FR2628141A1 - Dispositif et procede pour le positionnement de precision de corps sur des structures fixes a grandes profondeurs - Google Patents

Abstract

Le dispositif pour le positionnement de précision de corps sur des structures fixes à grandes profondeurs, selon l'invention est constitué par une structure à géométrie variable dont l'une des extrémités est rendue solidaire du corps 12 à positionner et dont l'autre extrémité s'engage dans un siège de référence 6 existant sur la structure fixe se trouvant sur le fond, le positionnement de précision du corps étant effectué grâce aux déplacements linéaires et/ou angulaires de la structure à géométrie variable.

Description

RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication: 2 628 141 (à n'utiliser que pour

les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction)

DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE

D NI d'enregistrement national: 88 14724 PARIS IntCl':E21B 41/04; F16M 11/42; B25J 11/00;

B 63 C 11/52; G 05 D 1/10.

@ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1

) Date de dépôt: 10 novembre 1988.) Demandeur(s): Société dite: TECNOMARE S.p.A. - IT.

) Priorité: IT, 13 novembre 1987, n 22627 A/87.

@ Inventeur(s): Paolo Vielmo; Attilio Brighenti.

4 Date de la mise à disposition du public de la

demande: BOPI " Brevets " n 36 du 8 septembre 1989.

( Références à d'autres documents nationaux appa-

rentés Q Titulaire(s)

Mandataire(s) Bureau D.A. Casalonga-Josse.

(i Dispositif et procédé pour le positionnement de précision de corps sur des structures fixes à grandes profondeurs.

( Le dispositif pour le positionnement de précision de corps p, sur des structures fixes à grandes profondeurs, selon l'inven- '

tion est constitué par une structure à géométrie variable dont L-

l'une des extrémités est rendue solidaire du corps 12 à k positionner et dont l'autre extrémité s'engage dans un siège.i

de référence 6 existant sur la structure fixe se trouvant sur le --

fond, le positionnement de précision du corps étant effectué

grâce aux déplacements linéaires et/ou angulaires de la struc-

ture à géométrie variable.;I.

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D Vente des fascicules à î'IMPRIMERIE NATIONALE. 27, rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15

DISPOSITIF ET PROCEDE POUR LE POSITIONNEMENT DE PRECISION DE CORPS

SUR DES STUCTURES FIXES A GRANDES PROFONDEURS

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour transporter sur des fonds marins de grandes profondeurs et pour positionner avec précision des corps lourds et délicats, tels que des structures, des parties d'installations, des systèmes instrumentaux destinés à l'exploitation des fonds marins à grandes profondeurs, ces corps devant être largués à partir de la surface à l'aide de grues (ou des dispositifs analogues) et par rapport à des corps ou des points de référence préexistant sur le fond marin ou ayant, dans tous les cas, été immergés dans une position fixe. La présente invention peut trouver des applications avantageuses pour toute installation subaquatique à grandes profondeurs, soit pendant la phase de construction, soit pendant la phase de modification ou d'entretien, mais dans le but d'en montrer de manière évidente les caractéristiques et les avantages, il sera fait référence à une application concernant l'exploitation de gisements d'hydrocarbures offshore" à grandes profondeurs, cet exemple spécifique étant cité à

titre purement explicatif et nullement limitatif.

Les grandes profondeurs rendent impraticables l'intervention humaine (scaphandriers ou plongeurs) sur le fond marin et par conséquent, toutes les opérations doivent être effectuées par

commandes et contrôles à distance.

La difficulté de ces opérations provient de nombreux facteurs techniques et d'environnement parmi lesquels les plus importants sont les suivants: la distance entre le point de référence (point de pose) du corps à positionner et la surface; - la nécessité de disposer de systèmes instrumentaux fiables

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pour déterminer la position relative du corps à positionner par rapport au point de pose; - la fréquence des courants et des forces induites par les mouvements de la mer et pouvant modifier la position du corps suspendu par rapport à une position rigoureusement verticale; - les mouvements du moyen de surface qui effectue le positionnement du corps à installer, mouvements qui induisent des oscillations dynamiques dans le système suspendu (corps suspendu + cordage, chaine ou tige de manoeuvre); - la position du moyen de surface qui effectue le positionnement et qui nécessairement n'est pas rigoureusement vertical par rapport au point o le corps suspendu doit être positionné. Ces facteurs s'avèrent particulièrement critiques dans le domaine de la technique "offshore" en eaux profondes et spécifiquement dans la recherche et dans l'exploitation des gisements

d'hydrocarbures en eaux profondes.

