Procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer

Description

[0001] La présente invention est relative à un procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice, conçue notamment pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer et, plus particulièrement, à un tel procédé d'installation d'une plate-forme du type qui comprend une sous-structure flottable constituée d'une embase et d'au moins deux colonnes débordant vers le haut de ladite embase, et un pont flottable monté sur lesdites colonnes.

[0002] On a décrit dans la demande de brevet français N° 9715774 déposée le 12 décembre 1997 par la demanderesse, ci-après appelée brevet précité, une plate-forme présentant une structure de ce type, conçue pour être installée sur des champs pétroliers en mer de grande profondeur, de plusieurs centaines de mètres à 1500 m ou plus par exemple. La plate-forme est alors semi-submersible, flotte à la surface de l'eau et est mouillée par des lignes ancrées sur le fond marin.

[0003] Le procédé d'installation de la plate-forme décrit dans le brevet précité consiste à remorquer un ensemble flottant constitué par la sous-structure et un pont-coque flottable monté sur celle-ci jusqu'au site d'installation final, à ballaster la sous-structure pour faire descendre celle-ci vers le fond alors que le pont-coque flotte à la surface de l'eau, à arrêter le ballastage de la sous-structure quand l'embase atteint une profondeur prédéterminée et à bloquer alors le pont-coque sur les colonnes de l'embase, à déballaster ensuite la sous-structure jusqu'à ce que le pont-coque soit remonté à une hauteur prédéterminée au-dessus de la surface de l'eau, et, finalement, à raccorder la sous-structure au fond marin par des lignes d'ancrage.

[0004] Ce procédé d'installation est particulièrement attrayant en ce qu'il permet de déployer la plate-forme par le seul jeu de la flottabilité du pont et du ballastage/déballastage de la sous-structure, ce qui en fait un procédé de mise en oeuvre particulièrement économique, d'autant plus que, par ailleurs, la plate-forme peut être entièrement construite à quai ou en cale sèche.

[0005] On connaît aussi de la demande de brevet français n° 2.400.086 un procédé d'installation d'un pont sur les colonnes d'une structure gravitaire, suivant lequel on immerge la structure par ballastage et treuillage, de manière à placer le pont au-dessus des colonnes. Un déballastage de la structure met le pont hors d'eau. L'ensemble est remorqué ensuite vers son site final d'installation.

[0006] Sur les champs pétroliers de profondeur moyenne, de 40 à 120 m environ par exemple, tels qu'on en rencontre notamment en Mer du Nord, la mise en place de plates-formes semi-submersibles ou de navires du type "FPSO" s'avère particulièrement délicate du fait de la violence des charges d'environnement (vent, houle, courant, etc...), ce qui pénalise le dimensionnement des ancrages et par conséquent leur coût. Pour cette raison on préfère installer sur de tels sites des plates-formes fixes du type gravitaire.

[0007] La présente invention a justement pour but de fournir un procédé d'installation d'une telle plate-forme gravitaire sur un champ pétrolier de profondeur moyenne, qui retient les avantages économiques évoqués ci-dessus du procédé d'installation d'une plate-forme semi-submersible "auto-élévatrice" sur un champ de grande profondeur décrit dans le brevet précité.

[0008] La présente invention a aussi pour but de fournir une plate-forme conçue pour la mise en oeuvre de ce procédé, ladite plate-forme comprenant en particulier, avantageusement, des moyens de stockage pour les produits extraits du champ pétrolier.

[0009] On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce que a) on remorque un ensemble flottant constitué par la sous-structure et le pont flottable reposant sur l'embase de ladite sous-structure, jusqu'à un site abrité intermédiaire de profondeur supérieure à celle du site d'installation final, b) on ballaste la sous-structure pour faire descendre celle-ci vers le fond alors que le pont flotte à la surface de l'eau, c) on arrête le ballastage de la sous-structure quand l'embase atteint une profondeur prédéterminée et on bloque alors le pont sur les colonnes de ladite embase, d) on déballaste ladite sous-structure jusqu'à ce que le pont soit remonté à une hauteur prédéterminée au-dessus de la surface de l'eau, e) on remorque l'ensemble jusqu'au site d'installation final et, f) on ballaste de nouveau la sous-structure jusqu'à ce qu'elle repose sur le fond marin.

[0010] A l'étape c), la profondeur prédéterminée atteinte par l'embase est voisine de la somme de son tirant d'air sur le site d'installation final et de la profondeur du fond marin sur ce site.

