WO2013107821A1 - Système d'ancrage sous-marin pour structure flottante d'exploitation et procédé d'installation d'un tel système. - Google Patents

Système d'ancrage sous-marin pour structure flottante d'exploitation et procédé d'installation d'un tel système. Download PDF

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piles
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anchor
anchoring system
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Thomas Coudray
Christian Perol
Eric Luquiau
Patrick Fabre
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    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water

Definitions

  • Underwater anchoring system for floating structure of operation and method of installing such a system.
  • the present invention relates to an underwater anchoring system for floating structure for oil and gas exploitation.
  • the invention also relates to a method for installing such an anchoring system.
  • Offshore platforms are anchored to the seabed by a plurality of anchor piles driven into the seabed by gravity alone, by shelling means or by suction.
  • anchoring systems may be suction piles as described in US 6,488,446 or beaten piles or battered piles.
  • Suction piles as well as beaten or battered piles allow anchoring of installations to the seabed to maintain them in a given position.
  • each suction cell or pile is connected to the floating installation or floating platform by a plurality of flexible links such as a chain or an assembly of rigid elements hinged together as described in document WO 2010. / 126629.
  • an anchoring system connected to the platform by a flexible system.
  • This anchoring system consists of three batteries connected and connected together, on their upper part, by a wire mesh structure. This said structure is welded to the upper part of each stack, and the assembly is deployed on the seabed so that the suction piles sink their length into the seabed to thereby form an anchoring system.
  • An anchor line is then connected between the upper face of the truss structure and the floating platform to hold it in place according to the effects of wind, sea currents and waves.
  • the object of the present invention is to overcome these problems of over-sizing anchor piles for anchoring offshore floating installation.
  • the present invention proposes an underwater anchoring system for a floating structure for oil or gas exploitation, connected to the floating structure by an anchor line, characterized in that it comprises a support structure, at the minus two anchor piles, and hooking means of the anchor line, and in that the anchor piles pass through the support structure.
  • the invention also relates to a method of installing a subsea anchoring system of a floating structure for oil or gas exploitation, connected to the floating structure by an anchor line, characterized in that it consists of the following steps:
  • a support structure comprising at least two guiding means connected to each other by a trellis structure
  • FIG. 1 is a diagrammatic view from above of an underwater anchoring structure for a floating operating structure, according to the invention and comprising three stacks,
  • FIG. 2 is a front view of an underwater anchor structure for a floating operating structure, according to the invention.
  • FIG. 3 is a side view of the hooking device of the anchor line on an underwater anchoring structure for a floating operating structure, according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic view from above according to detail A of FIG. 1,
  • FIG. 5 is a diagrammatic front view of another embodiment according to the invention.
  • FIG. 6 is a diagrammatic view from above of an underwater anchoring structure, with an attachment device according to the invention.
  • FIG. 7 is a schematic side view of an underwater anchoring structure anchored to the seabed according to another embodiment, according to the invention
  • FIG. 8 is a schematic view from above, of another embodiment, in accordance with the invention
  • FIG. 9 is a schematic top view of another embodiment according to the invention.
  • the anchoring structure 1 shown in Figure 1 comprises a support structure 2.
  • This support structure 2 has for example a triangular concept.
  • the support structure 2 is formed of three guide means 3 connected in them by a set of metal beams forming a lattice 4.
  • Each guide means 3 consists of a cylinder 5 of inner diameter significantly greater than the outer diameter of the anchor piles.
  • Each cyclner 5 is open at both ends.
  • On the upper part 5a of each cylinder, a flange 6 is fixed to guide the anchor piles in each cyclider during installation thereof.
  • each guide means 3 is connected by a lattice 4.
  • the number of lattices is three.
  • Each lattice 4 consists of two horizontal beams, including a lower horizontal beam 7 and an upper horizontal beam 8. Between these two horizontal beams 7 and 8 come vertical beams 9 and / or oblique beams 10 of dimensions and lower sections to the beams 7, and thus forming the lattice 4.
  • a fastening device 11 of the ring type 12 is fixed therein, for example by welding, as illustrated in FIGS. 1, 3 and 4.
  • This anchoring ring 12 is positioned along the axis of symmetry A-A 'of said lower horizontal beam 7 and on its outer face 7a.
  • the term “outside” refers to everything on the periphery of the anchoring structure 1. Similarly, we will call “inside” everything inside the anchoring structure 1.
