WO2014184480A1 - Dispositif d'ancrage d'un support de goulottes d'une installation fond-surface - Google Patents

Dispositif d'ancrage d'un support de goulottes d'une installation fond-surface Download PDF

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WO2014184480A1
WO2014184480A1 PCT/FR2014/051096 FR2014051096W WO2014184480A1 WO 2014184480 A1 WO2014184480 A1 WO 2014184480A1 FR 2014051096 W FR2014051096 W FR 2014051096W WO 2014184480 A1 WO2014184480 A1 WO 2014184480A1
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WO
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support structure
tendons
distance
base
tendon
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François Régis PIONETTI
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Saipem S.A.
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    • E02B2017/0095—Connections of subsea risers, piping or wiring with the offshore structure

Definitions

  • the present invention relates to a device for anchoring a rigid structure maintained immersed in the sub-surface by floats and anchored to the seabed by tendons, useful for supporting a plurality of support elements and guide-shaped arch called chutes in an installation of bottom-surface connections between the same floating support and the bottom of the sea.
  • the present invention relates to an installation of flexible multi-surface-to-surface bonds between wellheads, equipment or the ends of submarine pipes resting at the bottom of the sea and a floating support surface, comprising a plurality of flexible lines including flexible pipes whose lower ends are connected to the ends of a plurality of submarine pipes lying at the bottom of the sea or directly to wellheads or equipment resting at the bottom of the sea.
  • flexible line pipes or cables capable of accepting significant deformations without generating significant return forces, such as flexible pipes defined below, but also cables or transfer lines energy or information such as electrical cables, control cables or hydraulic fluid transfer lines supplying hydraulic equipment such as cylinders or pipes containing optical fibers; or a control umbilical comprising one or more hydraulic lines and / or electric cables for transmitting energy and / or information.
  • the technical field of the invention is more particularly the field of the manufacture and installation of bottom-surface connections for the underwater extraction of oil, gas or other material.
  • soluble or fusible or a suspension of mineral material from wellhead immersed to a floating support for the development of production fields installed in open sea off the coast.
  • the main and immediate application of the invention being in the field of oil production.
  • the floating support generally comprises anchoring means to remain in position despite the effects of currents, winds and waves. It also generally comprises oil storage and processing means as well as means of unloading to removal tankers, the latter being present at regular intervals to carry out the removal of the production.
  • the common name of these floating supports is the Anglo-Saxon term “Floating Production Storage Offloading” (meaning “floating medium of storage, production and unloading") which one uses the abbreviated term "FPSO" in the whole of the following description.
  • a connecting pipe generally a flexible connecting pipe, between the upper end of said riser and a floating support on the surface, said flexible connecting pipe taking, if appropriate, by its own weight in the form of a curve in plunging chain, that is to say, descending widely below the float to then go up to this floating support.
  • Background-to-surface bonds are also known which are carried out continuously up to the sub-surface of the strong and rigid ducts constituted by tubular elements of thick steel welded or screwed together, in a chain configuration with a continuously variable curvature.
  • Step Catenary Riser meaning "chain-shaped steel riser” and also commonly referred to as “catenary type rigid pipe” or “SCR type riser”.
  • SCR Step Catenary Riser
  • Such a catenary duct may go up to the floating support surface or only to a subsurface float that tensions its upper end, which upper end is then connected to a floating support by a plunger flexible connecting pipe.
  • Background-surface bonds are also known for connecting a floating support to pipes or installations at the bottom of the sea made entirely of flexible pipes, especially in the case where the depth of water is not very important, for example 300 at 750m, or even 1000m and where the well heads or the underwater equipment are not very far from said floating support.
  • flexible pipe refers to the pipes known under the name “flexible”, well known to those skilled in the art and which have been described in the normative documents published by the American Petroleum Institute (API ), more particularly under the API 17J and API RP 17 B references.
  • API American Petroleum Institute
  • hoses are manufactured and marketed by TECHNIP-COFLEXIP France.
  • These flexible pipes generally comprise internal sealing layers of thermoplastic materials associated with layers resistant to the pressure internal to the pipe, generally made of steel or composite materials made in the form of spiral strips, contiguous inside the thermoplastic pipe to withstand the bursting internal pressure and supplemented by external reinforcements above the thermoplastic tubular layer also in the form of contiguous spiral strips, but with a pitch longer, that is to say an angle of inclination of the lower helix, in particular from 15 ° to 55 °.
  • each of said bottom-surface connections must be kept apart from its immediate neighbors in order to avoid any interference. and any impact, not only at the level of the floats, but also at the level of flexible pipes and electrical cables and other flexible lines such as electrical cables or information signal transfer umbilicals providing connection with said floating support, when said Flexible pipes are subject to the effects of the current, and that said floating support is subject to more waves, wind and current.
  • each of the wellheads is individually connected to said floating support and is then left with a very large amount of bottom-surface connections that we no longer know how to install because the length of the plating of the support is limited and therefore accepts only a limited number of bottom-surface links.
  • the flexible pipes are implemented through guiding elements in the form of arches called chutes defining a rigid convex curved support surface explained below, to delimit two portions of flexible pipes comprising a first portion of flexible pipe in the configuration of a double plunging chain between floating support and said chute and a second portion of flexible pipe in simple chain configuration between said chute and the point of contact and tangency of said flexible pipe with the bottom of the sea.
  • chutes guiding elements in the form of an arch called chutes are well known to those skilled in the art; they present :
  • a longitudinal section of curved shape in section in the axial vertical longitudinal plane of the chute preferably a concavity-shaped circular section facing the seabed and a convex outer surface on which the pipe is disposed, and
  • a transverse section in the vertical plane perpendicular to the vertical axial longitudinal plane of the chute having a shape with a curved bottom, preferably circular, concavity facing upwards, constituted by said upper external surface framed by longitudinal lateral flanges ensuring the maintenance and guiding the pipe in the longitudinal direction between said flanges.
  • the radius of curvature of the downwardly concavity-oriented longitudinal curvature is greater than the minimum radius of curvature of the pipe passing through said chute.
  • Such a chute makes it possible to confer on the portion of flexible pipe that it supports a controlled curvature to avoid excessive curvature which would degrade irreparably said pipe.
  • a so-called flexible underwater line suspended at its two ends takes its own weight in the form of a so-called double plunging curve, known to those skilled in the art, that is to say descending in configuration of chain to a low point of horizontal tangent (see below) to then go up to said floating support, which plunger chain allows large displacements of its ends absorbed by the deformations of the flexible pipe, including the rise or descent of said low point of the plunging chain.
  • R R 0. (Y / R 0 + 1) 2 in which: x represents the distance in the horizontal direction between said contact point and a point M of the curve;
  • y represents the altitude of the point M (x and y are therefore the abscissae and ordered from a point M of the curve with respect to an orthonormal coordinate system whose origin is at the point of contact),
  • Ro represents the radius of curvature at said point of contact, ie at the point of horizontal tangency,
  • - R represents the radius of curvature at the point M (x, y).
  • the curvature varies along the chain from the upper end where its radius of curvature has a maximum value Rmax, to the point of contact with the ground where its radius of curvature has a minimum value Rmin (or R 0 in the formula above).
  • Rmax maximum value
  • Rmin minimum value
  • the essential function of the first portion of a double plunger chain of flexible pipe upstream of the chute is, more specifically, to absorb, at least in part, the movements of the pipe and / or the movements of the floating supports to which said flexible line is connected, mechanically decoupling the respective movements of said second flexible pipe portion into a simple chain and said floating support.
  • another function is also to reduce the tensile forces exerted by said second portion of flexible pipe, the marine equipment and / or the end of the pipe resting on the bottom of the sea to which it is connected, if any .
  • these intermediate support chutes of said flexible pipes are maintained in surface at a certain depth by floats supporting or to which are suspended each of the chutes. But, these floats are subject to significant movement which requires to provide a sufficient distance between the different floats to prevent them from colliding against each other.
  • pluralities of bottom-surface connections are described in which flexible pipes extend from a floating support to the seabed via a rigid support structure supporting a plurality of trunks. all arranged at the same height side by side offset laterally, said chutes being supported by a said support structure resting at the bottom of the sea or by a said support structure suspended from floats and connected by no more than 2 tendons to a base anchored to the bottom of the sea.
  • the upper and lower ends of the tendons are connected to the support structure at the points of attachment of the support structure and respectively to the base at the levels of hooked points thereof hereinafter referred to "Top hung points" and "bottom hung points”.
  • a known but unsatisfactory solution for reducing the hyperstaticity of a multi-tendon system consists in designing a support structure for troughs that has great flexibility, that is to say that can be deformed substantially, which makes it possible to participate then, but within certain limits, all the tendons.
  • the main disadvantage of this configuration is that tiredness and wear problems feared at the level of the tendons and their hanging points, are then transferred to the support structure and can thus lead, in the event of an incident, to worse damage. again.
  • Another problem is to provide a system for anchoring said support structure for which it is possible without difficulty to perform maintenance operations consisting of changing any of the tendons, without disturbing the operation of the device, so without the need to disconnect the conduct and / or stop oil production
  • the problem posed according to the present invention is therefore to provide an installation with a multiplicity of connections bottom-surface flexible pipe from the same support structure trunking anchored at the bottom of the sea by a plurality of tendons d at least 3 tendons in a mechanically quasi or pseudo isostatic manner on the one hand and on the other hand whose maintenance is as easy as possible.
  • Another problem is to be able to make a manufacturing and easy implementation by manufacturing and sequential laying of the various pipes from a laying ship on the surface, and to optimize the implementation of the means of buoyancy and tensioning and anchoring of the trunking support structure in the case of implementation spread over time over a long period of time between the establishment of the various flexible bottom-surface connections and without it being necessary to know at the beginning the number of connections to be made, their characteristics in terms of dimensions, and unit weight.
  • Another problem of the present invention is also to provide a facility of flexible bottom-surface connections of high strength and low cost, and whose manufacturing processes and implementation and maintenance of the various components are simplified and also low cost, and can be achieved at sea from a laying ship.
  • the present invention relates to a device comprising a rigid structure maintained submerged in sub-surface by floats and anchored to the bottom of the sea by tendons, useful for supporting a plurality of support elements and guide-shaped arch called chutes in a bottom-surface connection facility between the same floating support and the seabed, comprising a plurality of flexible lines including flexible pipes extending to the bottom of the sea where they are connected to heads subsea wells, equipment or pipe ends lying at the bottom of the sea, said flexible lines being supported respectively by said plurality of troughs.
  • Said chute support structure is connected to a base resting and / or anchored to the bottom of the sea by a plurality of n tendons tensioned substantially parallel, preferably substantially vertically, by said floats, n being at least equal to 3, a plurality p said tendons among the n tendons, p being at least equal to (n-2), being connected at one of their ends each to a distance variation device integral with said base or said support structure, said variation device distance being connected to said base or said support structure or integral with said base or said support structure, the other end of said tendon being fixed to a hooked point integral with said support structure or said base, said device variation of distance being able to be actuated to vary the distance between its hooked point said tendon and said base or said support structure to which it is attached or connected.
  • the upper end of said tendon is attached to an upper hooked point integral with said support structure or said distance variation device respectively, the lower end of said tendon being fixed to a fixed lower hooking point.
  • said distance variation device or respectively said base said distance variation device being able to: - vary the distance between said upper hook point and said support structure, when said distance variation device is integral with said structure support, or
  • the distance variation device makes it possible to vary the distance between said support structure and said base.
  • said distance variation device when it is secured to said structure is fixed to said support structure at the underside thereof, and when it is secured to said base, said distance variation device is fixed on the upper surface of said base.
  • the decrease or increase in the distance between said support structure and said base causes an increase or decrease in tension of said tendon.
  • the increase of the tension of said tendon can cause an elongation of said tendon with an increase proportional to the tension, of its length, in practice an elongation of less than 1%.
  • the variation in distance between said support structure and said base is substantially identical to the variation in distance between said lower (or upper) hook point and said base (or respectively said support structure), the the difference resulting from the variation of tendon length when the tension in said tendon increases because the distance between said base and said support structure decreases. More specifically, in this case, the variation in distance between said base and said support structure is slightly greater than the variation in distance between said lower (or upper) hook point and said base (or respectively said support structure) due to elongation of the tendon.
  • the distance variation devices make it possible to make the system virtually isostatic, and where appropriate makes it possible to distribute the load on each of the tendons in a controlled manner.
  • the distance variation device makes it easier to maintain and replace a tendon as needed by reducing the tension as needed.
  • a said tendon consists of a cable or a chain or a rigid bar articulated at its ends.
  • said tendon connected to a said distance variation device is a single cable or chain.
  • the two tendons not connected to a said distance variation device are located at the two opposite longitudinal ends of the support structure preferably with their two corresponding upper attachment points arranged diagonally.
  • the upper hook points of the three said tendons are in a substantially horizontal plane and form a triangle, preferably the closest to an equilateral triangle.
  • An object of the present invention is therefore to provide an improved installation of a large amount of flexible bottom-surface connections for connecting a floating support with a plurality of well heads and / or subsea installations installed at the bottom of the sea, comprising a submerged chute support structure anchored to the sea bottom by a plurality of tendons which overcomes the above-mentioned drawbacks.
  • the present invention provides a device comprising a rigid structure maintained immersed in the sub-surface by floats and anchored to the bottom of the sea by tendons, useful for supporting a plurality of support elements and guide-shaped arch called chutes in a bottom-surface connection facility between the same floating support and the seabed, comprising a plurality of flexible lines including flexible pipes extending to the bottom of the sea where they are connected to heads subsea wells, equipment or pipe ends lying at the bottom of the sea, said flexible lines being supported respectively by said plurality of troughs, device in which:
  • said chute support structure is connected to a base resting and / or anchored to the seabed by a plurality of n tendons tensioned substantially parallel, preferably substantially vertically, by said floats, n being at least equal to 6, plurality of said p tendons among the n tendons, p being at least equal to (n-2), being connected at one of their ends each to a distance variation device, said distance variation device being connected to said base or said support structure or integral with said base or said support structure, the other end of said tendon being fixed to a hooked point integral with said support structure or said base, said distance variation device being able to be actuated to vary the distance between its point of attachment to said tendon and said base or said support structure to which it is attached or connected, and
  • the upper end of said tendon is attached to an upper hooked point integral with said support structure or said distance variation device, respectively, the lower end of said tendon being fixed to a lower hooked point integral with said distance variation device or respectively of said base, said distance variation device being able to:
  • said device comprises at least 6 upper hook points of which at least 3 first upper hook points are inscribed in a circle (C), the at least 3 other upper hook points being disposed on or within said circle (C).
