Ligne d'ancrage caténaire pour un engin flottant et dispositif et procédé de mise en oeuvre de cette ligne d'ancrage

Description

[0001] L'invention concerne une ligne d'ancrage caténaire pour un engin flottant, en particulier une ligne de grande longueur permettant un ancrage à une profondeur supérieure à 300 mètres. L'invention concerne également un dispositif et un procédé de montage et de pose de la ligne d'ancrage.

[0002] Les engins flottants utilisés pour la recherche et l'exploitation des hydrocarbures en mer nécessitent l'emploi de lignes d'ancrage dont l'extrémité est solidaire d'une ancre de marine ou fixée à un pieu foré, pour assurer leur maintien en place contre les forces entraînant leur dérive, par exemple produites par le vent ou les courants marins.

[0003] Les besoins de l'exploitation des gisements pétroliers à des profondeurs de plus en plus importantes nécessitent l'utilisation de lignes de très grande longueur joignant le fond à la surface.

[0004] Pour l'ancrage des plateformes pétrolières, des bouées ou des pétroliers de stockage, il peut être nécessaire de disposer de lignes d'ancrage à de très grandes profondeurs d'eau, par exemple de l'ordre de 300 à 1000 mètres.

[0005] Il est tout-à-fait classique de réaliser une ligne d'ancrage sous la forme d'une chaîne, par exemple à maillons soudés. Cependant, dans le cas d'une ligne d'ancrage de grande longueur, par exemple supérieure à 3000 mètres, le poids de la chaîne est trop important par rapport à la capacité de traction de cette chaîne.

[0006] En fait, une grande partie de la résistance mécanique de la chaîne est alors dévolue au supportage de la chaîne elle-même et non à la retenue de l'engin flottant.

[0007] La réalisation de la ligne d'ancrage sous la forme d'un câble est mieux adaptée aux lignes d'ancrage de grandes longueurs, du fait de la grande capacité de résistance à la traction du câble et d'un poids linéaire (à résistance égale) inférieur à la chaîne. Cependant, dans le cas où de très grandes longueurs sont nécessaires, la fabrication du câble et sa mise en oeuvre comme ligne d'ancrage deviennent difficiles sinon impossibles. En particulier, le stockage et la manutention de très grandes longueurs de câble de gros diamètre posent des problèmes extrêmement difficiles à résoudre.

[0008] Il est connu d'utiliser des éléments tubulaires fermés à leurs extrémités et reliés entre eux de manière articulée pour constituer des lignes d'ancrage de grande longueur. Chacun des éléments constitutifs de la ligne qui est fermé à ses extrémités de façon étanche à l'eau délimite un volume intérieur rempli d'air et constitue ainsi un flotteur susceptible de compenser par la poussée d'Archimède dans l'eau tout ou partie du poids de l'élément. De telles lignes d'ancrage ont été utilisées jusqu'ici comme lignes tendues, c'est-à-dire des lignes qui sont en position pratiquement rectiligne en service, comme il est décrit par exemple dans le US-A-4.471.709.

[0009] Les forces de rappel horizontales de l'engin flottant, lorsque cet engin tend à dériver sous l'effet du vent ou des courants marins, sont dues soit à la seule élasticité de la ligne, soit à un dispositif de traction relié à l'extrémité de la ligne d'ancrage située en opposition par rapport à la dérive de l'engin.

[0010] Lorsqu'on utilise de telles lignes d'ancrage tendues qui fonctionnent à la manière de haubans, il est de toute évidence avantageux de diminuer le poids apparent de la ligne, lorsqu'elle est plongée dans l'eau. Il peut être particulièrement avantageux de calculer les éléments constitutifs de la ligne pour rendre son poids apparent dans l'eau sensiblement nul.

[0011] Dans le cas des lignes d'ancrage caténaires, c'est-à-dire des lignes prenant une forme courbe de chaînette en service, le problème est très différent puisque la force de rappel horizontale de l'engin flottant correspond à la projection horizontale de l'effort dans la ligne, au point de liaison entre la ligne d'ancrage et l'engin. L'effort dans la ligne d'ancrage dépend du poids apparent de la ligne dans l'eau alors que la composante horizontale de l'effort au point d'ancrage est d'autant plus grande par rapport à la composante verticale que la ligne est plus proche de l'horizontale en ce point.

[0012] Les lignes d'ancrage allégées connues de la technique antérieure ne permettraient pas d'obtenir des forces de rappel horizontales importantes et ne seraient pas susceptibles de constituer des lignes caténaires d'une grande efficacité.

[0013] Dans le cas de lignes de grande longueur, un allègement sous l'effet de la poussée d'Archimède présente cependant un grand intérêt dans la mesure où le poids propre de l'ensemble de la ligne peut être diminué dans de grandes proportions.

[0014] Le but de l'invention est donc de proposer une ligne d'ancrage caténaire pour un engin flottant constituée par une pluralité d'éléments successifs reliés entre eux de manière articulée et constitués chacun par un tube fermé de façon étanche à l'eau à chacune de ses extrémités, délimitant un volume intérieur rempli d'air, la ligne comportant une extrémité à faible profondeur assurant la liaison avec l'engin flot tant et une extrémité d'ancrage à grande profondeur assurant l'ancrage sur un fond marin, cette ligne d'ancrage pouvant présenter une grande efficacité et étant d'une grande souplesse d'utilisation.

