EP0287442B1 - Tube en acier précontraint, notamment pour la réalisation de lignes d'ancrage de plates-formes de production du type à lignes tendues, procédé de manutention et de mise en place d'un tel tube, et plate-forme comprenant un tel tube - Google Patents
Tube en acier précontraint, notamment pour la réalisation de lignes d'ancrage de plates-formes de production du type à lignes tendues, procédé de manutention et de mise en place d'un tel tube, et plate-forme comprenant un tel tube Download PDFInfo
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- EP0287442B1 EP0287442B1 EP88400853A EP88400853A EP0287442B1 EP 0287442 B1 EP0287442 B1 EP 0287442B1 EP 88400853 A EP88400853 A EP 88400853A EP 88400853 A EP88400853 A EP 88400853A EP 0287442 B1 EP0287442 B1 EP 0287442B1
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- B63B21/20—Adaptations of chains, ropes, hawsers, or the like, or of parts thereof
Definitions
- the present invention relates to a steel tube for constituting a line subjected in service to a tension exerted between opposite support points this tube being terminated by support connectors allowing the application of said tension, in particular for the constitution of an anchor line for an offshore production platform of the stretched line type, as well as a method of handling and placing such a tube.
- This type of platform which allows drilling or production in the deep sea, is a floating platform stowed at the bottom of the sea by means of lines anchored to bases or weights arranged at the bottom of the sea; the anchor lines, which generally consist of a bundle of steel tubes or cables, are provided at each of their ends with a flexible or articulated connector, which allows them to always work in tension, with torques very low bending despite the efforts undergone by the floating platform and transmitted to these lines.
- An anchor line which consists of a series of tubular sections of steel prestressed longitudinally individually by an inner cable and assembled step by step by threaded parts (publication EP-A-0 191 992).
- the screwed portion of the sections is not prestressed and the previously prestressed portion of the sections is only prestressed at a compression force lower than the servid tension of the line.
- the present invention aims to overcome this drawback.
- the anchoring line by a tube formed of a series of tubular steel sections and terminated at each end by a support connector, these sections being longitudinally prestressed by a bundle of cables which is common to all the sections, the prestressing being adjusted to a value greater than the value of the tension of the line in service so that in service, the length of the tube between the supports is maintained in compression.
- the invention therefore allows the steel to no longer work in tension but still in compression, hence very good fatigue behavior.
- the cables are in particular made of glass fibers, carbon or other mineral materials.
- mineral fibers such as glass fibers and carbon fibers have a tensile strength much higher than that of ordinary steel, generally of the order of 3000 MPa, or about seven times the resistance of a steel.
- the principle of the invention therefore makes it possible to combine the respective advantages of mineral fibers and steels, taking advantage of the very high tensile strength of the fibers to prestress the steel, which can then be stressed at a stress rate much lower than that of fibers, resulting in a significant decrease in the lengthening of the anchor lines.
- the cables are blocked by a fiber coating resin.
- the cables are blocked by mechanical centralizers.
- the tube forms a hermetically sealed volume, and the outside diameter of the steel tube is preferably chosen so that the apparent weight of the tube in water is substantially zero.
- the tube is made up of sections which are only held assembled end to end by said prestress.
- the fibers constitute a means of assembling the tube, when the latter is formed of sections arranged end to end, and avoid the use of mechanical or weld assembly means, which is always difficult to implement in an environment. marine.
- the invention also relates to a method of handling and placing such a tube consisting of sections maintained and assembled by prestressing according to claim 8, this method being applied to the constitution of an anchoring line of a flat - offshore production form with tight lines.
- the tube consists of elements of small diameter and thick.
- the ends of the tubular steel elements 10 are provided with cutouts 11, 12 machined to allow self-centering, good contact and good alignment.
- prestressing cables 20 made of mineral fibers coated with resin.
- the adjoining wire harness pe t u also optionally be embedded in a suitable embedding resin.
- the steel elements 10 are assembled in the same way as in the previous embodiment; only their dimensions have been changed.
- the prestressing cables 20 are no longer contiguous, but held in position by means of a guide device consisting, for each section of tube, of two disks 40 perforated in 41 to allow the prestressing cables to pass and remain in place 20.
- This guide device (disc 40 and central tube 42) slides with little play inside the tubular element 10 made of steel, a gap is provided at 43 between the successive guide devices, so as to be able to absorb without transmission. of stress the different stresses that the tube will undergo.