  • said support structure has a longitudinal shape of substantially rectangular section in horizontal section, and the at least 3 said first upper hook points are disposed near each of the longitudinal ends of said support structure.
  • two of said hooking points are disposed near a first longitudinal end, the other said hooking point being disposed on the side of the opposite longitudinal end of said support structure. It will be understood that all of said upper hooking points are half distributed on one side of a diameter of said circle and for the other half on the other side of said diameter, so that preferably the resultant of the tensions exerted by said tendons at their so-called upper hook points on said rigid structure is applied near the center of gravity of said rigid structure substantially corresponding to the center of said circle.
  • all said upper hooking points are distributed so as to be arranged symmetrically with respect to the center of said circle. More particularly, at least two said upper hooking points are diametrically opposed and disposed near respectively each of the opposite longitudinal ends of said support structure.
  • said upper hook points according to the present invention are arranged and spaced in a plane of horizontal section of said structure so that at least two upper hook points inscribed in said circle (C) are arranged to respectively close to each of the opposite longitudinal ends of said support structure and at least two said upper hooked points inscribed on the circle (C) are arranged close to each end respectively opposite transverse of said support structure, said transverse direction being the direction perpendicular to the longitudinal direction of said support structure in said horizontal section plane. More particularly, when there are only three upper hooked points inscribed on a said circle, they are preferably arranged to form an isosceles triangle.
  • said support structure has a longitudinal shape of substantially rectangular section in horizontal section, preferably substantially symmetrical with respect to a median longitudinal vertical plane (YZ), the device comprising at least 6 tendons, each connected to a said device for variation of distance and said support structure comprises at least 6 said upper hook points 4 points of which hooked upper define the 4 angles of a rectangle, the other two points of upper hook being arranged inside a circle ( C) circumscribed in said rectangle, preferably at or near the two great lengths of the rectangle, preferably at the level of the transverse median axis (XX ') of said rectangle, the 4 corner hooking points being arranged in the vicinity longitudinal ends of said support structure.
  • YZ median longitudinal vertical plane
  • This form of support structure is the most practical to support a plurality of chutes arranged in parallel juxtaposed laterally and successively in said longitudinal direction.
  • the other 5 tendons arranged in trapezium ensure stabilization of the support structure during the replacement of said tendon to be replaced.
  • the trapezium is would turn into an unstable triangle.
  • said support structure comprises two parts articulated in rotation about an axis of rotation (XI ⁇ ), substantially horizontal, preferably median, adapted to allow relative rotation of each of said two articulated parts one relative to each other, at an angle of -10 ° to + 10 °, preferably -5 ° to + 5 °, said rotation being limited by upper stops and lower stops of each of said two articulated parts of support structure, the two said articulated portions of support structure being preferably symmetrical with respect to a median vertical plane passing through said axis of rotation (XI ⁇ ), each of said two hinged portions being connected to said base by at least three so-called tendons of which at least one, preferably all three, are (are) connected (s) to one of its (their) ends to a distance variation device.
  • XI ⁇ axis of rotation
  • each said articulated portion of said support structure has a longitudinal shape of substantially rectangular section in horizontal section, preferably substantially symmetrical with respect to a median longitudinal vertical plane (YZ), the device comprising at least 6 tendons each connected to a said distance variation device, and said support structure comprises at least 6 upper attachment points, each said articulated part of said support structure comprising at least:
  • the upper hooking points of said first hinged portion of the support structure are arranged symmetrically, at the three upper hooking points of the second hinged portion of the support structure with respect to the substantially vertical plane passing through said axis of rotation. preferably in isosceles triangle.
  • This embodiment in two articulated parts is particularly advantageous for very large support structures, because it reduces the overall rigidity and facilitates the adjustment of tendon tensions due to the relative independence of the tendons of each of the two half structures.
  • the distance variation device may be a cable system with a said point hooked at its end cooperating with and drums, pulleys and / or winches or preferably a device of the linear actuator type of variable length, preferably of the type cylinder, either a mechanical cylinder or a hydraulic cylinder.
  • said support structure supports a plurality of chutes, preferably at least 5 troughs, offset laterally parallel in a direction ( ⁇ ') of said support structure, said chutes being arch-shaped preferably arranged symmetrically by relative to a vertical longitudinal axial plane (YZ) of said support structure.
  • the present invention also provides a method for modifying the tensions to which the various tendons of a support device according to the invention are subjected, characterized in that at least one said distance variation device is actuated so as to adjust the tension of said tendon to which it is connected to a desired controlled value.
  • the present invention also provides a method according to the invention characterized in that the voltage of a said tendon by operating a said distance variation device to which it is connected and then performs the replacement of the tendon.
  • the present invention also provides a method according to the invention characterized in that the mechanical connection of the different tendons at said support structure is rendered mechanically quasi-isostatic by actuating at least one said distance variation device.
  • FIG. 3A is a front view in the YZ plane of an installation according to the invention comprising a structure integral with a plurality of integrated floats 6a to said structure, supporting a plurality of troughs, namely six chutes 4a to 4f, said structure being anchored by six tendons 7 hooked at six points hooked upper 7al to 7a6, -
  • Figures 3B and 3C are views from below of the structure 5 horizontal section (XY plane) rectangular relative to Figure 3A detailing the arrangement in a rectangle of the six points of hanging upper 7al to 7a6 of the six tendons,
  • FIG. 6 is an alternative embodiment of a distance variation device comprising a jack equipped with a hydraulic pressure gauge 11c of the jack according to the invention.
  • FIGS. 7A to 7C show an embodiment in which said support structure 5 comprises two parts articulated in rotation 5-1, 5-2 with respect to a median axis ⁇ 1 ⁇ .
  • FIG. 1 shows a bottom-surface connection installation comprising two flexible pipes or electric cables 1a, 1b connected at one end 2a to a floating support 2, held in position by anchoring lines 2b, the other end said flexible pipes lying substantially at the bottom of the sea 3.
  • the flexible pipes 1a, 1b are in descending downward chain configuration from the floating support 2, to a point of horizontal tangency, respectively the ', lb', then in ascending chain configuration to the inlet 4al of a chute, respectively 4a and 4b, whose radius of curvature R is greater than the minimum radius of curvature acceptable by said flexible pipes or said cables.
  • the flexible pipe enters 4al in the chute 4a, then rests on said chute and spring 4a2 to join in single chain configuration lal, the sea floor 3 substantially in the.
  • Each of the chutes 4a, 4b, etc. is positioned laterally offset, relative to each other, on the structure 5, as shown in Figures 2B and 3A.
  • the support structure 5 is maintained substantially at an altitude h with respect to the seabed by virtue of a plurality of tendons 7 connected at their upper ends to points of upper hooking 7a to said structure 5 and their lower ends to points of contact. hooked lower 7b to a base 8 resting on the seabed 3, for example a base weight, or a suction anchor sunk into the ground hereinafter foundation.
  • the device according to the invention advantageously anchors the structure 5 by means of at least 6 tendons, preferably distributed symmetrical manner on either side of the YY axis of said structure 5 as shown in bottom view on the Figure 3B.
  • Each of the upper hooking points 7al-7a2-7a3-7a4-7a5-7a6 of the structure is connected to the corresponding lower hooked point, not shown, respectively 7bl-7b2-7b3-7b4-7b5-7b6, by the intermediate of a tendon, respectively 7i-7 2 -7 3 -7 4 -7 5 -7 6 , all the tendons are preferably parallel to each other and vertical.
  • two intermediate upper hooking points 7a3 and 7a4 are offset on either side of the median transverse axis XX of the structure and offset along XX to the outside of the long sides of the rectangle, such that they are secured to said structure 5, but corbelled.
  • a small side of the rectangle is bordered by 2 hanging points upper angle 7al, 7a2, the opposite side of the rectangle in the longitudinal direction having a single point hooked upper 7a6 in the middle position.
  • the set of upper hook points of the tendons is then on or inside the circle C circumscribing the rectangle formed by the four points of the upper hook 7al, 7a2, 7a5, 7a6 at the four angles (fig.3D) or the circle circumscribing the triangle formed by the 3 points of upper hanging 7al, 7a2 and 7a6 (fig.3E).
  • a non-symmetrical configuration such as in FIGS. 3C, 3D or 3E will advantageously be suitable in certain cases for disparities in the sizes of flexible pipes, that is to say of disparities in the vertical forces induced by these pipes and their respective location. on said structure 5 as well as in the distribution of the buoyancy elements.
  • quadsi-isostatic the fact that all the tendons collaborate to the recovery of the tension created by the resultant buoyancy directed upwards and that each of said tendons substantially returns a known and adjustable percentage of said overall tension.
  • the device for variation of distance and quasi-isostatic adjustment 10 allows, at each of the tendons of the device, and individually, to adjust the distance between the base 8 and the structure 5, and of thus distribute in a perfectly controlled manner the unit load in each of said tendons, so to make the device almost isostatic.
  • the altitude L with respect to the foundation 8, of the lower hooking point 7b of the tendon 7 can be adjusted by means of the distance variation device 10 represented here as being a hydraulic cylinder with a mechanical locking rod, known of the man of the art.
  • Said distance variation device 10 consists of a cylinder body 10a integral with the base, and a cylinder rod 10b at the top of which is the bottom hooked point 7b of the tendon 7.
  • the axis of said cylinder 10a-10b is preferably vertical.
  • the cylinder body 10a is provided with an orifice 11 making it possible to connect via a conduit 11a to said jack to a hydraulic power unit (not shown) available on board an ROV 13, an automatic submarine piloted from an installation vessel 14 surface.
  • the jack rod is forced to retract in length downwards and the distance between the base 8 and the structure 5 and thus the lengths is thus adjusted and reduced, which has the effect of effect of increasing the tension at the tendon concerned.
  • this advantageously distributes and perfectly controlled the load that resumes each of the tendons, which makes the whole "quasi-isostatic".
  • the pressurization or depressurization of a said cylinder makes it possible to adjust the distance between the foundation 8 and the upper hook point 7a at each of the tendons and individually, and therefore to adjust the percentage of the global tension T taken individually by said tendon.
  • a locking device is actuated at position 12-12a of the rod 10b of the jack, then the pressure of the jack is released and the hydraulic supply hose 11a is disconnected.
  • FIG. 5 is shown on the right the distance variation device 10 relative to the tendon 7 2 in the locked position 12a at the altitude L2, and on the left, the distance variation device 10 relative to the tendon 7i being adjusted to the altitude L1, the ROV 13 (automatic underwater intervention driven from the surface) connected by the conduit 13a to the port of pressurization 11 being adjusting the pressure P of the cylinder, so the tension in said tendon ⁇ x .
  • the locking device 12 is kept in the open position 12b, so the cylinder is free to move in elongation or retraction.
  • each of the tendons 7 it is generally preferred to equip each of the tendons 7 with its own distance variation device 10.
  • n-2 distance variation devices 10 the two non-adjustable tendons, preferably located at the opposite longitudinal ends of the structure 5, then define the substantially horizontal axis of anchoring reference of the structure 5 vis-à-vis the base 8, l adjustment of each of the other tendons then makes it possible to make the system almost isostatic, so allows the load to be distributed in a controlled manner on each of the tendons.
  • each of the tendons has a distance variation device 10 for adjusting the length of the tendons, it is then easy to carry out maintenance operations consisting of changing any of the tendons, without disturbing the functioning of the device, so without the need to stop oil production. Indeed, all that is needed is:
  • This provides a permanent display of the tension of each of the tendons, this voltage being correlated to said cylinder pressure, and this display can be very simply consulted during routine inspections performed at regular intervals, for example by a ROV 13
  • the information can then be transmitted automatically and permanently to the FPSO, either by an electric cable or acoustically, and it is then possible to of the command, a perfectly precise state of the set of flexible arches and their anchoring system.
  • the command will be instantly informed, and if necessary will be able to determine the defective tendon.
  • the overall vertical tension will decrease and some tendons 7 will see their tension drop. The command of the FPSO will then be quickly informed and will be able to initiate the corrective actions.
  • each said hinged portion 5-1, 5-2 of said support structure 5 has a longitudinal section substantially rectangular in horizontal section, substantially symmetrical with respect to a median longitudinal vertical plane (YZ), each said articulated portion 5-1, 5-2 of said support structure 5 comprising:
  • the upper 3 hook points 7al-7a2-7a3 of said first hinged portion of the support structure 5-1 are arranged in isosceles triangle symmetrically to the three upper hung points 7a4-7a5- 7a6 of the second hinged portion of the support structure 5 -2 with respect to the substantially vertical plane passing through said axis of rotation ,.
  • buoying support both a barge or vessel that a semi-submersible platform of the type described above.
  • said upper part of the support structure, supporting or on which are fixed said troughs according to the present invention is a rigid structure other than a float.
  • a said flexible pipe is held in a said chute by retaining means and / or hooking means. This feature aims to stabilize all the flexible pipes and to promote the stresses and displacements in said first portion of said flexible pipes.
  • Said support structure may also support chutes for guiding and supporting flexible lines other than said flexible pipes and therefore smaller diameter.
  • the radius of curvature of the various troughs has been shown in the various figures to be identical, but it will advantageously adopt radii of curvature adapted to each of the pipes, which will minimize the weight of the assembly and thus reduce the necessary buoyancy .
  • said device 10 as being secured to one of its ends is the base 8 or the structure 5, the other end being secured to the tendon, but said device 10 may also be secured to one side of said tendon and the other , an articulated connection, for example a second tendon, the latter being secured at its other end is the base 8 or the structure 5.
