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La présente invention concerne un système modulaire
notamment utilisable pour la production, le stockage et/ou
le chargement d'hydrocarbures au large des côtes.
La production pétrolière en mer est normalement faite à
partir de plateformes de production reliées à la terre par
des oléoducs.
Si la production du champ, en quantité ou en durée, est
insuffisante pour amortir le coût d'un oléoduc reliant la
plateforme a la côte, il faut prévoir une plateforme de
production et un stockage en mer.
De tels systèmes, visant la production de champs dits
marginaux, ont été développés.
L'un de ces systèmes consiste à utiliser une plateforme de
forage semi-submersible convertie pour la production.
Le pont de la plateforme de forage est débarassée des
équipements de forage, ceux-ci etant remplacés par des
équipements de production.
.
Le pétrole brut étant séparé en ses trois composants (huile,
eau, gaz) l'huile est stockée dans un navire-citerne, ou
pétrolier ou communément appelé tanker dans les pages
suivantes de cette demande,ancré de manière permanente sur
le champ, à l'aide d'une bouée permettant au tanker de se
placer constamment dans l'axe du vent.
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On prévoit ~énéralement une deuxième bouée qui fait office de terminal
en mer et qui permet à un deuxième tanker de faire la navette entre le
champ e-t la côte.
~n deuxième système de production consiste à utliser un tanker spécia-
lement converti pour la production.
Dans ce cas, le même support flottant sert à la production (les équipe-
ments é-tant placés sur le pont) et au stockage.
Comme dans le cas ci-dessus, le tanker est ancré en permanence sur une
bouée et une deuxième bouée sert de terminal en mer pour décharger le
pétrole dans un deuxième tanker qui fait la navette entre le champ et
la cô-te.
Ces systèmes présentent deux inconvénients :
a) nécessité de transformer des supports flottants non prévus pour la
production en mer et donc pas toujours adaptés aux besoins sur le
plan technique et sur le plan du coût ;
b) limitation de la profondeur d'eau dans laquelle ces systèmes peuvent
être utilisés. Ces deux systèmes sont en effet tributaires de la pos-
sibilité d'ancrage des bouées conventionnelles, ce qui limite prati-
quement ces systèmes aux tranches d'eau inférieures à 150 mètres(voir, par exemple, l'article "An Analysis of Tanker Based Floating
Production Sys-tems for Small Offshore Fields", de MM. W.R. Leod et
L.H. Sumudlers, Journal of Petroleum Technology, August 1982, P. 1871
à 1879).
L'art antérieur peut être illustré par les brevets américains 3.434.442e-t 4.234.270 ainsi que par les demandes de brevet allemands 2.701.242
et 2.727.082.
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Un objet essentiel de la présente invention
est de fournir un système de production flottant comportant
un stockage intégré, ce système constituant en outre le
terminal en mer et étant susceptible d'être ancré par des
profondeurs supérieures à celles des bouées conventionnelles.
Un autre objet important de l'invention est
de réaliser une structure modulaire permettant de s'adapter
facilement aux besoins.
. Selon la présente invention, il est prévu un
système modulaire flottant, caractérisé en ce qu'il comprend
un ensemble de cylindres disposés autour d'un même axe et
reliés entre eux de manière rigide, ces cylindres comprenant
en combinaison:
a) des cylindres métalliques de stockage de
l'huile, ce stockage étant effectué sur une colonne d'eau
reliée à l'eau environnant le système, le niveau de l'eau
dans les cylindres descendant ou montant suivant que l'on
stocke de l'huile ou qu'on en soutire, lesdits cylindres
de stockage étant entièrement au-dessous du niveau de l'eau
environnante, et
b) des cylindres métalliques, ou parties de
cylindres métalliques de ballast, associés à des moyens
de régulation adaptés à compenser la variation de flottabi-
lité du système en fonction des variations du niveau eau-
huile dans les cylindres de stockage, lesdits cylindresmétalliques ou parties de cylindres métalligues de ballast
étant disposés au-dessous du niveau de l'eau.~
. ,, . , , . _ , _ . . _ . .
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- 4 -
Les cylindres de stockage et de ballast pourront être joints
ou non les uns aux autres.
Il est bien evident que le terme de cylindre est à prendre
dans son sens large et non seulement dans le sens de
cylindre de révolution bien que cette forme soit d'une
réalisation commode.
Selon un mode particulier de réalisation, les cylindres de
stockage et de ballast sont disposés au moins autour du
cylindre de flottaison qui occupera alors une position
centrale. Dans ce cas, les cylindres de stockage et de
ballast sont qualifiés de cylindres périphériques et le
cylindre de flottaison est qualifié de cylindre central.
