de flottabilité en position immergée entre la surface et le fond de la mer.
La présente invention concerne également un procédé de stabilisation et de contrôle de la descente ou remontée d'une dite structure entre la surface et le fond de la mer, comprenant ou relié à au moins un élément de flottabilité constitué d'une enveloppe dans laquelle ledit fluide de flottabilité selon l'invention est confiné de manière étanche.
On entend ici par « structure » tout équipement, outil, engin et notamment des risers, des éléments de tête de puits sous-marine sur des champs pétroliers ou des unités de traitement du pétrole, que l'on souhaite installer en mer, ou au fond de la mer, ou encore un réceptacle à compartiment étanche utile notamment pour récupérer des effluents polluants d'une épave.
La descente et la remontée de ces structures massives que l'on souhaite descendre au fond de la mer ou remonter depuis le fond de la mer jusqu'en surface, sont délicates en raison de la masse desdites structures ou desdits réservoirs-navettes. En effet, on sait descendre des colis de plusieurs centaines de tonnes de poids apparent dans l'eau, jusqu'au fond de la mer à l'aide de moyens de levage situés sur un support flottant, par exemple une grue ; mais, lorsque la profondeur devient importante, l'utilisation de câbles aciers conventionnels est problématique car, en plus de la charge de ladite structure, il doit supporter son poids propre, ce qui peut représenter jusqu'à 50% de ladite capacité de charge pour une profondeur de 3000m. On peut utiliser aussi des câbles synthétiques qui ne présentent pas cet inconvénient, mais leur coût est très élevé et leur mise en œuvre avec des treuils ou des cabestans présente des difficultés extrêmes pour des fortes charges et des profondeurs de 1000m à 4000m, voire plus.
Pour descendre de tels colis, on préfère les alléger en adjoignant audit colis des éléments de flottabilité qui diminuent son poids apparent dans l'eau et en conséquences nécessitent des engins de levage de moindre capacité.
On entend par « élément de flottabilité », un élément qui présente un poids propre plus léger que l'eau de mer et qui permet donc d'augmenter la flottabilité de l'ensemble qu'il forme avec la structure à laquelle il est relié ou dans laquelle il est intégré.
On entend par « augmenter la flottabilité » d'un élément, augmenter le rapport ω entre la poussée d'Archimède et son poids propre hors d'eau, qui s'exerce sur ledit élément quand il est immergé. Ainsi, si ledit rapport est ω<1 , l'élément a une flottabilité négative, donc il a tendance à couler, si ω=1 , ledit élément est en équilibre et, si ω>1 ledit élément est flottant et sa flottabilité croit lorsque ω croît.
La flottabilité de la structure peut être rendue positive pour faciliter la remontée de ladite structure. Dans ce cas de «flottabilité positive», lesdits éléments de flottabilité compensent le poids de ladite structure, de sorte que la poussée d'Archimède qui s'applique sur l'ensemble de ladite structure et desdits éléments de flottabilité, est supérieure ou égale au poids propre de l'ensemble de ladite structure et desdits éléments de flottabilité la résultante des forces étant dirigée vers le haut en cas de flottabilité positive.
Cette flottabilité additionnelle est réalisée en général avec des réservoirs étanches remplis d'air, rendus solidaires dudit colis. De tels éléments de flottabilité constitués de réservoirs remplis d'air doivent être capables de résister à la pression d'immersion maximale sans imploser ni se déformer, car la flottabilité se réduirait d'autant, voire s'annulerait. Le réservoir doit alors avoir une résistance mécanique adaptée pour résister à la pression correspondant à la profondeur d'immersion envisagée, laquelle est d'environ 10MPa supplémentaire pour chaque tranche supplémentaire de 1000m de profondeur d'eau. Ainsi, dans le cas de très grandes profondeurs, par exemple au-delà de 1000m, l'enveloppe du réservoir doit être suffisamment renforcée pour tenir la pression et son poids propre est en conséquence beaucoup plus important, ce qui réduit alors considérablement la performance dudit élément de flottabilité. Pour limiter les effets de la pression de l'eau à grande profondeur, on pressurise avantageusement le réservoir avant de le descendre, ce qui permet alors de réduire le poids propre du réservoir, car à la profondeur d'immersion maximale, la pression différentielle entre l'extérieur et l'intérieur est plus faible et la paroi a besoin de moins de résistance ; par contre, le réservoir doit être capable de résister à la pression d'éclatement initiale lors de la pressurisation.
Pour créer cette flottabilité, on a également recours à des liquides quasi incompressibles de densité inférieure à celle de l'eau de mer, tels que l'eau douce, le gazole ou le méthanol qui permettent de mettre en œuvre des enveloppes moins résistantes. Mais ces matériaux ne présentent pas un rapport ω (poussée d'Archimède/poids propre) aussi élevé que l'air, à savoir : ω = 1.026 dans le cas l'eau douce, ω = 1.21 dans le cas du gazole et ω = 1.30 dans le cas du méthanol.
Pour créer de la flottabilité dans les très grands fonds, on utilise aussi classiquement de la mousse syntactique rigide qui est composée de microsphères, en général de verre et de faible diamètre, mélangées avec un liant de type époxy ou polyuréthanne. Ce type de mousse est capable de résister à des pressions considérables et présente un rapport ω (poussée d'Archimède/poids propre) plus intéressant compris entre ω = 1.70 à 2.05 pour des mousses de densité comprise entre 0.6 et 0.5, capables de résister à des profondeurs 1500 à 2000m. Pour des mousses syntactiques capables de résister à des profondeurs supérieures, leur densité est plus importante et le rapport ω décroît alors rapidement. En outre, ces matériaux à base de mousse syntactique sont très coûteux et très délicats à fabriquer en gros volumes, surtout pour les profondeurs extrêmes. Lorsque le colis est déposé sur le fond de la mer, la flottabilité doit en général être supprimée de manière à ce qu'il reste stable. Dans le cas d'un réservoir rempli d'air, il suffit simplement d'ouvrir les vannes de manière à ce qu'il se remplisse d'eau de mer. Dans le cas d'un flotteur avec un matériau de flottabilité solide tel que en mousse syntactique, la seule solution est de le séparer en coupant les liens qui le relient au colis et de le remonter en surface, soit de manière contrôlée, ce qui représente un temps considérable, soit en le laissant remonter librement sans aucun contrôle, ce qui risque de créer des accidents avec les divers navires en opérations en surface.
L'adjonction de tels éléments de flottabilité permet de réduire le poids apparent dans l'eau du colis, mais, la masse dudit colis est alors augmentée de la dite flottabilité, ainsi que de la « masse ajoutée » d'eau, c'est à dire la masse d'eau adjacente au colis qui est entraînée lors des déplacements verticaux, vers le haut ou vers le bas. Ainsi, lors de la descente, bien que son poids apparent dans l'eau puisse être très faible, la masse inertielle à considérer est constituée de la masse du colis proprement dit, augmentée de la masse des éléments de flottabilité, augmentée encore de la « masse ajoutée » d'eau, ce qui peut représenter une masse d'inertie globale de 400 ou 500 tonnes pour un colis massif de 100 tonnes.
On cherche en général à améliorer les performances des éléments de flottabilité, de manière à minimiser non seulement la masse d'inertie globale, mais aussi la taille desdits éléments de flottabilité, de manière à limiter les effets des courants sous-marins sur l'ensemble du colis.
Un but de la présente invention est de fournir un matériau de flottabilité et de réaliser des éléments de flottabilité pour faciliter l'installation de colis lourds pouvant peser plusieurs centaines de tonnes, voire plusieurs milliers de tonnes, dans des profondeurs d'eau de 1000 à 4000m, voire plus, qui soit peu coûteux, facile à réaliser et à mettre en œuvre, et présentant un rapport ω = (poussée d'Archimède / masse propre) optimal, c'est-à-dire largement supérieur à 1 , notamment supérieur à 1 ,5 et en outre dont la valeur de ω soit quasiment indépendant de la profondeur à laquelle il est immergé, de manière à faciliter l'installation dudit colis, en limitant notamment la prise latérale au courants marins sur l'ensemble colis + élément de flottabilité.
Un autre but de la présente invention est de fournir un matériau de flottabilité qui puisse être confiné dans une enveloppe qui ne requiert pas des propriétés de résistance mécanique à pression élevée pour être mise en place à grande profondeur.
Un autre but de la présente invention est de fournir des dispositif et procédé permettant de contrôler et faciliter la descente ou la remontée d'une structure lourde et, le cas échéant, volumineuse tels que des réceptacles de récupération d'effluents mentionnés précédemment, mais applicable à tout autre type de structure, voire de la stabiliser, entre la surface et le fond de la mer, notamment à grande profondeur.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé et une installation permettant de confiner et de récupérer le contenu des soutes et des cuves d'un navire, par exemple un pétrolier, reposant sur le fond marin, dans des profondeurs d'eau importantes, notamment supérieures à 3000 mètres, voire jusqu'à 4000 à 5000 mètres, et qui ne présentent pas les inconvénients des procédés et dispositifs antérieurs et, en particulier qui soient aisés et simples à mettre en œuvre malgré leur très grandes dimensions.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé et une installation permettant de confiner et récupérer des effluents polluants des soutes d'un navire échoué, notamment à grande profondeur, par l'intermédiaire d'un réceptacle rigide à base ouverte en forme de chapeau venant recouvrir entièrement l'épave du navire de manière à canaliser l'ensemble des effluents s'échappant du navire dans un seul volume, voire à organiser la remontée en surface des effluents polluants depuis ledit réceptacle au fond de la mer dans de meilleures conditions.
Un autre but de la présente invention est donc, plus particulièrement, de fournir un réceptacle à base ouverte en forme de chapeau, apte à venir recouvrir entièrement une épave au fond de la mer et en récupérer des effluents polluants s'en échappant, qui soit techniquement fiable et qui puisse être mise en place au fond de la mer selon un procédé simple et techniquement fiable.
Pour ce faire, la présente invention a pour objet l'utilisation d'un fluide de flottabilité de densité inférieure à celle de l'eau de mer confiné dans une enveloppe rigide ou souple étanche, pour constituer un élément de flottabilité immergé, caractérisé en ce que le dit fluide de flottabilité est un composé se trouvant naturellement à l'état gazeux à température et pression atmosphériques ambiantes, et à l'état liquide à la profondeur sous-marine à laquelle ledit élément de flottabilité est immergé.
Ce type de composé est aussi appelé couramment (et improprement) « gaz liquéfié »
Les conditions de température et pression atmosphériques ambiantes correspondent à des températures de -10 à + 40°C et à une pression atmosphérique absolue théorique de 101325 Pa, au niveau de la mer, et dont la valeur approchée de 100000 Pa, soit 0.1 MPa, est utilisée dans l'ensemble de la description de la présente invention.
Les conditions de température et pression ambiantes sous-marines correspondent en général à une température de 1 à 35°C, de préférence 3 à 25°C, et une pression supérieure à la pression atmosphérique, plus précisément une pression augmentant sensiblement de 105 Pa par tranche de 10 m.
Dans certaines régions arctiques, on peut être amené à rencontrer des eaux à une température largement inférieure 0°c, par exemple -5 à-8°C, mais en règle générale les eaux profondes sont aux environs de 1 à 4-5°C dans toutes les mers du monde.
Les composés selon l'invention présentent une température critique, de préférence supérieure à 35°C, de préférence encore supérieure à 40°C. On entend ici par « température critique » la température au-dessus de laquelle ledit composé se trouve dans un état fluide présentant des propriétés appartenant à la fois aux gaz et aux liquides, et donc à une température au-dessus de laquelle ledit composé ne peut pas se trouver à l'état liquide. La présente invention fournit également un élément de flottabilité immergé conférant de la flottabilité à une structure immergée à laquelle il est relié ou fixé ou dans laquelle il est intégré, caractérisé en ce qu'il comprend une dite enveloppe immergée dans laquelle le dit composé liquéfié est confiné de manière étanche.
Dans une première variante, la dite enveloppe est constituée ou placée à l'intérieur des parois d'un compartiment d'une structure immergée.