Dans ce type d'activité, il est nécessaire de positionner sur les fonds marins, avec délicatesse et précision, des appareils et des structures tels que, par exemple: - des parties d'installations modulaires, des composants ou

des ensembles instrumentaux et de commande sur les 'structures sous-

marines (gabarits) pour la production de gisements sous-marins, l'extraction d'hydrocarbures et la réinjection de liquides ou de gaz grâce à des installations immergées; - des équipements spécifiques destinés à des opérations déterminées telles que par exemple la connexion et la déconnexion de raccords hydrauliques ou électriques, le démontage et le remplacement de parties d'installations pour l'entretien et la réparation, la mise en oeuvre de raccordements de structures; - des parties de structures au cours d'une opération de construction sur le fond marin, telles que par exemple les pylônes de fondation dans leur guidage respectif qui doivent être enfoncés dans le fond marin lui-même; - des sondes de perforation et des colonnes montantes avec leurs guidages; - des équipements pour la récupération et le positionnement sur un site défini de systèmes d'instruments de mesure et d'enregistrement. Dans la technique connue, le positionnement de structures ou de corps sur les hauts fonds marins s'effectue au moyen d'une variété de

techniques qui présentent toutefois des inconvénients et des contre-

indications. L'une de ces techniques, qui est actuellement appliquée pour des profondeurs non supérieures & 400 m, est basée sur l'utilisation de cordages de guidage reliés sur le fond autour du point de pose. De telles cordages de guidage sont reliés & la structure au fond, leur tension s'effectue à partir de la surface et le long de ces cordages on fait coulisser - grâce à des dispositifs de raccordement coulissants, tels que des anneaux ou des tubes de guidage - le corps à installer dont le maintien vertical est par ailleurs assuré à partir de la surface. Les cordages peuvent guider le corps jusqu'à ce qu'il puisse de s'engager dans des structures fixes de référence telles que des tiges de guidage ou un "siège" qui permettent la pose

avec des tolérances très précises.

Cette approche, de conception très simple et fiable, n'est toutefois pas exempte d'inconvénients qui deviennent de plus en plus

marquants au fur et à mesure que la profondeur augmente.

L'un de ceux-ci est dû au fait que le problème du positionnement du corps est simplement transformé en un problème du positionnement de l'extrémité des cordages de guidage, ce qui exige l'intervention d'un moyen sur le fond marin pour effectuer au moins le premier raccordement. Un autre inconvénient par contre réside dans la nécessité d'utiliser des systèmes encombrants pour tendre les cordages de guidage afin de les maintenir dans une position verticale et à des distances réciproques correctes, même en présence de courants et de mouvements du moyen de surface soumis aux flux maritimes. Cette tension se transmet à la structure placée au fond avec des conséquences négatives évidentes, cette dernière devant par

conséquent être dimensionnée pour pouvoir y résister.

Une autre technique de positionnement plus récente et non encore totalement développée mais qui fait l'objet d'importantes références dans la littérature, n'a pas recours aux cordages de guidage, le positionnement des cordages sur le fond étant assuré par les mouvements du moyen de surface ou de ses organes de soulèvement des corps à positionner, pour compenser la distance relative entre le corps à positionner et son siège sur la structure posée sur le fond marin. Cette technique exige des systèmes sophistiqués d'instrumentation (par exemple hydro-acoustiques et/ou optiques) qui permettent de mesurer la distance (selon les trois coordonnées cartésiennes) et les rotations dans l'espace entre le corps suspendu et le siège dans lequel il sera positionné. Il s'avère en outre nécessaire de préparer des structures d'accueil encombrantes (par exemple des cônes de centrage) qui permettent de guider le corps à l'intérieur de son siège au cours des phases finales de la pose. De telles structures doivent remplir une double fonction: elles doivent compenser les inévitables imprécisions du positionnement effectué, en agissant uniquement à partir de la surface par des mouvements du point de suspension, et en outre elles doivent protéger les parties qui entourent l'installation contre des chocs éventuels du corps lequel se trouve dans sa phase finale de pose. En effet, on utilise fréquemment un seul et même "gabarit" pour loger plusieurs

installations et équipements.

La dimension de la structure d'accueil et de protection est donc proportionnelle à l'imprécision virtuelle du positionnement. Les inconvénients liés à cette technique de positionnement résident d'une part dans l'imprécision du positionnement réalisable par.le moyen de surface, et d'autre part dans les temps opérationnels nécessaires pour parvenir à une position correcte et l'amortissement des phénomènes dynamiques pour mettre en place sans risque les structures d'accueil. Cette technique de positionnement a jusqu'alors été utilisée uniquement pour des positionnement isolés et non pour des

gabarits prévoyant plusieurs positions.

