OA10531A - Dispositif de liaison de deux structures marines - Google Patents

Description

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La présente invention est relative à un dispositifde liaison de deux structures marines dont l’une au moinsest flottante et, plus particulièrement, à un teldispositif établi entre une structure souple ou ancrée et 5 une structure flottante, ancrée ou libre.

On a récemment proposé, pour l'exploration etl'exploitation de champs pétroliers en mer, un ensembleconstitué par une plate-forme de forage et/ou deproduction reliée à un navire d'assistance accueillant 10 les services et/ou des équipements nécessaires au travailsur la plate-forme : logements pour le personnel, outilset équipements divers, sources de fluides et d'énergieetc... Du fait des transferts fréquents de matériel et depersonnel qui interviennent alors entre la plate-forme et 15 le navire d'assistance, il est nécessaire que ceux-cirestent en étroite proximité pendant des périodes detemps qui peuvent être longues.

Lorsque l'une des structures est fixe, par exempleune plate-forme posée sur un fond marin par 20 l'intermédiaire d'un support du type "jacket", une bargeou "tender" d'assistance est classiquement amarrée surson mouillage et sa position par rapport à la plate-formeest contrôlée à l'aide de ses propres lignes d'ancragequi maintiennent la barge à proximité du jacket. Lorsque 25 les conditions d'environnement (le vent, les courantsmarins et la houle) deviennent sévères, de telle manièreque des chocs entre les deux structures sont possibles,on interrompt les travaux et on éloigne la barge de laplate-forme.

Ces dispositions ne sont pas aisément applicablesquand la plate-forme est souple car les excursions decelle-ci, sous l'action de l'environnement sévère, sontgrandes et le contrôle de la distance relative qui lasépare de la barge devient difficile. 30 010531

Pour maintenir une plate-forme souple au contactd’un navire d'assistance, on connaît du brevet desEtats-Unis d’Amérique n° 5 439 324 un dispositif comportantdes pare-chocs fixés en regard sur la plate-forme et surle navire d’assistance, respectivement, et des moyenspour charger le navire d’assistance et la plate-formel'un contre l'autre, pare-choc contre pare-choc. Ledispositif décrit assure un découplage efficace des deuxstructures vis-à-vis des efforts verticaux. Par contre,les efforts appliqués dans un plan horizontal par l'unede ces structures à l'autre sont alors intégralementtransmis à travers les pare-chocs. Ces efforts peuventêtre importants compte tenu des comportements hydrodynamiquestrès différents d'une plate-forme souple et d'un bâtimentde surface. Il convient alors de renforcer fortement lacoque du bâtiment et la partie flottante de la plate-forme pour qu'ils résistent aux efforts transmis, ainsique les lignes de connexion et d'ancrage de cesstructures pour qu'elles résistent aux efforts importantsqu'elles peuvent subir. Toutes ces mesures sont coûteuseset grèvent fortement le coût de fabrication et de laplate-forme et du navire d'assistance.

La présente invention a pour but de fournir undispositif de liaison entre de telles structures, qui neprésente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus etqui assure donc un maintien en étroite proximité desstructures par un contrôle souple de leurs mouvementsrelatifs dans un plan horizontal, avec atténuation desefforts transmis entre elles pour éviter lesrenforcements de structures coûteux évoqués ci-dessus.

La présente invention a aussi pour but de fournir untel dispositif autorisant des mouvements dynamiques desdeux structures qui n'affectent pas sensiblement laproximité recherchée de ces structures, tels que desmouvements de roulis, de tangage ou de pilonnement. 3 010531

On atteint ces buts de l’invention ainsi qued’autres qui apparaîtront à la lecture de la descriptionqui va suivre, avec un dispositif de liaison de deuxstructures marines dont l’une au moins est flottante,remarquable en ce qu’il comprend a) des moyens de rappelélastiques des deux structures l'une vers l'autre et b)des moyens de butée élastiques répartis entre les deuxstructures et activés par la mise en contact de celles-cipour atténuer des transmissions d'efforts entre cesstructures.