  • a reinforcing beam 13 is welded to a first end 13a to the inner face 7b of the horizontal beam 7.
  • This reinforcement beam 13 is fixed parallel to the axis A-A ' , and symmetrically to the ring anchoring along an axis BB 'longitudinal to the lower horizontal beam 7.
  • the second end 13b of the reinforcing beam 13 is fixed to one of the guide means 3.
  • the alignment of the reinforcement beam 13 with the ring anchoring 12, makes it possible to bring the force exerted on the anchoring ring, and to take up this force on the guiding means 3.
  • two diagonal reinforcing ribs 14 are arranged and welded between the lower horizontal beam 7 supporting the anchoring ring 12 and the other two lower horizontal beams 7.
  • These reinforcing struts 14 are welded, on a first end 14a, at the first end 13a of the reinforcing beam 13, and on the inner face 7b of the lower horizontal beam 7 supporting the anchoring ring.
  • the second end 14b reinforcing bracons is welded to the inner faces 7b of the other two lower horizontal beams 7 not supporting the anchor ring.
  • the anchoring ring 12 can be fixed directly on one of the guiding means 3 of the support structure 2.
  • the support structure 2 is formed of two guiding means 3 connected in them by a set of metal beams forming a lattice 4.
  • Each guiding means 3 consists of a cylinder 5 of inner diameter substantially greater than the outer diameter of the anchoring piles.
  • Each cylinder 5 is open at both ends.
  • On the upper part 5a of each cylinder 5, a flange 6 is fixed to guide the anchoring piles in each cylinder during installation thereof.
  • an attachment device 1 1 such as an anchoring ring 12 is fixed on one of the guide means 3 of the support structure 2.
  • the support structure 2 is transferred from the deck of a floating barge or a support vessel (not shown) to the marine sub-floor, as illustrated in FIG. 7, by means of a lifting member, such as a crane (not shown).
  • the anchoring piles 16 are then transferred from a barge or a support vessel to the seabed, and are then guided by the guide flanges 6 through the cylinders 5 of the structure 2. Once the piles of anchoring engaged in the cylinders 5, these piles are driven into the marine subsoil 15 by suction or by shelling means, such as a hammer or by rotary drilling
  • Each cylinder 5 forming the guide means 3 of the structure 2 is then secured to the portion of the anchoring stack 16 which is not sunk into the marine subsoil. Bonding can be done by sealing, with cement for example made in the ring 17 formed between the anchoring stack 16 and the cylinder 5 or by lateral deformation under pressure of the anchoring stack 16 in a prefabricated housing in the guide tube 5.
  • a first end of the anchor line (not shown) is then attached to the attachment means 1 1 of the support structure 2, and the second end is connected to the floating structure at the surface.
  • anchoring systems 1 are installed according to the method described, around the floating structure of exploitation.

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Abstract

Système d'ancrage sous-marin pour structure flottante d'exploitation et procédé d'installation d'un tel système. L'invention concerne un système d'ancrage (1) sous-marin pour une structure flottante d'exploitation pétrolière et/ou gazière, reliant la structure flottante par une ligne d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend une structure support (2), au moins deux piles d'ancrage et au moins un dispositif d'accrochage (12) de la dite ligne d'ancrage, et en ce que les dites aux moins deux piles d'ancrage traversent la dite structure support (2). L'invention concerne également un procédé d'installation d'un tel système d'ancrage.

Description

Système d'ancrage sous-marin pour structure flottante d'exploitation et procédé d'installation d'un tel système.
La présente invention est relative à un système d'ancrage sous-marin pour structure flottante d'exploitation pétrolière et gazière.
L'invention concerne également un procédé d'installation d'un tel système d'ancrage.
Les plate-formes d'exploitation en mer (flottantes) sont ancrées sur le fond marin par une pluralité de piles d'ancrage enfoncées dans le sous-sol marin par simple gravité, par des moyens de pilonnage ou par succion. De tels systèmes d'ancrage peuvent être des piles à succion comme décrit dans le document US 6,488,446 ou encore des pieux battus ou piles battues. Les piles à succion ainsi que les pieux battus ou piles battues permettent d'ancrer des installations au fond marin afin de les maintenir dans une position donnée.