Selon un autre mode particulier de réalisation, ledit
cylindre métallique de flottaison sera supprimé et on ne
conservera que l'ensemble constitue des cylindres de
stockage et de ballast éventuellement disposés autour d'un
axe. La flottaison pourra alors être assurée par un ou des
flotteurs notamment reliés directement audit ensemble ou par
la flottabilité positive de certains au moins des cylindres
de stockage ou de ballast. Dans ce cas particulier, la
plateforme ou le pont pourra être relié directement audit
ensemble par des pieds d'assemblage.
Selon la présente invention, il est également prévu un
procédé de réalisation d'un système modulaire flottant qui
consiste:
- à remorquer en position horizontale sur un site choisi un
ensemble de cylindres reliés entre eux, cet ensemble
comprenant au moins un cylindre entouré par une couronne
de cylindres périphériques,
13053'~
- 4a -
- à remorquer un pont dans une position horizontale sur le
même site choisi,
- à basculer en position verticale ledit ensemble de
cylindres une fois arrivé sur le site choisi, et
- à raccorder ledit pont audit ensemble de cylindres.
Selon la présente invention il est également prévu un
procédé de réalisation d'un système modulaire flottant, qui
consiste:
- à remorquer en position horizontale sur un site choisi un
ensemble de cylindres reliés entre eux de manière rigide,
cet ensemble comprenant au moins un cylindre central
métallique de flottaison adapté à occuper en service une
position verticale avec une partie inférieure qui se situe
au-dessous du niveau de l'eau, ce cylindre de flottaison
étant entouré par une couronne de cylindres périphériques
qui descendent en service au-dessous dudit cylindre de
flottaison,
- à remorquer un pont dans une position horizontale sur le
même site choisi,
- à basculer en position verticale ledit ensemble de
cylindres une fois arrivé sur le site choisi,et
- à raccorder ledit pont audit ensemble de cylindres.
Ledit ensemble de cylindres et ledit pont peuvent être
remorquer soit séparément soit ensemble sur le site choisi.
De préférence, chacun des cylindres comporte une virole, et
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~- 4b -
le procéd~ consiste en plu8 à incorporer par soudure à la
virole de chaque cylindre au moment de la réalisation de la
virole un élément de liaison pour relier ensemble les
cylindres voisins.
Dans un mode de réalisation préférentiel, on relie entre eux
les cylindres qui sont voisins par les éléments de liaison,
chacun des cylindres comportant une virole, un él~ment de
liaison étant incorporé et soudé à la virole de chaque
cylindre lors de la réalisation de la virole, et on réalise
l'assemblage de deux cylindres voisins par soudure entre les
él~ments de liaison dont sont équipés lesdits cylindres.
Selon la présente invention, il est également prévu un
procédé de réalisation d'un système modulaire flottant, le
système comprenant des cylindres métalligues de stockage de
l'huile, ce stockage étant effectué sur une colonne d'eau
reliée à l'eau environnant le système, le niveau de l'eau
dans les cylindres descendant ou montant suivant que l'on
stocke de l'huile ou qu'on en soutire, lesdits cylindres de
stockage étant entièrement au-dessous du nivau de l'eau
environnante, et des cylindres métalliques, ou parties de
cylindres métalliques de ballast, associés à des moyens de
régulation adaptés à compenser la variation de flottabilité
du système en fonction des variations du niveau eau-huile
dans les cylindres de stockage, lesdits cylindres
metalliques ou parties de cylindres métalliques de ballast
étant disposés au-dessous du niveau de l'eau, caractérisé en
ce que les cylindres voisins comportant chacun une virole
sont liés entre eux par un élément de liaison réalisé en
incorporant, au moment de la réalisation de la virole, ledit
élément de lisaison dans chacun de deux cylindres voisins
puis en soudant ledit élément de liaison dans la virole de
chacun desdi-ts cylindres voisins.
- 4c - 130S370
Des modes particuliers de réalisation de l'invention sont
décxits ci-après à titre d'exemple seulement, en se référant
aux dessins annexés, où:
- la figure 1 est une vue schçmatique d'ensemble d'un
système modulaire selon l'invention en position verticale
dans l'eau,
- la figure lA est une vue de dessus de l'installation,
- les figures lB et lC correspondent à des coupes par les
, plans horizontaux B-B et C-C respectivement, indiqués sur
la fi~ure 1,
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- Les figures 2, 3, 4, 5 montrent des modalités différentes de trans~ort
et d'ins-talla-tions sur site,
- la fiRure 6 illustre un mode d'assemblage des cylindres par soudure,
- la figure 7 illustre un mode avantageux de réalisation d'un cylindre
périphérique dans lequel une chambre de ballastage surmonte une cham-
bre de stockage,
- les figures 7A et 7B illustrent une vue de détail de ce mode de réa-
lisation, et
- la figure 8 illus-tre un mode particulier de réalisation de l'installa-
tion.