[0015] Dans ce but, la flottabilité de la ligne d'ancrage est variable suivant sa longueur, les éléments constitutifs tubulaires ayant généralement une épaisseur de paroi rapportée à leur diamètre d'autant plus forte qu'ils sont plus proches de l'extrémité d'ancrage de la ligne.

[0016] Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, de manière non limitative, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation d'une ligne d'ancrage suivant l'invention ainsi qu'un procédé et un dispositif de montage et de pose et des utilisations de cette ligne d'ancrage.

La figure 1 est une vue latérale d'une portion de ligne d'ancrage suivant l'invention.

La figure 2 est une vue latérale avec coupe partielle d'une articulation de liaison de deux éléments successifs de la ligne d'ancrage, représentée sur la figure 1.

La figure 3 est une vue latérale d'une portion de ligne d'ancrage, suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation.

La figure 4 est une vue en élévation de l'extrémité à faible profondeur d'une ligne d'ancrage suivant l'invention assurant sa liaison avec une plateforme de forage semi-submersible.

La figure 5 est une vue agrandie du détail 5 de la figure 4.

La figure 6 est un diagramme montrant la décomposition de l'effort exercé dans la ligne représentée sur les figures 4 et 5, à son point de liaison avec la plateforme.

La figure 7 est une vue schématique de la forme prise en service par une ligne d'ancrage suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation.

La figure 8 est une vu schématique de la forme prise en service par une ligne d'ancrage suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation.

Les figures 9, 10, 11 et 12 illustrent divers modes de mise en oeuvre et d'utilisation d'une ligne d'ancrage suivant l'invention.

[0017] Sur la figure 1, on voit un tronçon d'une ligne d'ancrage suivant l'invention désigné de façon générale par le repère 1.

[0018] La ligne d'ancrage 1 constituée sous forme articulée comporte des segments successifs 2 reliés entre eux par des articulations 3.

[0019] Comme il est visible sur l'ensemble des figures 1, 2 et 3, chaque segment 2 est constitué par un tube 2a fermé à chacune de ses extrémités par une pièce de fermeture et de liaison 2b.

[0020] Les pièces 2b sont des pièces forgées comportant un fond 4 de fermeture du tube et une proéminence 5 de liaison. Le fond plein 4 comporte un rebord cylindrique de diamètre égal ou supérieur à celui de la partie courante du tube 2a et qui est soudé, par exemple par friction, à l'extrémité du tube, suivant la zone de raccordement 6. L'extrémité du tube 2a sur laquelle est effectué le raccordement présente une épaisseur supérieure à l'épaisseur courante du tube.

[0021] Chacun des tubes 2a fermé à ses deux extrémités par les fonds 4 des pièces 2b délimite un volume intérieur rempli d'air totalement étanche vis-à-vis du milieu extérieur.

[0022] Chacun des éléments 2 de la ligne d'ancrage possède ainsi une flottabilité importante lorsqu'il est plongé dans un liquide tel que l'eau de mer.

[0023] Les deux modes de réalisation de la ligne d'ancrage représentée sur les figures 2 et 3 ne diffèrent que par la constitution du dispositif de liaison articulée 3 entre les éléments successifs 2.

[0024] Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 2, le dispositif de liaison articulé 3 est constitué par deux manilles 8a et 8b engagées l'une dans l'autre et reliées chacune à l'extrémité de liaison 2b d'un tube 2a, les deux tubes 2a successifs étant ainsi reliés de manière articulée. Chacune des manilles est reliée à la proéminence 5 correspondante par un axe 10 engagé dans des ouvertures alignées de la proéminence 5 et des deux proéminences solidaires des extrémités des branches de la manille. L'axe 10 est fixé, après assemblage, par une goupille 11.

[0025] Les proéminences 5 successives sont disposées à 90° l'une par rapport à l'autre.

[0026] Sur la figure 3, on a représenté un second mode de réalisation de la liaison articulée entre les éléments successifs 2 de la ligne. Pour chacun des éléments 2, l'une des pièces d'extrémité 2b constitue une double chape 12 dans laquelle est fixé un axe d'articulation 13 et qui comporte dans une position symétrique par rapport à l'axe de la ligne 1 et dans une direction parallèle à l'axe 13, un trou 14 lisse dans une partie de la chape et taraudé dans l'autre partie.

[0027] L'autre pièce d'extrémité 2b de chaque élément 2 est constituée sous la forme d'une chape 15 entre les branches de laquelle est fixé un axe 16.

[0028] Un cavalier 17 est monté articulé sur l'axe 13 de la double chape 12 par une de ses extrémités et comporte un trou 18 à son autre extrémité.

[0029] Le cavalier 17 peut être placé dans une position d'ouverture 17′ (en traits mixtes) par basculement vers l'extérieur. Dans cette position, la chape 15 et l'axe 16 d'une pièce 2b d'un premier tronçon peuvent être placés dans une position d'assemblage à proximité de la chape 12 d'une pièce 2b d'un second tronçon 2 à assembler.