Dans une seconde variante, ladite enveloppe est placée à l'extérieur de la dite structure à laquelle elle est reliée ou fixée, plus particulièrement ladite structure immergée est suspendue au dit élément de flottabilité par au moins un câble.
Dans cette seconde variante, ledit élément de flottabilité peut comprendre une dite enveloppe souple de préférence de forme à profil hydrodynamique minimisant les efforts lors de ses déplacements verticaux lorsqu'elle est remplie du dit fluide de flottabilité.
Dans un mode préféré de réalisation, ledit fluide de flottabilité se trouve naturellement à l'état liquide stable lorsqu'il est placé à la profondeur sous-marine de 10 à 500 m, de préférence de 20 à 100 m. A ces profondeurs, la température est comprise entre 3°C et 25°C et la pression est respectivement de 0.1 MPa à 5MPa, de préférence de 0.2MPa à 1 MPa.
De préférence encore, ledit fluide est un fluide quasi incompressible et présente une densité à l'état liquide, de 0,3 à 0,8, de préférence de 0,5 à 0,7.
De préférence également, le dit gaz est choisi parmi l'ammoniac, un alcane en C-2 à C-7, un alcène en C-2 à C-7, un alcyne en C-2 à C-7,et un diène en C-4 à C-7.
Plus particulièrement, on choisit des composés facilement disponibles dans le commerce, tels que : ammoniac, éthane, butane, propane, éthylène, propène, butène, acétylène, méthyl acétylène, propadiène et butadiène. On entend ici par « butène » les différents isomères tels que le butène- 1 et les cis ou trans-butène-2.
Dans un mode préféré de réalisation, ledit composé est choisi parmi l'ammoniac, le propane et le butane.
Comme il sera explicité ci-après, ces derniers composés représentent un bon compromis entre les valeurs de caractéristiques de densité à l'état liquide et de pression de vapeur. En effet, pour un gaz en général, lorsque sa densité à l'état liquide augmente, sa pression de vapeur à la température de référence 15°C, décroît, et donc la profondeur minimale d'eau à laquelle le composé est destiné à être placé décroît elle aussi. Ces trois composés présentent des masses volumiques comprises sensiblement entre 510 et 630 kg/m3 et, les profondeurs minimales auxquelles peuvent être remplies lesdites enveloppes rigides ou souples, sont comprises, respectivement, sensiblement entre des profondeurs de 65m à 7,5m (voir tableau 1 ci-après), lorsque la température ambiante est d'environ 15°C.
Ainsi, si la structure lourde présente, en quantité, des cavités internes étanches qui peuvent jouer le rôle d'enveloppe rigide on utilisera avantageusement le butane. Mais si l'on doit réaliser des enveloppes externes additionnelles souples ou rigides, on utilisera avantageusement du propane, de manière à réduire au minimum la taille desdites enveloppes et donc leur coût. Le gain en volume de propane nécessaire étant d'environ 15% par rapport au butane, il en résultera alors non seulement une réduction du coût de l'enveloppe, mais aussi du coût du gaz liquéfié, car les prix unitaires du butane et du propane sont sensiblement les mêmes. Par contre les opérations de transfert se passent à plus grande profondeur et en cas d'utilisation de plongeurs pour superviser les opérations, le matériel nécessaire ainsi que le personnel présentent une qualification plus élevée, donc avec un surcoût significatif par rapport à une simple plongée de surface.
La présente invention fournit également un procédé de mise en place entre la surface et le fond de la mer d'un élément de flottabilité. Selon l'invention, ledit fluide est stocké dans un réservoir sur un navire en surface à l'état liquide comprimé ou refroidi, et il est injecté à l'état liquide dans une conduite depuis la surface ou il est stocké jusque dans une dite enveloppe immergée à une profondeur sous marine à laquelle la pression sous-marine est supérieure ou égale à la pression de vapeur du gaz correspondant audit composé à la température ambiante à la dite profondeur.
Dans le cas où ladite enveloppe est une enveloppe souple, celle-ci peut être descendue à la profondeur voulue, à vide, ramassée ou repliée sur elle- même.
Avantageusement, ladite enveloppe est préalablement remplie d'eau de mer ou d'un autre fluide de préférence un composé liquide à pression et température atmosphérique, incompressible tel que du gazole, de l'eau douce, ou du méthanol, et on évacue l'eau de mer ou le dit autre fluide de l'enveloppe au fur et à mesure du remplissage du dit fluide de flottabilité.
Dans un mode de réalisation avantageux, ladite enveloppe est préalablement remplie d'eau de mer et, avant son remplissage avec ledit fluide de flottabilité selon l'invention, on injecte une quantité limitée de méthanol apte à empêcher la formation d'hydrates. En effet, le méthanol qui est de densité intermédiaire entre l'eau de mer et un fluide de flottabilité selon l'invention, crée un écran évitant le contact direct entre ledit fluide de flottabilité et l'eau et empêche ainsi les réactions chimiques conduisant à la formation d'hydrates lorsque ledit fluide de flottabilité se combine à l'eau. Ces hydrates risquent de bloquer les canalisations et d'empêcher la récupération des gaz liquéfiés en fin de phase d'installation.
Plus particulièrement encore, on remplit la dite enveloppe en surface à l'aide d'un dit autre fluide, et on descend la dite enveloppe ainsi remplie à une profondeur où la pression hydrostatique correspond à la pression à laquelle le dit fluide de flottabilité est ensuite injecté dans la dite enveloppe au fur et à mesure que l'on évacue le dit autre fluide .
Dans une variante de réalisation, ledit fluide de flottabilité est stocké à l'état liquide refroidi dans un réservoir cryogénique et à pression atmosphérique et est injecté à l'état liquide sous pression dans la dite enveloppe immergée à une pression correspondant à la pression hydrostatique à la profondeur de la dite enveloppe , ledit fluide de flottabilité passant dans un échangeur de chaleur de manière à ce que la température du dit fluide soif portée sensiblement à celle de l'eau de mer à la profondeur de la dite enveloppe immergée avant son remplissage.
La présente invention fournit également un dispositif de stabilisation ou de contrôle de la descente ou remontée d'une structure entre la surface et le fond de la mer, comprenant ou relié à un élément de flottabilité selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de liaison du type câble ou chaîne dont : a une première extrémité est reliée à un treuil à bord d'un support flottant ou navire en surface, sur lequel treuil elle est enroulée, et H une deuxième extrémité est reliée à un élément d'accrochage, sur ladite structure, ou sur au moins un premier élément de flottabilité selon l'invention, relié à ladite structure, et m la longueur dudit élément de liaison est telle que ledit treuil est apte à enrouler ou dérouler ladite première extrémité dudit élément de liaison, de sorte qu'une portion inférieure dudit élément de liaison puisse pendre au dessous ledit élément d'accrochage, c'est-à-dire dessous le point d'attache de ladite deuxième extrémité audit élément d'accrochage.
Ladite structure est donc, le cas échéant, suspendue à un ou plusieurs dits premiers éléments de flottabilité selon l'invention disposés au-dessus d'elle. Ladite structure peut également comprendre des seconds éléments de flottabilité intégrée ou incorporés à l'intérieur de ladite structure, c'est-à-dire que lesdits seconds éléments de flottabilité ne déplacent pas de volume d'eau supplémentaire par rapport au volume d'eau déplacé par ladite structure, de préférence desdits seconds éléments de flottabilité selon l'invention. .
On comprend que le dispositif de stabilisation permet de faire varier la longueur et donc le poids de ladite portion inférieure de l'élément de liaison pendant en-dessous dudit élément d'accrochage sur ladite structure et supportée par ladite structure.
Dans le cas d'une structure massive, le dispositif de stabilisation et de contrôle selon l'invention comprend au moins deux dits éléments de liaison et ladite structure comprend plusieurs dits éléments d'accrochage et lesdits éléments de liaison et dits éléments d'accrochage sont de préférence disposés symétriquement respectivement autour et sur la périphérie de ladite structure.
Plus précisément, la présente invention fournit également un procédé de descente ou remontée ou stabilisation d'une structure entre la surface et le fond de la mer à l'aide d'un dispositif de stabilisation, selon lequel on réalise des étapes dans lesquelles on déroule ou enroule le(s)dit(s) élément(s) de liaison au niveau de leur(s) dite(s) première(s) extrémité(s) à l'aide de dit(s) treuil(s) et on contrôle la vitesse de descente ou respectivement de remontée en régulant la vitesse de déroulement ou respectivement d'enroulement de(s)dit(s) élément(s) de liaison au niveau de(s)dit(s) treuil(s), de manière à régler la longueur de ladite portion inférieure de(s)dit(s) élément(s) de liaison pendant dessous le(s)dit(s) éléments d'accrochage sur ladite structure ou ledit premier élément de flottabilité, la descente, la remontée ou la stabilisation de ladite structure étant obtenue lorsque respectivement, la somme du poids de la partie de la (ou des) dite(s) portion(s) inférieure(s) du (ou des) élément(s) de liaison entre d'une part, le(s)dit(s) point(s) d'attache au(x)dit(s) élément(s) d'accrochage ou ledit premier élément de flottabilité sur ladite structure et, d'autre part, le(s) point(s) le plus bas de la(ou des) dite(s) portion(s) inférieure(s), additionné au poids de ladite structure et de(s)dit(s) premier(s) élément(s) de flottabilité selon l'invention, est respectivement supérieure, inférieure ou égale à la poussée d'Archimède s'exerçant sur l'ensemble de ladite structure et desdits premiers éléments de flottabilité selon l'invention (c'est-à-dire le poids du volume d'eau total déplacé).
Dans un mode de réalisation le dispositif de stabilisation et de contrôle comprend un dit élément de liaison est constitué par un câble dont ladite portion inférieure comprend des blocs alourdissants disposés en chapelet sur un dit câble, de préférence des blocs métalliques solidarisés audit câble par sertissage. Dans un mode préféré de réalisation, lesdits blocs présentent une forme telle que lorsque ladite portion inférieure pendant dessous lesdits éléments d'accrochage adopte une forme courbe, deux dits blocs disposés côte à côte sont aptes à venir en butée l'un contre l'autre limitant ainsi la courbure dudit câble.
Plus particulièrement, la courbure dudit câble est limitée de manière à ce que le rayon de courbure minimale desdits câbles au niveau de ladite portion inférieure permette de maintenir une distance minimale entre ledit câble et ladite structure, suffisante pour empêcher tout contact mécanique entre eux lors d'une dite descente ou remontée de ladite structure.
Plus particulièrement et avantageusement encore, lesdits blocs présentent une partie centrale cylindrique encadrée par deux extrémités tronconiques dont les axes (c'est-à-dire les axes dudit cylindre et des deux extrémités tronconiques venant coiffer ces bases) correspondent à la direction dudit câble lorsque celui-ci est disposé linéairement, deux blocs adjacents étant en contact au niveau desdites extrémités tronconiques le long d'une génératrice desdites extrémités tronconiques dans les parties courbes de ladite portion inférieure.
Dans un autre mode de réalisation, ledit élément de liaison comprend une chaîne dont ladite portion inférieure comprend des maillons plus lourds que ceux du reste de la chaîne, et de préférence plus volumineux de manière à limiter la courbure éventuelle de la chaîne.
Avantageusement, lesdits premiers éléments de flottabilité selon l'invention sont disposés le cas échéant au-dessus de ladite structure auxquels celle-ci est suspendue et, le cas échéant, desdits seconds éléments de flottabilité de préférence selon l'invention sont intégrés dans la partie supérieure de ladite structure, de préférence intégrés au-dessus desdits éléments d'accrochage de manière à ce que le centre de gravité de l'ensemble de ladite structure et desdits premiers éléments de flottabilité selon l'invention soit situé dessous le centre de poussée s'exerçant sur l'ensemble de ladite structure et desdits premiers éléments de flottabilité selon l'invention, de manière à assurer la stabilité d'ensemble pendant toute la phase d'installation. On entend par centre de poussée le point où s'exerce la résultante de la poussée d'Archimède. (Le centre de poussée est le centre de gravité du volume d'eau déplacé par ladite structure).