Comme on le verra plus loin, la combinaison de cesmoyens assurent, dans un plan horizontal, une liaison denature élastique des structures aussi bien quand lesstructures tendent à s'écarter 1'une de 1'autre quelorsqu'elles se rapprochent. Dans ce dernier cas, lesefforts transmis entre les structures sont atténués, cequi permet d'éviter les renforcements de ces structuresévoqués plus haut. Dans tous les cas, le dispositifsuivant l'invention maintient constamment une étroiteproximité entre les deux structures, conformément au butessentiel poursuivi par la présente invention.

Suivant un mode de réalisation préféré del'invention, les moyens de butée élastiques comprennentau moins un ensemble de deux organes, l'un des organesétant constitués par une défense pneumatique montée surune des structures et l'autre organe prenant la formed'une plaque d'appui articulée sur l'autre structure etréagissant élastiquement contre la défense pneumatique.De préférence, . lesdits moyens de butée élastiquescomprennent deux ensembles de deux organes, les deuxensembles étant distants horizontalement l'un de l'autreentre les deux structures. Chaque plaque d'appui estmontée sur une barre de torsion définissant un axe derotation pour la plaque et développant une force 4 010531 élastique sur cette plaque quand celle-ci est écartéed’une position neutre.

Les moyens de rappel élastiques des deux structuresl’une vers l’autre peuvent comprendre au moins despremière et deuxième paires de lignes tenduesélastiquement, les lignes de chaque paire étant montéesentre les deux structures à distance l'une de l'autre,les lignes de la première paire et de la deuxième paireétant orientées de manière à s'opposer principalement auxmouvements d'embardée et de cavalement, respectivement,d'une structure flottante. D'autres caractéristiques et avantages de laprésente invention apparaîtront à la lecture de ladescription qui va suivre et à l'examen du dessin annexédans lequel : - la figure 1 est une vue perspective d'une plate-forme flottante à lignes tendues et d'une barged'assistance assemblées par le dispositif de liaisonsuivant 1'invention, - la figure 2 est une vue perspective de la partiehaute de la plate-forme seule, faisant apparaître plusvisiblement les différents organes constituant ledispositif suivant l'invention, - la figure 3 est une vue en plan schématique dudispositif suivant l'invention, utile à l'explication dufonctionnement de ce dispositif, et la figure 4 représente schématiquement lastructure d'un de plusieurs organes à ressorts formantpartie du dispositif suivant l’invention.

On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où on areprésenté le dispositif suivant l'invention dans sonapplication à la liaison d'une plate-forme 1 à lignestendues avec une barge d'assistance 2 flottante, cetteapplication non limitative étant décrite à titreillustratif seulement. 5 010531

La plate-forme comprend classiquement un pont 3monté sur une coque flottante à colonnes 42 à 44, cescolonnes étant connectées au fond marin (non représenté)par des lignes telles que 51Z 52 etc... tendues par uneflottabilité positive donnée à l'ensemble constitué parles colonnes, le pont et les équipements portés par cepont tels que torchère 6, grue 7 et derrick 8 de forageet/ou d'exploitation de puits de pétrole forés dans lefond marin et raccordés à la plate-forme par des conduitsnon représentés.

On sait qu'une telle plate-forme est "souple" etqu'elle peut donc s'écarter de sa position verticaled'équilibre sous l'effet d'efforts qui lui sont appliquéspar les vents, les courants marins et la houle, parexemple. On envisage actuellement d'installer des plates-formes de ce type dans des champs pétroliers à fond degrande profondeur, à 1 000 mètres par exemple. Il estpossible de rendre cette solution particulièrementéconomique en disposant sur le pont de la plate-forme leminimum d'équipements, par exemple seulement les têtesdes puits et en reportant les autres équipementshabituels : quartiers d'habitation du personnel, aires destockage des matériels nécessaires, cuves pour fluides,aire d'atterrissage d'hélicoptère 9, grue 10, etc... surune barge d'assistance telle que 2 qui pourra êtreréutilisée telle quelle sur un autre site en temps quebarge d'assistance d'une autre plate-forme. Cette bargeest classiquement retenue par des lignes lli, II2, etc...formant partie d’un système de mouillage.