- perforations 44 are provided to ensure the communication of the volumes located between two successive discs, so as for example to allow the emptying of the entire interior volume of the tube.
- FIG. 5 illustrates an application of such a tube to an offshore production platform with tight lines.
- the tubes of the invention can be very advantageously used whenever the problems of significant elongation, long clean period or fatigue of the metal are critical when conventional steel systems are used.
- the tube corresponding to the embodiment of FIGS. 3 and 4 is preferably used.
- the diameter of the steel elements can then be chosen so that the apparent weight of the prestressed steel tube in the water is practically zero after the water contained inside the elements has been drained.
- the tube 10 is provided at the bottom with a connector 50 terminated by a hemispherical end piece 51 which is received in a member 100 secured to the anchoring foundation.
- connection between the lower connector 50 and this element 100 forms a ball joint allowing the transmission of tension forces from the line to the foundation, and which must induce only very low bending torques. This is achieved by means of blocks 101 in laminated neoprene, or hemispherical ports in graphite bronze.
- the fiber prestressing cables are embedded in resin 52 inside the element 50.
- a drainage tube 53 is provided with a non-return valve at the top of this element 50, communicating with the interior volume of the prestressed tube 10.
- the tube is provided a prestressing box 60 connected to the floating platform 200.
- This prestressing box comprises an element 61 of cast steel forming the bottom of the box and the male part of the ball joint for anchoring to the platform; this part comes to bear on a crown 201 in molded steel by means of blocks 202 of laminated neoprene or hemispherical ports in graphite bronze so as to minimize the transmission of bending torques, as in the case of the lower connector.
- Spacers 62 make it possible to diverge the prestressing cables at the outlet of the steel tube and direct them towards an anchoring ring 63, to which they are conventionally fixed by means of conical keys and resin injection.
- the operating voltage of the prestressing cables is continuously monitored by control systems, so as to monitor their behavior.
- the box 60 is closed by a watertight cover 64 provided with a nozzle 65 to which a flexible hose will be connected for emptying the tube 10 by means of an air or nitrogen flush, the water then being discharged by the drainage tube and the non-return valve 53 of the lower connector.
- This emptying device could even remain permanently connected for emptying any leaks in service, or pressurizing the tube to check its tightness.
- the box 60 finally comprises a set of ears 66 allowing the attachment of the devices 67 for handling and tensioning the tube.
- the prestressing box is installed inside a well 203 enlarged to the right of the box to allow its movement.
- This well can be put under air pressure during the installation and maintenance phases so that the prestressing box and the support device are out of water.
- the crown 201 of the ball joint bears against the bottom of this well by means of a system of adjustable wedges 204; the diameter of the opening 205 in the bottom of the well must be sufficient to allow the passage of the lower connector 50, the anodes and any floats.
- the platform may include, for each leg, an anchoring line formed from seven to eight tubes thus produced and put in place.
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Description
- La présente invention concerne un tube en acier pour constituer une ligne soumise en service à une tension exercée entre des points d'appui opposés ce tube étant terminé par des connecteurs d'appui permettant l'application de ladite tension, notamment pour la constitution d'une ligne d'ancrage d'une plate-forme de production en mer du type à lignes tendues, ainsi qu'un procédé de manutention et de mise en place d'un tel tube.
- Ce type de plate-forme, qui permet le forage ou la production en mer profonde, est une plate-forme flottante arrimée au fond de la mer au moyen de lignes ancrées à des embases ou des lests disposés au fond de la mer; les lignes d'ancrage, qui sont généralement constituées d'un faisceau de tubes ou de câbles en acier, sont munies à chacune de leurs extrémités d'un connecteur souple ou articulé, ce qui leur permet de toujours travailler en tension, avec des couples de flexion très faibles malgré les efforts subis par la plate-forme flottante et transmis à ces lignes.
- Un tel type de plate-forme à lignes tendues, ainsi que son procédé de mise en place, sont notamment décrits dans le FR-A-2 554 780.
- On connaît une ligne d'ancrage constituée d'une suite de tronçons tubulaires en acier précontraints longitudinalement individuellement par un câble intérieur et assemblés de proche en proche par des parties filetées (publication EP-A-0 191 992).
- Dans une telle ligne d'ancrage, la partie vissée des tronçons n'est pas précontrainte et la partie préalablement précontrainte des tronçons ne l'est qu'à un effort de compression inférieur à la tension de servide de la ligne.
- La présente invention vise à pallier cet inconvénient.