[0011] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé dans lequel :

• les figures 1 et 2 sont des vues en élévation et en plan respectivement, d'un premier mode de réalisation d'une plate-forme conçue pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, la vue en plan ne faisant pas apparaître les équipements portés par le pont de la plate-forme, pour la clarté du dessin,
• la figure 3 est une vue en élévation d'une variante de la plate-forme des figures 1 et 2, et
• les figures 4A à 4H illustrent le procédé d'installation suivant l'invention, des plates-formes des figures 1 à 3.

[0012] On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé où il apparaît que la plate-forme représentée comprend essentiellement une sous-structure 1 et un pont 2. La sous-structure 1 comprend une embase 3 de plan rectangulaire et au moins deux, et dans l'exemple représenté quatre, colonnes 4_i (i de 1 à 4) débordant vers le haut de l'embase 3, le pont 2 étant fixé à l'extrémité haute de ces colonnes comme représenté à la figure 1.

[0013] La sous-structure 1 représentée est donnée seulement à titre d'exemple illustratif et non limitatif. C'est ainsi que son embase pourrait aussi bien présenter une forme carrée, triangulaire, circulaire ou autre.

[0014] L'embase est destinée à reposer sur le fond marin 9. Elle prend la forme d'un caisson parallélépipédique comportant avantageusement des compartiments de stockage de produits extraits du champ pétrolier et des compartiments de ballastage/déballastage. Ces derniers sont utilisés pendant l'installation de la plate-forme, comme on le verra plus loin. L'embase forme en phase d'exploitation une fondation de la plate-forme en assurant la stabilité de celle-ci par le simple effet poids comme il est connu dans l'art.

[0015] Les colonnes 4_i peuvent être réalisées dans le même matériau que l'embase ou dans un matériau différent. Elles ont pour fonction de supporter le pont. Elles délimitent aussi des compartiments de flottaison et peuvent accueillir différents matériels dits "utilités", tels que tuyauteries, pompes, réservoirs de fluides divers, etc...

[0016] Les colonnes représentées à titre d'exemple ont une forme parallélépipédique. Elles pourraient aussi être de forme tronconique ou cylindrique par exemple. Elles présentent chacune une face verticale qui fait face au pont 2 comme représenté sur la figure 2 où il apparaît qu'une base rectangulaire 5 du pont 2 tangente les quatre colonnes 4_i, à l'intérieur d'un espace délimité par celles-ci. Cette disposition permet le guidage latéral du pont par ces colonnes, pendant le ballastage de la sous-structure, comme on le verra plus loin.

[0017] Le pont présente de préférence une structure métallique dont la base 5 prend la forme d'un caisson, ou coque, assurant la flottabilité du pont, d'où le nom de pont-coque donné à ce type de pont. Il porte les équipements classiques : derrick 6, grue 7, quartiers d'habitation 8, etc... nécessaires à l'exécution des forages de puits sous-marins, puis à la remontée des produits extraits des puits.

[0018] Le pont 2 est mobile verticalement par rapport aux colonnes 4_i de la sous-structure 1, tout comme celui de la plate-forme auto-élévatrice décrite dans le brevet précité, et comporte donc des moyens de guidage latéral aux interfaces entre la base 5 du pont et les colonnes 4_i et des moyens de verrouillage du pont sur les colonnes. On pourra se référer au brevet précité pour plus de détails concernant ces moyens de guidage et de verrouillage. Pour les besoins de la présente description on a représenté très schématiquement sur la figure 1 des moyens de verrouillage 10₁, 10₂, les deux autres colonnes recevant des moyens de verrouillage identiques.

[0019] On se réfère maintenant aux figures 4A à 4H pour décrire le procédé d'installation suivant l'invention de la plate-forme des figures 1 et 2.

[0020] A la figure 4A, la sous-structure 1 est représentée à la fin de sa construction dans une cale sèche 11, d'un tirant d'eau de l'ordre d'une quinzaine de mètres par exemple. La figure 4B illustre la mise en eau de cette cale sèche, la sous-structure 1 étant alors mise en flottaison. Un remorqueur 12 vient tirer la sous-structure 1 hors de la cale 11 jusqu'à un site (figure 4C) où l'on procède à la mise en place du pont 2 sur l'embase 3 de la sous-structure 1. Le pont 2, flottant sur sa coque 5 , est engagé entre les colonnes 4_i de la sous-structure 1, convenablement ballastée pour permettre à la coque 5 de passer au-dessus de la face supérieure de l'embase 3 de cette sous-structure.

