OA10656A - Plate-forme d'exploitation pétrolière en mer - Google Patents

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Description

010656 - î -
Plate-forme d* exploitation pétrolière en mer
La présente invention concerne une plate-formed'exploitation en mer, notamment une plate-forme d'ex-ploitation pétrolière en mer, du type comportant unecoque supérieure s'étendant au-dessus du niveau de la meret reliée à une embase inférieure creuse totalementimmergée par des jambes de liaison partiellement immer-gées formant caisson de flottabilité et s'étendantsensiblement verticalement.
Les plate-formes de ce type sont connues sous lenom de plate-formes semi-submersibles. Afin d'assurer lastabilité de telles plate-formes en position d'exploita-,tion; l'embase inférieure est lestée, par exemple par-remplissage de celle-ci avec de l'eau de mer. Dans les,plate-formes connues, les jambes sont formées par descolonnes cylindriques à parois pleines délimitant surtoute leur hauteur un espace clos formant un caisson deflottabilité pour la plate-forme.
Ces plate-formes ne reposent pas directement surle fond marin et sont simplement ancrées par des lignesd'ancrage caténaire. Elles sont ainsi très sensibles à lahoule marine qui provoque des mouvements verticauxascendants et descendants de la plate-forme. L'amplitudede ces mouvements peut atteindre des valeurs importantes.Ce phénomène rend difficile l'exploitation pétrolièredepuis la plate-forme.
Afin de tenter d'apporter une solution à ceproblème, il a été proposé d'allonger la longueur desjambes afin que l'embase soit immergée profondément. Lerésultat obtenu par mise en oeuvre de cette solutionreste imparfait et de telles plate-formes sont complexesà fabriquer et à installer. Par ailleurs, elles sonttemporairement instables lors de leur installation.
La demande de brevet français FR-A-2 713 588 décrit une plateforme auto-élévatrice comportant des jambes formées sur toute la hauteur d'un treillis métal- 010656 2 lique. Des flotteurs intégrés sur les jambes permettentde faire flotter la plate-forme. Toutefois, ils ne sontpas destinés à assurer une réduction des mouvementsverticaux de la plate-forme. 5 J La présente invention a pour but de proposer une plate-forme d'exploitation en mer peu sensible à la houleet dont la longueur des jambes liant la coque supérieureà l'embase inférieure est limitée. A cet effet, l'invention a pour objet une plate-10 forme d'exploitation en mer, notamment une plate-formed'exploitation pétrolière en mer, du type précité,,caractérisée en ce que les jambes comportent sur leurhauteur immergée au moins deux tronçons successifs, unpremier tronçon à parois pleines délimitant un espace 15 clos et formant un caisson de flottabilité et un secondtronçon à paroi latérale ajourée, l'espace intérieur dece second tronçon étant ouvert sur le milieu marinenvironnant.
Suivant des modes particuliers de réalisation, 20 l'invention peut présenter l'une ou plusieurs des carac-téristiques suivantes : - le second tronçon à paroi latérale ajourée estune structure métallique en treillis, - le second tronçon à paroi latérale ajourée est 25 disposé entre le premier tronçon à parois pleines et 1'embase, - le premier tronçon à parois pleines s'étend aumoins partiellement immédiatement au-dessous de laditecoque, 30 - les premier et second tronçons sont dimension- nés de telle sorte que la force de pression s'exerçant sur le premier tronçon à parois pleines compense sensi- blement sur une plage de périodes de houle usuelle la force d'accélération de la plate-forme, 010656 - les premier et second tronçons sont dimension-nés de telle sorte que la force de pression et la forced'accélération sont égales pour deux valeurs de périodede houle comprises dans la plage de périodes de houle