Cette solution implique que des moyens decommunication sûrs soient installés entre la plate-formeet la barge, tels que par exemple une passerelle 12 pourles personnels et du matériel et des conduits de fluideou·d'énergie (non représentés). La présence de ces moyensentre la plate-forme et la barge exige que celles-ci 6 010531 restent en étroite proximité et que la liaison établieentre elles pour ce faire soit susceptible de résisteraux états les plus sévères de l'environnement local sansrisque de détérioration de ces moyens de communication oudes structures qu'ils relient.

Pour ce faire, suivant la présente invention, oninstalle, dans l'interface d'accostage de la barge 2 surla plate-forme 1, un dispositif de liaison comprenant desmoyens de rappel élastiques 13x, 132 ; 14x, 142 de cesdeux structures l'une vers l'autre et des moyens de butéeélastiques 15x, 16x ; 152, 162, interposés entre la plate-forme et la barge et activés par la mise en contact decelles-ci pour atténuer les transmissions d'efforts entrela plate-forme et la barge. L'agencement de ces moyens apparaît plus clairementsur la figure 2 où la face de la plate-forme qui est encontact avec la barge est visible, la barge 2 ayant étéenlevée du dessin pour la clarté de la figure. Sur celle-ci il apparaît que les moyens de rappel élastiques sontconstitués par deux lignes 13x, 132 dites "de pointe" etdeux lignes 14i, 142 dites "de garde". Les lignes 13x, 132sont connectées chacune, à une extrémité, à un organe àressort 17x, 172, respectivement, fixé sur la plate-forme1 et, à l'autre extrémité, à des points durs 18x, 182respectivement, de la barge (voir figure 1) . De même leslignes 14x, 142 sont connectées chacune à une extrémité àdes organes à ressort 19x, 192 respectivement, fixés surla plate-forme et, à l'autre extrémité, à des points durs20i, 202 respectivement, de la barge. Sur les figures 1 et2, il apparaît que ces lignes passent sur des galets deguidage tels que 21x, 212 pour rejoindre les organes àressort 17x, 172, 19x, 192 montés sur la plate-forme.

Les moyens de butée élastiques du dispositif suivant l'invention comprennent au moins un, et de préférence deux, ensembles d'organes distants horizontalement l'un 7 010531 de l’autre, chaque ensemble étant constitué d’une plaqued’appui 15i, 152 respectivement, articulée sur la plate-forme 1 et s’appuyant sur une défense pneumatique 16i, 162respectivement, montée sur un bord de la barge 2. Lesplaques 15i, 152 peuvent être en acier et montées chacuneà l’extrémité libre d’une barre de torsion 22iz 222respectivement, dont l'autre extrémité est bloquée sur laplate-forme. Les barres de torsion 22x, 222 définissentainsi chacune un axe de rotation pour la plaque 15i, 152qu’elles supportent par l’intermédiaire de bras 23i, 232 ;233, 234, respectivement. Une rotation de la barre detorsion sous l’effet d'une pression appliquée à uneplaque d’appui développe une force de rappel tendant àrenvoyer cette plaque dans sa position de départ, suivantle fonctionnement classique d’une barre de torsion. Desagencements de tubes 24i, 242 agissent sur les deux brasde support des plaques 15i, 152 respectivement, pourassurer le guidage de ces plaques dans leur mouvement' derotation.