Une technique de positionnement encore plus récente prévoit un positionnement actif - au moins sur le plan horizontal - grâce à une propulsion. Cette technique permet de contrôler activement grâce au système de propulsion, sur la base des mesures de la position relative entre le corps suspendu et le siège de pose, la dynamique du premier de manière à obtenir la précision de positionnement souhaitée. D'une manière générale, les propulseurs sont positionnés sur une structure solidaire du crochet ou du connecteur qui soutient le corps suspendu et ils sont actionnés grâce à un système alimenté énergétiquement et contrôlé à partir de la surface. Selon un mode de réalisation plus simple, ce système de propulsion consiste en un jet d'eau à haute pression venant de la surface grâce à une conduite

métallique et orienté de manière à faire tourner cette conduite.

Selon des modes de réalisation plus complexes ce système est constitué de plusieurs propulseurs électro-hydrauliques contrôlés à partir de la surface grâce à un câble ombilical et une centrale hydraulique immergée. Selon les techniques mentionnées ci-dessus, seuls les déplacements dans le plan horizontal et les rotations selon l'axe vertical peuvent être contrôlés; par contre, les déplacements verticaux sont contrôlés par le câble (ou des organes analogues) de suspension. Les rotations selon les axes horizontaux sont contrôlées passivement grâce à une distribution opportune des poids par rapport

au point de suspension.

Certaines variantes de modes de réalisation plus sophistiquées ont été proposées, elles comprennent le contrôle de la position verticale de l'objet à installer au fond grâce à des corps flottants - éventuellement à poussée variable - et/ou à des propulseurs: le

vecteur du corps à positionner devient ainsi un véhicule auto-

propulsé téléguidé et en a tous les effets.

Les systèmes munis de propulseurs présentent l'avantage d'une souplesse remarquable d'utilisation en ce qui concerne la précision de positionnement du moyen de surface par rapport au point de référence sur le fond marin. Toutefois, ils exigent des équipements et des structures pour le positionnement final dans la phase terminale de pose et présentent une complexité considérable sur le

plan fonctionnel et opérationnel.

La phase finale de pose exige, dans le cas de corps suspendus d'une masse importante et avec un contrôle du déplacement vertical effectué grâce au cable de suspension, des appareils et des dispositifs pour éviter des sollicitations excessives d'impacts provoquées au moment de l'appui, par des mouvements inévitables dus

aux oscillations du moyen de surface qui est soumis au flux maritime.

A cette fin, on utilise des dispositifs amortisseurs et compensateurs

de ces oscillations.

Enfin, il faut tenir compte de ce que les appareils nécessaires à l'exploitation des gisements sous-marins qui doivent être positionnés sur le fond - tels que des têtes de puits, des

appareils de réinjection de gisement, les connexions entre le pipe-

line et les têtes du puits, les vannes et instruments pour le contrôle et ainsi de suite - ont des encombrements et des poids considérables qui peuvent parfois dépasser dix tonnes. Il est donc essentiel d'éviter que pendant le positionnement ces appareils se trouvent en collision ou en interférence avec d'autres parties de l'installation déjà montées sur le même gabarit ou sur la structure

de référence sur le fond.

Le dispositif et le procédé pour le positionnement de précision sur les fonds de grande profondeur selon la présente* invention permet d'éviter les inconvénients, les complexités et les limitations que présentent, sous un aspect ou sous un autre, les

systèmes de positionnement conformes au niveau technique antérieur.

D'une façon générale, le dispositif selon la présente invention est constitué de deux organes qui agissent en coopération, dont le premier est constitué par la structure fixe de référence posée sur le fond - appelée communément le gabarit - et dont le deuxième est constitué par une structure à géométrie variable ou à bras articulé, qui par une de ses extrémités est reliée à la structure - grâce à un crochet ou analogue qui soutient le corps lors des opérations de dépose au fond et de positionnement et par l'autre extrémité pénètre pour venir en prise dans un siège de référence placé sur le' gabarit, après une phase de positionnement grossier dont se charge le câble du support. Lorsque la prise est

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effectuée, le bras articulé guide le positionnement de précision du

corps jusqu'à son siège.

Selon la présente invention, le gabarit est utilisé comme organe de référence dans- le positionnement final: pour servir véritablement de gabarit selon l'acception utilisée dans d'autres

branches de l'industrie mécanique et de la construction.

Sur la figure 1 est représentée en plan et en coupe la

structure fixe du gabarit.

Cette structure est constituée d'un chassis principal 1 en treillis tubulaire ou en profilé - analogue à des gabarits déjà

connus - de forme polygonale de préférence régulière, muni de contre-

ventements 2'qui protègent la structure contre les chocs accidentels d'ancres ou d'autres corps se trouvant au fond, contre l'accrochage de filets à chAlut et objets analogues et qui élargissent la base

d'appui de la structure sur le fond.