Comme mentionné précédemment, ladite structure lourde peut être constituée par tout colis notamment colis lourd, module, outil, ou embase tel que décrit dans la demande de brevet européen au nom de la demanderesse non publiée n° 0435802.6, que l'on souhaite immobiliser à proximité du fond de la mer ou ancrer sur une paroi ou un élément reposant au fond de la mer.
De préférence, ladite structure est une structure rigide en acier, métal ou matériau synthétique composite renfermant au moins un, de préférence une pluralité de compartiments de flottabilité étanches aptes à former un dit élément de flottabilité, ledit compartiment étant équipé d'au moins un orifice de remplissage et de préférence d'au moins un orifice d'évacuation, lesdits compartiments étanches étant de préférence répartis symétriquement dans lesdites parois.
Les compartiments étanches sont des cavités destinées à être remplies totalement ou partiellement de fluide de flottabilité plus léger que l'eau de mer selon l'invention et constituent donc des compartiments apportant de la flottabilité à la structure, permettant son remorquage en surface et sa descente au fond de la mer lors de sa mise en place dans des conditions techniques fiables et simples à réaliser, comme il sera explicité plus loin.
On entend par "répartition symétrique des compartiments que ceux-ci sont disposés symétriquement par rapport à un ou plusieurs plans médians de symétrie de ladite structure, ce qui permet, comme il sera explicité ci-après, de faciliter l'équilibrage et le positionnement de la base de ladite structure de façon sensiblement horizontale.
Avantageusement, la structure rigide comprend des profilés tubulaires creux définissant des compartiments étanches et formant desdits éléments de flottabilité selon l'invention.
Avantageusement, on utilise les réservoirs ou les ballons associés au traitement du pétrole notamment pour effectuer la séparation eau/pétrole/gaz, pour définir de manière provisoire des compartiments étanches formant desdits éléments de flottabilité selon l'invention.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, ladite structure est une structure massive constituée par un réceptacle à base ouverte, en forme de chapeau, comprenant une paroi latérale périphérique surmontée d'une paroi de plafond, apte à venir recouvrir entièrement une épave d'un navire au fond de la mer pour récupérer des effluents polluants s'en échappant, ledit réceptacle comprenant au moins un orifice d'évacuation desdits effluents contenus dans le volume intérieur dudit réceptacle; ledit orifice d'évacuation étant situé de préférence au niveau du plafond du réceptacle.
En général, ledit réceptacle présente un axe longitudinal de symétrie à l'instar desdits navires destinés à être recouverts, et ledit réceptacle présente un plan axial longitudinal vertical de symétrie lorsque la base ouverte du réceptacle est en position horizontale, et plus particulièrement encore, ledit réceptacle présente un deuxième plan transversal vertical de symétrie.
Afin de faciliter la mise en place de la dite structure au fond de la mer, celle-ci est équipée à l'extérieur :
- d'élément d'accrochage permettant d'y accrocher desdits éléments de flottabilité et desdits câbles ou des chaînes permettant la descente de ladite structure depuis la surface, et sa mise en place et, le cas échéant, son ancrage au fond de la mer, et
- de préférence des propulseurs, de préférence encore des propulseurs orientables, permettant le déplacement du réceptacle dans une direction horizontale pour le positionner au-dessus de la dite épave.
Lesdits éléments d'accrochage peuvent donc permettre d'accrocher à ladite structure des flotteurs additionnels selon l'invention.
Afin de faciliter la mise en place de ladite structure au fond de la mer, celle- ci est équipée à l'extérieur :
- d'élément(s) d'accrochage permettant d'y accrocher un ou desdits éléments de flottabilité et de(s)dit(s) câble(s) ou de(s) chaîne(s) permettant la descente de ladite structure depuis la surface, et sa mise en place et le cas échéant son ancrage au fond de la mer, et
- de préférence des propulseurs, de préférence encore des propulseurs orientables, permettant le déplacement du réceptacle dans une direction horizontale pour le positionner au-dessus de ladite épave.
Lesdits éléments d'accrochage peuvent donc permettre d'accrocher à ladite structure des flotteurs additionnels selon l'invention.
En effet, la présente invention a également pour objet un procédé de mise en place d'une structure, notamment d'un réceptacle selon l'invention, pour recouvrir une épave d'un navire au fond de la mer et en récupérer des effluents polluants s'en échappant, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes successives dans lesquelles :
1 ) on remplit totalement ou partiellement desdits compartiments étanches avec un dit fluide de flottabilité selon l'invention, pour constituer un élément de flottabilité selon l'invention, et on adapte le taux de remplissage desdits compartiments étanches de manière à positionner ladite structure, notamment ledit réceptacle en équilibre en immersion à proximité de la surface, notamment à quelques mètres, par exemple à 10 mètres, et
2) on descend ladite structure, le cas échéant, à sa position immergée voulue, notamment ledit réceptacle à proximité du fond de la mer, au-dessus de l'épave, en contrôlant la descente à l'aide d'un dispositif de stabilisation ou de contrôle de la descente ou de la remontée d'une structure selon l'invention, notamment à l'aide d'une pluralité de câbles déroulés de préférence depuis des treuils à bord de navires en surface, lesdits câbles étant reliés à des longueurs de chaînes lourdes, les chaînes étant elles-même reliées, à leur autre extrémité, à desdits éléments d'accrochage solidaires de ladite structure, de préférence répartis symétriquement sur la périphérie de ladite structure, le poids des longueurs de chaînes pendantes dessous les points d'attaches sur lesdits éléments d'accrochage permettant la descente de ladite structure, et les longueurs desdites chaînes pendantes dessous lesdits points d'attache des éléments au point d'accrochage étant adaptées par déroulement ou enroulement desdits câbles, de préférence autour desdits treuils, de manière à réguler la vitesse de descente du réceptacle et assurer l'équilibrage de la base de ladite structure, notamment la base de ladite structure sensiblement horizontale pendant la descente, et
3) lorsque ladite structure est en place à sa position voulue, notamment lorsque ledit réceptacle est mis en place au fond de la mer de manière à recouvrir ladite épave, on vidange lesdits compartiments étanches remplis d'un fluide plus léger que l'eau de mer, et on remplit simultanément lesdits compartiments étanches avec de l'eau de mer.
Avant et/ou après l'étape 1), mais avant l'étape 2) ci-dessus, on peut remorquer, à l'aide de navires, ladite structure, notamment ledit réceptacle flottant en surface, lesdits compartiments étanches étant remplis d'air et flottant entre deux eaux à fleur de la surface ou lesdits compartiments étanches étant entièrement remplis d'un fluide plus léger que l'eau de mer.
A l'étape 1) ci-dessus, on comprend que le remplissage desdits compartiments étanches, avec un fluide plus léger que l'eau de mer, est réalisé dans les différents compartiments en fonction de leur répartition dans les parois du réceptacle, de manière à ce que la base ouverte de ladite structure reste sensiblement horizontale d'une part et que, d'autre part, le centre de poussée du réceptacle soit sensiblement au-dessus du centre de gravité de ladite structure. Ceci vaut pour le choix des compartiments à remplir ainsi que leur taux de remplissage.
Avantageusement, à l'étape 1), on apporte de la flottabilité supplémentaire à ladite structure à l'aide de flotteurs additionnels à l'aide de dits premiers éléments de flottabilité reliés à ladite structure, notamment audit réceptacle, et à l'étape 3), lorsque ladite structure est en position sous-marine voulue, notamment au fond de la mer, on libère lesdits flotteurs additionnels.
Avantageusement encore, après l'étape 1) et avant l'étape 2), lorsque ladite structure arrive en position voulue, notamment à proximité, du fond de la mer, on réduit les longueurs desdites chaînes lourdes pendantes dessous lesdits éléments d'accrochage et supportées par ladite structure de manière à stabiliser ladite structure en suspension, et le cas échéant, on réalise l'ancrage de ladite structure au fond de la mer, puis on descend complètement lesdites chaînes lourdes pour que l'intégralité de leur poids participe à la stabilisation de ladite structure, notamment de ladite structure au fond de la mer.
On peut récupérer les chaînes lourdes en les déconnectant de ladite structure, mais comme explicité ci-après, pour augmenter la stabilité de ladite structure, notamment dudit réceptacle, lesdites chaînes lourdes peuvent être accrochées à leurs deux extrémités aux dits éléments d'accrochage sur ladite structure ou, plus simplement, l'extrémité libre desdites chaînes lourdes peut être posée sur le plafond de ladite structure, notamment dudit réceptacle après accrochage des câbles reliés aux navires de surface, puis les câbles reliés au navire de surface sont décrochés desdites chaînes.
Avantageusement, dans le procédé selon l'invention, on peut positionner ladite structure par mise en action de propulseurs montés à l'extérieur de ladite structure et répartis de préférence symétriquement sur sa périphérie.
Plus particulièrement encore, dans un procédé selon l'invention, à l'étape
1), on remplit le(s)dit(s) compartiment(s), ou enveloppe(s) relié(e)(s) à ladite structure à l'aide d'eau de mer ou d'un premier fluide plus léger que l'eau de mer correspondant à un dit fluide de flottabilité selon l'invention, et à l'étape 2), on descend ladite structure jusqu'à une profondeur de 30 à 60 mètres correspondant à une pression de 3 à 6 bars à laquelle on injecte un gaz liquéfié sous pression plus léger que l'eau de mer dans le(s)dit(s) compartiment(s) ou dite(s) enveloppe(s) depuis un navire gazier en surface pour former un élément de flottabilité selon l'invention.
La mise en œuvre de gaz liquéfié à titre de fluide plus léger que l'eau de mer permet d'obtenir des fluides de densité à l'état liquide comprise entre 0,5 et 0,7 apportant une flottabilité deux à trois fois plus importante que le gazole (d=0,85) et permettant, ainsi, de mettre en œuvre des volumes de compartiments étanches considérablement réduits. De plus, en cas d'incident lors de l'installation, ces produits sont beaucoup moins polluants que du gazole ou de l'huile, car ils se dispersent naturellement dès qu'ils arrivent en surface, en retournant à l'état gazeux. Enfin, la présente invention a également pour objet un procédé de récupération des effluents polluants plus légers que l'eau de mer, contenus dans les cuves d'une épave de navire reposant au fond de la mer dans lequel :
1) on met en place un réceptacle selon un procédé de stabilisation et de contrôle de descente selon l'invention et
2) on recueille les effluents récupérés à l'intérieur dudit réceptacle en évacuant par ledit orifice supérieur d'évacuation.