Dans les exemples de réalisation de l'invention illustrés par les
figures, la référence 1 désigne dans son ensemble un système modulaire
de production, de stockage ~ de chargement d'hydrocarbures provenant
d'un ensemble de puits subaquatiques (non représentés), ce système
comportant un ensemble de cylindres reliés entre eux de manière rigide.
Ces cylindres comprennent en combinaison :
a) au moins un cylindre métallique de flottaison A1, adapté à
occuper en service une position verticale (Fig. 1), le bas de
ce cylindre étant alors situé au-dessous du niveau 2 de l'eau.
La partie supérieure du cylindre Al émerge en service au-dessus
du niveau de l'eau et supporte un pont ou plateforme 3 comportant
des équipements de production et de vie.
Cette partie émergente du cylindre A1 constitue un terminal
auquel viendront s'amarrer des navires pétroliers faisant la
navettc entre ce terminal et la côte.
Le cylindre de flottaison A1 est entouré d'au moins une couronne
de cylindres rnétalliques périphériques A2, A3 ... qui descendent
au-dcssous du cylindre Al. Cette disposition dégage sous le
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cylindre de flottaison A1 un espace libre E (Fig. lC), limité
par la couronne de cylindres périphériques A2, A3... Eventuelle-
ment, ce-t espace libre E, pourra être utilisé pour y placer des
organes permettant d'augmenter la rigidité du système, ou pour
y loger un lest quelconque, ou un cylindre annexe.
Ces cylindres périphériques comprennent :
b) Des cylindres métalliques de stockage de l'huile, ce stockage S
étant effectué sur une colonne d'eau S2 reliée en 4 à l'eau
environnant le système. L'huile flotte sur l'eau, la colonne
hydrostatique huile + eau étant en équilibre avec l'eau envi-
ronnante. Dans ces conditions, le niveau de l'eau dans les
cylindres tels que A2 descend ou monte suivant que l'on stocke
de l'huile ou qu'on en soutire.
Les cylindres de stockage tels que A2 sont en service, entiè-
rement situés au-dessous du niveau 2 de l'eau environnante.
Pour éviter une pollution de l'eau de mer par le pétrole, on
prévoira une garde suffisante au bas des cylindres de stockage
et un système de sécurité évitant que le niveau d'huile ne
descende au-dessous d'un niveau-limite fixé. L'eau mouillée
d'huile pourra subir un traitement physico-chimique approprié
avant d'etre rejetée à la mer ou demeurera dans un siphon ou un
cylindre tarnpon.
c) Des cylindres métalliques ou parties de cylindres métalliques
de ballast B remplis d'huile, d'eau, d'air ou de gaz inerte.
Selon un mode particulier de réalisation, le ou les cylindres de
flottaison 14 pourront etre insérés parmi les cylindres de stockage
et de ballast 15 disposés éventuellement suivant un arc de cercle.
Bien entendu5 la structure ainsi constituée peut former une couronne
cornpléte 7 (Fig. 8). Sur cette figure 8, on a représenté un pont 16
relié direc-tement aux cylindres de flottaison 14. Mais on ne sortira
130537~
- 7 -
pas du cadre de la présente invention si le pont est relié à
au moins un cylindre de flottaison et/ou aux cylindres de
stockage ou de ballast par des pieds d'assemblage.
D'ailleurs, dans ce cas, une partie du ou des cylindres de
flottaison pourra servir pour le stockage ou le ballastage.
Des croisillons ou des raidisseurs pourront être disposés au
- centre de la couronne afin d'en accroître la rigidité.
Selon un mode avantageux de réalisation, illustré par les
figures 7, 7A et 7B, certains au moins des cylindres
périphériques A2, A3 ... comportent une cloison interne 5 ou
5_ raccordée par soudure à la virole 6 du cylindre, soit
directement, soit par l'intermédiaire d'une pièce 13. Cette
cloison interne 5 ou 5a délimite à la partie supérieure du
cylindre une chambre de ballastage B surmontant une chambre
de stockage S1.
Selon un mode particulier de réalisation, la couronne de
cylindres de stockage A2, A3 .. est fixée de manière rigide
par soudure au cylindre de flottaison Al sur une hauteur h
inférieure à la hauteur H de ce cylindre A1 (puisque les
cylindres A2, A3... descendent au-dessous du cylindre A1),
mais représentant au moins 25~ de la hauteur H.