Les défenses pneumatiques 16x, 162 peuvent prendre laforme de boudins cylindriques en matériau élastique dontla surface extérieure est recouverte d’un filet depneumatiques de véhicules automobiles comme représentésur la figure 2. De tels boudins cylindriques sont connusdans la technique sous le nom de "Yokohama".

Les organes formant partie du dispositif suivantl’invention apparaissent plus clairement sur la vue enplan schématique de la figure 3. On va décrire maintenantle fonctionnement de ce dispositif en liaison avecl'examen de cette figure . Sur celle-ci, il apparaît queles lignes "de pointe" 13i, 132 sont disposées dans unplan sensiblement horizontal et orientées dans unedirection proche de la normale au plan vertical decontact P des défenses pneumatiques 16x, 162 de la barge 2avec les plaques d'appui 15i, 152 solidaires de la plate- 8 010531 forme. L'ensemble des lignes 13x,132 agit ainsiprincipalement par la résultante sensiblement normale auplan P des efforts qu'elles appliquent aux structuresqu'elles relient.

Ces lignes sont tendues par des organes à ressort17i, 172 quand la plate-forme et la barge s’écartent l'unede l'autre, par exemple sous l'effet du vent, d'uncourant marin ou de la houle (position 2' de la barge 2).Quand la plate-forme et la barge se rapprochent (position2" de la barge) , ces lignes se détendent mais alors lesdéfenses 16i, 162 s'écrasent entre la barge et les plaquesd'appui 15i, 152 qui pivotent alors elles-mêmes autour desbarres de torsion 21i, 222 respectivement constituant leurs axes d'articulation, en développant sur lesdéfenses une force de réaction élastique qui s'oppose auxefforts appliqués sur les plaques par l'écrasement desdéfenses. Ces dispositions assurent l'atténuation desefforts entre la plate-forme et la barge sensiblementsuivant la direction des mouvements d'embardée de cettebarge, repérée par la direction de la double flèche Fi dela figure 3.

Sur la figure 3, il apparaît aussi que les lignes"de garde" 14x, 142 se croisent et sont tendues par lesorganes à ressort 19i, 192 respectivement. Ces lignes agissent sur la plate-forme et sur la barge suivant desdirections très inclinées sur le plan P et doncprincipalement par les composantes des forces qu'ellestransmettent qui sont parallèles à ce plan. Ainsi leslignes de garde 14i, 142 assurent des rappels élastiquesdes mouvements de "cavalement" de la barge suivant l'axeprincipal de cette barge qui est parallèle à la doubleflèche F2 de la figure 3.

Compte tenu des forces de rappel élastiques établiespar les lignes 13i, 132 et par les forces développées parles organes 15i, 16i, 152, 162 d'une part, suivant la 9 010531 direction de la double flèche Fu et des forcesdéveloppées par les lignes 14χ,142 d'autre part suivant ladirection de la double flèche F2, on comprend que ledispositif suivant l'invention contrôle efficacement tout 5 mouvement relatif de la barge par rapport à la plate-forme dans un plan horizontal, y compris bien entendu desmouvements de lacet autour de l'axe de la flèche F3 de lafigure 3, perpendiculaire au plan de la figure et auditplan horizontal. iû On sait qu'une structure flottante dispose de 6 degrés de liberté. C'est ainsi qu'outre ses mouvementsd'embardée, de cavalement ou de lacet évoqués ci-dessus,la barge, par exemple, peut être animée d'un mouvement detangage autour de l'axe de la double flèche Fi, d'un 15 mouvement de. roulis autour de l'axe de la double flècheF2 et d'un mouvement de pilonnement suivant l'axe de laflèche F3. Ces trois mouvements, qui ne sont passusceptibles de dégrader sensiblement l'étroite proximitéque l'on souhaite maintenir entre la plate-forme et la 20 barge, sont avantageusement peu contrariés par ledispositif de liaison suivant l'invention. En libérant ou"relaxant" ainsi ces mouvements, on évite de faireapparaître des contraintes inutiles susceptibles deconduire à des accidents ou à des ruptures d'organes. 25 On a repéré sur la figure 4, à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, un des organes àressorts 17lz 172,19lz 192 utilisés pour équilibrer latension des lignes 13lz 13214i, 142, respectivement. La ligne13i, par exemple, est connectée à une tige 28 qui entre 30 dans un tube 25 où sont empilés axialement des éléments àressorts 26lz 262, ... 26iz etc... (i de 1 à 11 par exemple).La tige 28 passe à travers ces éléments pour être fixée àune butée 27 mobile dans le tube. Chaque élément 26i peutêtre constitué de plusieurs ressorts à boudin de 35 diamètres différents engagés concentriquement les uns 10 010531 dans les autres. En l'absence de traction sur la ligne13i, la butée 27 occupe la position 27' en fond du tube.Quand une traction s'exerce sur la ligne 13i, la butéequitte la position 27' pour se rapprocher de l'autreextrémité du tube en comprimant les éléments 26i demanière à équilibrer la force exercée sur la ligne 13i.