Pour recueillir les effluents s'échappant dudit orifice supérieur d'évacuation, on peut mettre en œuvre une conduite reliée à un navire en surface ou des dispositifs de récupération tels que décrit dans la demande de brevet FR2 804 935 de la demanderesse, ou encore des réservoirs navettes tels que décrits dans la demande européenne non publiée n° 03 358 003.6 de la demanderesse.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une coupe en vue de côté d'une dite structure consistant en un réceptacle appelé ci-après « sarcophage » en cours de descente vers une épave; la figure 2 est une coupe en vue de côté, d'un réceptacle rigide reposant au fond de la mer et enveloppant intégralement l'épave ; la figure 3 est une perspective en vue de coupe arrachée, de la structure du sarcophage ; la figure 4 est une coupe en vue de côté du sarcophage en cours de descente, détaillant le mode de régulation de la descente à l'aide de chaînes lourdes ; les figures 4a et 4b détaillent le mode de mise en œuvre variable desdites chaînes lourdes ; la figure 5 est une coupe en vue de côté d'un sarcophage composé d'une structure porteuse rigide en poutres métalliques, associée à des réservoirs de flottabilité remplis d'un fluide de faible densité intégrés entre celles-ci et fermée par des toiles membranes étanches sur la face externe de la structure ; la figure 6 est une coupe en vue de côté d'un sarcophage réalisé en béton allégé, et comportant des volumes internes formant des compartiments étanches remplis d'un fluide de faible densité assurant la flottabilité ; les figures 7a et 7b représentent une coupe en vue de côté d'un sarcophage respectivement en cours de remorquage, ses compartiments de flottabilité étant remplis d'eau de mer 9a, et en 9b, à la verticale de l'épave, lors de la phase de remplissage desdits compartiments de flottabilité par un gaz liquéfié de faible densité; la figure 8a est une vue de côté d'un réservoir navette stabilisé dans sa remontée par un câble de liaison alourdi par des blocs solidaires de ce dernier et jouant aussi le rôle de limiteur de courbure, les figures 8b et 8c représentent des états similaires à celui de la figure 11a, le réservoir navette étant en phase de remontée sur la figure 11 b et en descente sur la figure 8c, la figure 8d représente le détail de deux blocs 31 en contact, lorsque ledit câble de liaison est courbé, la figure 9 représente un réservoir navette coopérant avec la paroi supérieure d'une structure du type sarcophage pour en récupérer le pétrole s'écoulant d'un navire échoué et confiné sous le sarcophage ; la figure 10a représente en coupe en vue de côté une structure consistant en un module de traitement de pétrole suspendu en sub surface par l'intermédiaire de câbles à deux barges flottantes, l'ensemble étant en cours de remorquage vers le site d'installation ; la figure 10b représente en coupe en vue de côté ledit module de traitement de pétrole descendu à une profondeur de 20 à 40 m, un navire gazier étant en train de transférer le fluide de flottabilité vers une enveloppe souple de type baudruche ; la figure 11 représente la descente d'une structure consistant en un dispositif d'ancrage et perçage contrôlé par une chaîne de stabilisation et des éléments de flottabilité selon l'invention. Dans la figure 1 , on a représenté la coque d'une épave ou une paroi de cuve 6 reposant sur le fond de la mer 7 remplie d'hydrocarbure 8 dont la densité est inférieure à l'eau de mer. Ledit hydrocarbure se trouve confiné dans la partie haute de la cuve ou de l'épave 6, la partie basse étant, quant à elle, remplie d'eau de mer. Le navire 6 possédant en général de multiples ouvertures fermées hermétiquement au niveau du pont, des fuites pourront se produire dès lors que cette étanchéité viendrait à être dégradée de par la déformation ou la rupture de la coque lors du naufrage.
Un réceptacle 1 rigide selon l'invention appelé ci-après "sarcophage" constitué d'une structure rigide est descendu depuis la surface sous le contrôle de câbles 12 reliés à des navires 20 à positionnement dynamique situés en surface, comme montré sur les figures 1 et 2.
Le réceptacle 1 , décrit sur les figures 1 à 3, présente un plan axial vertical et longitudinal de symétrie (XOZ) et comprend : - une paroi de plafond 3, 3a, 3b) comprenant deux parois longitudinales latérales 3a, 3b inclinées par rapport audit plan axial vertical de symétrie dudit réceptacle, de manière à former en section transversale (YOZ) un V reversé, et
- une paroi latérale 2 comprenant :
• deux parois latérales longitudinales 2a, 2b verticales ou inclinées par rapport audit plan axial vertical de symétrie (XOZ), chacune étant contiguë à une dite paroi longitudinale de plafond 3a, 3b, et
• deux parois transversales d'extrémité 2-ι, verticales ou inclinées, de préférence symétriquement, par rapport à un plan transversal vertical de symétrie (YOZ).
Comme détaillé sur la figure 3, le sarcophage 1 est constitué d'une coque en configuration renversée, ladite coque étant étanche et à doubles parois constituant ainsi des parois 4ι de compartiments étanches 4, de préférence une multitude de compartiments étanches en continuité les uns des autres. La structure est constituée de membrures transversales 43, ajourées ou pleines au sein d'un même compartiment étanche, et associées à des membrures longitudinales ajourées ou pleines 46. Sur la figure 3, on montre dans une section transversale éclatée correspondant au plan YOZ, une moitié droite de double paroi 3b de plafond, plane, inclinée par rapport à l'horizontale, par exemple de 10 à 20 °, mais pouvant être horizontale, et lorsqu'elle est inclinée formant un plafond en configuration de V renversé avec l'autre moitié de double parois de plafond 3b. Chaque paroi longitudinale de plafond 3a, 3b se raccorde par son bord inférieur à une double paroi latérale 2a, 2b, plane, verticale ou inclinée par rapport à la verticale, notamment de 5 à 20°, de préférence selon une inclinaison moindre que lesdites parois longitudinales de plafond incliné. Les deux extrémités du sarcophage 1 selon l'axe longitudinal XX' sont fermées par des doubles parois d'extrémité 2, 2a, 2ι assurant la jonction entre les bords d'extrémité des doubles parois latérales 2a, 2b et des doubles parois du plafond 3, 3a, 3b et lesdites parois latérales d'extrémité 2ι étant perpendiculaires à l'axe longitudinal XX'. La partie basse est entièrement libre, de manière à ce que le sarcophage puisse venir couvrir, telle une cloche, l'épave 6 à confiner.
Les volumes compris à l'intérieur des diverses doubles parois 2ι, 2, 2a, 2b et 3, 3a, 3b et délimités par les parois interne et externe et les membrures 43, 46 pleines forment les parois 4ι des compartiments 4 étanches vis à vis de l'extérieur, ce qui permet de les remplir d'un fluide de densité inférieure à l'eau de mer, ledit fluide jouant alors le rôle de flotteur et venant compenser le poids propre de la structure rigide du réceptacle sarcophage 1.
Ladite coque constitutive du sarcophage est avantageusement construite au sec dans une darse, puis, les compartiments étanches 4 compris à l'intérieur des doubles parois 2-ι, 2, 2a, 2b et 3, 3a, 3b sont obturés de manière étanche. Après remplissage de la darse, le sarcophage 1 flotte et dépasse largement le niveau de l'eau, du fait que lesdits compartiments 4 sont remplis d'air. En cas de risque d'instabilité à cette étape, on rajoute avantageusement un lest temporaire en partie basse.
Le sarcophage 1 est alors remorqué vers des eaux profondes où l'intégralité des compartiments 4 constituant les volumes de flottabilité, est rempli du fluide de flottabilité, par exemple du gazole dont la densité est voisine de 0.85, mais de préférence un fluide constitué d'ammoniac, butane, ou propane ou un autre gaz liquéfié sous pression comme décrit ci-après. Le volume de flottabilité est avantageusement ajusté pour que le sarcophage soit en équilibre entre deux eaux, l'équilibre d'ensemble étant éventuellement assuré par des flotteurs additionnels 19 capables de résister à la pression de fond, c'est à dire environ 350 bars pour 3500 m de profondeur. Lesdits flotteurs additionnels 19 peuvent être constitués de mousse syntactique, c'est à dire de micro-sphères de verre emprisonnées dans un liant de type résine époxy ou polyuréthanne mais sont avantageusement constitués d'un gaz liquéfié sous pression comme décrit ci- après, notamment de l'ammoniac, du butane, ou du propane.
Le sarcophage 1 est alors remorqué vers le site, puis, une fois sur place, au moins deux, de préférence quatre navires 20 se connectent aux extrémités du sarcophage 1 , de la manière suivante.
Chacun des navires 20 comporte un treuil 12η muni d'un câble 12, de préférence en acier, dont la longueur est supérieure à la profondeur d'eau, par exemple 130% de ladite profondeur d'eau. L'extrémité dudit câble 12 est reliée à une longueur de chaîne lourde 13, par exemple 100 m de chaîne de 6" diamètre, l'extrémité de ladite chaîne étant reliée à une poutre renforcée 10 constituant un élément d'accrochage solidaire de la structure et débordant du sarcophage 1 , comme explicité dans les figures 1-4-6.
Les chaînes lourdes 13 ont un effet auto-régulateur lors de la descente du sarcophage vers le fond de la mer 7 et leur fonctionnement est expliqué sur les figures 4, 4a et 4b.
Sur la figure 4, le câble 12 est en position intermédiaire et forme une courbe en double chaînette, une partie du poids de chaîne 13 (F) étant supportée par le sarcophage, l'autre portion de la chaînette étant supportée via le câble 12 directement par le navire 20 de surface. Ainsi, le sarcophage est maintenu en équilibre entre deux eaux sous l'effet de cette force F.
Lorsque le treuil 12-j du navire 20 de surface enroule du câble 12, il remonte la chaîne 13 comme indiqué sur la figure 4a, ce qui a pour effet de réduire le poids de la chaîne porté par le réceptacle à Fmin , car alors, l'intégralité du poids de la chaîne est supporté par le navire 20 de surface : le sarcophage 1 présente alors un poids apparent dans l'eau plus faible et il remonte pour se rapprocher d'une position d'équilibre selon la figure 4 et s'y stabiliser.
Inversement, lorsque le treuil 12-t du navire 20 de surface dévire du câble 12, il abaisse la chaîne 13 comme indiqué sur la figure 4b, ce qui a pour effet d'augmenter le poids apporté par la chaîne jusqu'à Fmax. Le sarcophage 1 présente ainsi un poids apparent dans l'eau plus important et il coule pour se rapprocher de sa position d'équilibre selon la figure 4 et s'y stabiliser.
Ainsi dans tous les cas, la configuration des chaînes 13 en double chaînette a un effet auto régulateur sur la position du sarcophage lors de la descente. Mais, il convient cependant de synchroniser de manière très précise le dévirage des câbles 12 de tous les treuils 12ι impliqués dans la manœuvre, pour que le sarcophage 1 effectue sa descente en restant sensiblement horizontal. De plus les navires 20 doivent rester à une distance sensiblement constante de l'axe du réceptacle et de préférence, deux navires 20a et 20b reliés à des éléments d'accrochage opposés 10 (figure 1) doivent être situés sensiblement dans un plan vertical passant par les points d'attache des chaînes 13 sur les poutres 10 du sarcophage 1 , ce qui implique l'utilisation avantageuse de navires à positionnement dynamique utilisant un système de radiolocalisation de type GPS.
La descente du sarcophage 1 s'effectue, de préférence de manière continue jusqu'à une distance proche de l'épave 6, par exemple jusqu'à 50 m du fond. Puis, le sarcophage est positionné à l'axe de l'épave 6 et orienté dans la bonne direction par simple mouvement d'ensemble des navires 20 de surface. Lesdits mouvements des navires 20 ont un effet retardé de quelques minutes à quelques dizaines de minutes, sur les mouvements correspondants du sarcophage situé à quelques milliers de mètres plus bas. Pour faciliter la manœuvre, on installe avantageusement des propulseurs orientables 16, de préférence aux extrémités de la structure, plus particulièrement aux quatre angles du plafond, lesdits propulseurs 16 étant alimentés par un ombilical 16ι de puissance et de contrôle relié à un navire 20 en surface. Dans une variante illustrée sur les figures 1 et 2, on installe des treuils 14ι sur les parois périphériques latérales du sarcophage, et, lorsque ledit sarcophage 1 est proche de l'épave, un ROV 22 sous-marin automatique, piloté depuis la surface, connecte des câbles 14 desdits treuils 14ι à un ancrage 15-ι, 15a pré- installé à proximité de l'épave, par exemple une ancre à succion 15ι, ou un corps mort 15a-
Après mise en place finale du sarcophage, les chaînes lourdes sont reposées sur le fond de la mer 7 comme illustré sur la figure 2, puis les flotteurs additionnels 19 sont décrochés au moyen du ROV 22, ces derniers remontent alors librement en surface où ils sont récupérés. On prend soin éventuellement d'équiper chacun d'eux d'une balise acoustique, ce qui permet de suivre leur remontée à l'aide des sonars des navires 20 et de déplacer en conséquence les navires pour éviter toute collision quand ils font surface. Le sarcophage 1 est alors stable au fond, mais on améliore encore sa stabilité en récupérant la cargaison de flottabilité, par exemple le gazole, comme explicité sur la figure 2. A cet effet, on connecte depuis la surface, à l'aide du ROV 22, une conduite 23, de préférence flexible, de préférence en configuration de S, à un orifice muni d'une vanne d'isolation 44, situé dans la partie haute du compartiment 4, ayant pris soin d'ouvrir préalablement une vanne 45 située dans la partie basse du même compartiment 4 et laissant pénétrer l'eau de mer, au fur et à mesure de la remontée du fluide de flottabilité vers la surface.