• J 5 usuelle, - la valeur de période de houle la plus petitepour laquelle la force de pression et la force d'accé-lération sont égales est supérieure à 4 secondes, - la hauteur immergée du second tronçon est10 comprise entre le quart et les trois quarts de la hauteur. totale immergée de la jambe, - la hauteur immergée du second tronçon estcomprise entre sensiblement 0,4 et sensiblement 0,65 foisla hauteur totale immergée de la jambe, 15 - les jambes ont une forme générale extérieure cylindrique, - l'embase comporte au moins un passage traver-sant celle-ci sensiblement verticalement de part en part, - l'embase est emplie d'un fluide formant lest,20 notamment de l'eau de mer, - la coque est montée déplaçable le long desjambes et il est prévu des mécanismes de déplacementrelatif et de verrouillage de la coque par rapport auxj ambes,' 25 - ledit second tronçon à paroi latérale ajourée est disposé entre deux tronçons à parois pleines suivantla hauteur immergée des jambes. L'invention sera mieux comprise à la lecture dela description qui va suivre, donnée uniquement à titre 30 d'exemple, et faite en se référant aux dessins surlesquels : - la figure 1 est une vue schématique en éléva-ti n d'une plate-forme pétrolière conforme à l'invention; 010656 4 - la figure 2 est un graphique représentant lafonction de transfert d'une plate-forme de l'état de latechnique en fonction de la période de la houle ; - la figure 3 est un graphique représentant5 l'évolution des forces de pression et d'accélération s'exerçant sur une plate-forme de l'état de la techniqueen fonction de la période de la houle ; et - les figures 4 et 5 sont des graphiques analo-gues à ceux des figures 2 et 3 pour une plate-forme selon 10 l'invention. ’ Sur la figure 1, on a représenté schématiquement "une plate-forme pétrolière auto-élévatrice du type semi —submersible. Elle comporte essentiellement une coquesupérieure 1 s'étendant au-dessus de la mer lorsque la 15 plate-forme est en exploitation, et reliée par des jambes2 à une embase inférieure immergée 3.
De manière classique, la coque supérieure com-porte des bâtiments techniques et d'habitation non repré-sentés ainsi qu'un puits de forage et des têtes de puits 20 4.
Par ailleurs, des passages 5 sont ménagés autravers de la coque 1 pour permettre le passage desjambes 2. Des mécanismes 6 de levage sont disposés autourdes passages 5 et permettent de descendre les jambes 2 et 25 l'embase 3 et de hisser la coque 1 au-dessus de lasurface de l'eau jusqu'à une altitude qui la met hors deportée des plus hautes vagues. Les mécanismes 6 sont parexemple des mécanismes à pignons et crémaillères, lescrémaillères s'étendant sur toute la hauteur des jambes 30 2. Ces mécanismes 6 comportent en outre des moyens de verrouillage des jambes 2 par rapport à la coque 1 afind'assurer une liaison rigide des jambes sur la coque.
Les jambes 2 sont par exemple au nombre de quatreet ont une forme générale extérieure cylindrique. Dans le 3 5 — Γΐι'4'» ,Ja T-,ή - ....... X . . î ' 010656 5 une section carrée, mais elles peuvent également avoirune section circulaire ou triangulaire.
Les jambes 2 sont toutes identiques et présententsuivant leur hauteur immergée deux tronçons successifs.Un premier tronçon supérieur 10 est formé par un tube àparoi pleine obturé à son extrémité inférieure par unfond 12. Ce premier tronçon délimite ainsi un espace closisolé du milieu marin environnant et forme un caisson deflottabilité pour la plate-forme. La partie supérieure dece premier tronçon s'étend au-dessus du niveau de la mer.,de part et d'autre de la coque 1. La partie inférieure de'celui-ci s'étend immédiatement au-dessous de la coque 1et est partiellement immergée.
Le premier tronçon est prolongé par un secondtronçon 14 à paroi latérale ajourée, l'intérieur de cesecond tronçon étant ouvert sur le milieu marin environ-nant. Ce second tronçon est ainsi interposé entre lepremier tronçon 10 et l'embase 3 et est formé par exemplepar une structure métallique en treillis. Cette structurecomporte quatre montants 16 métalliques reliés entre euxpar un treillis 18 de tubes métalliques.
Le second tronçon est soudé à son extrémitésupérieure à l'extrémité inférieure du tronçon 10 et àson extrémité inférieure à 1'embase 3.
Comme cela est représenté sur la figure 1, enposition d'exploitation, la hauteur immergée Zt dupremier tronçon 10 à paroi pleine représente sensiblementun tiers de la hauteur totale immergée Zm des jambes 2.Ainsi, le second tronçon en treillis est totalementimmergé et s'étend dans le mode de réalisation représentésur sensiblement deux-tiers de la hauteur totale immergéedes jambes 2. De manière générale, la hauteur immergée dusecond tronçon à paroi latérale ajourée est compriseentre le quart et les trois quarts de la hauteur totale 010656 6
Dans la pratique, les calculs montrent que lahauteur immergée du second tronçon est généralementcomprise entre sensiblement 0,4 et sensiblement 0,65 foisla hauteur totale immergée des jambes.