[0021] Alternativement, suivant le mode de réalisation décrit dans le brevet précité, et si les dimensions de la structure le permettent, on peut installer le pont-coque sur l'embase dans la cale sèche, la sous-structure étant ballastée et reposant sur le fond de la cale.

[0022] L'embase 3 est ensuite déballastée (figure 4D) de manière que le pont-coque repose sur l'embase et que l'ensemble sous-structure/pont-coque puisse être remorqué jusqu'à un site abrité intermédiaire (figure 4E) dont, suivant l'invention, le fond marin est de profondeur supérieure à celle du fond du site final d'installation de la plate-forme, pour une raison qui apparaîtra dans la suite.

[0023] Une fois arrivé sur ce site abrité, le ballastage de l'embase 3 est repris, assurant la descente de la sous-structure 1 et la mise en flottaison du pont-coque 2. Pendant cette descente, la stabilité hydrostatique de l'ensemble est assurée par la flottaison du pont-coque 2 à la surface de l'eau, la sous-structure 1 seule pouvant ne pas être stable dans toutes les phases d'immersion. Les colonnes 4_i guident latéralement le pont-coque 2 pendant cette descente, comme décrit dans le brevet précité.

[0024] Quand les surfaces supérieures des colonnes 4_i arrivent au niveau de celle de la coque du pont 2, le ballastage de l'embase 3 est arrêté (figure 4F) celle-ci étant alors arrivée à une profondeur prédéterminée sensiblement égale à la somme de la profondeur du fond marin du site final d'installation de la plate-forme (40 mètres environ par exemple) et du tirant d'air du pont-coque au-dessus de l'eau, sur ce même site final (20 mètres environ par exemple). C'est pourquoi la profondeur du fond du site intermédiaire de déploiement de la plate-forme, d'au moins 60 mètres dans l'exemple donné, doit être supérieure à la profondeur du site final d'installation de la plate-forme.

[0025] Les moyens de verrouillage 10_i sont alors actionnés pour empêcher tout nouveau déplacement relatif de la sous-structure 1 par rapport au pont-coque 2 (figure 4F).

[0026] La sous-structure est ensuite déballastée pour faire remonter la face inférieure de l'embase 3 à une profondeur inférieure à celle du site final d'installation (figure 4G) de manière à permettre le remorquage de la plate-forme jusqu'à ce site. Une fois celui-ci atteint (figure 4H) on ballaste de nouveau la sous-structure jusqu'à ce que celle-ci vienne reposer sur le fond marin 9, de manière à assurer la stabilité de la plate-forme sur ce fond. Dans cette position, le pont 2 émerge au-dessus de l'eau avec le tirant d'air convenable, réglé comme expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 4F.

[0027] En variante, la plate-forme pourrait prendre la forme de celle représentée à la figure 3 qui ne diffère de celle des figures 1 et 2 qu'en ce que le pont ne comporte pas de coque et n'est donc pas indépendamment flottable. L'installation de cette plate-forme se déroule sensiblement comme décrit en liaison avec les figures 4A à 4H, à ceci près que la figure 4C' doit être substituée à la figure 4C. Sur la figure 4C' il apparaît que le pont 2 arrive chargé sur une barge 13 qui va jouer le rôle de la coque du pont de la plate-forme des figures 1 et 2, jusqu'à l'étape 4F où la barge est dégagée de la plate-forme après le verrouillage du pont.

[0028] Il apparaît maintenant que la présente invention permet bien d'atteindre les buts fixés, à savoir réaliser une plate-forme gravitaire conçue pour être installée en eau peu profonde et retenant les avantages économiques des plates-formes auto-élévatrices pour lesquelles l'installation sur site est obtenue par le seul jeu de la gravité et de la poussée d'Archimède exercées sur ses constituants, sans recours à des mécanismes élévateurs coûteux. En outre il est possible de stocker les produits extraits du champ pétrolier sur la plate-forme elle-même, grâce aux compartiments prévus à cet effet dans son embase.

[0029] L'installation du pont complètement équipé sur la structure permet par ailleurs de faire l'économie des lourds et coûteux moyens de levage qui sont nécessaires dans le cas d'installation du pont et des équipements en mer après la pose de la sous-structure sur son site final d'exploitation.