Le chassis en treillis 1 est maintenu dans sa position par des pylônes de fondation enfoncés dans le fond et contient, à l'intérieur, d'autres châssis 4 qui contiennent les sièges 5 constituant les lieux de positionnement des appareils à installer sur

le fond.

Ces sièges 5 sont de préférence espacés mutuellement de manière régulière et symétrique par rapport au centre du polygone. Le gabarit contient également - de préférence au centre du treillis polygonal - un siège de référence 6 à forme conique dont le sommet est orienté vers le bas, à l'intérieur duquel la structure à géométrie variable ou à bras articulé viendra s'engager par son extrémité libre pour pouvoir ensuite opérer le positionnement de

précision sur la base du siège de référence 6.

Selon un mode de réalisation préféré, le siège de référence 6 est placé à un niveau supérieur à celui des sièges 5 qui sont desservis par le bras articulé. Sur le plan supérieur du chassis 1 peuvent venir loger, lorsque la pose est terminée, sur un ou plusieurs des sièges 5 de l'appareillage respectif, des éléments de

couverture 7 de protection contre des accidents éventuels.

La structure à géométrie variable ou à bras articulé est

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représentée sur la figure 5 dans l'un de ses modes de réalisation typiques. La structure comporte sur une extrémité un support ou bride d'interface 10 devant être rendu solidaire de l'équipement ou dispositif d'accrochage 11 destiné à soutenir le corps à positionner

12 dans le siège 5.

Sur cette bride ou support d'interface 10 sont placés les organes nécessaires à l'alimentation énergétique et au contrôle des commandes de la structure déformable, ainsi que la jonction 13 du cordon ombilical 14 qui permet d'effectuer à partir de la surface le

contrôle à distance de l'ensemble du système.

La structure est réalisée de préférence avec un bras articulé et construite grâce à des éléments longitudinaux 15 et 16 articulés à leurs extrémités, les rotations de chaque élément par rapport à

l'autre étant commandées par des mécanismes.

Ces mécanismes sont indiqués sur la figure 2 sous la forme de vérins hydrauliques, mais peuvent également être-des dispositifs mécaniques à pignon et crémaillère ou d'autres dispositifs

équivalents à extension et à rétraction.

Les rotations a du bras articulé entier sont réalisées par un palier rotatif 17 à axe horizontal dont la commande de rotation n'est pas représentée sur la figure mais permet une certaine rotation sur

un angle a.

La palier 17 à axe horizontal porte dans sa partie mobile une charnière 19 de manière à permettre à l'élément 16 des mouvements dans un plan vertical, mouvements commandés par le mécanisme 18 ainsi que la rotation de ce plan à l'intérieur d'une certaine course angulaire. Le deuxième élément 15 est articulé par rapport au premier grâce à la charnière 20 dont l'ouverture et la fermeture sont

commandées par le vérin hydraulique 21 selon la rotation angulaire-.

Ce deuxième élément 15 porte à l'extrémité opposée un système d'articulation à deux échelons qui le relie à un élément terminal allongé 22 faisant fonction de liaison mécanique d'engagement à l'intérieur du siège 6. Il sera décrit plus loin en se référant à la

figure 3.

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Le système d'articulation à deux échelons consiste en une charnière 23 dont la rotation 7 est commandée par le vérin hydraulique 24, et par un palier 25 à axe vertical qui peut tourner dans le plan azimutal selon l'angle de rotation 6 par l'effet d'une commande de rotation qui, pour plus de simplicité, n'a pas été

représentée sur la figure.

Les rotations 6 et c dans le plan azimutal sont commandées par des propulseurs (à jet ou à hélice) 26 qui peuvent fournir une

poussée orientée dans les directions f.

Ces propulseurs 26 sont installés sur le support 10 grâce à des bras 27 qui permettent aux propulseurs 26 d'exercer un couple de

rotation azimutal.

Tandis que le bras extensible n'est soutenu que par le dispositif d'accrochage 11 et doit ultérieurement venir en prise dans le siège 6, le couple de rotation azimutal provoque la rotation selon

l'angle c autour de l'axe du dispositif d'accrochage.

Lorsqu'au contraire l'élément 22 est en prise dans le sièg 6, le couple de rotation azimutal peut être exercé par la commande de rotation prévue, aidée par les propulseurs 26 qui peuvent provoquer la rotation selon l'angle 6. En analysant le mouvement cinétique du bras articulé, on constate immédiatement de manière évidente que la position dans l'espace de l'élément 22 par rapport au support 10 est déterminée par les rotations a,, -y, 6, et q, qui à leur tour sont déterminées par l'amplitude du mouvement des mécanismes qui les commandent. La rotation ú par contre déterminée par les propulseurs 26 - ne modifie pas la position précitée réciproque entre le support

et l'élément 22 mais déplace l'ensemble du bras articulé.