• J 5 L'embase 3 est creuse et est de forme générale carrée, rectangulaire ou triangulaire. Elle est emplied'eau de mer et forme ainsi un lest pour l'ensemble de laplate-forme. Elle peut également comporter des réservoirsincorporés à l'intérieur de celle-ci dans lesquels sont 10 stockés des hydrocarbures. Par ailleurs, un passagecentral 20 traverse de part en part l'embase 3. Cepassage réduit la surface résistante offerte à l'eau lorsdes mouvements verticaux de la plate-forme. Il peutégalement permettre la circulation d'outils de forage. 15 Dans la position représentée sur la figure 1, la plateforme flotte grâce à la partie immergée des premierstronçons 10 à paroi pleine. Ces tronçons sont soumis àune force de pression notée Fp s'exerçant sur leur fond 12. La force de pression Fp dépend de la hauteur immergée 20 Zt du premier tronçon 10.
Elle s'exprime en première approximation sous la forme :
Fp = A^ f(t) où : 25 A*, est l'aire de la surface de flottaison, c'est-à-dire l'aire des fonds 12, β est le nombre d'onde de la houleet f(t) est l'élévation du niveau de la surface libre dela mer en fonction du temps.
Par ailleurs, l'ensemble de la plate-forme est 30 soumise à une force d'accélération notée Fa due principa- lement aux mouvements de l'eau et notamment à leurs effets sur l'embase 3. Cette force d'accélération dépend de la hauteur totale immergée Zm des jambes 2. Elle s'ex- prime en première approximation sous la forme : 3 5 w = k. 010656 OÙ : kx est une constante pour une période de houle donnée etB est la somme de la masse de l'embase 3 emplie d'eau etde la masse ajoutée. La masse ajoutée est une massefictive prenant en compte l'action de l'eau de merentourant l'embase sur la plate-forme lors des mouvementsde celle-ci.
Les deux forces Fa et Fp appliquées sur la plate-forme sont en opposition de phase. Dans ces conditions,on conçoit qu'il est possible de dimensionner les premieret second tronçons de telle sorte que la hauteur immergéeZt du tronçon 10 soit telle que la force de pression Fpexercée sur ce premier tronçon compense sensiblement surune plage de périodes de houle usuelle la force d'accélé-ration Fa de la plate-forme. De plus, le dimensionnementpeut être tel que ces deux forces soient égales pour deuxvaleurs de période de houle comprises dans la plage depériodes de houle usuelle. A cet effet, lors du dimensionnement de la plate-forme, on détermine d'abord la surface de flottaison,c'est-à-dire la surface d'intersection des jambes avec lasurface de l'eau, ainsi que le volume de l'embase. Parune étude de stabilité classique, on détermine alors lahauteur totale immergée Zm des jambes devant être misesen oeuvre.
On détermine la hauteur immergée Zt du premiertronçon à paroi pleine en résolvant l'équation traduisantl'égalité des forces Fa et Fp appliquées sur la plate-forme .
Par une simulation informatique du comportementde la plate-forme, on vérifie ensuite que les deuxvaleurs de période de houle, pour lesquelles les forcesFa et Fp sont égales, sont ,comprises dans une plage depériode de houle usuelle. En particulier, on vérifie quela valeur la plus petite de période flp bon 1 λ Ί - 010656 8 quelle les deux forces sont égales est supérieure à 4secondes.
Si tel n'est pas le cas, un nouveau calcul deshauteurs Zm et Zt est effectué avec une embase de volumeou de forme différente. En effet, la modification de lastructure de l'embase, et en particulier de sa formemodifie la masse ajoutée. Ainsi, les hauteurs Zm et Zt setrouvent modifiées ainsi que les valeurs de période dehoule pour lesquelles les deux forces Fa et Fp sontégales.