Après vidange des compartiments de flottabilité 4, les vannes supérieures 44, au moins, sont refermées et le sarcophage présente alors son poids maximal qui lui assure une grande stabilité, même en cas de fuites importantes au niveau de l'épave. Les effluents, s'échappant de l'épave au niveau desdites fuites, viennent se rassembler dans la partie haute du volume interne du sarcophage, créant ainsi une flottabilité significative, mais grandement inférieure à celle du fluide des compartiments 4. En effet, dans le cas de pétroles bruts très visqueux, la densité est en général supérieure à 0.95 et se rapproche souvent de 1 ,02 , ce qui crée une flottabilité faible et ne risque pas de déstabiliser le sarcophage. Après vidange des compartiments de flottabilité 4, on peut récupérer les chaînes, mais si l'on souhaite améliorer la stabilité du sarcophage, on relève avantageusement les chaînes 13 que l'on suspend par leur deuxième extrémité à la potence supportant déjà la première extrémité, ou encore on les relève et on les dépose simplement sur le toit du sarcophage, de manière à ce que l'intégralité de leur poids participe à la stabilisation dudit sarcophage.
Pour diminuer la distance entre les doubles parois délimitant les compartiments 4 et en utilisant des métaux légers, par exemple de l'aluminium pour la structure, on remplacera avantageusement l'eau douce par un fluide de flottabilité selon l'invention, notamment de préférence de l'ammoniac, du butane ou du propane comme explicité ci-après.
En effet, l'eau de mer ayant une densité d'environ 1 ,026 en surface et de 1 ,045 vers 4000 m de fond et à 3°C, l'eau douce ayant, quant à elle, une densité de 1 en surface et de 1 ,016 vers 4000 m de fond et à 3°C, la flottabilité apportée par l'eau douce par m3, varie ainsi de 26kg en surface à 29 kg à 4000 m de profondeur. Le volume global des compartiments 4 de l'exemple suivant permet d'équilibrer le poids propre déjaugé de la structure du sarcophage décrit ci- après. Un sarcophage à parois en aluminium de 180 m de longueur, de 40 m de largeur et de 35 m de hauteur, avec une distance de 3 m entre parois interne et externe des doubles parois, représente une masse d'aluminium de 3000 tonnes, c'est à dire un poids déjaugé dans l'eau de mer de 1850 tonnes. Le volume global des compartiments est de 73125 m3, ce qui donne une flottabilité de 1480 tonnes lorsqu'ils sont remplis à 75% d'eau douce. On installe une flottabilité complémentaire de 470 tonnes sous la forme de flotteurs répartis le long de la structure et les chaînes stabilisatrices pour la descente sont constituées de quatre longueurs identiques de chaîne de pesant chacune 50 tonnes, chacune d'elles étant installée à un angle du sarcophage.
Dans le cas d'un sarcophage de mêmes dimensions réalisé en acier, on utilise avantageusement un fluide de flottabilité présentant une plus faible densité que l'eau douce, par exemple du gazole, mais de préférence un gaz liquide comprimé selon l'invention, tel que décrit ci-après et le volume global des compartiments de flottabilité nécessite une distance entre parois interne et externe de 2m . Le sarcophage représente alors une masse de 7500 tonnes, c'est à dire un poids déjaugé dans l'eau de mer de 6500 tonnes. Le volume global des compartiments est de 47550 m3, ce qui donne une flottabilité de 6280 tonnes lorsqu'ils sont remplis à 22% de butane de masse volumique 601 kg/m3. Les flotteurs complémentaires représentent 320 tonnes, et les chaînes stabilisatrices (50T x4) restant les mêmes que dans le cas du sarcophage aluminium.
En fin d'installation, un orifice supérieur d'évacuation 9 au plafond du sarcophage est avantageusement ouvert de manière à ce que le fluide de flottabilité selon l'invention puisse s'échapper et que la stabilité du sarcophage soit optimale. Après évacuation de l'eau douce, ledit orifice supérieur 9 est fermé de manière à recueillir les éventuelles fuites en provenance de l'épave.
Ce même orifice supérieur 9 est avantageusement utilisé pour récupérer les effluents 8 qui s'échappent de l'épave 6 dans le temps, et viennent se rassembler en partie haute du volume intérieur du sarcophage sous son plafond 3, 3a, 3b. En venant se connecter sur cet orifice supérieur 9 et après avoir ouvert la vanne d'isolation, on transfère avantageusement le pétrole 8 accumulé depuis la précédente campagne d'intervention, soit au moyen d'une conduite 23 reliant l'orifice supérieur 9 jusqu'à un navire de récupération situé en surface, soit en utilisant un dispositif de récupération entre le sarcophage et le navire en surface, par exemple un dispositif tel que décrit dans la demande de brevet FR 2 804 935 ou encore un dispositif du type navette tel que décrit dans la demande non publiée de brevet européen n° 03 358 003.6.
Dans une version de l'invention illustrée sur la figure 5, on réalise une structure porteuse de type hangar, constituée de poutres métalliques ou en acier 24 assemblées entre elles par soudage ou boulonnage, et l'on y incorpore des compartiments étanches, répartis de manière continue ou non, soit sur les parois latérales 2, 2a, 2b, soit en toiture 3, 3a, 3b ou en combinaison des deux. L'ensemble de la structure est rendu étanche vis à vis d'un fluide tendant à s'échapper naturellement vers le haut, par des toiles ou membranes 25 fixées à l'extérieur de la structure et contre celle-ci de manière étanche, de manière à recueillir toutes les fuites de l'épave et les diriger vers le point haut où elles seront stockées en attendant d'être récupérées, soit au moyen d'une liaison fond-surface 23, soit au moyen de dispositif de récupération ou la navette comme explicité précédemment.
Dans une version de l'invention illustrée sur la figure 6, la structure du sarcophage est réalisée en béton allégé 26, armé et précontraint, et comporte des compartiments 4 que l'on remplit de la même manière que précédemment, d'un fluide de densité inférieur à celui de l'eau de mer selon l'invention. Le béton 26 est avantageusement réalisé à partir de granulats légers, tels, par exemple, des argiles expansées, associées à des mortiers à haute résistance, ce qui leur confère un excellent comportement à grande profondeur, même par des profondeurs de 3000 à 4000 m, voire plus. En effet, les argiles expansées sont sensiblement de forme sphérique et présentent des vides remplis d'air ou de gaz, ce qui leur assure une faible densité ; pris au sein d'une matrice constituée de mortier à haute résistance, c'est la matrice proprement dite qui assure la résistance d'ensemble. Lorsque la structure est soumise à une très forte pression, par exemple la pression de 400 bars régnant à environ 4000 m de profondeur, l'eau migrera dans le temps au sein de la masse de béton puis envahira petit à petit les granulats d'argile expansée, ce qui aura pour effet d'augmenter considérablement le poids apparent du sarcophage. Ce processus de migration étant relativement lent ne présente pas d'inconvénient lors de l'installation, car, après remorquage sur site, l'opération critique de descente dudit sarcophage, depuis la surface, jusqu'à sa position finale reposant sur le fond au-dessus de l'épave, représente une durée maximale de 12 à 24 heures. Une fois en place, le poids propre du sarcophage augmente de jour en jour, ce qui en augmente la stabilité, le phénomène de migration de l'eau se poursuivant sur plusieurs semaines, voire plusieurs mois. Pour retarder les phénomènes de migration d'eau vers les granulats poreux, on recouvre avantageusement l'intégralité des parois de la structure béton en contact avec l'eau, d'une couche de peinture de type élastomère, créant ainsi une barrière d'étanchéité efficace. Cette couche est avantageusement appliquée aussi à l'intérieur des compartiments de flottabilité intégrés à la structure béton, pour minimiser la migration du fluide de flottabilité vers lesdits granulats. Dans une version préférée de l'invention, on utilise avantageusement un fluide de flottabilité selon l'invention, de densité très faible, ce qui diminue d'autant le volume global des compartiments de flottabilité à prévoir. A cet effet on utilise avantageusement un gaz dont le point critique se trouve au dessus de la température ambiante, par exemple du butane, du propane, de l'ammoniac, ou tout autre composé similaire gazeux à température et pression atmosphérique ambiante. En effet, ces gaz ont une densité à l'état liquide qui est comprise entre 0.50 et 0.70. Ils sont gazeux à la pression atmosphérique et à la température de 20°C, mais se liquéfient dès lors qu'on les comprime à quelques bars. Il est ainsi très avantageux de les utiliser comme fluide de flottabilité car leur rendement ω (poussée d'Archimède / poids propre) est beaucoup plus élevé que les fluides couramment utilisés, tel le gazole, le méthanol ou encore l'eau douce.
En effet, pour un gazole de densité 0.85 : ω=1.21 , pour le méthanol : ω=1.30, alors que pour le butane, le propane et l'amoniac, les valeurs de ω sont respectivement ω=1 ,71 , ω=1 ,97 et ω=1 ,63.
Toutefois, le remplissage des compartiments doit être effectué de manière particulière pour éviter tout risque d'incident et d'accident. En effet, étant gazeux à température ambiante et à la pression atmosphérique, ils peuvent être stockés soit, à la pression atmosphérique à température cryogénique, soit sous pression à température ambiante.
Quand ils sont stockés à la pression atmosphérique, pour que le fluide reste sous la forme liquide, la température dudit fluide doit être maintenue largement inférieure à la température ambiante, par exemple -0°C à -50°C selon les gaz.
Quand ils sont stockés à température ambiante, en général aux environs de 20 à 30°C, voire plus, pour rester à l'état liquide, ils doivent être confinés dans des réservoirs capable de résister à de fortes pressions, de quelques bars à quelques dizaines de bars selon les gaz.
Le stockage à basse température est très délicat à réaliser, voire quasiment impossible, dans le cas d'un volume de flottabilité important, car il faut impérativement éviter que le gaz ne se réchauffe. En effet, le fluide se réchauffant se met à bouillir et la pression à l'intérieur du réservoir augmente. Si le réservoir est étanche, il doit alors être capable de résister à la pression maximale du gaz ; si le réservoir n'est pas étanche et communique avec l'extérieur, le gaz bouillonnant s'échappe alors, réduisant de ce fait la quantité de gaz liquide en présence, donc la flottabilité.
Le stockage à température ambiante nécessite un moyen de confinement dudit gaz sous pression de manière à ce qu'il reste à l'état liquide. Les bouteilles et réservoirs de gaz butane ou propane du commerce sont capables de résister à des pressions très importantes, mais leur poids reste élevé et il ne serait pas intéressant de les utiliser telles quelles, car le rendement de flottabilité ω serait fortement dégradé par le poids dudit moyen de confinement constitué par le poids propre dudit réservoir apte à résister à la pression. On pourrait envisager l'utilisation de réservoirs en matériaux composites, dont la densité de la matière est proche de celle de l'eau, mais ils sont onéreux et complexes à fabriquer dès lors que leur volume unitaire devient important.
Ainsi, pour contenir le fluide de flottabilité à l'état liquide, on utilise avantageusement une enveloppe, rigide ou souple, capable de confiner ledit gaz, le remplissage de ladite enveloppe étant réalisé en sous-marin à une profondeur d'eau telle que la pression hydrostatique à ladite profondeur d'eau correspond à un état liquide stable du matériau de flottabilité dont la température est inférieure ou égale à la température ambiante. En général la température de l'eau de mer varie de 3°C à 25°C, voire plus, selon la zone géographique, la période de l'année et la profondeur considérée, et peut descendre à -5 voire -7°C dans des zones arctiques particulières.