- On y parvient, selon l'invention tel que definie dans la revendication, en constituant la ligne d'ancrage par un tube formé d'une suite de tronçons tubulaires en acier et terminé à chaque extrémité par un connecteur d'appui, ces tronçons étant précontraints longitudinalement par un faisceau de câbles qui est commun à l'ensemble des tronçons, la précontrainte étant réglée à une valeur supérieure à la valeur de la tension de la ligne en service en sorte qu'en service, la longueur du tube entre les appuis est maintenue en compression.
- L'invention permet donc à l'acier de ne plus travailler en traction mais toujours en compression, d'où un très bon comportement à la fatigue.
- Les câbles sont notamment en fibres de verre, de carbone ou d'autres matières minérales.
- En effet, les fibres minérales telles que les fibres de verre et les fibres de carbone présentent une résistance à la rupture en traction très supérieure à celle d'un acier ordinaire, généralement de l'ordre de 3000 MPa, soit sept fois environ la résistance d'un acier.
- De telles fibres ne pourraient cependant être envisagées seules pour l'ancrage de plates-formes à lignes tendues, compte tenu de l'importance des variations d'allongement sous l'effet de la houle; en effet, leur module d'élasticité est généralement inférieur, et en tout état de cause jamais supérieur, à celui de l'acier.
- Le principe de l'invention permet donc de combiner les avantages respectifs des fibres minérales et des aciers, en profitant de la très grande résistance à la rupture en traction des fibres pour précontraindre l'acier, qui pourra alors être sollicité à un taux de contrainte beaucoup plus faible que celui des fibres, d'où une diminution notable des allongements des lignes d'ancrage.
- Il était connu par ailleurs (publication GB-A-2 085 939) de constituer une ligne d'ancrage par une suite de tronçons tubulaires et un câble commun longitudinal précontraint, mais, à l'opposé de la présente invention, c'est sur le câble commun qu'est exercée la tension de service et le module d'élasticité des tronçons tubulaires doit être inférieur à celui du câble. C'est la raison pour laquelle, dans cette réalisation, ces tronçons sont en béton.
- Dans un premier mode de réalisation, les câbles sont bloquées par une résine d'enrobage des fibres.
- Dans un second mode de réalisation, les câbles sont bloqués par des centreurs mécaniques.
- Dans le cas où il doit être immergé, le tube forme un volume hermétiquement clos, et le diamètre extérieur du tube d'acier est de préférence choisi de façon que le poids apparent du tube dans l'eau soit sensiblement nul.
- Dans un mode de réalisation préféré, le tube est constitué de tronçons qui ne sont maintenus assemblés bout à bout que par ladite précontrainte.
- Ainsi, les fibres constituent un moyen d'assemblage du tube, lorsque celui-ci est formé de tronçons disposés bout à bout, et évitent le recours à des moyens d'assemblage mécaniques ou par soudure, toujours difficile à mettre en oeuvre dans un environnement marin.
- L'invention concerne également un procédé de manutention et de mise en place d'un tel tube constitué de tronçons maintenus et assemblés par précontrainte selon la revendication 8, ce procédé étant appliqué à la constitution d'une ligne d'ancrage d'une plate-forme de production en mer à lignes tendues.
- Selon l'invention, ce procédé est caractérisé par les étapes consistant à :
- préassembler, à terre, les tronçons de tube reliés entre eux par les câbles non tendus ainsi que les éléments connecteurs inférieur et supérieur, puis enrouler cet ensemble sur un tambour de manutention de contour polygonal de côté sensiblement égal à la longueur d'un tronçon de tube,
- dérouler l'ensemble dans le puits d'ancrage de la plate-forme,
- appliquer une tension aux câbles, de manière à précontraindre le tube,
- relier l'élément connecteur inférieur à une embase placée au fond de la mer,
- mettre le tube en tension par des méthodes classiques de tensionnement et relier l'élément connecteur supérieur à la plate-forme.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une coupe longitudinale, selon la ligne I-I de la figure 2, d'un premier mode de réalisation d'un tube selon l'invention,
- la figure 2 est une coupe transversale de ce même tube, selon la ligne II-II de la figure 1,
- la figure 3 est une coupe longitudinale, selon la ligne III-III de la figure 4, d'un second mode de réalisation d'un tube selon l'invention,
- la figure 4 est une coupe transversale de ce même tube, selon la ligne IV-IV de la figure 3, et
- la figure 5 montre l'ensemble formé par le tube et ses deux connecteurs inférieur et supérieur reliant la plate-forme flottante à la fondation préparée au fond de la mer.
- Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le tube est constitué d'éléments de faible diamètre et de forte épaisseur.
- Les extrémités des éléments tubulaires 10 en acier sont munies d'enbrèvements 11, 12 usinés pour permettre un auto-centrage, un bon contact et un bon alignement.
- En outre, si une étanchéité parfaite sous forte pression hydrostatique est exigée, une colle ou une résine appropriées, ou encore un joint métallique peuvent être prévus.
- Ces différents éléments sont maintenus en position et précontraints au moyen de câbles de précontrainte 20 constitués de fibres minérales enrobées de résine.
- Pour que ces câbles de précontrainte soient rigoureusement positionnés et maintenus pour éviter tout mouvement transversal relatif des fibres et de l'acier et assurer une précontrainte axiale, ils sont placés de façon jointive (cf. figure 2) et maintenus dans cette position au moyen d'un tube concentrique central 30, non précontraint, en acier ou en matériau synthétique.
- Le faisceau de câbles jointifs peut en outre être éventuellement noyé dans une résine d'enrobage appropriée.
- Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, on prévoit au contraire un tube à éléments de grand diamètre et de faible épaisseur.
- Les éléments 10 en acier sont assemblés de la même manière que dans le mode de réalisation précédent; seules leurs dimensions ont été modifiées.
- En revanche, en raison du volume intérieur du tube beaucoup plus important, les câbles de précontrainte 20 ne sont plus jointifs, mais maintenus en position au moyen d'un dispositif de guidage constitué, pour chaque tronçon de tube, de deux disques 40 perforés en 41 pour laisser passer et maintenir en place les câbles de précontrainte 20.
- Ces deux disques 40 sont reliés ensemble et maintenus par un tube central 42, non précontraint, en acier ou en matériau synthétique, auquel ils sont solidarisés.
- Ce dispositif de guidage (disque 40 et tube central 42) coulisse avec un faible jeu à l'intérieur de l'élément tubulaire 10 en acier, un intervalle étant prévu en 43 entre les dispositifs de guidage successifs, de manière à pouvoir absorber sans transmission de contrainte les différentes sollicitations que subira le tube.
- Enfin, des perforations 44 sont prévues pour assurer la mise en communication des volumes situés entre deux disques successifs, de manière par exemple à permettre la vidange de l'ensemble du volume intérieur du tube.
- La figure 5 illustre une application d'un tel tube à une plate-forme de production en mer à lignes tendues.
- En effet, les tubes de l'invention peuvent être très avantageusement utilisés toutes les fois où les problèmes d'allongement important, de période propre longue ou de fatigue du métal sont critiques lorsque des systèmes conventionnels en acier sont utilisés.
- Tel est tout particulièrement le cas des lignes d'ancrage de plates-formes de production en mer du type à lignes tendues.
- Dans ce cas, on utilise de préférence le tube correspondant au mode de réalisation des figures 3 et 4.
- En effet, le diamètre des éléments en acier peut alors être choisi de telle façon que le poids apparent du tube en acier précontraint dans l'eau soit pratiquement nul après vidange de l'eau contenue à l'intérieur des éléments.
- Sur la figure 5, le tube 10 est muni en partie inférieure d'un connecteur 50 terminé par un embout hémisphérique 51 venant se loger dans un organe 100 solidaire de la fondation d'ancrage.
- La liaison entre le connecteur inférieur 50 et cet élément 100 forme une rotule permettant la transmission des efforts de tension de la ligne à la fondation, et qui doit n'induire que des couples de flexion très faibles. Ceci est réalisé au moyen de blocs 101 en néoprène lamifié, ou de portages hémisphériques en bronze graphité.
- Les câbles de précontrainte en fibres sont noyés dans de la résine 52 à l'intérieur de l'élément 50.
- Enfin, il est prévu un tube de drainage 53 avec clapet de non-retour au sommet de cet élément 50, communiquant avec le volume intérieur du tube précontraint 10.
- A son extrémité supérieure, le tube est muni d'un caisson de précontrainte 60 relié à la plate-forme flottante 200.
- Ce caisson de précontrainte comprend un élément 61 en acier moulé formant le fond du caisson et la pièce mâle de la rotule d'ancrage à la plate-forme; cette pièce vient prendre appui sur une couronne 201 en acier moulé par l'intermédiaire de blocs 202 en néoprène lamifié ou de portages hémisphériques en bronze graphité de manière à minimiser la transmission des couples de flexion, comme dans le cas du connecteur inférieur.