  • said device 10 is disposed between a first tendon and a second tendon however, this particular provision is not the preferred version of the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif comprenant une structure rigide (5) maintenue immergée en sub-surface par des flotteurs (6) et ancrée au fond de la mer par des tendons (7), utile pour supporter une pluralité de goulottes (4) dans une installation de liaisons fond-surface comprenant une pluralité de lignes flexibles (1, 1a,1b) s'étendant jusqu'au fond de la mer, lesdites lignes flexibles étant supportées par respectivement ladite pluralité de goulottes caractérisé en ce que ladite structure de support de goulottes (5) est reliée à une embase (8) reposant et/ou ancrée au fond de la mer par une pluralité de n tendons tensionnés parallèlement, de préférence verticalement, par lesdits flotteurs, n étant au moins égal à 6, une pluralité de p dits tendons (7) parmi les n tendons, p étant au moins égal à (n-2) étant reliés à une de leurs extrémités chacun à un dispositif de variation de distance (10) solidaire de ladite embase (8) ou de ladite structure support (5), ledit dispositif de variation de distance étant apte à faire varier la distance entre ladite structure support (5) et ladite embase (8).

Description

DISPOSITIF D'ANCRAGE D'UN SUPPORT DE GOULOTTES D'UNE
INSTALLATION FOND-SURFACE
La présente invention concerne un dispositif d'ancrage d'une structure rigide maintenue immergée en sub-surface par des flotteurs et ancrée au fond de la mer par des tendons, utile pour supporter une pluralité d'éléments de support et guidage en forme d'arche dénommés goulottes dans une installation de liaisons fond-surface entre un même support flottant et le fond de la mer.
Plus particulièrement la présente invention concerne une installation de liaisons fond-surface multiples souples entre des têtes de puits, équipements ou les extrémités de conduites sous-marines reposant au fond de la mer et un support flottant en surface, comprenant une multiplicité de lignes flexibles notamment des conduites flexibles dont les extrémités inférieures sont reliées aux extrémités d'une pluralité de conduites sous-marines reposant au fond de la mer ou directement à des têtes de puits ou équipements reposant au fond de la mer.
Dans la présente description, on entend par « ligne flexible », des conduites ou câbles capables d'accepter des déformations importantes sans engendrer des efforts de rappel significatifs, tel que des conduites flexibles définies ci-après, mais aussi des câbles ou conduites de transfert d'énergie ou d'informations telles que des câbles électriques, des câbles de contrôle ou des conduites de transfert de fluide hydraulique alimentant des équipements hydrauliques telles que des vérins ou des conduites contenant des fibres optiques ; ou encore un ombilical de commande comportant une ou plusieurs conduites hydrauliques et/ou des câbles électriques pour la transmission d'énergie et/ou d'informations.
Le secteur technique de l'invention est plus particulièrement le domaine de la fabrication et de l'installation de liaisons fond-surfaces pour l'extraction sous-marine de pétrole, de gaz ou autre matériau soluble ou fusible ou d'une suspension de matière minérale à partir de tête de puits immergé jusqu'à un support flottant, pour le développement de champs de production installés en pleine mer au large des côtes. L'application principale et immédiate de l'invention étant dans le domaine de la production pétrolière.
Le support flottant comporte en général des moyens d'ancrage pour rester en position malgré les effets des courants, des vents et de la houle. Il comporte aussi en général des moyens de stockage et de traitement du pétrole ainsi que des moyens de déchargement vers des pétroliers enleveurs, ces derniers se présentant à intervalle régulier pour effectuer l'enlèvement de la production. L'appellation courante de ces supports flottants est le terme anglo-saxon "Floating Production Storage Offloading" (signifiant "moyen flottant de stockage, de production et de déchargement") dont on utilise le terme abrégé "FPSO" dans l'ensemble de la description suivante.
Mais il peut s'agir également de plateforme flottante semi- submersible installée de manière provisoire pour quelques années, par exemple en attente de la construction et de l'installation définitive d'un support flottant de type FPSO. On connaît des liaisons fond-surface d'une conduite sous-marine reposant au fond de la mer, liaison du type tour-hybride comprenant :
- un riser vertical dont l'extrémité inférieure est ancrée au fond de la mer par le biais d'une articulation flexible, et relié à une dite conduite reposant au fond de la mer, et l'extrémité supérieure est tendue par un flotteur immergé en sub-surface auquel elle est reliée, et
- une conduite de liaison, en général une conduite de liaison flexible, entre l'extrémité supérieure dudit riser et un support flottant en surface, ladite conduite de liaison flexible prenant, le cas échéant, de par son propre poids la forme d'une courbe en chaînette plongeante, c'est-à-dire descendant largement en dessous du flotteur pour remonter ensuite jusqu'audit support flottant. On connaît également des liaisons fond-surface réalisées en remontant de manière continue jusqu'en sub-surface des conduites résistantes et rigides constituées d'éléments tubulaires en acier de forte épaisseur soudés ou vissés entre eux, en configuration de chaînette avec une courbure continûment variable dans toute leur longueur en suspension, communément appelés « Steel Catenary Riser » (SCR) signifiant « riser en acier en forme de chaînette » et aussi communément appelés « conduite rigide du type caténaire » ou « riser du type SCR ». Une telle conduite caténaire peut remonter jusqu'au support flottant en surface ou seulement jusqu'à un flotteur en subsurface qui tensionne son extrémité supérieure, laquelle extrémité supérieure est alors reliée à un support flottant par une conduite de liaison flexible plongeante.
On connaît également des liaisons fond-surfaces permettant de relier un support flottant à des conduites ou installations au fond de la mer entièrement constitué de conduites flexibles, notamment dans le cas où la profondeur d'eau n'est pas très importante, par exemple 300 à 750m, voire 1000m et où les têtes de puits ou les équipements sous- marins ne sont pas très éloignés dudit support flottant.
On rappelle qu'on entend ici par « conduite flexible » les conduites connues sous la dénomination « flexibles », bien connues de l'homme de l'art et qui ont été décrites dans les documents normatifs publiés par l'American Petroleum Institute (API), plus particulièrement sous les références API 17J et API RP 17 B. De tels flexibles sont notamment fabriqués et commercialisés par la Société TECHNIP- COFLEXIP France. Ces conduites flexibles comportent en général des couches d'étanchéité internes en matériaux thermoplastiques associées à des couches résistantes à la pression interne à la conduite, en général en acier ou en matériaux composites réalisés sous forme de bandes spiralées, jointives à l'intérieur de la conduite thermoplastique pour résister à la pression interne d'éclatement et complétés par des armatures externes au-dessus de la couche tubulaire thermoplastique également sous forme de bandes spiralées jointives, mais avec un pas plus long, c'est-à-dire un angle d'inclinaison de l'hélice inférieur, notamment de 15° à 55°.
Dans certains développements de champs, on relie plusieurs têtes de puits en parallèle grâce à une pluralité de liaison fond-surface rejoignant un même support flottant Dans ce cas, chacune desdites liaisons fond-surface doit être maintenue écartée de ses voisines immédiates pour éviter toute interférence et tout choc, non seulement au niveau des flotteurs, mais aussi au niveau des conduites flexibles et des câbles électriques et autres lignes flexibles tel que des câbles électriques ou des ombilicaux de transfert de signaux d'information assurant liaison avec ledit support flottant, lorsque lesdites conduites flexibles sont soumises aux effets du courant, et que ledit support flottant est lui soumis de plus à la houle, au vent et au courant.
Dans certains développements de champs, chacune des têtes de puits est reliée individuellement au dit support flottant et on se retrouve alors avec une très grande quantité de liaisons fond-surface que l'on ne sait alors plus installer car la longueur du bordé du support est limitée et n'accepte de ce fait qu'un nombre limité de liaisons fond-surface.
On cherche à mettre en œuvre un maximum de liaisons fond- surface à partir d'un même support flottant pour optimiser l'exploitation des champs pétroliers. C'est pourquoi on a proposé différents systèmes pouvant associer plusieurs risers verticaux ensemble afin de réduire l'encombrement du champ d'exploitation et pouvoir mettre en œuvre un plus grand nombre de liaisons fond-surface reliés à un même support flottant. Typiquement il est nécessaire de pouvoir installer jusqu'à 30, voire 40 liaisons fond- surface à partir d'un même support flottant.
Dans WO 02/66786, WO 02/103153 et WO 2011/061422 au nom de la demanderesse, on a décrit des tours-hybrides à risers et conduites flexibles multiples disposées en éventails permettant d'associer un grand nombre de liaisons à un même support flottant, en dépit du problème de l'interférence des mouvements desdits risers qui sont soumis au même mouvement que leur flotteur de tensionnement en tête sous l'effet des déplacements du support flottant en surface soumis à la houle, au vent et aux courants.
Dans ces installations, on a proposé de disposer 2 conduites flexibles superposées ou disposées cote à cote entre le support flottant et les extrémités supérieures de riser ou SCR, les 2 conduites flexibles étant guidées en subsurface par respectivement 2 goulottes fixées de façon superposée ou décalée latéralement à un flotteur de tensionnement d'un troisième riser disposé plus proche du support flottant que les 2 premiers risers, chaque dite goulotte délimitant ainsi 2 portions de conduite flexible en chaînette double plongeante de part et d'autre de la goulotte. Cette configuration présente l'avantage de pouvoir acheminer la conduite flexible jusqu'à l'extrémité supérieure du riser relativement éloigné du support flottant sans que le point bas desdites portions de conduite de chaînette double plongeante ne soit trop profond.
Lorsqu'on met en œuvre une multiplicité de liaisons fond-surface constituées exclusivement de conduites flexibles, il est nécessaire également d'espacer les différentes liaisons les unes par rapport aux autres ceci pour au moins les raisons suivantes. Tout d'abord, les conduites flexibles sont fragiles au niveau de leur gaine externe et l'on doit impérativement les empêcher de se heurter les unes aux autres.
D'autre part, les conduites flexibles sont mise en œuvre en passant par des éléments de guidage en forme d'arche dénommées goulottes définissant une surface rigide d'appui de forme incurvée convexe explicité ci-après, pour délimiter 2 portions de conduites flexibles comprenant une première portion de conduite flexible en configuration de chaînette double plongeante entre support flottant et ladite goulotte et une deuxième portion de conduite flexible en configuration de chaînette simple entre ladite goulotte et le point de contact et de tangence de ladite conduite flexible avec le fond de la mer. Ces éléments de guidage en forme d'arche dénommés goulottes sont bien connus de l'homme de l'art ; ils présentent :
- une section longitudinale de forme incurvée en section dans le plan longitudinal vertical axial de la goulotte, de préférence une section de forme circulaire à concavité tournée vers le fond de la mer et une surface extérieure convexe sur la quelle est disposé la conduite, et
- une section transversale dans le plan vertical perpendiculaire au plan longitudinal axial vertical de la goulotte, présentant une forme avec un fond incurvé de préférence circulaire à concavité tournée vers le haut constitué de ladite surface externe supérieure encadrée par des rebords latéraux longitudinaux assurant le maintien et guidage de la conduite dans la direction longitudinale entre lesdits rebords.
De façon connue, le rayon de courbure de la courbure longitudinale à concavité tournée vers le bas est supérieur au rayon de courbure minimale de la conduite passant par ladite goulotte.
Une telle goulotte permet de conférer à la portion de conduite flexible qu'elle soutient une courbure contrôlée pour éviter une courbure excessive qui dégraderait irrémédiablement ladite conduite.
La fonction de ces goulottes et dispositions de conduites flexibles est de créer une courbe en chaînette double plongeante en amont de la goulotte entre le support flottant et la goulotte, afin d'éviter ou de réduire le plus possible les sollicitations et déplacements des conduites flexibles au niveau de leurs points de contact avec le sol marin lesquelles déstructurent le sol marin en créant des tranchées et fragilisent la conduite en raison de flexions alternées dans la zone du point de contact, obligeant à en renforcer sa structure et/ou à protéger le sol marin. Les sollicitations et déplacements du point de contact de la conduite flexible avec le sol marin sont effectivement réduits du fait que les sollicitations et déplacements de conduites sont amortis par la première portion de conduite flexible en forme de chaînette double plongeante créée par le passage de la conduite sur ladite goulotte, cette première portion étant plus sollicitée pour absorber les déplacements horizontaux du support flottant que la deuxième portion de conduite flexible en chaînette simple.
Une dite ligne flexible sous-marine suspendue à ses deux extrémités prend de par son propre poids la forme d'une courbe dite en chaînette double plongeante, connue de l'homme de l'art, c'est-à-dire descendant en configuration de chaînette jusqu'à un point bas de tangente horizontale (voir ci-après) pour remonter ensuite jusqu'audit support flottant, laquelle chaînette plongeante autorise des déplacements importants de ses extrémités absorbés par les déformations de la conduite flexible, notamment la montée ou la descente dudit point bas de la chaînette plongeante.
On rappelle que la portion de conduite flexible entre une extrémité à laquelle elle est suspendue et le point bas de tangence horizontal à savoir dans le cas de ladite deuxième portion de conduite flexible le point de contact au fond de la mer, adopte une courbe géométrique formée par une portion de conduite de poids uniforme en suspension soumise à la gravité, appelée "chaînette" est une fonction mathématique de type cosinus hyperbolique Coshx = (ex + e"x)/2, reliant l'abscisse et l'ordonnée d'un point quelconque de la courbe selon les formules suivantes : y = R0(cosh(x/R0) _1)
R = R0.(Y/R0 + l)2 dans lesquelles : - x représente la distance dans la direction horizontale entre ledit point de contact et un point M de la courbe,
- y représente l'altitude du point M (x et y sont donc les abscisses et ordonnées d'un point M de la courbe par rapport à un repère orthonormé dont l'origine est audit point de contact), - Ro représente le rayon de courbure au dit point de contact, c'est à dire au point de tangence horizontale,
- R représente le rayon de courbure au point M (x, y).
Ainsi, la courbure varie le long de la chaînette depuis l'extrémité supérieure où son rayon de courbure a une valeur maximale Rmax, jusqu'au point de contact avec le sol où son rayon de courbure a une valeur minimale Rmin (ou R0 dans la formule ci-dessus). Sous l'effet des vagues, du vent et du courant, le support de surface se déplace latéralement et verticalement, ce qui a pour effet de soulever ou de reposer la conduite en forme de chaînette, au niveau du fond de la mer.