L'amplitude des rotations a, $, 7, 6 et X entre les différents éléments du bras est commandée par un système d'asservissement des mécanismes en fonction de la mesure de l'angle de rotation; il est vrai que cette technique entre dans le cadre des connaissances

technologiques dans le domaine de la commande à distance.

A l'autre extrémité du bras articulé est monté sur charnières l'élément d'engagement 22 qui sera décrit ici avec plus de détails en se référant à la figure 3 qui représente l'un de ses modes de

réalisation'typiques, cette description étant faite à titre purement

illustratif et nullement limitatif.

Le siège de référence 6 est de préférence réalisé avec un profil constitué par la succession, de haut en bas, de deux troncs de cône 30 et 31 à évasement décroissant et d'un siège final cylindrique 32 qui s'accouple avec la partie terminale inférieure 33 de l'élément d'engagement 22 qui contient un dispositif de blocage. Ce dispositif peut être réalisé, à titre d'exemple, par des bras articulés 34, montés dans les charnières 35', 35", 35"'' actionnés par des vérins hydrauliques 36 qui provoquent l'engagement des ergots 37 dans la cavité 38 pratiquée à l'intérieur du siège 32, selon les détails

agrandis représentés sur la figure 3.

En effet, sur cette figure 3 sont illustrées trois configurations du système de blocage, la première à partir du haut correspond à la phase d'engagement de l'élément 22 dans le siège 6, selon la direction g de la figure 2, la deuxième configuration correspond à la phase d'engagement établie et à la mise en action des ergots 37 pour s'engager à l'intérieur de la cavité 38. La forme intérieure du siège dans lequel vient s'engager l'élément 33 permet (grâce à la conformation de la cavité et des jeux prévus à la construction) l'insertion de l'élément 33 lui-même et l'engagement des ergots 37, même si le corps 33 est désaligné par rapport à la verticale d'un angle 8. Dans le mode de réalisation selon les détails de la figure 3, l'axe de la charnière 35" est placé à l'intérieur

d'une courte fente pratiquée dans l'ergot 37.

L'élément 22 est en outre muni de préférence d'un élément en tronc de cône 39 - dont la conicité coïncide avec le tronçon 31 du siège de référence 6 - monté sur un manchon coulissant 40 qui, lorsque l'engagement est réalisé, amène l'élément en tronc de cône 39 à adhérer au siège 31, comme cela est indiqué dans la troisième configuration, donc en le bloquant en réalisant un engagement absolument certain; dans de telles conditions, l'axe de l'élément 22 est contraint de s'orienter dans la direction verticale. La commande de la position du manchon coulissant n'est pas illustrée sur la figure 3, mais elle peut être effectuée au moyen d'une commande

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hydraulique analogue aux précédentes.

Le dispositif d'engagement dans cette configuration est en mesure de réaliser un engagement complet de l'élément 22 avec la

structure fixée sur le fond marin.

Dans ces conditions, il est possible - en agissant sur les articulations et sur les organes de mouvement de la structure à géométrie variable - de contrôler la position dans l'espace du support 10, qui est relié au dispositif d'accrochage 11 du corps 12 à positionner, et donc de guider ce dernier de manière précise dans la

position voulue au siège 5.

Le dispositif de positionnement selon l'invention permet d'effectuer le positionnement selon un procédé très commode et efficace. Ce procédé est illustré avec référence à la figure 4 qui se réfère à la pose d'un appareil complet de tête de puits 41 destiné à un gisement sous-marin d'hydrocarbures à installer avec précision dans sa connexion inférieure 42 à la tête de puits 43 située à

l'intérieur du siège 5.

Dans la phase initiale du procédé, tout le dispositif à bras articulé est de préférence maintenu replié dans une configuration d'encombrement minimal indiquée par A, afin de permettre le déplacement commode à bord du moyen de surface et son passage à travers les ouvertures de halage et de lancement, appelées

communément "moon pool".

La phase d'approche ou de positionnement "grossier" est

assurée par le cordage ou le moyen de support.

Comme cela a déjà été mentionné ci-dessus, le dispositif à géométrie variable est muni d'un groupe de propulseurs 26 qui permet la commande azimutale de l'orientation de tout l'ensemble suspendu, même lorsqu'il est supporté par un câble ou un autre moyen ne présentant pas une grande rigidité à la torsion. Cette commande est très utile pendant toutes les phases du procédé. Ce groupe de propulsion est asservi aux indications d'un système de référence (boussole magnétique ou gyroscopique) de manière à maintenir constamment l'orientation de l'ensemble suspendu dans une position

azimutale définie.