En général chaque pile à succion, ou pile battue est reliée à l'installation flottante ou plate-forme flottante par une pluralité de liens flexibles tels qu'une chaîne ou un assemblage d'éléments rigides articulés entre eux comme décrit dans le document WO 2010/126629. De plus il est décrit dans ce même document WO 2010/126629, un système d'ancrage relié à la plate-forme par un système flexible. Ce système d'ancrage se compose de trois piles connectées et reliées entre elles, sur leur partie supérieure, par une structure treillis métallique. Cette dite structure est soudée sur la partie supérieure de chaque pile, et l'ensemble est déployé sur le fond marin afin que les piles à succion s'enfoncent de leur longueur dans le sous-sol marin pour former ainsi un système d'ancrage. Une ligne d'ancrage est ensuite connectée entre la face supérieure de la structure treillis et la plate-forme flottante afin de la maintenir en place en fonction des effets du vent, des courants marins et des vagues.
Lorsqu'une installation flottante d'exploitation pétrolière et gazière de grandes et de très grandes dimensions doit être ancrée sur le fond marin, les charges de tension exercées sur les lignes d'ancrage peuvent dépasser plusieurs milliers de tonnes. Ceci entraîne un surdimensionnement (longueur, diamètre et poids ) des moyens d'ancrages tels que les piles ou pieux. L'installation de telles piles devient alors compliquée, du fait d'un important encombrement lors du transport par barges ou navires supports sur le site d'installation en mer, et également lors du déploiement et de la descente de telles piles par des moyens de levage telle qu'une grue.
Le but de la présente invention est de remédier à ces problèmes de surdimensionnement des piles d'ancrage pour l'ancrage d'installation flottante d'exploitation en mer. A cet effet la présente invention propose un système d'ancrage sous-marin pour une structure flottante d'exploitation pétrolière ou gazière, relié à la structure flottante par une ligne d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend une structure support, au moins deux piles d'ancrage, et des moyens d'accrochage de la ligne d'ancrage, et en ce que les piles d'ancrage traversent la structure support.
L'invention a également pour objet un procédé d'installation d'un système d'ancrage sous-marin d'une structure flottante d'exploitation pétrolière ou gazière, relié à la structure flottante par une ligne d'ancrage, caractérisé en ce qu'il consiste en les étapes suivantes :
- à déposer sur le fond marin une structure support comprenant au moins deux moyens de guidage reliés les uns aux autres par une structure treillis,
- à déposer à travers les moyens de guidage de la structure support les piles d'ancrage,
- à enfoncer les piles d'ancrage dans le sous-sol marin,
- à fixer les piles d'ancrage aux moyens de guidage,
- à connecter la ligne d'ancrage au point d'ancrage situé sur la structure support,
- à connecter la ligne d'ancrage à l'installation de surface.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 est une vue schématique de dessus d'une structure d'ancrage sous- marine pour structure flottante d'exploitation, conforme à l'invention et comprenant trois piles,
- la figure 2 est une vue de face d'une structure d'ancrage sous-marine pour structure flottante d'exploitation, conforme à l'invention,
- la figure 3 est une vue de côté du dispositif d'accrochage de la ligne d'ancrage sur une structure d'ancrage sous-marine pour structure flottante d'exploitation, conforme à l'invention,
- la figure 4 est une vue schématique de dessus selon le détail A de la figure 1 ,
- la figure 5 est une vue schématique de face, d'un autre mode de réalisation, conforme à l'invention,
- La figure 6 est une vue schématique de dessus d'une structure d'ancrage sous- marine, avec un dispositif d'accrochage, conforme à l'invention,
- la figure 7 est une vue schématique de côté d'une structure d'ancrage sous- marine ancrée sur le fond marin selon un autre mode de réalisation, conforme à l'invention, - la figure 8 est une vue schématique de dessus, d'un autre mode de réalisation, conforme à l'invention
- la figure 9 est une vue schématique de dessus, d'un autre mode de réalisation, conforme à l'invention.
Sur les figures, les dimensions générales de la structure d'ancrage ainsi que les proportions des piles d'ancrage n'ont pas forcement été respectées afin de simplifier la compréhension des dessins.
Sur les figures, on a représenté schématiquement une vue de dessus d'une structure d'ancrage 1 sous-marine.
Dans un premier mode de réalisation, la structure d'ancrage 1 représentée sur la figure 1 comprend une structure support 2. Cette structure support 2 présente par exemple un concept triangulaire.