[0030] Le cavalier 17 est alors rabattu dans sa position de fermeture (en traits pleins), autour de l'axe 16 et de manière que la branche du cavalier 17 comportant l'ouverture 18 vienne s'engager dans la partie de la chape 12 comportant le trou taraudé 14. L'assemblage est complété en engageant une vis 19 dans les trous 14 et 18 en alignement et en réalisant le vissage dans la partie taraudée du trou 14.

[0031] Dans les deux modes de réalisation décrits et représentés, le dispositif de liaison 3 agit comme un joint universel et permet une orientation relative quelconque des deux tubes successifs. De plus, les deux tubes ont une latitude de déplacement relatif axial qui peut être relativement importante, dans le cas de la liaison par des manilles.

[0032] Dans les deux cas, l'assemblage et la liaison des deux tubes successifs peuvent être réalisés très facilement et très rapidement.

[0033] Dans le cas d'une ligne d'ancrage utilisée dans le domaine du forage ou de l'exploitation pétrolière, en mer et à très grande profondeur, les tubes 2a pourront avoir une longueur de l'ordre de 9 à 12 mètres.

[0034] Ces tubes en acier pourront être constitués par des tiges de forage, des masses-tiges, des éléments de cuvelage ou tout autre élément tubulaire en acier utilisé couramment dans la technique pétrolière et disponible chez les fabricants de tubes.

[0035] Il est bien évident qu'en faisant varier le rapport entre le diamètre et l'épaisseur de paroi du tube, on pourra obtenir la compensation du poids du tube par la poussée d'Archimède, dans une proportion déterminée. Selon l'invention et comme il sera expliqué plus loin, la ligne d'ancrage présente une flottabilité variable suivant sa longueur, ses éléments constitutifs n'étant pas tous identiques et présentant des épaisseurs de paroi rapportées à leurs diamètres variables. De manière générale, les éléments constitutifs placés à plus grande profondeur présenteront une épaisseur de paroi plus importante que les éléments placés à plus faible profondeur.

[0036] Sur la figure 4, on voit une partie d'une plateforme de forage semi-submersible 20 partiellement immergée sous le niveau 21 de la mer et la partie à faible profondeur désignée dans son ensemble par le repère 22 d'une ligne d'ancrage 23 suivant l'invention. La partie 22 de la ligne 23 assure sa liaison avec la plateforme 20, à quelques mètres en-dessous du niveau 21 de la mer.

[0037] La plateforme 20 porte sur sa partie supérieure immergée, un treuil 24 auquel est relié un câble de traction 26 et, dans sa partie immergée, un chaumard 25 assurant le guidage et le renvoi du câble 26 vers un moufle 27 mobile immergé relié à l'extrémité de la ligne 23. Le moufle 27 assure le renvoi du câble 26 vers un point d'ancrage fixe 29 sur la partie inférieure immergée ou ponton 28 de la plateforme 20. Le moufle 27 est maintenu dans une orientation convenable par un flotteur 30 qui peut être relié à une bouée de surface permettant le repérage du moufle.

[0038] Comme il est visible sur la figure 5, le dernier élément tubulaire 32a de la ligne d'ancrage 23 comporte une partie d'extrémité 33 tubulaire et fermée par une pièce 34 taraudée intérieurement. Un élément 35 relié de manière articulée au moufle 27 comporte également une partie d'extrémité taraudée.

[0039] Une pièce de connexion 36 comportant deux parties filetées permet l'assemblage des pièces 33 et 35 et donc de la ligne 23 et du moufle 27 reliés à la plateforme par le câble de traction 26. Les parties filetées de la pièce 36 sont vissées dans les pièces taraudées 34 et 35 pour assurer l'assemblage.

[0040] La mise en tension de la ligne est assurée par le treuil 24 par l'intermédiaire du câble 26 et du moufle 27.

[0041] L'élément tubulaire 32a est relié à un élément tubulaire courant de la ligne d'ancrage 23 par un moyen d'articulation 33 tel que représenté sur la figure 3 et désigné de manière générale par le repère 3.

[0042] Les éléments tubulaires 32 de la ligne d'ancrage 23 sont constitués de la même manière que les éléments tubulaires 2 représentés sur les figures 1 à 3.

[0043] Ces éléments constituent des flotteurs et assurent une compensation au moins partielle de leur poids par la poussée d'Archimède, lorsqu'ils sont plongés dans l'eau. Cette compensation peut être variable, en fonction du rapport du volume total de l'élément tubulaire correspondant au volume d'eau déplacé, au volume de la masse d'acier de cet élément tubulaire, c'est-à-dire en fait en fonction de la va leur du rapport de l'épaisseur de paroi de l'élément tubulaire au diamètre extérieur de l'élément. On peut ainsi utiliser des éléments tubulaires de flottabilité déterminée pour constituer les différentes parties de la ligne d'ancrage.

[0044] On va maintenant se reporter à la figure 6 pour expliquer le principe général sur lequel repose la conception de la ligne d'ancrage suivant l'invention.