La raideur du dispositif doit être telle que desamplifications dynamiques des mouvements soient évitées.En particulier, la période propre associé au mouvementd'éloignement ou de rapprochement de la plate-forme et dela barge doit être maintenue en dehors des périodesd’excitation de la houle, c'est-à-dire typiquement au-dessusde 20 à 25 secondes.

La raideur du dispositif suivant l'invention, tanten compression qu'en traction, se détermine par uncompromis entre, d'une part, la nécessité de faire en sorteque les effets dynamiques se traduisent principalement parun mouvement relatif et que les charges dynamiquestransmises dans la liaison soient minimisées et, d'autrepart, la nécessité de minimiser le déplacement relatifsous charge statique.

La raideur de chacun des organes constitutifs de laliaison, et par voie de conséquence la nature de cesorganes, dépend des deux structures en présence ainsi quedes conditions d'environnement qui s'y appliquent. Cesorganes doivent donc être dimensionnés au cas par cas.

Dans l'application décrite à titre d'exemple à laliaison d'une plate-forme de forage et de production àlignes tendues avec une barge ancrée sur un mouillage parexemple du type caténaire, la raideur totale de laliaison peut être de 400 kN/m environ dans la directionperpendiculaire au plan P d'appui de ces deux structures.

Il apparaît maintenant que le dispositif suivantl'invention présente de nombreux avantages outre celui,essentiel, de maintenir un contact élastique étroit entre „ 010531 deux structures marines tout en permettant les mouvementsde ces structures gui n'affectent pas sensiblement cecontact. Il est simple, robuste et totalement passif. Ilpermet de maintenir la connexion de la plate-forme et desa barge d’assistance pendant de longues périodes detemps ou bien occasionnellement en fonction des travaux àréaliser. Dans des environnements de sévérité moyenne, laconnexion peut résister à des tempêtes centenaires. Dansun environnement plus sévère, un éloignement desstructures est possible, en cas de tempête par exemple.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au modede réalisation décrit et représenté qui n’a été donnéqu'à titre d'exemple. C'est ainsi que les organes àressort décrits ci-dessus pourraient être remplacés pardes ressorts, à fluide ou par des lignes élastiques ennylon, polyester ou caoutchouc par exemple. De même, lesbarres de torsion qui supportent les plaques d’appuipourraient être remplacées par des ressorts visco-élastiques ou à spirale agissant entre des points dursdes colonnes 42 et 44 de support du pont 3 de la plate-forme et les plaques d’appui, ou par des ressorts à lamedisposés verticalement le long de ces colonnes pouramortir des chocs entre ces plaques et les colonnes.Egalement, les positions respectives des plaques d'appuiet des défenses pneumatiques sur les deux structuresliaisonnées pourraient être interverties. L’invention n’est pas limitée non plus à la liaisond’une plate-forme souple à lignes tendues avec une barged’assistance. Elle peut être mise en oeuvre entre deuxstructures marines quelconques à la condition qu’au moinsune d'entre elles soit flottante. C’est ainsi qu’une desstructures peut encore être aussi constituée par uneplate-forme semi-submersible, une tour souple, une bargeou un bateau mouillé, une plate-forme fixe à support dutype "jacket", ou gravitaire, voire un quai. L’autre 12 010531 structure peut être ancrée ou libre. Outre une barge, cepeut être un bateau tel qu’un tanker ou un vraquier, unestructure semi-submersible, ou encore une autre plate-forme à lignes tendues.