Avant de s'approcher du fond marin, la structure à géométrie variable est de préférence ouverte et dépliée dans la position B de manière à disposer le dispositif d'accrochage 22 à un niveau plus bas que l'extrémité inférieure 42 du corps suspendu constitué par la tête de puits 41. Ainsi, on peut éviter le choc accidentel de celle-ci sur la structure fixe avant que soit établie le premier engagement du

dispositif d'accrochage 22 avec le siège 6.

Il est conseillé de réaliser le bras articulé et le dispositif d'accrochage 22 en des matériaux ayant un rapport résistance mécanique/poids élevé - telles que par exemple les alliages légers, le titane, les matériaux composites - et/ou en y incorporant des corps flottants de manière à obtenir un poids dans l'eau négligeable ou nul et obtenir ainsi que les déplacements du centre de gravité de l'ensemble suspendu soit négligeable lorsque la configuration du bras extensible se modifie. La phase d'approche - ou de positionnement grossier - s'achève lorsque l'ensemble suspendu se trouve à une distance telle du gabarit que le siège 6 se trouve à portée du bras

articulé et notamment de son dispositif d'accrochage 22.

A proximité du gabarit - et aussi en présence d'oscillations de la charge suspendue - on met en mouvement le dispositif' d'accrochage 22 de manière active pour le maintenir (en actionnant le

bras articulé) sur la verticale du siège 6 et de toute façon au-

dessus de son cône d'accueil 30.

Lorsqu'il est en position favorable, on abaisse le dispositif de centrage - en combinant cet abaissement au relâchement du câble de soutien - et on l'insère dans le siège 32 en le faisant éventuellement glisser sur les parois des sièges coniques 30 et 31

qui constituent le cône de centrage.

Ensuite sont effectuées les actions de blocage de l'engagement

dans le siège 6, selon les phases représentées sur la figure 3.

Lorsque le bras articulé est solidarisé de manière stable dans le siège 6 vers son élément 22, conformément à la configuration C, la phase de positionnement finale du corps suspendu, constitué par exemple de l'ensemble de la tête de puits 41, peut commencer. Cet engagement réalisé par la structure à géométrie variable peut être en mesure de supporter le poids total du corps à positionner, ou bien d'une manière générale supporter la partie du poids de celui-ci non supportée par le cable (ou latige) de soulèvement. De cette manière, il est possible d'éliminer ou au moins de réduire sensiblement les mouvements verticaux du corps suspendu qui sont provoqués par les oscillations du moyen de surface sous l'effet du flux marin et qui existent même en présence de dispositifs de compensation des variations de traction du cable. Il en résulte que les sollicitations, survenant pendant le positionnement jusqu'à l'appui

final sur le siège 5 peuvent être considérablement réduites.

L'opération de positionnement final est effectuée grâce à l'action du bras articulé qui, devenant maintenant l'élément d'engagement 22 en position fixe, par suite des rotations a,, 7 et 6 -commandées par les mécanismes prévus à cet effet éventuellement aidés par les propulseurs 26 - compense le désalignement de position du corps 41, de manière telle que sa connexion inférieure 42 soit dans une disposition verticale vis-à-vis du siège 5 et de la tête de

puits 43.

Le relachement final est effectué grâce au seul bras articulé, ou bien par combinaison de l'action de ce dernier avec celle du cable

de support.

Les opérations décrites de positionnement sont effectuées par commande à distance de type optique, hydro-acoustique ou mécanique, grâce à des systèmes instrumentaux de mesure qui font partie de la

technique connue.

Il faut se rappeler en outre - la géométrie du bras articulé étant connue - que la mesure des extensions des mécanismes permet de trouver l'amplitude des rotations a,, -y, 6 et v et donc d'avaluer la position exacte de 42 par rapport au siège 6. En tous les cas, la commande à distance utilisée présente des caractéristiques très simplifiées par rapport à celles exigées pour les procédures de

positionnement déjà connues.

Lorsque le positionnement est effectué, on peut déconnecter le dispositif du corps à positionner 12 en faisant sortir le dispositif d'engagement 22 du siège 6 et en le récupérant en surface grâce au

câble de support.

La structure à géométrie variable - comme il ressort de ce qui a déjà été décrit - doit essentiellement être en mesure de déterminer avec précision la position relative du gabarit entre le support 10 et

l'élément d'engagement 22, en surmontant les forces qui s'y opposent.

On va décrire maintenant une variante d'un mode de réalisation de la structure à géométrie variable, en se référant à la figure 5,

qui permet également de satisfaire aux exigences décrites ci-dessus.

Les éléments qui sont communs au mode de réalisation

représenté sur la figure 3 conservent les mêmes repères numériques.

La structure à géométrie variable de la figure 5 est constituée essentiellement de deux tiges 51 et 52 - disposées sensiblement selon des axes perpendiculaires - rendues mobiles par des accouplements à prisme sur un bloc de connexion 53 qui comporte également les dispositifs 54 et 55 de déplacement de la tige 52 par

rapport à la tige 51.