[0045] Sur la figure 6, on a représenté l'effort ou tension F dans la ligne d'ancrage 23 au point de liaison de cette ligne d'ancrage avec la plateforme 20, c'est-à-dire à l'extrémité de cette ligne reliée au moufle 27. On a représenté sur la figure 6 la composante horizontale F_H et la composante verticale de l'effort F_V, la composante verticale F_V faisant un angle ϑ avec la direction de l'effort F, c'est-à-dire la direction de la ligne à son point de liaison.

[0046] La force utile de rappel de la plateforme 20 est constituée par la composante horizontale F_H de l'effort F. La composante verticale F_V est une force parasite, puisque cette charge variable s'exerce aux dépens de la stabilité du flotteur.

[0047] Il est donc souhaitable de rendre la composante verticale F_V la plus faible possible, c'est-à-dire, pour un effort F donné, d'avoir un angle ϑ le plus grand possible. Ce résultat peut être obtenu en utilisant des éléments tubulaires allégés pour constituer la partie à faible profondeur de la ligne d'ancrage 23.

[0048] Pour que l'effort de rappel F_H soit important, il faut en outre que l'effort axial F soit lui-même important.

[0049] Une ligne d'ancrage allégée de manière uniforme sur toute sa longueur ne permettrait pas d'arriver à ce résultat, puisque le poids apparent total de la ligne dans l'eau serait faible, dans le cas d'un ancrage caténaire, c'est-à-dire d'un ancrage dans lequel la ligne présente une courbure notable et fournit une force de rappel dépendant de son poids apparent dans l'eau.

[0050] Selon l'invention, la ligne d'ancrage 23 présente une flottabilité variable suivant sa longueur, les éléments tubulaires situés à plus faible profondeur ayant généralement une épaisseur de paroi plus faible que les éléments tubulaires situés à plus grande profondeur. Cette conception permet de concilier les impératifs contradictoires mentionnés ci-dessus, puisque les éléments tubulaires supérieurs 32 fortement allégés permettent d'augmenter l'angle ϑ au point de liaison et que les éléments tubulaires inférieurs situés à grande profondeur ayant un poids apparent dans l'eau élevé permettent d'augmenter suffisamment l'effort F pour obtenir une force de rappel F_H satisfaisante.

[0051] De plus, dans le cas d'ancrage à grande profondeur, des éléments constitutifs à paroi épaisse en partie inférieure de la ligne d'ancrage permettent d'augmenter la tenue à la pression de cette ligne.

[0052] La ligne d'ancrage 23 étant allégée grâce à la présence des éléments tubulaires, il sera possible d'utiliser une ligne de très grande longueur, ce qui permet de diminuer l'inclinaison moyenne de cette ligne par rapport au plan horizontal et d'augmenter la force de rappel.

[0053] Sur les figures 7 et 8, on a représenté de manière schématique la forme d'une ligne d'ancrage 23 (ou 23′) selon l'invention assurant l'ancrage d'une plateforme semi-immergée 20 sous la surface 21 de la mer. La ligne d'ancrage 23 (ou 23′) est reliée par son extrémité supérieure à faible profondeur 22 (ou 22′) à la plateforme 20 et par son extrémité inférieure 40 (ou 40′) à un pieu foré 41 (ou 41′) fixé sur le fond 42 de la mer.

[0054] En réglant la flottabilité des différentes parties de la ligne suivant sa longueur, entre son extrémité 40 et son extrémité 22 (ou 40′ et 22′), on peut obtenir des formes différentes de cette ligne d'ancrage lors de son immersion.

[0055] Ce réglage de la flottabilité de la ligne est obtenu en faisant varier le rapport épaisseur de paroi/diamètre des éléments constitutifs 32 ou 32′ de la ligne d'ancrage, depuis son extrémité 40 jusqu'à son extrémité 22.

[0056] De manière générale, les éléments constitutifs 32 situés au voisinage de l'extrémité 40 (ou 40′) auront une épaisseur de paroi supérieure à celle des éléments 32 (ou 32′) situés au voisinage de l'extrémité 22 (ou 22′).

[0057] Généralement, comme il sera expliqué plus loin sur des exemples de réalisation, les lignes d'ancrage seront constituées de tronçons successifs comportant des éléments constitutifs identiques, ces tronçons ayant une flottabilité croissante depuis le fond jusqu'à la surface.

[0058] La ligne d'ancrage représentée sur la figure 7 présente la forme d'une chaînette dont la courbure varie de manière continue. Cette forme est obtenue avec une ligne comportant des tronçons successifs dont la flottabilité augmente de manière continue depuis le fond jusqu'à la surface.

[0059] La ligne d'ancrage représentée sur la figure 8 présente une forme complexe en S à deux points d'inflexion. Cette ligne comporte des tronçons à grande profondeur ayant un poids apparent dans l'eau important, des tronçons à faible profondeur ayant un poids apparent dans l'eau très faible et une partie intermédiaire constituée de tronçons relativement courts dont la flottabilité augmente rapidement.

[0060] Le profil représenté sur la figure 8 permet de réduire la longueur de ligne à déployer et donc les coûts de réalisation et de mise en place de cette ligne.