Claims (11)

13 010531 REVENDICATIONS

1. Dispositif de liaison de deux structures marines(1,2) dont l’une au moins est flottante, caractérisé ence qu'il comprend a) des moyens de rappel élastiques(13i,132 ; 14i,142) des deux structures l’une vers l’autreet b) des moyens de butée élastiques (15ι,16χ ; 152, 162)répartis entre les deux structures et activés par la miseen contact de celles-ci pour atténuer des transmissionsd'efforts entre ces structures.

2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée élastiques(15i,16i ; 152, 162) comprennent au moins un ensemble de deux organes, l’un des organes étant constitués par unedéfense pneumatique (16i;162) montée sur une desstructures ët l’autre organe prenant la forme d’uneplaque d’appui (15i,152) articulée sur l’autre structureet réagissant élastiquement contre la défense pneumatique(161λ·162).

3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée comprennentdeux ensembles (15i,16i ; 152, 162) de deux organes, les deux ensembles étant distants horizontalement l’un del’autre entre les deux structures.

4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaqueplaque d’appui (15i ; 152) est montée sur une barre de torsion (22i ; 222) définissant un axe de rotation pour laplaque et développant une force élastique sur cetteplaque quand celle-ci est écartée d’une position neutre.

5. Dispositif conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens derappel élastiques des deux structures l’une vers l’autrecomprennent au moins des première (13i, 132) et deuxième(14i, 142) paires de lignes tendues élastiquement, les lignes de chaque paire étant montées entre les deux 14 010331 structures à distance l'une de l'autre, les lignes de lapremière paire (13lr 132) et de la deuxième paire (14iz 142) étant orientées de manière à s'opposer principalementaux mouvements d'embardée et de cavalement, respectivement,d'une structure flottante.

6. Dispositif conforme à la revendication 5,caractérisé en ce que les lignes (14lz 142) de la deuxièmepaire sont croisées.

7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la tensiondans chacune des lignes formant partie des moyens derappel élastiques est équilibrée par un organe (17i, 172,19i, 192) à ressorts (26J travaillant en compression et agissant sur une butée (27) fixée à une extrémité de laligne et mobile axialement dans un tube (25) solidaired'une des structures.

8. Dispositif conforme à l'une quelconque desrevendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesditsmoyens de rappel élastiques sont conçus pour autoriser,sans réaction sensible, des mouvements de pilonnement,roulis et tangage d'une structure flottante.

9. Dispositif conforme à l'une quelconque desrevendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'une desstructures est choisie dans le groupe formé par :uneplate-forme souple ou ancrée, une barge, un bateaumouillé, une plate-forme fixe, un quai et en ce quel'autre structure est ancrée ou libre et choisie dans legroupe formé par : une barge, un bateau, une structuresemi-submersible, une autre plate-forme ancrée.

10. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des structures est une plate-forme à lignes tendues (1) et l'autre une barged'assistance (2), la plate-forme (1) supportant lesplaques d'appui (15i, 152) formant partie des moyens de butée élastiques. 15 010531

11. Ensemble de deux structures marines liaisonnéescomprenant un dispositif de liaison conforme à l’unequelconque des revendications 1 à 10.