Dans le cas d'une liaison fond-surface par chaînette simple, la portion la plus critique de la chaînette se situe dans la portion proche du point de contact et, la plus grande partie des efforts dans cette partie basse de la chaînette sont en fait engendrés par les mouvements propres du support flottant et par les excitations qui surviennent dans la partie haute de la chaînette soumise au courant et à la houle, l'ensemble de ces excitations se propageant alors mécaniquement tout le long de la conduite jusqu'au pied de chaînette.
La fonction essentielle de la première portion de chaînette double plongeante de conduite flexible en amont de la goulotte est donc, plus précisément d'absorber, au moins en partie, les mouvements de la conduite et/ou les mouvements des supports flottants auquel ladite ligne flexible est reliée, en découplant mécaniquement les mouvements respectifs de ladite deuxième portion de conduite flexible en chaînette simple et dudit support flottant. Mais, une autre fonction est aussi de réduire les efforts de traction exercés par ladite deuxième portion de conduite flexible, sur l'équipement marin et/ou l'extrémité de la conduite reposant au fond de la mer auquel elle est reliée, le cas échéant. Dans la technique antérieure, ces goulottes de support intermédiaire desdites conduites flexibles sont maintenues en sub- surface à une certaine profondeur par des flotteurs supportant ou auquel sont suspendues chacune des goulottes. Mais, ces flotteurs sont soumis à des déplacements importants ce qui requiert de prévoir une distance suffisante entre les différents flotteurs pour éviter que ceux-ci ne viennent se heurter les uns contre les autres.
Ces contraintes impliquent un étalement de la zone d'exploitation et une limitation du nombre de liaisons fond-surface flexibles pouvant être reliées sur un même support flottant, au niveau des bordés, pour éviter les interférences entre les différentes liaisons flexibles et les différents flotteurs. C'est pourquoi on cherche à fournir une installation apte à exploiter depuis un même support flottant une pluralité de liaisons fond-surface de type flexible d'encombrement et mouvement réduits et qui soit aussi plus simple à poser et pouvant être fabriquée en mer depuis un navire de pose de conduite.
Dans WO 00/31372 et EP 0 251 488, on décrit des pluralités de liaisons fond-surface dans lesquelles des conduites flexibles s'étendent depuis un support flottant jusqu'au fond de la mer en passant par une structure support rigide supportant pluralité de goulottes toutes disposées à une même hauteur côte à côte décalées latéralement, lesdites goulottes étant supportées par une dite structure support reposant au fond de la mer ou par une dite structure support suspendue à des flotteurs et reliée par pas plus de 2 tendons à une embase ancrée au fond de la mer. Les extrémités supérieures et inférieures des tendons sont reliées à la structure support au niveau de points d'accroché de la à la structure support et respectivement à l'embase aux niveaux de points d'accroché de celles-ci ici dénommés « points d'accroché supérieure » et « points d'accroché inférieure».
Dans l'art antérieur, on cherche à minimiser le nombre de tendons entre la structure support de goulottes et l'embase au fond de la mer, ceci afin de se trouver avec pas plus de 2 points d'accroché supérieur alignés au niveau de la structure support de goulottes et donc pas plus de tendons alignés dans un même plan, en général vertical, au niveau de leurs extrémités supérieures afin d'obtenir une liaison mécanique isostatique. En effet, si on met en œuvre 3 tendons, le maintien d'une liaison isostatique requiert que les 3 points d'accroché supérieure desdits tendons parallèles entre eux et sensiblement verticaux, soient en disposition triangulaire, de préférence un triangle équilatéral, dans un plan qui ne soit pas un plan sensiblement vertical. Plus ledit triangle s'aplatit, c'est-à-dire que son sommet tend vers un angle de 180°, plus on se rapproche d'une configuration de trois points alignés et plus on s'écarte d'une configuration isostatique. Mécaniquement, une configuration est dite « isostatique », quand la répartition des efforts dans lesdits tendons est univoque donc calculable de manière connue. Par contre, dans le cas de trois tendons dont les points d'accroché supérieurs sont alignés, ainsi que dans le cas de plus de trois tendons, le système devient mécaniquement « hyperstatique », c'est-à-dire que la répartition des efforts dans chacun des tendons ne peut plus être calculée de manière univoque. Dans ce cas hyperstatique, comme dans le cas d'un tabouret à quatre pieds, l'ensemble devient possiblement bancal, certains tendons pouvant reprendre une plus grande partie de la charge, alors que d'autres seront moins chargés, voire dans certains cas complètement mous, c'est-à-dire qu'ils ne reprendront aucune charge.
Dans l'art antérieur précédemment décrit, la rupture d'un tendon, conduit soit à la ruine de l'installation dans le cas où le tendon est unique, soit à un déséquilibre dangereux de la structure support de goulottes dans le cas de deux tendons, ou encore dans le cas de trois tendons disposés en triangle dans un plan non sensiblement vertical. Il en résulte alors en général un basculement très important, voire complet, de la structure support de goulottes qui risque d'endommager de manière irrémédiable les conduites flexibles ou les câbles électriques qu'elles supportent et ainsi mener à la ruine partielle ou totale de l'installation fond-surface. De plus, de tels incidents risquent de causer des pollutions majeures, dans le cas de lignes de production de pétrole brut. Ces ruptures sont particulièrement redoutées dans le cas d'installations où la profondeur d'eau n'est pas très importante, c'est-à- dire quelques dizaines voire quelques centaines de mètres, car dans ces profondeurs, la houle et le courant agissent sur toute la tranche d'eau et sont alors particulièrement agressifs vis-à-vis de la structure support de goulottes équipée de ses goulottes et de ses éléments de flottabilité. De plus, la houle, le vent et les courants déstabilisent aussi le support flottant et les mouvements créés se répercutent par l'intermédiaire des conduites flexibles sur la structure support immergée, donc sur les tendons et leurs points d'accroché supérieur et inférieur. Ainsi, lorsque la profondeur n'est pas très importante, c'est-à-dire jusqu'à 300m de profondeur d'eau et lorsque les conditions océano-météo sont sévères, les flexibles, la structure porteuse des goulottes et ses liaisons avec la fondation au fond de la mer sont particulièrement soumises à des efforts importants, voire extrêmes créant une usure et une fatigue, principalement au niveau des extrémités des tendons et de leurs points d'attache. De tels accidents se sont déjà produits dans un passé récent.
Une solution connue mais non satisfaisante pour diminuer l'hyperstaticité d'un système à tendons multiples consiste à concevoir une structure support de goulottes présentant une grande souplesse, c'est-à-dire pouvant se déformer de manière importante, ce qui permet de faire participer alors, mais dans certaines limites, l'ensemble des tendons. Le principal inconvénient de cette configuration est que les problèmes de fatigue et d'usure craints au niveau des tendons et de leurs points d'accroché, sont alors reportés vers la structure support et peuvent ainsi conduire, en cas d'incident à des dommages pires encore.
Un autre problème est de fournir un système d'ancrage de ladite structure support pour lequel on puisse sans difficultés effectuer des opérations de maintenance consistant à changer l'un quelconque des tendons, sans perturber le fonctionnement du dispositif, donc sans avoir besoin de déconnecter les conduites et/ou arrêter la production pétrolière Plus particulièrement, le problème posé selon la présente invention est donc de fournir une installation avec une multiplicité de liaisons fond-surface de conduite flexible à partir d'une même structure de support de goulottes ancrées au fond de la mer par une pluralité de tendons d'au moins 3 tendons de manière mécaniquement quasi ou pseudo isostatique d'une part et d'autre part dont la maintenance soit la plus aisée possible.
Un autre problème est de pouvoir réaliser une fabrication et mise en place aisée par fabrication et pose séquentielle des différentes conduites à partir d'un navire de pose en surface, et d'optimiser la mise en œuvre des moyens de flottabilité et de tensionnement et ancrage de la structure support de goulottes dans le cas d'une mise en place étalée dans le temps sur une longue période de temps entre la mise en place des différentes liaisons fond-surface flexibles et ce, sans qu'il soit nécessaire de connaître au départ le nombre de liaisons qui sont à poser, ni leurs caractéristiques en termes de dimensions, et de poids unitaire.
En effet, lors de la phase d'ingénierie du développement d'un champ pétrolifère, le réservoir de pétrole n'est connu à ce stade que de manière incomplète, la production à plein régime impose alors bien souvent de reconsidérer, au bout de quelques années, les schémas initiaux de production et l'organisation des équipements associés. Ainsi, lors de l'installation du système initial, le nombre de liaisons fond- surface et leur organisation est défini par rapport à des besoins estimés, lesdits besoins étant de manière quasi-systématique revus à la hausse après la mise en production du champ, soit pour la récupération du pétrole brut, soit pour la nécessité d'injecter davantage d'eau dans le réservoir, soit encore pour récupérer ou réinjecter davantage de gaz. Au fur et à mesure de l'épuisement du réservoir, on est en général amené à forer de nouveaux puits pour réinjecter de l'eau ou du gaz, ou encore à forer des puits de production en de nouveaux endroits du champ, de manière à augmenter le taux de récupération global, ce qui complique d'autant l'ensemble des liaisons fond-surface reliées au bordé du FPSO.
Un autre problème de la présente invention est aussi de fournir une installation de liaisons fond-surface flexibles d'une grande résistance et d'un faible coût, et dont les procédés de fabrication et mise en place et de maintenance des différents éléments constitutifs soient simplifié et également d'un faible coût, et puisse être réalisé en mer depuis un navire de pose.
Pour ce faire, la présente invention concerne un dispositif comprenant une structure rigide maintenue immergée en sub-surface par des flotteurs et ancrée au fond de la mer par des tendons, utile pour supporter une pluralité d'éléments de support et guidage en forme d'arche dénommés goulottes dans une installation de liaisons fond- surface entre un même support flottant et le fond de la mer, comprenant une pluralité de lignes flexibles comprenant des conduites flexibles s'étendant jusqu'au fond de la mer où elles sont connectées à des têtes de puits, équipements ou extrémités de conduites sous- marines reposant au fond de la mer, lesdites lignes flexibles étant supportées par respectivement ladite pluralité de goulottes.
Ladite structure de support de goulottes est reliée à une embase reposant et/ou ancrée au fond de la mer par une pluralité de n tendons tensionnés sensiblement parallèlement, de préférence sensiblement verticalement, par lesdits flotteurs, n étant au moins égal à 3, une pluralité de p dits tendons parmi les n tendons, p étant au moins égal à (n-2), étant reliés à une de leurs extrémités chacun à un dispositif de variation de distance solidaire de ladite embase ou de ladite structure support, ledit dispositif de variation de distance étant relié à ladite embase ou ladite structure support ou solidaire de ladite embase ou de ladite structure support, l'autre extrémité dudit tendon étant fixée à un point d'accroché solidaire de ladite structure support ou respectivement de ladite embase, ledit dispositif de variation de distance étant apte à être actionné pour faire varier la distance entre son point d'accroché audit tendon et ladite embase ou dite structure support à laquelle il est fixé ou relié.
Plus particulièrement et de préférence, l'extrémité supérieure dudit tendon est fixée à un point d'accroché supérieure solidaire de ladite structure support ou respectivement dudit dispositif de variation distance, l'extrémité inférieure dudit tendon étant fixée à un point d'accroché inférieure solidaire dudit dispositif de variation distance ou respectivement de ladite embase, ledit dispositif de variation de distance étant apte à : - faire varier la distance entre ledit point d'accroché supérieure et ladite structure support, lorsque ledit dispositif de variation de distance est solidaire de ladite structure support, ou
- faire varier la distance entre un dit point d'accroché inférieure et ladite embase, lorsque ledit dispositif de variation de distance est solidaire de ladite embase.
On comprend que, dans tous les cas, le dispositif de variation de distance selon l'invention permet de faire varier la distance entre ladite structure support et ladite embase.
On comprend également que ledit dispositif de variation de distance lorsqu'il est solidaire à ladite structure est fixé à ladite structure support en sous face de celle-ci, et lorsqu'il est solidaire de ladite embase, ledit dispositif de variation de distance est fixé sur la surface supérieure de ladite embase.
On comprend que la diminution ou l'augmentation de la distance entre ladite structure support et ladite embase, du fait de l'actionnement dudit dispositif de variation de distance, entraine une augmentation ou respectivement une diminution de la tension dudit tendon. D'autre part, l'augmentation de la tension dudit tendon peut entraîner une élongation dudit tendon avec une augmentation proportionnelle à la tension, de sa longueur, en pratique une élongation inférieure à 1 %. On comprend que, dans ce cas, la variation de distance entre ladite structure support et ladite embase est sensiblement identique à la variation de distance entre ledit point d'accroché inférieure (ou supérieure) et ladite embase (ou respectivement dite structure support), la différence résultant de la variation de longueur du tendon lorsque la tension dans ledit tendon augmente du fait que la distance entre ladite embase et ladite structure support diminue. Plus précisément, dans ce cas, la variation de distance entre ladite embase et ladite structure support est légèrement supérieure à la variation de distance entre ledit point d'accroché inférieure (ou supérieure) et ladite embase (ou respectivement dite structure support) du fait de l'élongation du tendon.
Ainsi, il est possible de configurer à volonté en cours d'exploitation la répartition des charges reprises par les différents tendons en fonction des charges supportées par ladite structure support au niveau des différentes goulottes en ajustant la tension des dits tendons à l'aide des dits dispositifs de variation de distance. Les dispositifs de variation de distance permettent alors de rendre le système quasi isostatique, et le cas échéant permet de répartir de manière contrôlée la charge sur chacun des tendons. D'autre part, le dispositif de variation de distance permet de faciliter la maintenance et remplacement d'un tendon en tant que de besoin en en réduisant la tension en tant que de besoin.
En pratique pour des tendons de 10 à 150m, lorsque la structure support est immergée de 200 à 3000m de profondeur, le dispositif de variation de distance permet d'ajuster la distance entre les points d'accroché supérieure et inférieure entre 0 et 3m, de préférence entre 0 et 1.5m ce qui est suffisant pour ajuster les tensions en fonction des rééquilibrages requis selon les charges créées par lesdites conduites ou lignes flexibles au niveau des goulottes. On comprend que ledit dispositif de variation de distance peut être solidaire (i) de ladite structure support auquel cas ledit point d'accroché supérieur est solidaire du dispositif de variation de distance ou (ii) solidaire de préférence de ladite embase au fond de la mer auquel cas ledit point d'accroché inférieur est solidaire du dispositif de variation de distance.