[0061] On va maintenant décrire deux exemples de réalisation d'une ligne caténaire tubulaire suivant l'invention permettant l'ancrage d'une plateforme semi-submersible par 600 mètres de fond (premier exemple) et par 1000 mètres de fond (second exemple de réalisation.

[0062] Dans les deux cas, le flotteur constitué par la plateforme semi-submersible subit des efforts extérieurs dus au vent, aux courants et à la houle qui contribuent à provoquer son déplacement à la surface de la mer. Afin de réduire le déplacement horizontal de ce flotteur, dans une direction quelconque, on utilise un dispositif d'ancrage comportant dix lignes caténaires suivant l'invention régulièrement réparties autour du flotteur, c'est-à-dire espacées angulairement de 36° l'une par rapport à l'autre.

[0063] Dans chacun des cas envisagés, les performances de la ligne d'ancrage caténaire suivant l'invention seront comparées aux performances d'une ligne traditionnelle constituée en partie par une chaîne et en partie par un câble présentant la même résistance à la rupture.

[0064] Dans les deux cas, le déplacement horizontal du flotteur doit être limité à 6% de la profondeur d'ancrage.

Exemple 1: Ancrage par 600 mètres de fond:

[0065] Le déplacement maximal autorisé du flotteur est de 36 mètres dans une direction quelconque.

[0066] Un dispositif d'ancrage classique de la plateforme comprendrait huit lignes constituées chacune par 1500 mètres de câble et 1500 mètres de chaîne de 7,5 cm (3" (pouces)) de diamètre. Chacune des lignes serait prétendue à 600 KN pour soutenir les efforts extérieurs en opération.

[0067] Dans une telle configuration, la tension horizontale maximale atteinte en opération dans une ligne est de 1266 KN et la tension verticale associée de 650 KN, l'angle au chaumard étant de 27,2° par rapport à l'horizontale. La force verticale exercée sur le flotteur par les huit lignes d'ancrage est donc proche de 5200 KN.

[0068] Un ancrage tubulaire articulé suivant l'invention permettant l'ancrage par 600 mètres de fond de la plateforme et le rappel de cette plateforme dans les conditions données sera constitué par huit lignes en maillons tubulaires de diamètre extérieur 27cm (10 pouces 3/4) et ayant un poids apparent croissant avec la profondeur d'immersion. Chaque ligne de longueur égale à 4000 mètres sera composée de trois tronçons de longueur respective précisée ci-après. Chaque tronçon sera constitué d'éléments tubulaires ayant un poids apparent dans l'eau donné, c'est-à-dire un rapport d'épaisseur de paroi/diamètre extérieur constant. Le poids apparent dans l'eau des différents tronçons diminue du fond vers la surface comme indiqué dans le tableau ci-dessous:

[0069] Pour les mêmes efforts extérieurs imposés au flotteur que ceux indiqués dans le cas de l'ancrage caténaire de conception traditionnelle et les mêmes efforts de pré-tension initiale, la tension maximale horizontale atteinte dans une ligne en opération est de 1887 KN et la tension verticale de 442 KN, l'angle au chaumard étant alors de 13,2° par rapport à l'horizontale.

[0070] La force verticale exercée sur le flotteur est donc voisine de 3536 KN. Cette valeur est à comparer à la force verticale de 5200 KN exercée par l'ancrage de type traditionnel sur la plateforme. La différence entre ces deux valeurs, soit 1664 KN, permet soit d'accroître les charges variables utiles à bord du flotteur, soit de réduire la réserve de stabilité de ce flotteur et donc son coût.

Exemple 2: Ancrage par 1000 mètres de fond:

[0071] Le déplacement horizontal maximal autorisé est de 60 mètres dans une direction quelconque. L'ancrage est constitué comme précédemment par huit lignes régulièrement réparties autour de la plateforme.

[0072] Dans le cas d'une ligne de conception traditionnelle constituée de 1500 mètres de câble et de 1050 mètres de chaîne de diamètre 9,5 cm (3"3/4 (pouces)), la tension verticale maximale atteinte en opération est de 1297 KN pour un angle au chaumard de 31,7° par rapport à l'horizontale. L'effort maximal vertical exercé sur le flotteur par un tel dispositif d'ancrage est donc voisin de 10376 KN.

[0073] Cette ligne de conception traditionnelle sera comparée à une ligne à maillons tubulaires de 5.300 mètres de longueur constituée de quatre tronçons de longueurs respectives précisées ci-après. Le poids apparent dans l'eau des tronçons est croissant avec la profondeur, comme il est indiqué dans le tableau ci-dessous:

[0074] La tension verticale maximale atteinte dans une ligne est de 808 KN avec un angle au chaumard de 23,2° par rapport à l'horizontale. L'effort vertical maximal exercé sur le flotteur par un tel dispositif d'ancrage est voisin de 6470 KN. Cette valeur est à comparer à la valeur de 10376 KN obtenue dans le cas du dispositif de conception traditionnelle. On obtient donc une diminution de la force verticale de 3906 KN, ce qui permet d'obtenir des avantages tels que ceux mentionnés ci-dessus dans le cas de l'ancrage par 600 mètres de fond.