Revendications

1. Procédé d'installation d'une plate-forme gravitaire auto-élévatrice, pour l'exploitation d'un champ pétrolier en mer, ladite plate-forme comportant une sous-structure flottable (1) constituée d'une embase (3) et d'au moins deux colonnes (4_i) débordant vers le haut de ladite embase, et un pont-coque flottable (2) monté sur lesdites colonnes (4_i), ladite plate-forme gravitaire étant auto-élévatrice en ce que le pont (2) est mobile verticalement par rapport aux colonnes (4_i) de la sous-structure (1), le procédé étant caractérisé en ce que :

a) on remorque un ensemble flottant complet constitué par la sous-structure (1) et le pont flottable (2) reposant sur l'embase (3) de ladite sous-structure (1), jusqu'à un site abrité intermédiaire de profondeur supérieure à celle du site d'installation final de la plate-forme,

b) on ballaste la sous-structure (1) pour faire descendre celle-ci vers le fond alors que le pont (2) flotte à la surface de l'eau,

c) on arrête le ballastage de la sous-structure (1) quand l'embase (3) atteint une profondeur prédéterminée et on bloque alors le pont (2) sur les colonnes (4_i) de l'embase (3),

d) on déballaste ladite sous-structure (1) jusqu'à ce que le pont soit remonté à une hauteur prédéterminée au-dessus de la surface de l'eau,

e) on remorque l'ensemble jusqu'au site d'installation final, et

f) on ballaste de nouveau la sous-structure (1) jusqu'à ce qu'elle repose sur le fond marin.

Claims

1. A method of installing a self-elevating gravity platform for offshore oil field operation, said platform including a selectively buoyant sub-structure (1) comprising a base (3) and at least two columns (4_i) upstanding from said base, and a selectively buoyant deck-hull (2) mounted on said columns (4_i),
   said gravity platform being self-elevating in that deck (2) is vertically movable with respect to columns (4_i) of the sub-structure (1), said method being characterised in that:

a) the complete floating combination of the sub-structure (1) and the selectively buoyant deck (2) resting on the base (3) of said sub-structure (1) is towed to an intermediate sheltered site where the water is deeper than at the final installation site of the platform,

b) the sub-structure (1) is ballasted so that it descends towards the sea floor and the deck (2) floats on the surface of the water,

c) ballasting of the sub-structure (1) is stopped when the base (3) reaches a predetermined depth at which point the deck (2) is fixed to the columns (4_i) of the base (3),

d) said sub-structure (1) is deballasted until the deck has risen a predetermined height above the surface of the water,

e) the combination is towed to the final installation site, and

f) the sub-structure (1) is ballasted again until it rests on the sea floor.

Ansprüche

1. Verfahren zum Installieren einer selbsthebenden Schwerkraftplattform zur Ölgewinnung auf See, bei dem die Plattform eine schwimmfähige Unterstruktur (1) aufweist, die von einem Sockel (3) und zumindest zwei Säulen (4i) gebildet ist, die von dem Sockel aus nach oben vorstehen, und eine schwimmfähige Brücke (2) mit einem Rumpf, die auf den Säulen (4i) angebracht ist, wobei die Schwerkraftplattform selbsthebend ist, indem die Brücke (2) vertikal bezüglich der Säulen (4i) der Unterstruktur (1) bewegbar ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß:

a) eine vollständige schwimmende Gesamtheit, die von der Unterstruktur (1) und der schwimmfähigen Brücke (2) gebildet ist, die auf dem Sockel (3) der Unterstruktur (1) ruht, bis zu einem abgedeckten Zwischenstandort, mit einer Wassertiefe über derjenigen des endgültigen Installationsstandortes der Plattform abgeschleppt wird,

b) die Unterstruktur (1) mit Ballast ausgeglichen wird, um diese zum Boden absinken zu lassen, während die Brücke (2) an der Oberfläche des Wassers schwimmt,

c) der Ballastausgleich der Unterstruktur (1) abgestoppt wird, wenn der Sockel (3) eine vorbestimmte Tiefe erreicht und blockiert dann die Brücke (2) auf den Säulen (4i) des Sockels (3),

d) Ballast von der Unterstruktur (1) abgegeben wird, bis die Brücke auf eine vorbestimmte Höhe oberhalb der Wasseroberfläche aufgestiegen ist,

e) die Gesamtheit bis zu dem endgültigen Installationsstandort abgeschleppt wird, und

f) aufs Neue die Unterstruktur (1) mit Ballast ausgeglichen wird, bis sie auf dem Meeresboden ruht.

Dessins