Ces dispositifs peuvent, à titre d'exemple, être réalisés par des systèmes à pignons et crémaillères actionnés par des moteurs électriques ou hydrauliques commandés à distance. En particulier, le dispositif de déplacement 54 réalise le déplacement du bloc 53 - et par conséquent de la tige 52 - par rapport à la tige 51 dans la direction h, tandis que le dispositif de déplacement 55 met en oeuvre

le déplacement de la tige 52 par rapport au bloc 53 dans la direc-

tion i.

La tige 51 est rendue solidaire du support 10 grâce au palier

17 à axe horizontal, actionné par un dispositif 55 de déplacement -

par exemple à roues dentées actionnées par un moteur électrique ou hydraulique - qui permet la rotation a (ce mécanisme n'a pas été représenté sur la figure 3 pour plus de simplicité). L'extrémité inférieure de la tige 52 est reliée au dispositif d'engagement 22

grâce à un joint à cardan 56 et à un palier 57 à axe vertical.

Les rotations y et 6 du joint à cardan peuvent être

télécommandées grâce à des mécanismes 58 et 59.

Les propulseurs 26 assurent dans tous les cas la commande azimutale. De ce qui vient d'être décrit, il ressort de manière évidente que, par rapport à la technique connue, des progrès évidents ont été obtenus par le dispositif selon la présente invention qui

réalise un procédé de positionnement de précision simple et fiable.

La capacité d'extension de la structure à géométrie variable ainsi que la configuration du gabarit posé sur le fond marin - et notamment son'siège de référence 6 - permettent d'obtenir l'insertion de l'élément d'engagement 22 dans son siège - insertion qui précède la phase de position finale - sans nécessiter ni cable de guidage purement passif ni complications de système comme celles nécessaires pour les systèmes contrôlés activement par des propulseurs ou pour les systèmes qui assurent le positionnement par le seul effet du

cable de support.

La phase finale de positionnement de précision est réalisée dans le dispositif selon la présente invention avec une grande simplicité et une grande précision, pratiquement non influencée par

la profondeur du fond marin.

Par contre, le paramètre de la profondeur s'avère très critique, jusqu'à devenir prohibitif, pour les procédés et les

dispositifs de la technique déjà connue.

Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que le gabarit qui doit recevoir le corps à positionner exige une spécialisation structurelle et géométrique minimale et donc des structures peu complexes pour le guidage et le centrage final dans le

siège d'installation.

Un progrès très important autorisé par la présente invention réside dans le fait que le positionnement de précision est effectué grâce au dispositif à géométrie variable avec des trajectoires précises et des orientations azimutales et zénithales constamment déterminées et commandées. Le dispositif peut positionner commodément même des corps non destinés à des sièges à axe vertical, mais quel que soit leur emplacement dans l'espace du gabarit. Ces avantages s'avèrent déterminants pour la technologie "offshore" sur les hauts fonds, parce qu'ils procurent une liberté maximale pour disposer des corps qui constituent l'installation de production sur le fond,

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notamment si cette installation est complexe et délicate comme celles destinées à l'exploitation des gisements d'hydrocarbures à grandes profondeurs. Dans le cas d'installations particulièrement complexes, le gabarit peut avoir plusieurs sièges de référence 6 au lieu d'un seul. Dans ce type de réalisation, en plus de l'augmentation consécutive des positions 5 qui peuvent être desservies par le dispositif à géométrie variable, on a également la possibilité d'utiliser en même temps plusieurs dispositifs de positionnement sur le même gabarit, dispositifs qui peuvent agir indépendamment les uns des autres ou en coopération.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes placées à grandes profondeurs de corps dont le transport vers le fond marin s'effectue en position suspendue à des cordages ou des moyens analogues de support et qui doivent être installés sur le fond, ce dispositif étant constitué par une structure de référence, ou gabarit, fixée au fond et par un dispositif de positionnement de précision, caractérisé par le fait que - le dispositif de positionnement de précision est constitué par une structure à géométrie variable munie de deux extrémités dont la première est formée par un support (10) destiné à être rendu solidaire du support du corps (12) à positionner, et dont la seconde extrémité est munie d'un élément (22) de liaison mécanique d'engagement avec le gabarit, la position dans l'intervalle entre les extrémités (10 et 22) étant déterminée par les déplacements linéaires et/ou angulaires des éléments qui constituent ladite structure à géométrie variable; - le gabarit est constitué d'un treillis (1) qui contient plusieurs sièges (5) dont au moins l'un est un siège (6) de référence à l'intérieur duquel le dispositif précité de positionnement de précision vient s'engager sur l'élément (22) pour établir avec ce siège une liaison mécanique d'engagement, tandis que les autres sièges constituent des lieux de positionnement des corps à mettre en

place sur le fond marin.

2. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes -profondeurs de corps qui doivent être installés sur le fond marin, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure à géométrie variable est constituée d'un bras articulé formé de deux éléments longitudinaux (15, 16) articulés entre eux à leurs extrémités adjacentes, afin de permettre la rotation À, tandis que sur chacune des extrémités opposées ces

éléments sont munis d'une articulation à deux échelons.

3. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés sur le fond marin, selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les deux éléments longitudinaux (15 et 16) portent respectivement à leurs extrémités opposées l'un un palier ou joint (17) à axe horizontal qui permet la rotation a, et une charnière (19) commandée par un mécanisme (18) qui permet à l'élément (16) de se mouvoir dans le plan vertical, tandis que l'autre extrémité comporte une charnière (23) qui permet la rotation 7, et une butée à axe vertical qui permet

la rotation 6.

4. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés sur le fond marin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le siège de référence (6) placé sur le gabarit pour la réalisation de la liaison mécanique d'engagement est un siège conique

dont le sommet est orienté vers le bas.

5. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps qui doivent être installés sur le fond marin selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le siège conique de référence placé sur le gabarit possède un profil articulé en plusieurs tronçons du haut vers le bas,

à conicité décroissante.

6. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés

sur le fond marin selon l'une ou plusieurs des revendications 4 à 5,

caractérisé par le fait que le siège conique de référence est muni d'une ou de plusieurs cavités (38) pouvant recevoir un ou plusieurs

organes de prise pouvant être dilatés et montés sur l'élément (22).

7. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés

sur le fond marin selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 3,

caractérisé par le fait que l'élément (22) de liaison mécanique d'engagement destiné à s'engager dans le siège (6) possède une partie terminale qui forme un accouplement de précision avec la dernière partie (32) du siège (6), munie d'un ou de plusieurs organes pouvant être dilatés et destinés à pénétrer dans les cavités (38) et à venir

en prise avec celles-ci.

8. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés

sur le fond marin selon l'une ou plusieurs des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que l'élément (22) de liaison mécanique d'engagement qui est destiné à s'engager dans le siège (6), et est muni d'un élément en forme de tronc de c6ne (39), dont la conicité coincide avec au moins une partie du siège (6), est monté sur un manchon coulissant qui est bloqué en bas après engagement

entre le siège (6) et l'élément (22).

9. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés

sur le fond marin, selon l'une ou plusieurs des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que la structure à géométrie variable est constituée de deux tiges (51 et 52) disposées sensiblement selon des axes perpendiculaires, rendues mobiles par des accouplements à prismes sur un bloc de connexion (52), la tige (51) étant reliée au support (10) par un palier à axe horizontal, entrainé par un moteur, et la tige (52) étant reliée à l'élément terminal (22)

par un joint à cardan (56).

20. 10. Dispositif pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés

sur le fond marin selon l'une ou plusieurs des revendications

précédentes, caractérisé par le fait qu'il est muni de propulseurs (26) à orientation fixe par rapport au support (10), qui imposent à l'ensemble constitué par la structure à géométrie variable et le

corps (12) un couple de rotation permettant sa commande azimutale.

11. Procédé pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps transportés vers le fond marin, suspendus à des cordages ou autres moyens analogues du support, grAce au dispositif selon l'une ou plusieurs des

revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend

les étapes consécutives suivantes: - - étape d'approche du fond marin, le dispositif à géométrie variable étant relié par le support (10) au moyen de support en étant guidé vers le bas par ledit moyen de support, de préférence en maintenant la structure à géométrie variable dépliée dans une position (B) (figure 4) o le siège (6) se trouve à portée de l'élément (22) d'engagement; - étape de réalisation de l'engagement par le transport de l'élément (22) à l'intérieur du siège (6) grâce aux mouvements linéaires et/ou angulaires des éléments qui constituent la structure à géométrie variable, et blocage consécutif à l'intérieur dudit siège (6) grâce aux organes de prise placés à l'extrémité de l'élément (22); - étape de positionnement de précision du corps à positionner l'organe d'engagement (22) étant en position fixe à l'intérieur du siège (6) - en transportant ce corps vers sa position de connexion inférieure (42) avec le siège (5) qui lui est destiné par des mouvements linéaires et/ou angulaires de la structure à géométrie

variable.

12. Procédé pour le positionnement de précision sur des structures fixes à grandes profondeurs de corps devant être installés sur le fond marin selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les étapes d'engagement et de positionnement de précision sont réalisées en combinant l'action de la structure à géométrie variable

avec l'action des cordages ou autres moyens de support analogues.

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