Comme cela apparaît notamment sur la figure 1 , la structure support 2 est formée de trois moyens de guidage 3 reliés en eux par un ensemble de poutrelles métalliques formant un treillis 4. Chaque moyen de guidage 3 se compose d'un cylindre 5 de diamètre intérieur sensiblement supérieur au diamètre extérieur des piles d'ancrage. Chaque cyclindre 5 est ouvert aux deux extrémités. Sur la partie supérieure 5a de chaque cylindre, une colerette 6 y est fixée pour guider les piles d'ancrage dans chaque cyclindre lors de l'installation de celles-ci.
Comme montré sur les figures 1 et 2, chaque moyen de guidage 3 est relié par un treillis 4. Dans le cas illustré figure 1 et pour une structure triangulaire, le nombre de treillis est de trois. Chaque treillis 4 se compose de deux poutrelles horizontales, dont une poutrelle horizontale inférieure 7 et une poutrelle horizontale supérieure 8. Entre ces deux poutrelles horizontales 7 et 8 viennent des poutrelles verticales 9 et/ou des poutrelles obliques 10 de dimensions et sections inférieures aux poutrelles horizontales 7, et formant ainsi le treillis 4.
Sur au moins une des poutrelles horizontales inférieures 7, un dispositif d'accrochage 1 1 du type anneau 12 y est fixé, par soudure par exemple, comme illustré sur les figures 1 , 3 et 4.
Cet anneau d'ancrage 12 est positionné selon l'axe de symétrie A-A' de la dite poutrelle horizontale inférieure 7 et sur sa face extérieure 7a. On appelle 30 « extérieur » tout qui se trouve en périphérie de la structure d'ancrage 1 . De même, on appellera « intérieur » tout ce qui se trouve à l'intérieur de la structure d'ancrage 1 .
Comme représenté sur les figures 1 , 3 et 4, une poutrelle de renfort 13 est soudée sur une première extrémité 13a à la face intérieure 7b de la poutrelle horizontale 7. Cette poutrelle de renfort 13 est fixée parallèlement à l'axe A-A', et symétriquement à l'anneau d'ancrage selon un axe B-B' longitudinal à la poutrelle horizontale inférieure 7. La seconde extrémité 13b de la poutrelle de renfort 13 est fixée à un des moyens de guidage 3. L'alignement de la poutrelle de renfort 13 avec l'anneau d'ancrage 12, permet d'amener l'effort exercé sur l'anneau d'ancrage, et de reprendre cet effort sur le moyen de guidage 3.
Sur les figures 1 et 4, deux bracons diagonaux 14 de renfort sont disposé et soudés entre la poutrelle horizontale inférieure 7 supportant l'anneau d'ancrage 12 et les deux autres poutrelles horizontales inférieures 7. Ces dits bracons de renfort 14 sont soudés, sur une première extrémité 14a, à la première extrémité 13a de la poutrelle de renfort 13, et sur la face intérieure 7b de la poutrelle horizontale inférieure 7 supportant l'anneau d'ancrage. La seconde extrémité 14b des bracons de renfort est soudée sur les faces intérieures 7b des deux autres poutrelles horizontales inférieures 7 ne supportant pas l'anneau d'ancrage.
Selon un deuxième mode de réalisation, et comme illustré sur la figure 6, l'anneau d'ancrage 12 peut être fixé directement sur un des moyens de guidage 3 de la structure support 2.
Comme représenté sur la figure 7, et selon un troisième mode de réalisation, la structure support 2 est formée de deux moyens de guidage 3 reliés en eux par un ensemble de poutrelles métalliques formant un treillis 4. Chaque moyen de guidage 3 se compose d'un cylindre 5 de diamètre intérieur sensiblement supérieur au diamètre extérieur des piles d'ancrage. Chaque cylindre 5 est ouvert aux deux extrémités. Sur la partie supérieure 5a de chaque cylindre 5, une collerette 6 y est fixée pour guider les piles d'ancrage dans chaque cylindre lors de l'installation de celles-ci.
Toujours selon ce même mode de réalisation, un dispositif d'accrochage 1 1 tel qu'un anneau d'ancrage 12 est fixé sur un des moyens de guidage 3 de la structure support 2.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention et comme illustré sur les figures 8 et 9, il peut être envisagé d'avoir autant de bracons de renfort 14 que de poutrelles horizontales inférieures 7 qui ne supportent pas l'anneau d'ancrage 12. De même et toujours selon une variante de l'invention, il est envisageable d'avoir autant de poutrelles de renfort 13 que de moyens de guidage 3 qui ne sont pas reliés à la poutrelle horizontale inférieure 7 supportant l'anneau d'ancrage 12.