[0075] Dans tous les cas, la ligne d'ancrage tubulaire suivant l'invention peut être constituée entièrement par des éléments standard obtenus chacun par soudage de pièces forgées identiques à l'extrémité de tronçons de tubes ayant un diamètre extérieur et une épaisseur de paroi voulus.

[0076] Les dispositifs de raccordement articulés entre les éléments de ligne pourront être, soit fabriqués spécialement, soit constitués par des éléments standard disponibles dans le commerce. La fabrication de la ligne d'ancrage peut donc se limiter à la réalisation de pièces d'extrémité forgées et à leur soudage bout à bout aux extrémités de tubes par exemple par friction. Ces opérations peuvent être facilement automatisées.

[0077] L'acier des tubes utilisé dans la technique pétrolière peut présenter une résistance à la rupture de l'ordre de 1000 MPa; cette résistance se compare favorablement à la résistance des aciers pour chaîne quine dépasse jamais 900 MPa.

[0078] En revanche, les câbles sont constitués de fils d'acier dont la résistance peut atteindre 1900 MPa après traitement.

[0079] Cependant, l'allègement dû à la poussée d'Archimède de la ligne d'ancrage suivant l'invention lors de son utilisation permet d'obtenir des performances très supérieures à celles des meilleurs câbles d'ancrage connus actuellement.

[0080] De plus, comme il sera expliqué ci-dessous, la ligne d'ancrage suivant l'invention peut être déployée et mise en oeuvre, de façon aisée, grâce à sa constitution modulaire.

[0081] Sur la figure 9, on a représenté un premier mode d'utilisation et de mise en oeuvre d'une ligne d'ancrage 23 suivant l'invention, dans le cas où l'on désire réaliser l'ancrage, sur le fond de la mer, d'une plateforme semi-submersible 50.

[0082] Une barge 51 équipée d'une grue 52 est amenée à proximité de la plateforme semi-submersible. On a chargé sur la barge 51 l'ensemble des éléments nécessaires à la constitution de la ligne d'ancrage 23 de la plateforme. Ces éléments peuvent être constitués par plusieurs dizaines d'éléments tubulaires tels que les éléments 2 ou 32 qui ont été décrits ci-dessus et par plusieurs dizaines de dispositifs de liaison articulée tels que les dispositifs 3 ou 33. On réalise, au niveau d'une installation de montage et d'assemblage 53 (par exemple une table à casing), grâce à la grue 52, l'assemblage de tronçons, de la ligne d'ancrage constitués chacun par un élément tubulaire 32, pour obtenir une certaine longueur de cette ligne d'ancrage. Le premier segment 55 de la ligne d'ancrage est relié à la plateforme 50, de manière habituelle.

[0083] On poursuit le montage de la ligne d'ancrage, à partir de la barge 51, jusqu'au moment où cette ligne d'ancrage a atteint une longueur suffisante. On équipe alors l'extrémité de la ligne obtenue d'une ancre de marine qui est ensuite immergée ou on relie l'extrémité finale de la ligne à un pieu foré, grâce à un matériel adapté et connu de la technique.

[0084] L'assemblage et le déploiement de la ligne ont été réalisés grâce à la grue 52 et au dispositif 53, selon une technique connue de l'art antérieur, pour la constitution d'un train de tiges de forage ou d'un cuvelage. Le dispositif 53 peut être constitué par toute table d'assemblage de tiges de forage ou toute table à cuvelage.

[0085] Il est bien évident également que d'autres moyens utilisés couramment dans les techniques de forage ou de pose de pipe-lines pourront être utilisés. De tels moyens peuvent être constitués par des treuils élévateurs, des cales ou divers moyens de gerbage de tubes.

[0086] La barge 51 peut être constituée, de manière avantageuse, par une barge de manutention et de pose de pipe-lines ou par une barge d'approvisionnement des plateformes de forage permettant le transport et la fourniture de colis de poids élevés.

[0087] Sur la figure 10, on a représenté un second mode de mise en oeuvre d'une ligne d'ancrage 23 suivant l'invention, l'extrémité de cette ligne d'ancrage 23 étant reliée par l'intermédiaire d'une chaîne 61, de structure classique à maillons, à un pieu foré 60 fixé dans le fond de la mer 62.

[0088] La chaîne a été constituée et déployée en utilisant la barge 51 mise en oeuvre dans le mode de réalisation de la figure 8. La ligne d'ancrage 23 est assemblée depuis la barge 51 puis reliée au pieu 60 et enfin la barge 51 assure grâce à sa grue 52 la liaison de l'extrémité supérieure de la ligne 23 à l'engin flottant dont on désire réaliser l'ancrage, par exemple une plateforme semi-submersible ou une bouée.

[0089] Sur la figure 11, on a représenté un troisième mode de réalisation de la mise en oeuvre d'une ligne d'ancrage 23 suivant l'invention.

[0090] Une plateforme de forage 65 de type dynamique porte un derrick 66 et une grue de manutention 67.