Afin de faciliter la construction d'un tel système
modulaire, il sera avantageux d'incorporer à la virole 6 de
chaqlle cylindre (A1, A2, A3...) un élément de liaison 7 lors
de la fabrication de cette virole, l'assemblage de deux
cylindres voisins étant alors réalisé par soudure S entre
les éléments de liaison 7 dont sont équipés ces cylindres
(Fig. 6).
Dans cette variante l'élément de liaison 7 a une forme en T
~,,
130S37C)
- 7a -
ayant une branche horizontale avec des extrémités libres et
une branche verticale avec une extrémité libre. On soude
alors les deux extrémités libres de la branche horizontale à
la virole 6 d'un cylindre, et on soude ensemble les
extrémités libres de deux branches verticales de deux
éléments de liaison correspondants de deux cylindres
voisins, tel que montré sur la Fig. 6.
Une autre variante de solidarisation entre eux des cylindres
consiste à le faire en remplaçant les deux tronçons de
l'élément 7 par un tronçon unique ayant la forme d'un I.
Dans cette variante, l'élément de liaison a une forme en I
ayant deux branches horizontales opposees, chacune ayant
deux extrémités libres et une branche perpendiculaire à ces
deux branches horizontales. On soude alors les deux
extrémités libre d'une branche horizontale à la virole 6
d'un cylindre et les deux extrémités libres d'une branche
horiæontale opposée à la virole 6 d'un cylindre voisin.
Le système selon l'invention sera ancré sur le site choisi
par tout moyen approprié, tel qu'un ancrage funiculaire par
chaînes ou cables relié à des ancres ou corps morts, un
ancrage par haubans, ou un ancrage axial.
130~;370
Une torchere destinée à brûler les gaz pourra être supportée par un
bras en porte-à-faux d'un côté de la plateforme 3, ou flotter sur l'eau
à une certaine distance du système en étant reliée à celui-ci par une
conduite flexible, un tanker navette devant être amarré et pouvoir
5 tourner librement autour du système de production, la torchère, le
pont porte-hélicoptère et le point d'amarrage du tan}cer seront fixés
sur une table tournante (T) (Figs lA et 3), la distance entre ces
trois équipements demeurant constante. La mise en place de ce système
sur le site choisi pourra avantageusement être réalisé en remorquant
10 séparément l'ensemble de cylindres (Fig. 2) et le pont mis en flot-
taison, par exernple grâce à des barges 11 et 12 (Fig. 3). Par ballas-
~age de certains cylindres, l'ensemble des cylindres est basculé en
position verticale et le raccordement sur le site est alors effectué
entre le pont demeurant horizontal et l'ensemble de cylindres en
position verticale. A cet effet, le pont et l'ensemble des cylindres
seront réunis par des organes permettant de les solidariser et de le
désolidariser facilement sur le site.
Un autre exemple avantageux de réalisation est illustré par la figure 4.
Le pont ou plateforme 3 est relié au cylindre de flottaison par au
moins une articulation 8 permettant le transport de l'ensemble de
production, pont 3 inclus, en position horizontale, après désolida-
risation des organes de liaison 9 et 10, ce transport jusqu'au site
choisi s'effectuant par remorquage à la surface de l'eau.
Pendant toute cette phase de transport, la position horizontale de la
plateforme 3 est maintenue par lestage de cette plateforme ou/et
utilisation de haubans, bracons ou vérins reliant cette plateforme aux
Y 1' 2' 3 -
30Lorsque le système a atteint le site choisi, l'ensemble des cylindres
Al, A2, A3... est basculé jusqu'à une position verticalej tandis que
le pont 3 demeure en position horizontale. Les organes de liaison 9 et
10 sont alors solidarisés (Fig. 5).
~3C~S370
Le système selon l'invention comporte des moyens de régulation adaptés
à compenser la variation de flottabilité du système en fonction des
variations du niveau eau-huile dans les cylindres de stockage (Fig. 1).
La différence de densité entre l'eau et l'huile se traduit, en effet,
par une variation de poids apparent dans l'eau du système, lors du
remplissage ou de la vidange des réservoirs de stockage.
Afin d'éviter des variations correspondantes du tirant d'eau de la struc-
ture pouvant geller le chargement des navires petroliers et affecter la
stabilité statique du système, celui-ci peut être équipé de détecteurs
des varia-tions de niveau de l'interface huile-eau dans les réservoirs
de stockage, ces détecteurs commandant l'admission ou l'évacuation
d'huile ou d'eau ou de gaz inerte ou d'air dans les chambres de
ballastage B.