Selon une première méthode d'installation, la structure support 2 est transférée du pont d'une barge flottante ou d'un navire support (non représenté) sur le sous-sol marin, comme illustré sur la figure 7, au moyen d'un organe de levage, comme par exemple une grue (non représentée). Les piles d'ancrage 16 sont ensuite transférées d'une barge ou d'un navire support vers le fond marin, et sont ensuite guidées par les collerettes de guidage 6 à travers les cylindres 5 de la structure 2. Une fois les piles d'ancrage engagées dans les cylindres 5, ces piles sont enfoncées dans le sous-sol marin 15 par succion ou par des moyens de pilonnage, comme par exemple un marteau ou encore par forage rotatif
Chaque cylindre 5 formant les moyens de guidage 3 de la structure 2 est ensuite solidarisé à la partie de la pile d'ancrage 16 qui n'est pas enfoncée dans le sous-sol marin. La solidarisation peut se faire par un scellement, avec du ciment par exemple effectué dans l'annulaire 17 formé entre la pile d'ancrage 16 et le cylindre 5 ou par déformation latérale sous pression de la pile d'ancrage 16 dans un logement préfabriqué dans le tube de guidage 5.
Une première extrémité de la ligne d'ancrage ( non représentée) est ensuite fixée au moyen accrochage 1 1 de la structure support 2, et la seconde extrémité est connectée à la structure flottante en surface.
Afin de maintenir la structure flottante d'exploitation, telle qu'une plate-forme d'exploitation pétrolière et/ou gazière, plusieurs systèmes d'ancrage 1 , sont installés selon la méthode décrite, autour de la structure flottante d'exploitation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Système d'ancrage (1 ) sous-marin pour une structure flottante d'exploitation pétrolière et/ou gazière, reliant la structure flottante par une ligne d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend une structure support (2), au moins deux piles d'ancrage (16) et au moins un dispositif d'accrochage (1 1 ) de la ligne d'ancrage,
et en ce que les dites aux moins deux piles d'ancrage (16) traversent la structure support (2).
2. - Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois piles d'ancrage.
3. - Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les piles d'ancrage (16) sont des piles à succion.
4. - Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les piles d'ancrage (16) sont des piles battues.
5.- Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les piles d'ancrage (16) sont des piles forées.
6. - Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la structure support (2) a au moins deux moyens de guidage (3) pour y insérer les piles d'ancrage (16), et de diamètres sensiblement supérieurs aux diamètres des piles d'ancrage (16).
7. - Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage (3) se composent d'un cylindre (5) ouvert aux deux extrémités et en ce que chaque cylindre est relié les uns aux autres par des poutrelles métalliques (7 ; 8 ; 9 et 10) formant un treillis (4).
8.- Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'accrochage (1 1 ) est fixé sur l'une des structures treillis (4).
9.- Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le moyen d'accrochage (1 1 ) est fixé au milieu et sur la face extérieure d'une des poutrelles horizontales (7) formant le treillis (4).
10. Système d'ancrage (1 ) sous-marin selon l'une quelconque des revendications
6 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'accrochage (1 1 ) est fixé sur au moins un des moyens de guidage (3).
1 1 .- Système d'ancrage (1 ) sous-marins selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'au moins une poutrelle de renfort (13) et au moins deux bracons de renfort (14) soient fixés sur les faces intérieures (7b) des poutrelles horizontales (7) et aux cylindres (5).
12.- Procédé d'installation d'un système d'ancrage (1 ) sous-marin d'une structure flottante d'exploitation pétrolière et/ou gazière relie à la structure flottante par une ligne d'ancrage, caractérisé en ce qu'il consiste en les étapes suivantes :
- à déposer sur le fond marin une structure support (2) comprenant au moins deux moyens de guidage (3) reliés les uns aux autres par une structure treillis (4),
- à déposer à travers les moyens de guidage (3) de la structure support, les piles d'ancrage (16),
- à enfoncer les piles d'ancrage dans le sous-sol marin (15),
- à fixer les piles d'ancrage aux moyens de guidage,
- à connecter la ligne d'ancrage au dispositif d'accrochage (1 1 ) situé sur la structure support,
- à connecter la ligne d'ancrage à l'installation de surface.
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