[0091] Plusieurs dizaines d'éléments destinés à constituer la ligne d'ancrage 23, à savoir les segments 2 ou 32 et les éléments d'articulation 3 ou 33 ont été stockés préalablement sur la plateforme 65.

[0092] Les moyens de manutention et d'exploitation mentionnés sont utilisés pour réaliser le montage et le déploiement de la ligne d'ancrage 23 à l'extrémité de laquelle est fixée une ancre de marine 68. Lorsque la ligne d'ancrage 23 atteint une longueur suffisante supérieure à la profondeur d'eau au niveau de la plateforme 65, l'ancre 68 réalise la fixation de la plateforme sur le fond marin.

[0093] Sur la figure 12, on a représenté un quatrième mode de mise en oeuvre et d'utilisation d'une ligne d'ancrage 23 suivant l'invention. La ligne d'ancrage est assemblée et déployée depuis un pétrolier de stockage 70. Des moyens de manutention et d'assemblage 71 et 72 fixés sur la superstructure du pétrolier permettent le montage de la ligne 23 élément par élément, comme dans les cas précédents.

[0094] Une ancre de marine 73 permet l'ancrage du pétrolier lorsque la ligne a atteint une longueur suffisante.

[0095] Dans le cas de la mise en oeuvre selon l'une des figures 11 et 12, il est bien évident qu'on peut fixer l'extrémité de la ligne d'ancrage 23 sur un pieu foré tel que le pieu 60 représenté sur la figure 10, au lieu de réaliser l'ancrage à partir d'une ancre de marine.

[0096] La ligne d'ancrage suivant l'invention est d'une grande efficacité, d'une réalisation simple et d'un coût limité. De plus, sa fabrication et sa mise en oeuvre peuvent être réalisées par des opérations simples effectuées grâce à des matériels existant dans le domaine du forage et de l'exploitation pétrolière.

[0097] Les caractéristiques de résistance mécanique et de flottabilité de la ligne peuvent être facilement adaptées à chaque cas particulier et la longueur totale de la ligne d'ancrage peut être, de par sa conception modulaire et la compensation de son poids par poussée d'Archimède, portée à une valeur très élevée, supérieure à ce qu'il en est pour toutes les réalisations connues actuellement. Cette longueur pourra par exemple être comprise entre 4000 et 10000 mètres.

[0098] L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits.

[0099] On peut envisager une loi de variation quelconque de la flottabilité de la ligne d'ancrage suivant sa longueur en fonction des résultats recherchés.

[0100] On peut utiliser des tronçons d'une longueur quelconque, supérieure ou inférieure aux longueurs données ci-dessus. On peut utiliser tout dispositif de liaison articulé entre les éléments tubulaires de la ligne d'ancrage, à partir du moment où ces dispositifs de liaison peuvent être facilement assemblés, dans les conditions d'exploitation existantes.

[0101] On peut envisager la réalisation d'une ligne d'ancrage non seulement en assemblant bout à bout des éléments constitutifs tubulaires suivant l'invention mais encore en disposant de tels éléments constitutifs de manière espacée et en les reliant par des tronçons de ligne d'ancrage suivant l'art antérieur.

[0102] Enfin, la ligne d'ancrage suivant l'invention peut être utilisée dans d'autres domaines que la recherche et l'exploitation pétrolière.

Revendications

1. Ligne d'ancrage caténaire pour un engin flottant (20) constituée par une pluralité d'éléments successifs (2, 32) reliés entre eux de manière articulée et constitués chacun par un tube fermé de façon étanche à l'eau à chacune de ses extrémités délimitant un volume intérieur rempli d'air, la ligne (1, 23) comportant une extrémité (22) à faible profondeur assurant la liaison avec l'engin flottant (20) et une extrémité d'ancrage à grande profondeur (40) assurant l'ancrage sur un fond marin (42), caractérisée par le fait que la flottabilité de la ligne d'ancrage (1, 23) est variable suivant sa longueur, les éléments constitutifs tubulaires (2, 32) ayant généralement une épaisseur de paroi rapportée à leur diamètre d'autant plus forte qu'ils sont plus proches de l'extrémité d'ancrage (40) de la ligne.

2. Ligne d'ancrage suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est constituée de tronçons successifs de flottabilité constante et constitués chacun par des éléments tubulaires (32) identiques.

3. Ligne d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par des éléments tubulaires (2, 32) ayant une longueur comprise entre 9 et 12 mètres.

4. Ligne d'ancrage suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que lesdits tubes (2, 32) sont constitués par des éléments tubulaires utilisés dans la recherche ou l'exploitation pétrolière, tels que tiges de forage, masses-tiges, éléments de cuvelage.

5. Ligne d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle présente, en service, la forme d'une chaînette dont la courbure varie de façon continue depuis son extrémité d'ancrage (40) jusqu'à son extrémité de liaison à faible profondeur (22).

6. Ligne d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle présente, en service, la forme d'un S à deux points d'inflexion présentant une extrémité d'ancrage à grande profondeur (40′) et une extrémité de liaison à faible profondeur (22′) faiblement inclinées par rapport à l'horizontale.