A cet effet, pour une structure lourde tel qu'un sarcophage ou autre, on procède comme suit :
- après construction à terre ou dans une darse, on met à l'eau, la structure lourde ou le sarcophage 1 , puis,
- on supporte ladite structure lourde ou ledit sarcophage 1 proche de la surface au moyen de câbles reliés à des treuils installés sur des barges 27, de préférence deux ou quatre barges, flottant en surface, comme illustré sur la figure 7a, 10a et 10b, le sarcophage étant relié à chacune desdites barges 27 par un câble 28 relié à un treuil 28ι, en association avec un compensateur de pilonnement 29 visant à éviter les ruptures de câble 28. Les compartiments 4 ou enveloppes rigides 19ι (à gauche figures 10a-10b) sont remplis d'eau et l'enveloppe souple 19-t, du type baudruche étant vide d'air et d'eau est ramassée sur elle-même comme illustré sur la figure 10a (à droite), et
- on transporte en pleine mer sur le site d'installation, puis, comme explicité sur les figures 7b et 11 b, on descend la structure ou le sarcophage 1 jusqu'à une profondeur de 20m à 60 m, correspondant sensiblement à une pression de 2 à 6 bars, pression à laquelle le gaz butane, que l'on va injecter dans les compartiments 4, et réservoirs 19ι est liquide. On descend alors, puis l'on connecte, une conduite 23 au point haut 44 des compartiments de flottabilité et vannes 192, 194 des éléments de flottabilité 19, et l'on injecte sous pression le gaz liquide stocké à bord d'un navire gazier spécialisé 61 , connus de l'homme de l'art. L'orifice inférieur 45 du compartiment 4 étant ouvert, le gaz liquéfié chasse l'eau de mer qui s'y trouve, et remplit peu à peu l'intégralité du compartiment 4. En fin de remplissage, la vanne supérieure 44 est fermée de manière étanche. On remplit la baudruche souple 19ι par l'orifice unique 194, en contrôlant son remplissage de manière à éviter qu'elle n'éclate. Une fois remplie, on ferme la vanne 194 et l'on déconnecte la conduite de remplissage 23. Lorsque tous les compartiments et enveloppes sont pleins, les barges 27 utilisées lors du remorquage peuvent être libérées après déconnexion des câbles de retenue 28, et
- ladite structure lourde ou ledit sarcophage est alors prêt à être descendu comme explicité précédemment, après avoir connecté les chaînes lourdes 12, 13 qui jouent alors le rôle de stabilisateur pendant toute la descente jusqu'au fond de la mer.
Sur la figure 7b, le compartiment 4 de droite est plein de fluide de flottabilité à l'état liquide, alors que le compartiment de gauche est en cours de remplissage, l'eau de mer s'échappant par la vanne inférieure 45, laquelle est en position ouverte. Sur la figure 10b, les compartiments 4 constitués par les profilés tubulaires de la structure porteuse, ainsi que l'élément de flottabilité rigide 4-19, 19ι de gauche, sont remplis de fluide de flottabilité à l'état liquide, l'élément de flottabilité de droite à enveloppe souple du type baudruche étant en cours de remplissage dudit fluide.
En fin d'installation, on peut se contenter d'ouvrir légèrement l'orifice supérieur 4 situé au sommet de chacun des compartiments 4 de flottabilité, ce qui laisse s'échapper le gaz sous forme liquide. Il remonte alors naturellement vers la surface, d'abord sous forme liquide, pour finalement se gazéifier en surface et se diluer dans l'atmosphère. Ces gaz sont sans danger pour l'environnement et les personnels, dans la mesure où les quantités instantanées sont raisonnables, c'est à dire représentent quelques dizaines, voire quelques centaines de kilogrammes par heure, mais on préfère pour des raisons écologiques récupérer la cargaison de gaz liquéfié. A cet effet, on installe une liaison fond-surface 23, comme déjà explicité sur la figure 2, liaison qui relie l'orifice supérieur 44, 192 des compartiments et éléments de flottabilité au navire gazier 61 situé en surface. Cette liaison permet de récupérer la quasi intégralité de la cargaison de gaz dans un temps très réduit, car le gaz sous forme liquide présente une viscosité extrêmement faible. Et, du fait de la très grande profondeur d'eau, la pression différentielle entre l'intérieur de ladite conduite et l'extérieur est considérable, car le différentiel de pression augmente d'environ 4MPa par tranche de 1000m de profondeur supplémentaire pour un fluide de flottabilité de type butane, dont la densité est d'environ 0.6 par rapport à l'eau de mer.
Dans le cas d'une structure lourde, par exemple des éléments de tête de puits, ou des unités de traitement ou de pompage de pétrole que l'on doit descendre sur le fond de la mer, on réalise avantageusement la structure porteuse des équipements à l'aide de profilés tubulaires, plutôt qu'avec des profilés en I, en U ou en H, comme il est couramment pratiqué. Lesdits profilés tubulaires sont rendus étanches, puis sont remplis de gaz liquéfié de la même manière qu'explicité précédemment en regard de la figure 7b, à travers des orifices munis de vannes prévus à cet effet.
On utilise aussi avantageusement les réservoirs ou ballons 19β de l'unité de traitement de pétrole comme enveloppe rigide pouvant recevoir du gaz liquéfié et que l'on purge après installation et avant la mise en route de l'unité de traitement de pétrole installée sur le fond de la mer.
Les éléments de flottabilité additionnels 19 sont avantageusement réalisés à partir d'une enveloppe souple constituant une baudruche fonctionnant comme un ballon dirigeable, comme représenté sur la figure 10b. L'enveloppe est souple et étanche, de préférence en forme de goutte d'eau inversée, ou encore de forme sphérique lorsqu'elle est pleine. Elle est reliée à ladite structure lourde par un faisceau de câbles 59, entourant de préférence ladite enveloppe souple et étanche, ledit faisceau de câbles 59 étant solidaire de la structure lourde et étant capable de transférer la poussée d'Archimède qui s'exerce sur ladite enveloppe remplie dudit gaz liquéfié, à ladite structure lourde 1. Le remplissage de ladite baudruche s'effectue de la même manière qu'explicité sur la figure 7b et la vidange en fin d'installation et réalisée par simple ouverture de la vanne19.4 reliée à une conduite 23.
L'enveloppe souple de la baudruche est avantageusement réalisée à l'aide de tissus résistants enduits de caoutchouc de type néoprène, ou de composés de type polyuréthanne, tels ceux qui sont utilisés pour les bateaux pneumatique de la marque ZODIAC ®, ou encore pour la fabrication des réservoirs souples vendus par la Société PRONAL® France.
Les gaz préférés pouvant être utilisés comme fluide de flottabilité sont classés dans le tableau 1 ci-après par ordre de densité croissante, à l'état liquide, à la température de 15°C.
Les pressions de vapeur indiquées dans les Tableaux 1 et 2, sont des pressions absolues, donc par rapport au vide.
La profondeur correspondante est indicative et correspond sensiblement à une pression atmosphérique de 0.1 MPa et à une eau de mer de densité 1.026 par rapport à l'eau douce. TABLEAU 1
Les gaz sont classés dans le tableau 2 ci-après par ordre de pression de vapeur à la température de 15°C.
TABLEAU 2
Dans le cas où le navire 61 de stockage du fluide est du type cryogénique, c'est-à-dire que le fluide est stocké sensiblement à la pression atmosphérique, à une température largement inférieure à 0°C, par exemple -42°C dans le cas du propane, pour effectuer le transfert dudit fluide vers la baudruche ou le réservoir, on procède de manière légèrement différente à ce qui a été explicité précédemment. Le fluide est extrait des réservoirs cryogéniques par une pompe, puis passant dans un échangeur de chaleur à eau de mer, va se réchauffer à une température proche de ladite eau de mer, par exemple 15°C en sortie de réchauffeur. Il va alors descendre vers la baudruche ou vers le réservoir à travers la conduite 23 et, du fait que depuis la pompe jusqu'à la baudruche, la pression dans la conduite est supérieure à pression de vapeur à 15°C (0,77MPa dans le cas du propane), le fluide reste à l'état liquide.
La récupération du gaz en fin d'installati on de la structure lourde nécessite alors la mise en œuvre d'une unité de liquéfacti on, car le fluide en provenance des ultra grands fonds est à une température d'env ron 4°C et doit être refroidi, dans le cas du propane, à une température inférieure à -42°C pour rester à l'état liquide dans les réservoirs dudit navire cryogénique, ces derniers étant sensiblement à la pression atmosphérique.
A basse température, le butane et le propane ont tendance à se combiner à l'eau pour former des hydrates qui risquent de bloquer les canalisations ou d'empêcher la récupération des gaz liquéfiés en fin de phase d'installation. Lorsque l'enveloppe est préalablement remplie d'eau, pour éviter la formation de ces hydrates, en début de remplissage d'une dite enveloppe rigide ou souple, on injecte un volume de méthanol, par exemple 100 ou 200 litres, de manière à ce que le méthanol, de densité intermédiaire entre l'eau de mer et le gaz liquéfié, crée un écran évitant le contact direct entre le butane-propane et l'eau. De plus, le méthanol, mélangé en faible proportion avec l'eau empêche les réactions chimique conduisant à la formation d'hydrates.
Dans chacune des variantes de l'invention décrites précédemment, on positionne et on dimensionne les compartiments étanches de manière à respecter les règles de l'art de la construction navale, et en particulier la règle dite du p-a et qui consiste à maintenir le centre de poussée verticale dû à la flottabilité, au- dessus du centre de gravité de la structure. Il est d'usage de considérer que pour une valeur p-a > 1 m, la structure est considérée comme stable et donc ne risque de se renverser en pivotant autour de son axe XX'. A cet effet, on ajoutera avantageusement des flotteurs externes 19 situés de préférence au-dessus de la structure du sarcophage et, éventuellement, des lests en partie basse. Sur les figures 8a à 8d et 9 est représenté un réservoir navette 32 du type servant à récupérer des effluents depuis une épave au fond de la mer par descente et remontée dudit réservoir-navette respectivement vide et plein entre la surface et le fond de la mer. Le réservoir-navette 32 est constitué d'une paroi latérale 34 souple et étanche, par exemple en tissus plastifié armé à forte résistance, solidaire dans la partie haute d'un dôme 3 à section horizontale circulaire et à profil en section vertical en forme d'obus réalisé dans un matériau résistant et rigide, de préférence en matériau composite, et solidaire dans la partie basse d'un fond 35, plan, plein, résistant et rigide, de préférence circulaire, lui aussi de préférence en matériau composite, de manière à représenter un poids apparent dans l'eau minimal, tout en garantissant une rigidité et une résistance extrême. Ledit fond 5 est percé en son centre d'un orifice principal 35ι et est équipé d'une vanne, de préférence à passage intégral, par exemple de type à guillotine, cette dernière étant équipée d'une bride. Un orifice complémentaire latéral de diamètre plus faible est muni d'une vanne 352, permettant ainsi les échanges d'eau de mer entre l'intérieur du réservoir navette et le milieu marin, et en particulier lors du remplissage du réservoir par le pétrole, à l'eau de mer de s'échapper.
Le dôme 33 et le fond 35 peuvent présenter un diamètre de 5 à 10 m, le dôme 3 une hauteur de 2 à 5 m et la paroi latérale 4, une fois dépliée, une hauteur de 10 à 50 m.
On ajuste avantageusement le poids apparent dans l'eau du réservoir navette 32 en intégrant dans la partie la plus haute du dôme 3, de la flottabilité, par exemple de la mousse syntactique 3ι, constituée de microsphères de verre enrobées dans des résines époxy, polyuréthanne ou autres.
Ainsi, le réservoir navette 32 est descendu vers l'épave ou cuve 6, ou encore vers un sarcophage 1 posé au-dessus d'une dite épave ou cuve, en position ramassée, et présente un poids apparent dans l'eau très faible et qui peut être ajusté en positif comme en négatif, ce qui facilite son installation directement par un ROV (sous-marin automatique piloté depuis la surface et muni de bras manipulateurs). La figure 8 illustre la remontée du réservoir navette 32 est contrôlée par un câble de liaison 12 dont une partie de sa portion inférieure 13 est alourdie, par exemple, par des blocs métalliques 31 solidarisés audit câble 30 par un sertissage en 311 en chapelet comme des perles sur un câble.