- Des écarteurs 62 permettent de faire diverger les câbles de précontrainte en sortie du tube en acier et les diriger vers une couronne d'ancrage 63, à laquelle ils sont fixés de manière classique au moyen de clavettes coniques et d'injection de résine. La tension de service des câbles de précontrainte est surveillée en permanence par des systèmes de contrôle, de manière à en suivre le comportement.
- Le caisson 60 est fermé par un couvercle étanche 64 muni d'un piquage 65 auquel un flexible sera connecté pour la vidange du tube 10 au moyen d'une chasse à l'air ou à l'azote, l'eau étant alors refoulée par le tube de drainage et le clapet de non-retour 53 du connecteur inférieur.
- Ce dispositif de vidange pourrait même rester connecté en permanence pour vidange de fuites éventuelles en service, ou mise en pression du tube pour vérification de son étanchéité.
- Le caisson 60 comporte enfin un ensemble d'oreilles 66 permettant l'accrochage des dispositifs 67 de manutention et de mise en tension du tube.
- Le caisson de précontrainte est installé à l'intérieur d'un puits 203 élargi au droit du caisson pour en permettre le débattement. Ce puits peut être mis sous pression d'air lors des phases d'installation et de maintenance pour que le caisson de précontrainte et le dispositif de supportage soient hors d'eau.
- La couronne 201 de la rotule prend appui au fond de ce puits par l'intermédiaire d'un système de cales 204 réglables; le diamètre de l'ouverture 205 du fond de puits doit être suffisante pour permettre le passage du connecteur inférieur 50, des anodes et des flotteurs éventuels.
- La plate-forme peut comporter, pour chaque pied, une ligne d'ancrage formée de sept à huit tubes ainsi réalisés et mis en place.
Claims (10)
- Tube en acier pour constituer une ligne soumise en service à une tension exercée entre des points d'appui opposés, ce tube étant terminé par des connecteurs d'appui permettant l'application de ladite tension et étant formé d'une suite de tronçons en acier précontraints longitudinalement par un faisceau de câbles, caractérisé en ce que ce faisceau de câbles de précontrainte est commun à l'ensemble des tronçons et en ce que la précontrainte est réglée à une valeur supérieure à la valeur de ladite tension, en sorte qu'en service, la longueur du tube qui se trouve entre les appuis soit maintenue en compression.
- Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est précontraint par des câbles (20) tendus le long du tube, à l'intérieur ou à l'extérieur de celui-ci, et qui sont bloqués transversalement par rapport au tube, ces câbles étant constitués de fibres et ayant une résistance à la rupture supérieure à celui de l'acier.
- Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que les câbles (20) sont en fibres de verre, de carbone ou d'autres matières minérales.
- Tube selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les câbles sont bloqués par une résine d'enrobage des fibres.
- Tube selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les câbles sont bloqués par des centreurs mécaniques (40).
- Tube selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le tube forme un volume hermétiquement clos, et le diamètre extérieur du tube d'acier est choisi de façon que le poids apparent du tube dans l'eau soit sensiblement nul.
- Tube selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est constitué de tronçons (10) qui ne sont maintenus assemblés bout à bout que par ladite précontrainte.
- Procédé de manutention et de mise en place d'un tube selon la revendication 7, notamment pour la constitution d'une ligne d'ancrage d'une plate-forme de production en mer à lignes tendues, caractérisé par les étapes consistant à :- préassembler, à terre, les tronçons (10) de tube reliés entre eux par les câbles (20) non tendus ainsi que des éléments connecteurs inférieur (50) et supérieur (60), puis enrouler cet ensemble sur un tambour de manutention de contour polygonal de côté sensiblement égal à la longueur d'un tronçon de tube,- dérouler l'ensemble dans le puits d'ancrage de la plate-forme,- appliquer une tension aux câbles, de manière à précontraindre le tube,- relier l'élément connecteur inférieur (50) à une embase (10) placée au fond de la mer,- mettre le tube en tension par des méthodes classiques de tensionnement et relier l'élément connecteur supérieur (60) à la plate-forme (200).
- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, après mise sous tension de la ligne d'ancrage, on vidange le volume intérieur du tube.
- Plate-forme de production en mer du type à lignes tendues, caractérisée en ce que les lignes comprennent des tubes selon l'une des revendications 1 à 7.
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FR8705115 | 1987-04-10 |
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