De préférence, lesdits points d'accroché supérieure desdits p tendons sont disposés au niveau de ladite structure support et lesdits points d'accroché inférieure desdits p tendons sont disposés au niveau desdits dispositifs de variation de distance, lesdits dispositifs de variation de distance étant solidaires de ladite embase, de préférence fixées sur la surface supérieure de ladite embase, et chaque dit dispositif de variation de distance permet de faire varier la distance entre ledit point d'accroché inférieure et ladite embase.
L'intervention au niveau d'un dispositif de variation de distance, pour son actionnement ou sa manutention, est plus aisée lorsqu'il est fixé sur l'embase car il est davantage dégagé, notamment pour permettre les manutentions à l'aide d'un robot sous-marin comme décrit ci-après, que lorsqu'il est positionné en sous face de la structure support compte tenu de l'encombrement lié à la multiplicité des conduites et lignes flexibles passant au niveau des goulottes. Dans ce cas, le dispositif de variation de distance est un dispositif de variation de la distance entre ledit point d'accroché inférieur et ladite embase.
De façon connue, un dit tendon est constitué d'un câble ou d'une chaîne ou encore d'une barre rigide articulée à ses extrémités. De préférence, ledit tendon relié à un dit dispositif de variation de distance est un câble ou une chaîne simple.
Le cas échéant, les deux tendons non reliés à un dit dispositif de variation de distance, sont situés aux deux extrémités longitudinales opposées de la structure support de préférence avec leurs deux points d'accroché supérieure correspondants disposés en diagonale. Dans le cas de trois tendons non reliés à un dit dispositif de variation de distance, les points d'accroché supérieure des trois dits tendons sont dans un plan sensiblement horizontal et forment un triangle, de préférence le plus proche d'un triangle équilatéral.
De préférence, tous les tendons sont reliés à un dit dispositif de variation de distance. Dans FR 2954966, on décrit un dispositif comportant une structure rigide de support d'une pluralité de goulottes du type décrit ci-dessus, ladite structure étant ancrée par une pluralité de lignes d'ancrage dont les points d'accroché supérieure sont disposés par paires en quatre zones de la structure, les quatre zones étant disposées en trapèze. Si une paire de tendons dans un des angles du trapèze vient à céder, les autres tendons ne sont plus certains d'assurer la stabilité de la structure support en toutes circonstances à la manière d'un trépied instable, comme explicité plus loin.
Un but de la présente invention est donc de fournir une installation améliorée d'une grande quantité de liaisons fond-surface flexibles permettant de relier un support flottant avec une pluralité de têtes de puits et/ou d'installations sous-marines installées au fond de la mer, comprenant un structure support de goulottes immergée ancrée au fond le mer par une pluralités de tendons qui surmonte les inconvénient mentionnés ci-dessus.
Pour ce faire, la présente invention fournit un dispositif comportant une structure rigide maintenue immergée en sub-surface par des flotteurs et ancrée au fond de la mer par des tendons, utile pour supporter une pluralité d'éléments de support et guidage en forme d'arche dénommés goulottes dans une installation de liaisons fond- surface entre un même support flottant et le fond de la mer, comprenant une pluralité de lignes flexibles comprenant des conduites flexibles s'étendant jusqu'au fond de la mer où elles sont connectées à des têtes de puits, équipements ou extrémités de conduites sous- marines reposant au fond de la mer, lesdites lignes flexibles étant supportées par respectivement ladite pluralité de goulottes, dispositif dans lequel :
- ladite structure de support de goulottes est reliée à une embase reposant et/ou ancrée au fond de la mer par une pluralité de n tendons tensionnés sensiblement parallèlement, de préférence sensiblement verticalement, par lesdits flotteurs, n étant au moins égal à 6, une pluralité de p dits tendons parmi les n tendons, p étant au moins égal à (n-2), étant reliés à une de leurs extrémités chacun à un dispositif de variation de distance, ledit dispositif de variation de distance étant relié à ladite embase ou ladite structure support ou solidaire de ladite embase ou de ladite structure support, l'autre extrémité dudit tendon étant fixée à un point d'accroché solidaire de ladite structure support ou respectivement de ladite embase, ledit dispositif de variation de distance étant apte à être actionné pour faire varier la distance entre son point d'accroché audit tendon et ladite embase ou dite structure support à laquelle il est fixé ou relié, et
- l'extrémité supérieure dudit tendon est fixée à un point d'accroché supérieure solidaire de ladite structure support ou respectivement dudit dispositif de variation distance, l'extrémité inférieure dudit tendon étant fixée à un point d'accroché inférieure solidaire dudit dispositif de variation distance ou respectivement de ladite embase, ledit dispositif de variation de distance étant apte à :
- faire varier la distance entre ledit point d'accroché supérieure et ladite structure support, lorsque ledit dispositif de variation de distance est solidaire de ladite structure support, ou - faire varier la distance entre un dit point d'accroché inférieure et ladite embase, lorsque ledit dispositif de variation de distance est solidaire de ladite embase, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte au moins 6 points d'accroché supérieure dont au moins 3 premiers points d'accroché supérieure sont inscrits dans un cercle (C), les au moins 3 autres points d'accroché supérieure étant disposés sur ou à l'intérieur dudit cercle (C). De préférence, ladite structure support présente une forme longitudinale de section sensiblement rectangulaire en section horizontale, et les au moins 3 dit premiers points d'accroché supérieure sont disposés à proximité de chacune des extrémités longitudinales de ladite structure support.
On comprend donc que deux desdits points d'accroché sont disposés à proximité d'une première extrémité longitudinale, l'autre dit point d'accroché étant disposé du côté de l'extrémité longitudinale opposée de ladite structure support. On comprend que tous lesdits points d'accroché supérieure sont répartis pour moitié d'un côté d'un diamètre dudit cercle et pour l'autre moitié de l'autre côté dudit diamètre, de façon à ce que de préférence la résultante des tensions exercées par lesdits tendons au niveau de leurs dits points d'accroché supérieure sur ladite structure rigide s'applique à proximité du centre de gravité de ladite structure rigide correspondant sensiblement au centre dudit cercle.
De préférence, tous lesdits points d'accroché supérieure sont répartis de façon à être disposés symétriquement par rapport au centre dudit cercle. Plus particulièrement, au moins deux dits points d'accroché supérieure sont diamétralement opposés et disposés à proximité respectivement de chacune des extrémités longitudinales opposées de ladite structure support.
Plus particulièrement encore, lesdits points d'accroché supérieure selon la présente invention sont disposés et espacés dans un plan de section horizontale de ladite structure de telle sorte qu'au moins deux points d'accroché supérieure inscrits dans ledit cercle (C) soient disposés à proximité respectivement de chacune des extrémités longitudinales opposées de ladite structure support et au moins deux dits points d'accroché supérieure inscrits sur le cercle (C) soient disposés à proximité respectivement de chacune des extrémités transversales opposées de ladite structure support, ladite direction transversale étant la direction perpendiculaire à la direction longitudinale de ladite structure support dans ledit plan de section horizontale. Plus particulièrement encore, lorsqu'il y a seulement trois points d'accroché supérieure inscrits sur un dit cercle, ils sont de préférence disposés pour former un triangle isocèle.
Plus particulièrement, ladite structure support présente une forme longitudinale de section sensiblement rectangulaire en section horizontale, de préférence sensiblement symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian (YZ), le dispositif comportant au moins 6 tendons reliés chacun à un dit dispositif de variation de distance et ladite structure support comporte au moins 6 dits points d'accroché supérieure dont 4 points d'accroché supérieure définissent les 4 angles d'un rectangle, les deux autres points d'accroché supérieure étant disposés à l'intérieur d'un cercle (C) circonscrit audit rectangle, de préférence au niveau ou à proximité des deux grandes longueurs du rectangle de préférence encore au niveau de l'axe médian transversal (XX') dudit rectangle, les 4 points d'accroché d'angle étant disposés à proximité des extrémités longitudinales de ladite structure support.
Cette forme de structure support est la plus pratique pour supporter une pluralité de goulottes disposées parallèlement de manière juxtaposée latéralement et successivement dans ladite direction longitudinale. Pour cette configuration, même lorsqu'un tendon connaît une rupture, les 5 autres tendons disposés en trapèze assurent une stabilisation de la structure support pendant le remplacement dudit tendon à remplacer. En revanche, avec seulement 5 tendons en trapèze, on ne serait plus certain d'assurer la stabilité de la structure support en toute circonstance en cas de rupture d'un tendon avec seulement 4 tendons restants tensionnés, car dans certaines configurations, le trapèze se transformerait en triangle de type instable. Dans un mode de réalisation, ladite structure support comprend deux parties articulées en rotation autour d'un axe de rotation (XI ΧΊ), sensiblement horizontal, de préférence médian, apte à autoriser une rotation relative de chacune des deux dites parties articulées l'une par rapport à l'autre, d'un angle de -10° à +10°, de préférence de -5° à + 5°, ladite rotation étant limitée par des butées supérieures et des butées inférieures de chacune des deux dites parties articulées de structure support, les deux dites parties articulées de structure support étant de préférence symétriques par rapport à un plan vertical médian passant par ledit axe de rotation (XI ΧΊ), chacune des deux dites parties articulées étant reliée à ladite embase par au moins trois dits tendons dont au moins un, de préférence les trois, est (sont) relié(s) à une de ses (leurs) extrémités à un dispositif de variation de distance.
Plus particulièrement, chaque dite partie articulée de dite structure support présente une forme longitudinale de section sensiblement rectangulaire en section horizontale, de préférence sensiblement symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian (YZ), le dispositif comportant au moins 6 tendons reliés chacun à un dit dispositif de variation de distance, et ladite structure support comporte au moins 6 points d'accroché supérieure, chaque dite partie articulée de dite structure support comprenant au moins :
- deux points d'accroché supérieure disposés aux extrémités longitudinales de chaque dite partie articulée les plus éloignées dudit axe de rotation (XI ΧΊ), et - un point d'accroché supérieure disposé plus proche dudit axe de rotation que d'une dite extrémité longitudinale.
Plus particulièrement encore, les points d'accroché supérieure de ladite première partie articulée de structure support sont disposés symétriquement, aux trois points d'accroché supérieurs de la deuxième partie articulée de structure support par rapport au plan sensiblement vertical passant par ledit axe de rotation, de préférence en triangle isocèle. Ce mode de réalisation en deux parties articulées est particulièrement avantageux pour les structures support de très grandes dimensions, car il diminue la rigidité d'ensemble et facilite l'ajustement des tensions des tendons du fait de l'indépendance relative des tendons de chacune des deux demi structures.
Le dispositif de variation de distance peut être un système de câbles avec un dit point d'accroché à son extrémité coopérant avec des et tambours, poulies et/ou treuils ou de préférence un dispositif de type actionneur linéaire de longueur variable, de préférence du type vérin, soit un vérin mécanique, soit un vérin hydraulique.
Dans un mode préféré de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend au moins un dit dispositif de variation de distance comprenant un vérin, de préférence un vérin mécanique ou de préférence hydraulique. La mise en œuvre d'un vérin hydraulique est avantageuse car elle permet de corréler la tension dudit tendon avec la pression hydraulique à l'intérieur du corps de vérin indiquée par un manomètre ou de préférence un capteur de pression au niveau d'un orifice du corps de vérin. Plus particulièrement, ledit point d'accroché inférieur est solidaire de la tige mobile d'un dit vérin hydraulique dont le corps de vérin est solidaire de l'embase.
On comprend que la rétractation de la tige du vérin permet de diminuer la distance entre le point d'accroché inférieure et ladite embase et donc d'augmenter la tension du dit tendon et l'extension de la tige du vérin permet d'augmenter la distance entre ledit point d'accroché inférieure et ladite embase et donc diminuer la tension du dit tendon.
Dans un mode préféré de réalisation, ledit vérin comprend un manomètre ou de préférence un capteur de pression au niveau d'un orifice du corps de vérin et un dispositif de verrouillage apte à verrouiller la tige en position, de préférence par fermeture étanche de la chambre de vérin.
De préférence encore, ledit vérin hydraulique est relié ou apte à être relié à une centrale d'alimentation en fluide de pressurisation embarquée dans un robot sous-marin de préférence piloté depuis un deuxième navire en surface.
Plus particulièrement, ladite structure de support supporte de 5 à 12 goulottes en forme d'arche de 1.5 à 3 m de rayon de courbure, ladite structure de support mesurant de 3 à 5 m de large et 10 à 30 m de long de poids propre dans l'air de 30 à 50 T et ladite structure support comprenant une flottabilité intégrée en sous face des goulottes de sorte que chaque dit tendon est soumis à une tension de 0,5 à 10 T, de préférence de 1 à 5T, ledit tendon étant dimensionné pour être apte à supporter une tension d'un multiple de 2 à 4 de ladite tension à laquelle il est soumis.
Plus particulièrement encore, ladite structure support est une structure métallique en treillis s'étendant longitudinalement horizontalement.
Plus particulièrement encore, ladite structure support rigide est suspendue à un flotteur supérieur immergé auquel elle est reliée par des éléments de liaison souples tels que des élingues, et/ou de préférence ladite structure support est supporté par au moins un flotteur inférieur intégré sur laquelle elle est fixée.
Plus particulièrement encore, ladite structure de support supporte une pluralité de goulottes, de préférence au moins 5 goulottes, décalées latéralement parallèlement dans une direction (ΥΥ') de ladite structure de support, lesdites goulottes étant en forme d'arche de préférence disposées symétriquement par rapport à un plan axial longitudinal vertical (YZ) de ladite structure de support. Selon d'autres caractéristiques avantageuses: - une dite conduite flexible est maintenue dans une dite goulotte par des moyens de retenue et/ou des moyens d'accrochage ; et
- les goulottes supportées par une même structure de support rigide sont disposées à des hauteurs différentes ; et - les extrémités des goulottes qu'il supporte comprennent un déflecteur dont le profil est apte à éviter d'endommager la portion de conduite flexible pouvant rentrer en contact avec ledit déflecteur en cours de pose de la conduite sur une dite goulotte.