Sur la figure 2 est représentée la fonction de.transfert d'une plate-forme de l'état de la technique,'c'est-à-dire avec des jambes formées d'un unique tronçonà paroi pleine s'étendant depuis l'embase 3 jusqu'à lacoque 1, en fonction de la période T de houle exprimée ensecondes. La fonction de transfert en pilonnement est lerapport entre l'amplitude du mouvement de pilonnement dela plate-forme et l'amplitude d'une houle de un mètre, lepilonnement étant une grandeur représentative des mouve-ments verticaux ascendants et descendants de la plate-forme sous l'effet de la houle. ûn constate sur cette courbe que le pilonnementde la plate-forme est important sur une plage de périodesde 18 à· 28 secondes. Cette plage de périodes correspondaux valeurs élevées des périodes de houle rencontréescommunément. Par ailleurs, le pilonnement est extrêmementimportant pour des périodes de houle proches de 24secondes.
Sur la figure 3 sont représentées l'évolution dela force de pression Fp et l'évolution de la force d'accé-lération Fa en fonction de la période de houle T expriméeen secondes pour une plate-forme de l'état de la techni-que. Sur ces courbes, on constate que les amplitudes desforces Fa et Fp pour une période considérée inférieure à28 secondes sont très importantes. Par ailleurs, les 010656 9 écarts entre les valeurs des forces Fa et Fp sont grands.Ainsi, la plate-forme est soumise principalement à laforce d'accélération Fa, d'où il résulte le pilonnementimportant traduit sur la courbe de la figure 2. Pour une 5 période sensiblement égale à 31 secondes, les valeurs deFa et Fp sont sensiblement égales, ce qui correspond à unpilonnement sensiblement nul sur cette figure.
Pour la plate-forme selon l'invention représentéesur la figure 1, la fonction de transfert est représentée 10 sur , la figure 4 alors que les forces Fa et Fp sontreprésentées sur la figure 5.
On constate sur la figure 5 que grâce à laconception des jambes en deux tronçons successifs, dontl'un est à parois pleines et l'autre à paroi latérale 15 ajourée, il est possible que les valeurs des forces Fa etFp soient rendues très proches les unes des autres sur uneplage étendue de périodes de houle comprise entre 0 et 24secondes et correspondant aux houles usuelles. Par ail-leurs, les courbes représentatives des forces Fa et Fp se 20 coupent en deux points sur cette plage de valeurs, ce quicorrespond physiquement, puisque ces forces sont enopposition de phase, à une annulation de la force d'exci-tation résultante s'appliquant sur la plate-forme.
On constate sur la figure 4, que les forces 25 d'accélération Fa et de pression Fp se compensant sensi-blement sur toute l'étendue de la plage de périodescorrespondant aux houles usuelles, le pilonnement de laplate-forme est très faible. En particulier, le maximumde pilonnement obtenu sur cette plage correspond à 30 sensiblement l/6ème du pilonnement maximum obtenu avec des plate-formes de l'état de la technique.
En outre, sur cette figure, la courbe s'annule pour deux périodes T différentes (15,5 secondes et 23,5 secondes) et non uniquement une valeur comme dans le cas *1 Γ 010656 ίο résultent des deux points d'intersection des courbesreprésentatives des forces d'accélération Fa et depression Fp.
Les courbes représentées ici ont été obtenues5' avec une plate-forme dont la hauteur immergée Zt dupremier tronçon 10 à parois pleines est égale à 50 m etdont la longueur totale immergée Zm des jambes est égaleà 140 m. Le volume de l'embase est égale à 33.000 m3,l'aire de la surface de flottaison (somme des aires des 10 fonds 12) est égale à 841 m2. La masse ajoutée de laplate-forme est égale à 194.750 tonnes.
En variante, non représentée, il est égalementpossible d'interposer entre l'extrémité inférieure destronçons 14 en treillis et l'embase 3 des tronçons à 15 parois pleines formant des caissons supplémentaires deflottabilité ou de stockage pour la plate-forme. Dans cesconditions, les tronçons 14 en treillis sont disposésentre deux tronçons à parois pleines suivant la hauteurimmergée des jambes. 20 Par ailleurs, tout autre agencement de tronçons successifs dont certains sont à parois pleines et d'au-tres à paroi latérale ajourée est également possible pourla réalisation des jambes de la plate-forme. • On notera qu'avec ce type de plate-forme, la 25 longueur des jambes est indépendante de la profondeur dulieu d'exploitation.