Telles que représentées figure 8d, ces perles 31 ont un corps central cylindrique prismatique ou de révolution et, des extrémités tronconiques telles que lorsque l'on courbe le câble, lesdites extrémités tronconiques des deux perles adjacentes viennent alors en butée l'une contre l'autre en 312, limitant ainsi le rayon de courbure local à une valeur supérieure à Ro. Ainsi, le câble de liaison 12 étant accroché au réservoir navette 2 sur le dit premier point d'attache 36 en partie basse du réservoir, descend vers le bas puis s'écarte en arc de cercle de rayon Ro, pour remonter enfin verticalement ou en configuration de chaînette à une distance d'environ au moins 2R0 de la paroi latérale 4 dudit réservoir navette, évitant ainsi tout contact mécanique lors de la remontée, ce qui permet d'éviter de l'endommager par frottement.
Sur la figure 8a, la flottabilité du réservoir navette rempli d'hydrocarbures Fv qui correspond à la poussée d'Archimède s'exerçant sur le réservoir et sa cargaison, est compensée par le poids du câble jusqu'au point de tangence horizontale correspondant à la perle 31 j , additionné du poids des perles 31g entre le réservoir et la perle 31 i la plus basse, c'est à dire 8.5 perles sur la figure 11a, le poids de l'ensemble Pe correspondant alors à un équilibre du système.
A titre d'exemple pour illustrer la figure 8a, le réservoir navette d'un volume de 250 m3 d'un pétrole de masse volumique 1011 kg/m3, dans une eau de mer à 3°C de masse volumique 1045 kg/m3, possède une flottabilité d'environ 8.5 tonnes.
Chacune des perles du dispositif d'équilibrage 30-31 a alors un poids dans l'eau d'environ 1 tonne.
Sur la figure 8b, l'extrémité supérieure du câble de liaison 12, reliée à un treuil installé à bord d'un navire de surface (non représenté) est relevée, ce qui a pour effet d'amener la perle 31 g en position horizontale basse, réduisant de ce fait le nombre de perles pesant sous le réservoir à 6.5 perles, le poids d'ensemble s'opposant à la poussée Fv étant alors réduit à P-. La résultante Fv + P- est alors positive vers le haut et le réservoir navette peut remonter jusqu'à ce que l'équilibre des forces de la figure 8a soit atteint.
De même, dans la figure 8c, l'extrémité supérieure du câble de liaison 12 est dévirée, ce qui a pour effet d'amener la perle 31 k en position horizontale basse, augmentant de ce fait le nombre de perles pesant sous le réservoir à 10.5 perles, le poids d'ensemble étant alors égal à P+. La résultante Fv + P+ est alors positive vers le bas et le réservoir navette peut redescendre jusqu'à ce que l'équilibre des forces de la figure 8a soit atteint.
Ainsi, le dispositif de stabilisation selon l'invention présente un effet stabilisateur pour la remontée du réservoir navette. Lorsque le navire de surface bouge de manière excessive sous l'effet de la houle ou s'écarte de la verticale de la position du réservoir navette, les mouvements n'ont d'effet instantané que sur la zone des perles entourant les perles 31 g à 31k, la perle 31 i correspondant à la valeur moyenne des oscillations.
Ainsi, pour contrôler la remontée du réservoir navette 32, il suffit d'enrouler le câble de liaison sur le treuil situé à bord du navire de surface 20 à une vitesse compatible avec la remontée naturelle de ladite navette, ladite navette cherchant toujours naturellement à reprendre sa position d'équilibre illustrée sur la figure 8a. En cas de difficultés, il suffit de ralentir ou de stopper l'enroulement sur le treuil, le réservoir navette retrouvant alors de manière quasi immédiate sa position d'équilibre, en attendant un nouveau mouvement du treuil.
La figure 9 représente un réservoir navette 32° installé à la verticale d'un dispositif d'évacuation 9 équipé d'une vanne prévue sur la paroi supérieure d'un sarcophage 1 auquel il est relié par une liaison 50. Lorsque la vanne est en position ouverte, elle laisse passer du pétrole brut accumulé dans ledit sarcophage après s'être écoulé des cuves du navire 6. Ainsi, il peut être recueilli dans le réservoir navette, lequel peut remonter en surface une fois rempli et rupture du lien 50, la remontée en surface se faisant sous le contrôle d'un dispositif de stabilisation et de contrôle des remontée et de descente selon l'invention. Le sarcophage 1 est équipé d'un dispositif de stabilisation et de contrôle avec des éléments de liaison 12 constitués de câbles dont la portion inférieure comprend des blocs métalliques 31 en chapelet.
On a décrit le dispositif de contrôle de la descente ou de la remontée d'une structure lourde ou massive comme étant constitué soit d'un câble muni de blocs ou perles serties sur ledit câble, soit de chaîne à maillons modifiés de manière à créer par simple butée entre maillons, le rayon de courbure minimum R0 . Mais, on reste dans l'esprit de l'invention si ladite portion alourdie desdits éléments de liaison est constituée d'un chapelet de barres alourdies articulées entre elles, de telle manière que la déformation du chapelet de barres articulées crée le déséquilibre de charge, P+ ou P- par rapport à la charge d'équilibre Pe, tel que décrit précédemment en regard des figures 8a, 8b et 8c, lesdites barres présentant avantageusement, au niveau des articulations, des butées mécaniques qui permettent de limiter la courbure à une valeur minimale Ro.
Sur la figure 11 , on a représenté une structure lourde consistant dans un dispositif 1 de pose et d'ancrage d'une embase 52 sur la paroi 54 d'une cuve et/ou d'une épave au fond de la mer. Ce dispositif 1 comprend une structure support 54 constituée d'un bâti mécano soudé parallélépipédique supportant lui-même :
- un corps de forage 54ι comprenant des moyens permettant d'actionner en translation et en rotation une scie cloche 55 qui, à travers une ouverture correspondante prévue dans ladite embase, permet de percer un grand orifice dans ladite paroi 6 de manière à permettre l'évacuation d'un fluide contenu dans ladite cuve, et
- des chariots latéraux 56 comprenant des moyens permettant d'actionner en translation et en rotation des scies cloches 57 aptes à percer des trous dans ladite paroi 6 pour ancrer l'embase 52 sur ladite paroi, les scies cloches 57 se déplaçant à travers des orifices 58 de ladite embase.
La figure 11 représente la descente d'une structure 1 consistant dans un dispositif d'ancrage et perçage contrôlé par une chaîne de stabilisation 12,13 selon l'invention et un élément de flottabilité 19 selon l'invention. La partie inférieure gauche de l'embase 52 est représentée en coupe pour visualiser les moyens de coupe 57 à l'intérieur d'un orifice 58 prévu dans ladite embase. .
Le dispositif 1 est suspendu par un lien 59 à un élément de flottabilité 19. Un élément de liaison 12 du type câble avec une portion inférieure 13 comportant des blocs alourdissants 31 disposés en chapelet comme mentionné ci-dessus, qui s'étend depuis un support flottant en surface jusqu'au niveau d'un élément d'accrochage 36 à la base de l'élément de flottabilité 19, permet de contrôler la vitesse de descente et de remontée du dispositif 1 et de le stabiliser le cas échéant à proximité de la paroi 6, conformément à la présente invention.
Le fluide de flottabilité selon l'invention a été décrit dans le but de faciliter l'installation de colis ou de structures lourdes dans des profondeurs extrêmes, mais il est aussi avantageusement utilisé pour jouer le rôle de flotteur permanent sur des structures sous-marines, telles des tour de production de pétrole ou de gaz, ou d'injection d'eau installées sur des champs pétroliers dans des profondeurs d'eau importantes, de 1000 à 3000m voire plus, tel que décrit notamment dans WO 00/49267 et WO 03/65788 au nom de la demanderesse.
Le fluide de flottabilité selon l'invention peut être utilisé à toute profondeur mais, en raison de sa mise en œuvre particulière, présente le plus d'intérêt à des profondeurs importantes. Il est particulièrement avantageux pour les profondeurs abyssales, par exemple 10 000 ou 11 000m, ou au-delà, car il est quasi- incompressible, c'est-à-dire que son volume ne varie sensiblement pas lorsque la profondeur d'eau, donc la pression, augmente. En fait, pour les très grandes profondeurs (4000-5000m et plus), son volume se réduit de quelques % , mais l'eau de mer, elle aussi quasi-incompressible, voit aussi sa densité augmenter sensiblement. Le volume du fluide de flottabilité diminuant et la densité de l'eau de mer augmentant, il en résulte alors une légère variation de la poussée d'Archimède, et donc de la flottabilité, laquelle est automatiquement compensée par la ou les liaison(s) 12, 13 telle(s) que décrite(s) précédemment, et dont le point à l'équilibre variera légèrement en fonction de ladite variation de flottabilité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d'un fluide de flottabilité de densité inférieure à celle de l'eau de mer confiné dans une enveloppe (4-ι, 19ι) rigide ou souple étanche, pour constituer un élément de flottabilité immergé (4, 19), caractérisé en ce que le dit fluide de flottabilité est un composé se trouvant naturellement à l'état gazeux à température et pression atmosphériques ambiantes, et à l'état liquide à la profondeur sous-marine à laquelle ledit élément de flottabilité est immergé.
2. Utilisation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le dit fluide de flottabilité se trouve naturellement à l'état liquide stable lorsqu'il est placé à la profondeur sous-marine de 10 à 500 m, de préférence de 20 à 100 m
3. Utilisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le dit fluide de flottabilité est un fluide quasi incompressible et présente une densité à l'état liquide, de 0,3 à 0,8, de préférence de 0,5 à 0,7.
4. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dit gaz est choisi parmi l'ammoniac, un alcane en C-2 à C-7, un alcène en C-2 à C-7, un alcyne en C-2 à C-7, et un diène en C-4 à C-7.
5. Utilisation selon la revendication 4 caractérisée en ce que ledit composé est choisi parmi la liste : ammoniac, éthane, butane, propane, éthylène, propène, butène, acétylène, méthyle acétylène, propadiène et butadiène.
6. Utilisation selon la revendication 5 caractérisée en ce que ledit composé est choisi parmi l'ammoniac, le propane et le butane.
7. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la dite enveloppe est constituée par, ou placée à l'intérieur des parois (4ι) d'un compartiment (4) d'une structure (1) immergée.
8. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la dite enveloppe (19ι) est placée à l'extérieur d'une structure (1) immergée à laquelle elle est reliée ou fixée.
9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la dite structure (1) immergée est suspendue au dit élément de flottabilité (19) par au moins un câble (59).
10. Elément de flottabilité (4, 19) immergé conférant de la flottabilité à une structure immergée (1) à laquelle il est relié ou fixé ou dans laquelle il est intégré, caractérisé en ce qu'il comprend une dite enveloppe (4ι, 19ι) immergée dans laquelle le dit composé liquéfié est confiné de manière étanche conformément à l'utilisation de l'une des revendications 1 à 9.
11. Elément de flottabilité selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'il comprend une dite enveloppe souple (19ι), de préférence de forme à profil hydrodynamique minimisant les efforts lors de ses déplacements verticaux lorsqu'elle est remplie du dit fluide de flottabilité tel que défini dans les revendications 1 à 6.
12. Procédé de mise en place entre la surface et le fond de la mer d'un élément de flottabilité selon la revendication 10 ou 11 caractérisé en ce que le dit fluide est stocké dans un réservoir sur un navire (61) en surface à l'état liquide comprimé ou refroidi, et il est injecté à l'état liquide dans une conduite (23) depuis la surface ou il est stocké (61) jusque dans une dite enveloppe immergée (4-ι, 19-ι) à une profondeur sous marine à laquelle la pression sous-marine est supérieure ou égale à la pression de vapeur du gaz correspondant audit composé à la température à la dite profondeur.
13. Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite enveloppe (19-ι) est une enveloppe souple que l'on descend à la profondeur voulue à vide repliée sur elle-même.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que ladite enveloppe (19ι) est préalablement remplie d'eau de mer ou d'un autre fluide de préférence un composé liquide à pression et température atmosphérique, incompressible tel que du gazole, de l'eau douce ,ou du méthanol, et on évacue l'eau de mer ou ledit autre fluide de l'enveloppe au fur et à mesure du remplissage du dit fluide de flottabilité tel que défini dans les revendications 1 à 6.
15. Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que ladite enveloppe est préalablement remplie d'eau de mer et avant remplissage avec un dit fluide de flottabilité, on injecte une quantité limitée de méthanol apte à empêcher la formation d'hydrates.
16. Procédé selon l'une des revendication 14 ou 15 caractérisé en ce qu'on remplit la dite enveloppe en surface à l'aide d'un dit autre fluide, et on descend la dite enveloppe ainsi remplie à une profondeur où la pression hydrostatique correspond à la pression à laquelle le dit fluide de flottabilité est ensuite injecté dans la dite enveloppe au fur et à mesure que l'on évacue le dit autre fluide .
17. Procédé selon l'une des revendications 12 à 16 caractérisé en ce que le dit fluide de flottabilité est stocké à l'état liquide refroidi dans un réservoir cryogénique et à pression atmosphérique et est injecté à l'état liquide sous pression dans la dite enveloppe immergée à une pression correspondant à la pression hydrostatique à la profondeur de la dite enveloppe , ledit fluide de flottabilité passant dans un échangeur de chaleur de manière à ce que la température du dit fluide soit portée sensiblement à celle de l'eau de mer à la profondeur de la dite enveloppe immergée avant son remplissage.
18. Dispositif de stabilisation ou de contrôle de la descente ou remontée d'une structure (1 , 32) entre la surface (15) et le fond (7) de la mer, comprenant ou relié à un élément de flottabilité (4, 19) selon l'une des revendications 10 ou 11 , caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de liaison du type câble ou chaîne (12) dont : une première extrémité est reliée à un treuil (12-ι) à bord d'un support flottant ou navire (20a, 20b) en surface, sur lequel treuil elle est enroulée, et π une deuxième extrémité est reliée à un élément d'accrochage (10, 36) sur ladite structure (1 , 32), ou sur au moins un premier élément de flottabilité (19) selon l'une des revendications 10 ou 11 relié à ladite structure, et
H la longueur dudit élément de liaison (12) est telle que ledit treuil (12-ι) est apte à enrouler ou dérouler ladite première extrémité dudit élément de liaison (12), de sorte qu'une portion inférieure (13) dudit élément de liaison (12) puisse pendre au dessous dudit élément d'accrochage (10,
36).
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dits éléments de liaison (12), lesdits éléments d'accrochage (10,36) étant de préférence disposés symétriquement respectivement autour et sur la périphérie de ladite structure (1 ,32).
20. Dispositif selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que ledit élément de liaison (12) est constitué par un câble dont ladite portion inférieure (13) comprend des blocs alourdissants (31) disposés en chapelet sur un dit câble, de préférence des blocs métalliques solidarisés audit câble par sertissage.
21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que lesdits blocs (31) présentent une forme telle que lorsque ladite portion inférieure (13) pendant dessous lesdits éléments d'accrochage adopte une forme courbe, deux dits blocs (30) disposés côte à côte sont aptes à venir en butée l'un contre l'autre limitant ainsi la courbure dudit câble
22. Dispositif selon la revendication 21 , caractérisé en ce que la courbure dudit câble est limitée de manière à ce que le rayon de courbure minimale (Ro) desdits câbles au niveau de ladite portion inférieure (13) permette de maintenir une distance minimale (2xRo) entre ledit câble (12) et ladite structure (1 , 32) suffisante pour empêcher tout contact mécanique entre eux lors d'une dite descente ou remontée de ladite structure.
23. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 22, caractérisé en ce que lesdits blocs (31) présentent une partie centrale cylindrique (31) encadrée par deux extrémités tronconiques (312) dont les axes correspondent à la direction dudit câble (12) lorsque celui-ci est disposé linéairement, deux blocs adjacents étant en contact au niveau desdites extrémités tronconiques le long d'une génératrice (312) desdiles extrémités tronconiques dans les parties courbes de ladite portion inférieure (13).
24. Dispositif selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que ledit élément de liaison comprend une chaîne dont ladite portion inférieure (13) comprend des maillons plus lourds que ceux du reste de la chaîne, et de préférence plus volumineux de manière à limiter la courbure éventuelle de la chaîne.
25. Dispositif selon l'une des revendications 18 à 24, caractérisé en ce que lesdits premiers éléments de flottabilité (19) sont disposés au-dessus de ladite structure.
26. Dispositif selon l'une des revendications 18 à 25, caractérisé en ce que ladite structure comprend des seconds éléments de flottabilité (4, 33), de préférence selon la revendication 10 ou 11 , intégrés dans ladite structure (1 , 32), de préférence encore intégrés au-dessus du ou desdits éléments d'accrochage (10, 36) de manière à ce que le centre de gravité de ladite structure et desdits premiers éléments de flottabilité selon la revendication 10 ou 11 soit situé dessous le centre de poussée s'exerçant sur l'ensemble de ladite structure (1) et desdits .premiers éléments de flottabilité (19) selon la revendication 10 ou 11.
27. Procédé de descente ou remontée ou stabilisation d'une structure (1 ,32) entre la surface (15) et le fond de la mer (7) à l'aide d'un dispositif selon l'une des revendications 18 à 26, caractérisé en ce qu'on réalise des étapes dans lesquelles on déroule ou enroule le(s)dit(s) élément(s) de liaison au niveau de leur(s) dite(s) première(s) extrémité(s) à l'aide de dit(s) treuil(s) (12-ι) et on contrôle la vitesse de descente ou respectivement de remontée en régulant la vitesse de déroulement ou respectivement d'enroulement de(s)dif(s) élément(s) de liaison (12) au niveau de(s)dit(s) treuil(s) (12ι), de manière à régler la longueur de ladite portion inférieure (13) de(s)dit(s) élément(s) de liaison (12) pendant dessous le(s)dit(s) éléments d'accrochage (10, 36), la descente, la remontée ou la stabilisation de ladite structure étant obtenue lorsque respectivement, la somme du poids de la partie de la (ou les) dite(s) portion(s) inférieure(s) (13) du ou des élément(s) de liaison (12) entre d'une part, le(s)dit(s) point(s) d'attache au(x)dit(s) élément(s) d'accrochage (10, 36) et, d'autre part, le point le plus bas de la (ou des) dite(s) portion(s) inférieure(s) (13), additionné au poids de l'ensemble de ladite structure (1 ,32) et de(s)dit(s) premier(s) élément(s) de flottabilité (19), selon la revendication 10 ou 11 est respectivement supérieure, inférieure ou égale à la poussée d'Archimède s'exerçant sur ladite structure (1 ,32) et de(s)dit(s) premier(s) élément(s) de flottabilité (19) selon la revendication 10 ou 11.
28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que ladite structure est une structure rigide en acier, métal ou matériau synthétique composite renfermant au moins un, de préférence une pluralité de compartiments de flottabilité étanches (4) aptes à former un dit élément de flottabilité selon l'une des revendications 10 ou 11 , ledit compartiment étant équipé d'au moins un orifice de remplissage (4ι) et de préférence d'au moins un orifice d'évacuation (4s), lesdits compartiments étanches (4) étant de préférence répartis symétriquement dans ladite structure.
29. Procédé selon l'une des revendications 27 ou 28, caractérisé en ce que ladite structure est une structure massive constituée par un réceptacle (1) à base ouverte, en forme de chapeau, comprenant une paroi latérale périphérique (2, 2a, 2b, 2^ surmontée d'une paroi de plafond (3, 3a, 3b), apte à venir recouvrir entièrement une épave (6) d'un navire au fond de la mer (7) pour récupérer des effluents polluants (8) s'en échappant, ledit réceptacle comprenant au moins un orifice d'évacuation (9) desdits effluents contenus dans le volume intérieur dudit réceptacle; ledit orifice d'évacuation (9) étant situé de préférence au niveau du plafond (3, 3a, 3b) du réceptacle.
30. Procédé selon l'une des revendications 28 ou 29, caractérisé en ce que ledit réceptacle est constitué comme une coque de navire renversée à doubles parois, lesdits compartiments étanches (4) étant définis par des espaces délimités par lesdites doubles parois et des éléments de structure (43, 46) réunissant les doubles parois (2, 2a, 2b, 2-ι, 3, 3a, 3b).
31. Procédé selon l'une des revendications 27 à 30, caractérisé en ce que la structure rigide comprend des profilés tubulaires creux définissant des compartiments étanches (4) et formant desdits éléments de flottabilité selon la revendication 10 ou 11.
32. Procédé selon l'une des revendications 27 à 31 , caractérisé en ce que ladite structure est équipée à l'extérieur : - des éléments d'accrochage (10, 14ι) permettant d'y accrocher desdits éléments de flottabilité et desdits câbles (12, 14) ou desdites chaînes (13) permettant la descente de ladite structure depuis la surface (15), et sa mise en place et , le cas échéant, son ancrage (15-ι, 152) au fond de la mer (7), et
- de préférence des propulseurs (16), de préférence encore des propulseurs orientables, permettant le déplacement de ladite structure dans une direction horizontale pour le positionner.
33. Procédé selon l'une des revendications 27 à 32, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes successives dans lesquelles :
1) on remplit totalement ou partiellement desdits compartiments étanches (4) avec un dit fluide de flottabilité pour constituer un élément de flottabilité selon la revendication 10 ou 11 , et on adapte le taux de remplissage desdits compartiments étanches (4) de manière à positionner ladite structure (1) en équilibre en immersion à proximité de la surface, et
2) on descend ladite structure (1) en position voulue à l'aide d'un dispositif de contrôle de descente selon 'lune des revendications 16 à 24, de manière à réguler la vitesse de descente du réceptacle et assurer l'équilibrage de la base de ladite structure sensiblement horizontal pendant la descente, et
3) lorsque ladite structure (1) est immergée à la profondeur voulue, on vidange lesdits compartiments étanches (4) remplis d'un dit fluide plus léger que l'eau de mer, que l'on récupère en surface, et on remplit simultanément lesdits compartiments étanches avec de l'eau de mer.
34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce que
- à l'étape 1), on apporte de la flottabilité supplémentaire à ladite structure à l'aide de dits premiers éléments de flottabilité (19) consistant dans des flotteurs additionnels (19) reliés audit réceptacle, et
- à l'étape 3), lorsque ladite structure est en position sous-marine à la profondeur voulue, on décroche lesdits flotteurs additionnels (19).
35. Procédé selon la revendication 33 ou 34, caractérisé en ce qu'après l'étape 1) et avant l'étape 2), lorsque ladite structure (1) arrive en position voulue, de préférence à proximité du fond de la mer, on réduit les longueurs desdit(e)s câbles (ou chaînes) lourd(e)s (12) de stabilisation pendant(e)s dessous lesdits éléments d'accrochage (10, 10a, 10b) de manière à stabiliser ladite structure (1) en suspension, et
- le cas échéant, on réalise l'ancrage (14, 15ι-15 ) de ladite structure (1) au fond de la mer (7), puis
- on descend complètement lesdit(e)s câbles (ou chaînes) lourd(e)s (12) de stabilisation pour que l'intégralité de leur poids participe à la stabilisation de ladite structure.
36. Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que - à l'étape 1), on remplit le(s)dit(s) compartiment(s) (4) ou enveloppe(s)
(19-0 relié(e)(s) à ladite structure à l'aide d'eau de mer ou d'un premier fluide plus léger que l'eau de mer, et
- à l'étape 2), on descend ladite structure (1) jusqu'à une profondeur de 30 à 60 mètres correspondant à une pression de 3 à 6 bars à laquelle on injecte un fluide de flottabilité consistant dans un gaz liquéfié sous pression plus léger que l'eau de mer, tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6, dans le(s)dit(s) compartiment(s) (4) ou enveloppe(s) (19ι) depuis un navire gazier (61) en surface pour constituer un élément de flottabilité selon la revendication 10 ou 11.
37. Procédé de récupération des effluents polluants plus légers que l'eau de mer, contenus dans les cuves d'une épave de navire (6) reposant au fond de la mer (7) dans lequel :
1) on met en place un dit réceptacle selon un procédé de l'une des revendications 29 à 36, et
2) on recueille les effluents récupérés à l'intérieur dudit réceptacle (1) en évacuant par ledit orifice supérieur d'évacuation (9).
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