La présente invention fournit également une installation de liaisons fond-surface entre un même support flottant et le fond de la mer, comprenant une pluralité de lignes flexibles comprenant des conduites flexibles s'étendant depuis ledit support flottant jusqu'au fond de la mer où elles sont connectées à des têtes de puits, équipements ou extrémités de conduites sous-marines reposant au fond de la mer, lesdites lignes flexibles étant supportées par respectivement une dite pluralité de goulottes délimitant chacune deux portions de conduite comprenant une première portion de ligne flexible en configuration de chainette double plongeante entre le support flottant et ladite goulotte et une deuxième portion de ligne flexible en configuration de chainette simple entre ladite goulotte et le point de contact de la conduite flexible au fond de la mer, lesdites goulottes étant supportées par un dispositif de support de goulottes selon l'invention.
La présente invention fournit également une méthode de modification des tensions auxquelles sont soumis les différents dits tendons d'un dispositif de support selon l'invention caractérisé en ce que on actionne au moins un dit dispositif de variation de distance de manière à ajuster la tension dudit tendon auquel il est relié à une valeur contrôlée souhaitée.
La présente invention fournit également une méthode selon l'invention caractérisée en ce que l'on diminue la tension d'un dit tendon en actionnant un dit dispositif de variation de distance auquel il est relié puis on effectue le remplacement du tendon.
La présente invention fournit également une méthode selon l'invention caractérisé en ce que la liaison mécanique des différents tendons au niveau de ladite structure support est rendu mécaniquement quasi isostatique en actionnant au moins un dit dispositif de variation de distance.
On entend ici par « quasi isostatique », de façon connue, le fait que la tension dans chacun des tendons est connue et que lors des mouvements de la structure support de goulottes sous les effets de la houle, du courant et des déplacements du support flottant, ladite structure support de goulottes se déplaçant sensiblement dans un plan horizontal, la tension dans chacun desdits tendons varie de manière connue et dans une limite fixée par la géométrie d'ensemble desdits tendons, de préférence parallèles entre eux.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui va suivre, en référence aux figures suivantes dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue de côté d'une installation de liaisons fond-surface selon l'invention entre un support flottant 2 ancré 2b et une structure de support métallique 5 supportant une pluralité de goulottes en forme d'arches 4, ancrée sur une embase 8 reposant sur le fond de la mer 3, au moyen d'une pluralité de tendons 7,
- la figure 2A est une vue de côté d'une installation de l'art antérieur dans le cas d'une conduite flexible 1 unique reposant sur une goulotte en forme arche 4 unique, ancrée par un tendon 7 unique se terminant à son extrémité supérieure par une patte d'oie 7c de sorte que le tendon est accroché à la goulotte au niveau de 2 points d'accroché supérieure 7a, un élément de flottabilité étant situé au- dessus de la goulotte et connecté à cette dernière,
- la figure 2B est une vue de face d'une installation de l'art antérieur comportant une structure supportant trois goulottes, ladite structure étant ancrée par deux tendons, et équipée d'un flotteur unique,
- la figure 3A est une vue de face dans le plan YZ d'une installation selon l'invention comportant une structure 5 solidaire d'une pluralité de flotteurs intégrés 6a à ladite structure, supportant une pluralité de goulottes, à savoir six goulottes 4a à 4f, ladite structure étant ancrée par six tendons 7 accrochés en six points d'accroché supérieure 7al à 7a6, - les figures 3B et 3C sont des vues de dessous de la structure 5 à section horizontale (plan XY) rectangulaire relative à la figure 3A détaillant la disposition dans un rectangle des six points d'accroché supérieure 7al à 7a6 des six tendons,
- les figures 3D et 3E sont des vues de dessous de la structure 5 à section horizontale (plan XY) rectangulaire montrant deux points d'accroché supérieur 7a3-7a4, situés en encorbellement de la structure 5, 3 points d'accroché supérieure (fig. 3E) ou 4 points d'accroché supérieure (fig. 3D) étant inscrits dans un cercle (C), les autres points d'accroché supérieure étant situés à l'intérieur du cercle C, - la figure 4A est une vue de côté dans le plan XZ de la figure 3A détaillant des éléments de flottabilité 6a constitué de caissons à section dans le plan XZ de type prismatique ou rectangulaire intégrés à la structure porteuse 5 en sous face des goulottes, lesdits caissons étant remplis de composés solides, liquides ou gazeux, plus légers que l'eau de mer,
- la figure 4B est une vue de côté de la figure 3A détaillant des éléments de flottabilité constitués de caissons 6a de type cylindriques à section dans le plan XZ circulaire intégrés à la structure porteuse des goulottes, - la figure 5 est une vue de côté d'une installation au niveau d'une embase commune 8 comportant deux dispositifs de variation de distance 10 permettant l'ajustement individuel de la longueur de chacun de deux tendons 7-1, 7-2 accrochés à des points d'accroché inférieure 7bl, 7b2 au niveau de la tige 10b d'un vérin 10 selon l'invention, et
- la figure 6 est une variante de réalisation d'un dispositif de variation de distance 10 comprenant un vérin 10 équipé d'un manomètre de pression hydraulique 11c du vérin selon l'invention, et
- les figures 7A à 7C représentent un mode de réalisation dans lequel ladite structure support 5 comprend deux parties articulées en rotation 5-1, 5-2 par rapport à un axe médian Χ1Χ . Sur la figure 1 on a représenté une installation de liaisons fond- surface comprenant deux conduites flexibles ou câbles électriques la, lb reliés à une extrémité 2a à un support flottant 2, maintenu en position par des lignes d'ancrage 2b, l'autre extrémité desdites conduites flexibles reposant sensiblement en le au fond de la mer 3. Les conduites flexibles la, lb sont en configuration de chaînette plongeante descendante depuis le support flottant 2, jusqu'à un point de tangence horizontale, respectivement la', lb', puis en configuration de chaînette remontante jusqu'à l'entrée 4al d'une goulotte, respectivement 4a et 4b, dont le rayon de courbure R est supérieur au rayon de courbure minimum acceptable par lesdites conduites flexibles ou lesdits câbles. Ainsi, la conduite flexible la entre en 4al dans la goulotte 4a, puis repose sur ladite goulotte et ressort en 4a2 pour rejoindre en configuration de chaînette simple lal, le sol marin 3 sensiblement en le. Chacune des goulottes 4a, 4b, etc. est positionnée en décalage latéral, les unes par rapport aux autres, sur la structure 5, comme représenté sur les figures 2B et 3A. En général, les goulottes d'une même installation ont toutes le même rayon de courbure et sont solidarisées entre elles au moyen de ladite structure 5. Ladite structure comporte des éléments de flottabilité 6 qui peuvent être soit intégrés 6a à ladite structure 5, soit extérieurs, en général sous forme de flotteurs 6b situés au-dessus de ladite structure et reliés à cette dernière au moyen d'un tendon simple 6cl, comme représenté sur la figure 2A, ou d'une patte d'oie 6c2, comme représenté sur la figure 2B.
La structure support 5 est maintenue sensiblement à une altitude h par rapport au fond de la mer grâce à une pluralité de tendons 7 reliés à leurs extrémités supérieures à des points d'accroché supérieure 7a à ladite structure 5 et leurs extrémités inférieures à des points d'accroché inférieure 7b à une embase 8 reposant sur le fond marin 3, par exemple une embase poids, ou encore une ancre à succion enfoncée dans le sol appelée ci-après fondation.
Dans l'art antérieur, représenté sur les figures 2A et 2B, on cherche en général à minimiser le nombre de tendons entre la structure 5 et l'embase 8. Ainsi, dans le cas d'une conduite flexible 1 simple, comme représenté sur la figure 2A, on utilise un seul tendon 7, le cas échéant relié à ladite structure 5 par le biais d'une patte d'oie 7c, ledit tendon étant alors dans le même plan vertical que ladite conduite flexible. De même, dans le cas d'une pluralité de conduites flexibles ou de câbles électriques disposés sur une pluralité de 3 goulottes 4a à 4c juxtaposées latéralement, comme représenté sur la figure 2B, la structure support 5 est reliée à son embase 8 au moyen de deux tendons, connectés le cas échéant à ladite structure support 5 par le biais d'une patte d'oie (non représentée).
Ces deux moyens d'ancrage de la structure support 5 sont en général préférés car ils permettent de minimiser le nombre de tendons, donc le coût global, et de plus ils représentent chacun un mode d'ancrage isostatique. Pour rester isostatique, on pourrait, dans le cas de la figure 2B envisager de mettre en œuvre trois tendons, mais il conviendrait, pour conserver le caractère isostatique de l'ensemble, que lesdits points d'accrochage desdits tendons ne soient pas alignés mais soient en configuration triangulaire, dans un plan quelconque qui ne soit pas un plan vertical. Ainsi, dans l'art antérieur précédemment décrit, la rupture d'un tendon, soit conduit à la ruine de l'installation comme dans le cas de la figure 2A où le tendon est unique, soit conduit à un déséquilibre dangereux de la structure 5 dans le cas de deux tendons comme représenté sur la figure 2B, ou dans le cas de trois tendons disposés en triangle dans un plan non sensiblement vertical. Il en résulte alors en général un basculement très important, voire complet, de la structure 5 qui risque d'endommager de manière irrémédiable les conduites flexibles ou les câbles électriques et ainsi mener à la ruine partielle ou totale de l'installation fond-surface. Dans le cas d'un tendon unique, la structure 5 est alors complètement libre de se déplacer vers le haut et en toutes directions, sans aucun contrôle possible. De plus, de tels incidents risquent de causer des pollutions majeures, dans le cas de lignes de production de pétrole brut.
Ces ruptures sont particulièrement redoutées dans le cas d'installations où la profondeur d'eau n'est pas très importante, c'est-à- dire quelques dizaines voire quelques centaines de mètres, car dans ces profondeurs, la houle et le courant agissent sur toute la tranche d'eau et sont alors particulièrement agressifs vis-à-vis de la structure 5 équipée de ses goulottes et de ses éléments de flottabilité. De plus, la houle, le vent et les courants déstabilisent aussi le support flottant et les mouvements créés se répercutent par l'intermédiaire des conduites flexibles sur la structure 5, donc sur les tendons 7 et leurs points d'accroché supérieure 7a et inférieure 7b. Ainsi, lorsque la profondeur n'est pas très importante, c'est-à-dire de 25 à 300m de profondeur d'eau et lorsque les conditions océano-météo sont sévères, les flexibles, la structure porteuse des goulottes et ses liaisons avec la fondation sont particulièrement soumises à des efforts importants, voire extrêmes créant une usure et une fatigue, principalement au niveau des extrémités des tendons et de leurs points d'attache. De tels accidents se sont déjà produits dans un passé récent.
De manière à éviter les conséquences de la rupture d'un tendon, ou de l'un de ses points d'attache, le dispositif selon l'invention ancre avantageusement la structure 5 par le biais d'au moins 6 tendons répartis de préférence de manière symétrique de part et d'autre de l'axe YY de ladite structure 5 comme représenté en vue de dessous sur la figure 3B. Chacun des points d'accroché supérieure 7al-7a2-7a3-7a4- 7a5-7a6 de la structure est relié au point d'accroché inférieure correspondant, non représenté, respectivement 7bl-7b2-7b3-7b4-7b5- 7b6, par l'intermédiaire d'un tendon, respectivement 7i-72-73-74-75-76, tous les tendons étant de préférence parallèles entre eux et verticaux.
Sur la figure 5, on a illustré les points d'accroché inférieur 7bl- 7b2, ainsi que les tendons 7i-72, lesdits points d'accroché inférieure étant solidaires, selon l'invention, non pas directement de la fondation 8, mais d'un dispositif de variation de distance 10 servant à ajuster la distance L, respectivement Li-L2, dudit point d'accroché inférieure à ladite fondation 8. En effet, une structure rigide 5 ancrée par deux tendons reliés à la fondation, voire trois tendons, à condition que les trois points d'accroché supérieure 7a desdits tendons ne soient pas alignés, ni situés dans un même plan vertical, présentent mécaniquement une configuration dite « isostatique », c'est-à-dire que la répartition des efforts dans lesdits tendons est univoque donc calculable de manière connue, notamment en fonction de la répartition de la charge supportée par la structure support 5 et des éléments de flottabilité intégrés à ladite structure. Par contre, dans le cas de trois tendons dont les points d'attache supérieurs sont alignés, ainsi que dans le cas de plus de trois tendons, le système devient « hyperstatique », c'est-à-dire que la répartition des efforts dans chacun des tendons ne peut plus être calculée de manière univoque. Dans ce cas hyperstatique, comme dans le cas d'un tabouret à quatre pieds, l'ensemble peut devenir bancal et certains tendons reprendront une grande partie de la charge, alors que d'autres tendons seront peu chargés, voire dans certains cas complètement mous, c'est-à-dire qu'ils ne reprendront aucune charge.
Une solution pour diminuer l'hyperstaticité du système à tendons multiples consiste à concevoir une structure 5 présentant une grande souplesse, c'est-à-dire pouvant se déformer de manière importante, ce qui permet de faire participer alors, mais dans certaines limites, l'ensemble des tendons. Le principal inconvénient de cette configuration est que les problèmes de fatigue et d'usure craints au niveau des tendons et de leurs points de fixation, sont alors reportés vers la structure 5 et peuvent ainsi conduire, en cas d'incident à des dommages pires encore. Pour redonner un caractère pseudo ou quasi-isostatique, c'est-à- dire diminuer l'hyperstaticité du système à tendons multiples, on installe avantageusement sur les tendons, de préférence sur chacun des tendons, un dispositif de variation de distance 10 selon l'invention, apte à permettre le réglage de la distance entre son point d'accrochage supérieur 7a à la structure 5 et son point d'accrochage inférieur à la fondation 8.
Sur les figures 3 à 6, on a représenté en vue de côté un dispositif destiné à rendre quasi-isostatique le dispositif global d'ancrage de la structure 5 sur l'embase 8, quelque soit le nombre de tendons 7, c'est- à-dire 3 tendons dans le cas d'une seule rangée de tendons situés dans un même plan vertical médian longitudinal de la structure 5, ou de préférence six tendons disposés en rectangle dans le cas de deux rangées parallèles de 3 tendons sensiblement alignés dans un même plan sensiblement vertical disposés respectivement sur les longueurs du rectangle avec 4 points d'accroché supérieure aux 4 angles du rectangle tel que représenté sur les figures 3B, 3C et 3D.