De plus, la bonne stabilité de la plate-formeautorise l'installation des têtes de puits sur la coque.

Claims (14)

  1. οî0656 11 REVENDICATIONS
    1. - Plate-forme d'exploitation en mer, notammentplate-forme d'exploitation pétrolière en mer, du typecomportant une coque supérieure (1) s'étendant au-dessusdu niveau de la mer et reliée à une embase inférieure (3)creuse totalement immergée par des jambes de liaison (2)partiellement immergées formant caisson de flottabilitéet s'étendant sensiblement verticalement, caractérisée ence que les jambes (2) comportent sur leur hauteur immer-gée au moins deux tronçons successifs (10, 14), un pre-mier tronçon (10) à parois pleines délimitant un espace·,clos et formant un caisson de flottabilité et un second’tronçon (14) à paroi latérale ajourée, l'espace intérieurde ce second tronçon (14) étant ouvert sur le milieumarin environnant.
  2. 2. - Plate-forme selon la revendication 1, carac-térisée en ce que le second tronçon. (14) à paroi latéraleajourée est une structure métallique en treillis (18).
  3. 3. - Plate-forme selon la revendication 1 ou 2,caractérisée en ce que le second tronçon (14) à paroilatérale ajourée est disposé entre le premier tronçon(10) à parois pleines et l'embase (3).
  4. 4. - Plate-forme selon l'une quelconque desrevendications précédentes, caractérisée en ce que lepremier tronçon (10) à parois pleines s'étend au moinspartiellement immédiatement au-dessous de ladite coque(1) .
  5. 5. - Plate-forme selon l'une quelconque des reven-dications précédentes, caractérisée en ce que les premier(10) et second (14) tronçons sont dimensionnés de tellesorte que la force de pression (Fp) s'exerçant sur lepremier tronçon (10) à parois pleines compense sensible-ment sur une plage de périodes de houle usuelle la forced'accélération (Fa) de la plate-forme. 010656 12
  6. 6. - Plate-forme selon la revendication 5, carac-térisée en ce que les premier et second tronçons sontdimensionnés de telle sorte que la force de pression (Fp)et la force d'accélération (FJ sont égales pour deux 5 valeurs de période de houle comprises dans la plage depériodes de houle usuelle.
  7. 7. - Plate-forme selon la revendication 6, carac-térisée en ce que la valeur de période de houle la pluspetite pour laquelle la force de pression (Fp) et la force 10 d'accélération (FJ sont égales est supérieure à 4secondes.
  8. 8. - Plate-forme selon l'une quelconque désrevendications précédentes, caractérisée en ce que lahauteur immergée du second tronçon (14) est comprise 15 entre le quart et les trois quarts de la hauteur totaleimmergée de la jambe (2).
  9. 9. - Plate-forme selon la revendication 8, carac-térisée en ce que la hauteur immergée du second tronçon(14) est comprise entre sensiblement 0,4 et sensiblement 20 0,65 fois la hauteur totale immergée de la jambe (2).
  10. 10. - Plate-forme selon l'une quelconque desrevendications précédentes, caractérisée en ce que lesjambes (2) ont une forme générale extérieure cylindrique.
  11. 11. - Plate-forme selon l'une quelconque des25 revendications précédentes, caractérisée en ce que l'embase (3) comporte au moins un passage (20) traversantcelle-ci sensiblement verticalement de part en part.
  12. 12. - Plate-forme selon l'une quelconque desrevendications précédentes, caractérisée en ce que 30 l'embase (3) est emplie d'un fluide formant lest, notam-ment de l'eau de mer.
  13. 13. - Plate-forme selon l'une quelconque desrevendications précédentes, caractérisée en ce que lacoque (1) est montée déplaçable le long des jambes (2) et 35 en ce qu'il est orévu des méca"' -’a 010656 13 et de verrouillage relatif de la coque (1) par rapportaux jambes (2).
  14. 14.- Plate-forme selon l'une quelconque desrevendications précédentes, caractérisée en ce que ledit 5 second tronçon (14) à paroi latérale ajourée est disposéentre deux tronçons à parois pleines suivant la hauteurimmergée des jambes (2).
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