7. Ligne d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte une partie à plus grande profondeur constituée par des éléments tubulaires (32) ayant une forte épaisseur de paroi et un poids apparent dans l'eau important et une partie à faible profondeur constituée par des éléments tubulaires (32) à faible épaisseur de paroi et ayant un poids apparent dans l'eau faible.

8. Ligne d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'elle présente une longueur, entre son extrémité d'ancrage (40) et son extrémité de liaison à faible profondeur (22) comprise entre 4000 et 10000 mètres.

Ansprüche

1. Kettenförmige Ankerlinie für schwimmende Gegenstande (20), aufgebaut aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Elemente (2, 32), welche untereinander gelenkig verbunden sind und wobei jedes aus einem an jedem seiner Enden wasserdicht geschlossenem Rohr aufgebaut ist, das ein mit Luft gefülltes Innenvolumen begrenzt, wobei die Linie (1, 23) einen Endabschnitt (22) in geringer Tiefe zum Sicherstellen der Verbindung mit dem schwimmenden Gegenstand und einen Endabschnitt in großer Tiefe (40) zum Sicherstellen der Verankerung auf einem Meeresboden (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmfähigkeit der Ankerlinie (1, 23) in Abhängigkeit von ihrer Länge variabel ist, wobei die rohrförmigen Bauelemente (2, 32) im wesentlichen eine Wanddicke bezogen auf ihren Durchmesser haben, die umso größer ist, je näher sie dem Verankerungsendabschnitt (40) der Linie sind.

2. Ankerlinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus aufeinanderfolgenden Teilstücken konstanter Schwimmfähigkeit aufgebaut ist, welche jedes aus identischen rohrförmigen Elementen (32) gebildet ist.

3. Ankerlinie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus rohrförmigen Elementen (2, 32) mit einer Länge zwischen 9 und 12 Metern aufgebaut ist.

4. Ankerlinie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 32) aus rohrförmigen Elementen aufgebaut sind, welche bei der Erdölsuche oder -gewinnung verwendet werden, so wie Meißelschäfte, Schwerstangen, Futterrohrelemente.

5. Ankerlinie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei der Benutzung die Form einer Kettenlinie zeigt, deren Krümmung sich kontinuierlich von ihrem Verankerungsendabschnitt (40) bis zu ihrem Verbindungsendabschnitt in geringer Tiefe (22) ändert.

6. Ankerlinie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei der Benutzung die Form eines S mit zwei Wendepunkten zeigt, welche einen Verankerungsendabschnitt in großer Tiefe (40') und einen Verbindungsendabschnitt in geringer Tiefe (22') darstellen, die leicht in bezug auf die Horizontale geneigt sind.

7. Ankerlinie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Abschnitt in größerer Tiefe, der aus rohrförmigen Elementen (32) mit starker Wanddicke und einem Gewicht, das in Wasser sehr groß erscheint, aufgebaut ist, und einen Abschnitt in geringer Tiefe, der aus rohrförmigen Elementen (32) mit geringer Wanddicke und einem Gewicht, das in Wasser klein erscheint, aufgebaut ist, aufweist.

8. Ankerlinie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen ihrem Verankerungsendabschnitt (40) und ihrem Verbindungsendabschnitt in geringer Tiefe (22) eine Länge zwischen 4000 und 10000 Metern aufweist.

Claims

1. Catenary anchorage line for a floating structure (20), consisting of a plurality of successive elements (2, 32) connected to one another in an articulated manner and each formed by a tube closed in a watertight manner at each of its ends, defining an internal volume filled with air, the line (1, 23) having an end at shallow depth (22) providing the connection with the floating structure (20) and an anchorage end at great depth (40) providing the anchorage on a sea bed (42), characterised in that the buoyancy of the anchorage line (1, 23) is variable over its length, the tubular constituent elements (2, 32) generally having a wall thickness in relation to their diameter which is the greater the closer they are to the anchorage end (40) of the line.

2. Anchorage line according to Claim 1, characterised in that it consists of successive sections of constant buoyancy, each consisting of identical tubular elements (32).

3. Anchorage line according to any one of Claims 1 and 2, characterised in that it consists of tubular elements (2, 32) having a length ranging between 9 and 12 metres.

4. Anchorage line according to Claim 3, characterised in that the said tubes (2, 32) consist of tubular elements used in oil exploration or exploitation, such as drill stems, drill collars, or casing elements.

5. Anchorage line according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that in service it has a catenary shape, the curvature of which varies continuously from its anchorage end (40) to its connecting end at lesser depth (22).

6. Anchorage line according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that in service it has an S-shape with two bending points, having an anchorage end (40′) at great depth and a connecting end (22′) at shallow depth inclined slightly with respect to the horizontal.

7. Anchorage line according to any one of Claims 1 to 6, characterised in that it has a part at greater depth consisting of tubular elements (32) having thick walls and a high apparent weight in the water, and a part at shallow depth consisting of tubular elements (32) with thin walls and having a low apparent weight in the water.

8. Anchorage line according to any one of Claims 1 to 7, characterised in that it has a length between its anchorage end (40) and its connecting end at shallow depth (22) ranging between 4,000 and 10,000 metres.

Dessins