Sur la figure 3B les deux points d'accroché supérieure intermédiaires 7a3 et 7a4 sont disposés au niveau de l'axe transversal médian XX de la structure 5 tandis que sur la figure 3C les deux points d'accroché supérieure intermédiaires 7a3 et 7a4 sont décalés de part et d'autre de l'axe transversal médian XX de la structure 5.
Sur les figures 3D et 3E, deux points d'accroché supérieure intermédiaires 7a3 et 7a4 sont décalés de part et d'autre de l'axe transversal médian XX de la structure et décalés selon XX à l'extérieur des longs côtés du rectangle, de telle manière qu'ils se retrouvent solidarisés à ladite structure 5, mais en encorbellement. Sur la figure 3E, un petit côté du rectangle est bordé par 2 points d'accroché supérieure d'angle 7al, 7a2, le côté opposé du rectangle dans la direction longitudinale comportant un seul point d'accroché supérieure 7a6 en position médiane. Dans tous les cas, l'ensemble des points d'accroché supérieure des tendons se trouve alors sur ou à l'intérieur du cercle C circonscrit au rectangle formé par les quatre points d'accroché supérieure 7al, 7a2, 7a5, 7a6 aux 4 angles (fig.3D) ou du cercle circonscrit au triangle formé par les 3 points d'accroché supérieure 7al, 7a2 et 7a6 (fig.3E).
Ainsi, une configuration non symétrique tel que sur les figures 3C, 3D ou 3E conviendra avantageusement dans certains cas de disparités de tailles de conduites flexibles, c'est-à-dire de disparités dans les efforts verticaux induits par ces conduites et leur implantation respective sur ladite structure 5 ainsi que dans la répartition des éléments de flottabilité. On entend ici par « quasi-isostatique », le fait que tous les tendons collaborent à la reprise de la tension créée par la flottabilité résultante dirigée vers le haut et que chacun desdits tendons reprend sensiblement un pourcentage connu et ajustable de ladite tension globale. Le dispositif de variation de distance et ajustement quasi- isostatique 10 selon l'invention permet, au niveau de chacun des tendons du dispositif, et de manière individuelle, d'ajuster la distance entre l'embase 8 et la structure 5, et d'ainsi répartir de manière parfaitement contrôlée la charge unitaire dans chacun desdits tendons, donc de rendre le dispositif quasiment isostatique.
Pour ce faire, l'altitude L par rapport à la fondation 8, du point d'accroché inférieure 7b du tendon 7 peut être ajustée grâce au dispositif de variation de distance 10 représenté ici comme étant un vérin hydraulique à blocage mécanique de tige, connu de l'homme de l'art. Ledit dispositif de variation de distance 10 selon l'invention est constitué d'un corps de vérin 10a solidaire de l'embase, et d'une tige de vérin 10b au sommet de laquelle se trouve le point d'accroché inférieure 7b du tendon 7. L'axe dudit vérin 10a-10b est de préférence vertical. Le corps de vérin 10a est muni d'un orifice 11 permettant de relier par un conduit lia ledit vérin à une centrale hydraulique (non représentée) disponible à bord d'un ROV 13, sous-marin automatique piloté depuis un navire d'installation 14 en surface. Ainsi, en pressurisant le vérin, on force la tige de vérin à se rétracter en longueur vers le bas et l'on ajuste et réduit de ce fait la distance entre l'embase 8 et la structure 5 et donc les longueurs ce qui a pour effet d'augmenter la tension au niveau du tendon concerné. En agissant successivement sur chacun des tendons, on répartit ainsi avantageusement et de manière parfaitement contrôlée la charge que reprend chacun des tendons, ce qui permet de rendre l'ensemble « quasi-isostatique ».
Lorsque l'on force le vérin en augmentant la pression P du fluide dans le vérin, la tige de ce dernier se rétracte, et la tension dans le tendon concerné augmente. Ainsi, le pourcentage d'effort global repris par ledit tendon augmente, et les autres tendons voient en général leur tension décroître légèrement.
De même, lorsque l'on réduit la pression P du fluide dans le vérin, la tige du vérin se déploie, et la tension dans le tendon concerné diminue de sorte que le pourcentage d'effort global repris par ledit tendon diminue, et les autres tendons voient en général leur tension croître légèrement.
Ainsi, la pressurisation ou la dépressurisation d'un dit vérin, permet d'ajuster la distance entre la fondation 8 et le point d'accroché supérieure 7a au niveau de chacun des tendons et de manière individuelle, et donc d'ajuster le pourcentage de la tension globale T repris individuellement par ledit tendon. Lorsque l'ajustement est achevé, on actionne un dispositif de verrouillage en position 12-12a de la tige 10b du vérin, puis on relâche la pression du vérin et on déconnecte le flexible d'alimentation hydraulique lia. Sur cette figure 5 on a représenté sur la droite le dispositif de variation de distance 10 relatif au tendon 72 en position verrouillée 12a à l'altitude L2, et sur la gauche, le dispositif de variation de distance 10 relatif au tendon 7i en cours d'ajustement à l'altitude Ll, le ROV 13 (sous-marin automatique d'intervention piloté depuis la surface) relié par le conduit 13a à l'orifice de pressurisation 11 étant en train d'ajuster la pression P du vérin, donc la tension dans ledit tendon Ί x. Lors de cet ajustement, le dispositif de verrouillage 12 est maintenu en position ouverte 12b, donc le vérin est libre de se déplacer en allongement ou en rétractation.
Pour des raisons de symétrie, on préfère en général équiper chacun des tendons 7 de son propre dispositif de variation de distance 10. Toutefois, dans le cas de n tendons, il peut être suffisant de disposer de n-2 dispositifs de variation de distance 10. En effet, les deux tendons non ajustables, de préférence situés aux extrémités longitudinales opposées de la structure 5, définissent alors l'axe sensiblement horizontal de référence d'ancrage de la structure 5 vis-à- vis de l'embase 8, l'ajustement de chacun des autres tendons permet alors de rendre le système quasi isostatique, donc permet de répartir de manière contrôlée la charge sur chacun des tendons. On pourrait de même ne disposer que n-1 dispositifs de variation de distance 10 pour n tendons. On peut de même installer n-3 dispositifs de variation de distance
10 pour n tendons, les trois tendons non ajustables et non alignés, définissant alors un triangle sensiblement horizontal et donc un plan de référence sensiblement horizontal pour la structure 5 vis-à-vis de l'embase 8. L'ajustement de chacun des autres tendons permet alors de rendre le système quasi isostatique, donc permet de répartir de manière contrôlée la charge sur chacun des tendons, mais ces trois alternatives ne constituent pas la version préférée de l'invention.
En effet, dans une version préférée de l'invention où chacun des tendons comporte un dispositif de variation de distance 10 permettant l'ajustement de longueur des tendons, on peut alors sans difficultés effectuer des opérations de maintenance consistant à changer l'un quelconque des tendons, sans perturber le fonctionnement du dispositif, donc sans avoir besoin d'arrêter la production pétrolière. En effet, il suffit alors de :
- reconnecter le circuit hydraulique 13a du ROV 13 à l'orifice 11 du vérin 10a, puis - déverrouiller le dispositif 12- 12b et relâcher la pression du vérin pour détendre complètement ledit tendon ; puis
- déconnecter le tendon et le remplacer par un nouveau tendon ; puis
- retensionner ledit tendon à sa valeur initiale ; puis - verrouiller le dispositif 12-12a et déconnecter le ROV 13.
Lors d'une telle opération de maintenance d'un tendon, qui intervient en général après la rupture dudit tendon, la force globale T se répartit provisoirement entres les n-1 tendons actifs, les tensions augmentant en général dans l'ensemble desdits n-1 tendons, puis revenant à la valeur initiale lorsque un nouveau tendon a été réinstallé et sa tension propre réajustée grâce au dispositif 10, comme il a été expliqué ci-dessus. Ces opérations de changement de tendon peuvent être avantageusement effectuées de manière préventive, par exemple tous les 5 ans, de manière à éviter les problèmes de fatigue et de rupture dont les conséquences sont redoutées.
Pour la simplicité et la clarté des explications, le dispositif de variation de distance et d'ajustement 10 a été décrit sur la base d'un vérin hydraulique à simple effet, car la mesure de la pression P du vérin permet ainsi de connaître très précisément la tension T appliquée dans le tendon concerné. Toutefois, on aurait très bien pu utiliser un dispositif de variation de distance 10 constitué par un vérin mécanique à vis ou à crémaillère. Mais, dans ce cas, il convient en outre d'intégrer dans ledit dispositif une cellule de mesure de la charge ou tension appliquée au dit tendon tel un dynamomètre à lecture directe par un ROV, ou à transmission de données vers la surface jusqu'au poste de commandement situé à bord du support flottant, de manière à pouvoir ajuster correctement la répartition de l'ensemble des charges dans les divers tendons.
Sur la figure 6 on a représenté une version préférée de l'invention dans laquelle le vérin 10 est dépourvu de dispositif de blocage de tige 12, mais est bloqué hydrauliquement par fermeture étanche en 11b de la chambre interne dudit vérin. Ainsi, le vérin est en permanence sous pression et on dispose avantageusement un manomètre ou un capteur de pression installé de manière permanente lia sur l'orifice 11 dudit vérin. On dispose ainsi d'un affichage permanent de la tension de chacun des tendons, cette tension étant corrélée à ladite pression du vérin, et cet affichage peut être très simplement consulté lors d'inspections routinières effectuées à intervalles réguliers, par exemple par un ROV 13. En équipant ledit orifice 11 d'un capteur de pression lia, l'information peut alors être transmise de manière automatique et permanente jusqu'au FPSO, soit par un câble électrique, soit de manière acoustique, et l'on dispose alors au niveau du commandement, un état parfaitement précis de l'ensemble des arches flexibles et de leur système d'ancrage. En cas de rupture de l'un quelconque des tendons, le commandement en sera instantanément informé, et le cas échéant sera capable de déterminer le tendon défaillant. De même, en cas d'endommagement d'un élément de flottabilité 6, soit une rupture complète ou un envahissement partiel, la tension verticale globale diminuera et certains tendons 7 verront leur tension baisser. Le commandement du FPSO en sera alors rapidement informé et pourra ainsi lancer les actions correctives.
A titre d'exemple, une structure de supportage 5 de goulottes 4 comporte de 5 à 12 goulottes de 1.5 à 3m de rayon de courbure et mesure de 3 à 5m de large, de 5 à 30m de long et son poids propre dans l'air peut atteindre et dépasser 30 à 50 tonnes, voire plus. La flottabilité intégrée 6a à la structure 5 ou sous forme flotteur 6b situé au-dessus de ladite structure est dimensionnée de manière à compenser le poids propre de ladite structure 5 équipée de ses goulottes et divers accessoires non représentés, ainsi que le poids propre de l'ensemble des conduites flexibles 1 en configuration de chaînette. Un complément de flottabilité 6a est intégré à l'ensemble de manière à créer une tension permanente vers le haut de 3 à 60 tonnes, de préférence de 6 à 30 tonnes. Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'ajuster la tension dans les divers tendons en divisant sensiblement les efforts précédents par six, à savoir pour chacun des tendons, une tension permanente de 0.5 à 10 tonnes, de préférence de 1 tonne à 5 tonnes. De manière à éviter la défaillance du dispositif en cas de rupture d'un tendon ou d'un point d'attache 7a-7b, voire dans certains cas de deux tendons ou de leur points d'attache, on dimensionnera avantageusement les tendons et leurs points d'attache respectifs avec un coefficient de sécurité de 2 à 4, par exemple ; ainsi, pour un effort nominal de 2 tonnes, on dimensionne le tendon et ses points d'accrochage pour des efforts de 5 à 10 tonnes. On évite ainsi les problèmes de fatigue et d'usure ainsi que les risques de rupture, qui même si elle se produit, ne mettrait de toutes façons pas en danger la liaison fond-surface dans son ensemble.
Sur les figures 7A et 7C on a représenté une dite structure support 5 comprenant deux parties articulées en rotation 5-1, 5-2 autour d'un axe de rotation médian Χ1Χ , sensiblement horizontal, apte à autoriser une rotation relative de chacune des deux dites parties articulées l'une par rapport à l'autre, d'un angle alpha de -10° à +10°, de préférence de -5° à + 5°, ladite rotation étant limitée par des butées supérieures 5a et des butées inférieures 5b de chacune des deux dites parties articulées de structure support. Les deux dites parties articulées de structure support sont de forme et disposition symétriques par rapport à un plan vertical médian passant par ledit axe de rotation Χ1Χ . En pratique, le plan supérieur de ladite première partie articulée 5-1 varie d'un angle alpha par rapport au plan supérieur de ladite deuxième partie articulée 5-2. Chacune des deux dites parties articulées 5-1, 5-2 est reliée à ladite embase par trois dits tendons reliés chacun à une de leurs extrémités à un dispositif de variation de distance (non représenté). Chaque dite partie articulée 5-1, 5-2 de dite structure support 5 présente une forme longitudinale de section sensiblement rectangulaire en section horizontale, sensiblement symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian (YZ), chaque dite partie articulée 5-1, 5-2 de dite structure support 5 comprenant :
- deux points d'accroché supérieure 7al-7a2, 7a5-7a6 disposés aux extrémités longitudinales à proximité des angles de chaque dite partie articulée les plus éloignées dudit axe de rotation (Xl-X'l), et
- un point d'accroché supérieure 7a3, 7a4 disposé plus proche dudit axe de rotation que d'une dite extrémité longitudinale.
Les 3 points d'accroché supérieure 7al-7a2-7a3 de ladite première partie articulée de structure support 5-1 sont disposés en triangle isocèle symétriquement aux trois points d'accroché supérieure 7a4-7a5- 7a6 de la deuxième partie articulée de structure support 5-2 par rapport au plan sensiblement vertical passant par ledit axe de rotation,.
On entend ici par « support flottant » aussi bien une barge ou navire qu'une plateforme semi-submersible du type décrit ci-dessus.
On comprend que ladite partie supérieure de la structure support, supportant ou sur laquelle sont fixées lesdites goulottes selon la présente invention, est une structure rigide autre qu'un flotteur.
Dans un mode de réalisation particulier, une dite conduite flexible est maintenue dans une dite goulotte par des moyens de retenue et/ou des moyens d'accrochage. Cette caractéristique vise à stabiliser l'ensemble des conduites flexibles et à favoriser les sollicitations et déplacements dans ladite première portion desdites conduites flexibles.
La structure de support 5 de goulottes est une structure rigide, mais les sollicitations et déplacements notamment au niveau du point de contact des conduites avec le sol marin sont néanmoins considérablement réduits du fait du tensionnement de ladite structure de support par lesdits flotteurs. Pour faciliter la pose des conduites flexibles à partir d'un navire de pose comme explicité plus loin dans la description, les extrémités des goulottes comprennent un déflecteur dont le profil est apte à éviter d'endommager la portion de conduite flexible pouvant rentrer en contact avec ledit déflecteur en cours de pose de la conduite sur une dite goulotte inférieure.
Le sommet du fond de la goulotte est le point situé à mi longueur curviligne de la goulotte.
Ladite structure support peut également supporter des goulottes servant au guidage et au support de lignes flexibles autres que lesdites conduites flexibles et donc de plus petit diamètre.
Pour la clarté des figures, les goulottes ont été décrites comme étant des portions de tore tronqué présentant une section transversale circulaire dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre de la conduite flexible, mais la forme de l'arche dans le plan XZ' peut tout aussi bien être de type ellipse, parabolique ou toute autre forme à courbure variable, dont la courbure maximale est inférieure à la courbure critique limite de ladite conduite flexible. De même, la section transversale de la goulotte peut être de forme quelconque, par exemple en forme de U, étant entendu que la largeur intérieure du U dans la portion de goulotte est légèrement supérieure au diamètre de la conduite flexible. Un dispositif de verrouillage, non représenté, solidarise chacun des flexibles à sa goulotte respective, de manière à éviter tout glissement axial dudit flexible par rapport à sa propre goulotte.
Le rayon de courbure des diverses goulottes a été représenté dans les diverses figures comme étant identiques, mais on adoptera avantageusement des rayons de courbure adaptés à chacune des conduites, ce qui permettra de minimiser le poids de l'ensemble et ainsi de réduire la flottabilité nécessaire.
Les chaînettes simples la, lb se déforment de manière significative lorsque le support flottant 2 se déplace au gré de la houle, du vent et des courants. Par contre, les portions de chaînette simples lal et lbl se déformeront très peu et donc restent sensiblement fixes quelque soient les déplacements du support flottant. On a décrit le dispositif de variation de distance et d'ajustement
10 comme étant solidaire à une de ses extrémités soit de l'embase 8, soit de la structure 5, l'autre extrémité étant solidaire du tendon, mais ledit dispositif 10 peut aussi être solidaire d'un côté dudit tendon et de l'autre, d'une liaison articulée, par exemple un second tendon, ce dernier étant solidaire à son autre extrémité soit de l'embase 8, soit de la structure 5. Ainsi, ledit dispositif 10 se trouve disposé entre un premier tendon et un second tendon, néanmoins, cette disposition particulière ne constitue pas la version préférée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif comprenant une structure rigide (5) maintenue immergée en sub-surface par des flotteurs (6) et ancrée au fond de la mer par des tendons (7), utile pour supporter une pluralité d'éléments de support et guidage en forme d'arche dénommés goulottes (4) dans une installation de liaisons fond-surface entre un même support flottant (2) et le fond de la mer (3), comprenant une pluralité de lignes flexibles comprenant des conduites flexibles (l,la,lt>) s'étendant jusqu'au fond de la mer où elles sont connectées à des têtes de puits, équipements ou extrémités de conduites sous-marines reposant au fond de la mer, lesdites lignes flexibles étant supportées par respectivement ladite pluralité de goulottes, dispositif dans lequel :
- ladite structure de support de goulottes (5) est reliée à une embase (8) reposant et/ou ancrée au fond de la mer par une pluralité de n tendons tensionnés sensiblement parallèlement, de préférence sensiblement verticalement, par lesdits flotteurs, n étant au moins égal à 6, une pluralité de p dits tendons (7) parmi les n tendons, p étant au moins égal à (n-2), étant reliés à une de leurs extrémités (7a, 7b) chacun à un dispositif de variation de distance (10), ledit dispositif de variation de distance étant relié à ladite embase (8) ou ladite structure support (5) ou solidaire de ladite embase (8) ou de ladite structure support (5), l'autre extrémité dudit tendon étant fixée à un point d'accroché solidaire de ladite structure support (5) ou respectivement de ladite embase (8), ledit dispositif de variation de distance (10) étant apte à être actionné pour faire varier la distance entre son point d'accroché audit tendon et ladite embase ou dite structure support à laquelle il est fixé ou relié, et
- l'extrémité supérieure dudit tendon est fixée à un point d'accroché supérieure (7a) solidaire de ladite structure support (5) ou respectivement dudit dispositif de variation distance (10), l'extrémité inférieure dudit tendon étant fixée à un point d'accroché inférieure (7b) solidaire dudit dispositif de variation distance (10) ou respectivement de ladite embase (8), ledit dispositif de variation de distance (10) étant apte à :
- faire varier la distance entre (i) ledit point d'accroché supérieure (7a) et ladite structure support, lorsque ledit dispositif de variation de distance (10) est solidaire de ladite structure support (5), ou
- faire varier la distance entre (i) un dit point d'accroché inférieure (7b) et ladite embase (8), lorsque ledit dispositif de variation de distance (10) est solidaire de ladite embase (8), caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins 6 points d'accroché supérieure (7al, 7a2, 7a3, 7a4, 7a5 et 7a6) dont au moins 3 premiers points d'accroché supérieure (7al, 7a2, 7a6) sont inscrits dans un cercle (C), les au moins 3 autres points d'accroché supérieure (7a3, 7a4, 7a5) étant disposés sur ou à l'intérieur dudit cercle (C).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure support (5) présente une forme longitudinale de section sensiblement rectangulaire en section horizontale, et les au moins 3 dit premiers points d'accroché supérieure (7al, 7a2, 7a6) sont disposés à proximité de chacune des extrémités longitudinales de ladite structure support (5).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure support (5) présente une forme longitudinale de section sensiblement rectangulaire en section horizontale, de préférence sensiblement symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian (YZ), le dispositif comportant au moins 6 tendons reliés chacun à un dit dispositif de variation de distance (10), et ladite structure support (5) comporte au moins 6 points d'accroché supérieure (7a) dont 4 points d'accroché supérieure (7al,7a2,7a5,7a6) définissent les 4 angles d'un rectangle, les deux autres points d'accroché supérieure (7a3,7a4) étant disposés à l'intérieur d'un cercle (C) circonscrit audit rectangle, de préférence au niveau ou à proximité des deux grandes longueurs du rectangle, de préférence encore au niveau de l'axe médian transversal (XX') dudit rectangle, les 4 points d'accroché d'angle (7al,7a2,7a5,7a6) étant disposés à proximité des extrémités longitudinales de ladite structure support (5).
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite structure support (5) comprend deux parties articulées en rotation (5-1, 5-2) autour d'un axe de rotation (XI ΧΊ), sensiblement horizontal, de préférence médian, apte à autoriser une rotation relative de chacune des deux dites parties articulées l'une par rapport à l'autre, d'un angle de -10° à +10°, de préférence de -5° à + 5°, ladite rotation étant limitée par des butées supérieures (5a) et des butées inférieures (5b) de chacune des deux dites parties articulées de structure support, les deux dites parties articulées de structure support étant de préférence symétriques par rapport à un plan vertical médian passant par ledit axe de rotation (XI ΧΊ), chacune des deux dites parties articulées (5-1, 5-2) étant reliée à ladite embase par au moins trois dits tendons dont au moins un, de préférence les trois, est (sont) relié(s) à une de ses (leurs) extrémités à un dispositif de variation de distance (10).
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque dite partie articulée (5-1, 5-2) de dite structure support (5) présente une forme longitudinale de section sensiblement rectangulaire en section horizontale, de préférence sensiblement symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian (YZ), le dispositif comportant au moins 6 tendons reliés chacun à un dit dispositif de variation de distance(lO), et ladite structure support (5) comporte au moins 6 points d'accroché supérieure (7a), chaque dite partie articulée (5-1, 5-2) de dite structure support (5) comprenant au moins :
- deux points d'accroché supérieure (7al-7a2, 7a5-7a6) disposés aux extrémités longitudinales de chaque dite partie articulée les plus éloignées dudit axe de rotation (XI ΧΊ), et - un point d'accroché supérieure (7a3, 7a4) disposé plus proche dudit axe de rotation que d'une dite extrémité longitudinale.
6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les points d'accroché supérieure (7al-7a2-7a3) de ladite première partie articulée de structure support (5-1) sont disposés symétriquement, aux trois points d'accroché supérieurs (7a4-7a5-7a6) de la deuxième partie articulée de structure support (5-2) par rapport au plan sensiblement vertical passant par ledit axe de rotation, de préférence en triangle isocèle.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure dudit tendon est fixée à un point d'accroché supérieure (7a) solidaire de ladite structure support (5) ou respectivement dudit dispositif de variation distance (10), l'extrémité inférieure dudit tendon étant fixée à un point d'accroché inférieure (7b) solidaire dudit dispositif de variation distance (10) ou respectivement de ladite embase (8), ledit dispositif de variation de distance (10) étant apte à :
- faire varier la distance entre (i) ledit point d'accroché supérieure (7a) et ladite structure support, lorsque ledit dispositif de variation de distance (10) est solidaire de ladite structure support (5), ou
- faire varier la distance entre (i) un dit point d'accroché inférieure (7b) et ladite embase (8), lorsque ledit dispositif de variation de distance (10) est solidaire de ladite embase (8).
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits points d'accroché supérieure (7a) desdits p tendons sont disposés au niveau de ladite structure support (5) et lesdits points d'accroché inférieurs (7b) desdits p tendons sont disposés au niveau desdits dispositifs de variation de distance (10), lesdits dispositifs de variation de distance étant solidaires de ladite embase, de préférence fixées sur la surface supérieure de ladite embase (8), et chaque dit dispositif de variation de distance (10) permet de faire varier la distance entre ledit point d'accroché inférieur (7b) et ladite embase.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits tendons sont des câbles ou chaînes.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dit dispositif de variation de distance (10) comprenant un vérin, de préférence un vérin mécanique ou de préférence hydraulique.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit point d'accroché inférieure est solidaire de la tige mobile (10b) d'un dit vérin hydraulique dont le corps de vérin (10a) est solidaire de l'embase (8).
12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce ledit vérin comprend un manomètre (11c) ou de préférence un capteur de pression au niveau d'un orifice (11) du corps de vérin et un dispositif de verrouillage (11b, 12) apte à verrouiller la tige en position, de préférence par fermeture étanche de la chambre de vérin.
13. Dispositif selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit vérin hydraulique (10) est relié (lia) ou apte à être relié à une centrale d'alimentation en fluide de pressurisation embarquée dans un robot sous-marin (13) de préférence piloté depuis un deuxième navire (14) en surface.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ladite structure de support (5) supporte de 5 à 12 goulottes en forme d'arche de 1.5 à 3 m de rayon de courbure, ladite structure de support mesurant de 3 à 5 m de large et 10 à 30 m de long de poids propre dans l'air de 30 à 50 T et ladite structure support (5) comprenant une flottabilité intégrée en sous face des goulottes de sorte que chaque dit tendon est soumis à une tension de 0,5 à 10 T, de préférence de 1 à 5T, ledit tendon étant dimensionné pour être apte à supporter une tension d'un multiple de 2 à 4 de ladite tension à laquelle il est soumis.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ladite structure support est une structure métallique en treillis s'étendant longitudinalement horizontalement.
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que ladite structure support rigide est suspendu à un au moins flotteur supérieur immergé (6b) auquel elle est relié par des éléments de liaison souples tels que des élingues (6c), et/ou de préférence ladite structure support est supporté par au moins un flotteur inférieur intégré (6a) sur laquelle elle est fixée.
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ladite structure de support (5) supporte une pluralité de goulottes (4), de préférence au moins 5 goulottes décalées latéralement parallèlement dans une direction (ΥΥ', ΥιΥΊ, Y2Y'2) de ladite structure de support (5), lesdites goulottes étant en forme d'arche de préférence disposées symétriquement par rapport à un plan axial longitudinal vertical (YZ) de ladite structure de support.
18. Installation de liaisons fond-surface entre un même support flottant (2) et le fond de la mer (3), comprenant une pluralité de lignes flexibles comprenant des conduites flexibles (l,la,lb) s'étendant depuis ledit support flottant jusqu'au fond de la mer où elles sont connectées à des têtes de puits, équipements ou extrémités de conduites sous- marines reposant au fond de la mer, lesdites lignes flexibles étant supportées par respectivement une dite pluralité de goulottes délimitant chacune deux portions de conduite comprenant une première portion de ligne flexible (1-1) en configuration de chaînette double plongeante entre le support flottant (2) et ladite goulotte et une deuxième portion de ligne flexible (1-2) en configuration de chaînette simple entre ladite goulotte et le point de contact (l-2a, l-2b) de la conduite flexible au fond de la mer, lesdites goulottes étant supportées par un dispositif selon l'une des revendications 1 à 17.
19. Méthode de modification des tensions auxquelles sont soumis les différents dits tendons d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'on actionne un dit dispositif de variation de distance (10) de manière à ajuster la tension dudit tendon auquel il est relié à une valeur contrôlée souhaitée.
20. Méthode selon la revendication 19, caractérisée en ce que l'on diminue la tension d'un dit tendon en actionnant un dit dispositif de variation de distance auquel il est relié puis on effectue le remplacement du tendon.
21. Méthode selon la revendication 19, caractérisée en ce que la liaison mécanique des différents tendons au niveau de ladite structure support est rendu mécaniquement quasi isostatique en actionnant au moins un dit dispositif de variation de distance.
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