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ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Nidhal Bettaibi Rapport de stage

ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Nidhal Bettaibi Rapport de stage Page: 1/72 RAPPORT DE STAGE ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Par Nidhal BETTAIBI Mars/Août 2008 Tuteur SAIPEM : Mr Mathieu PICQ Rapporteur : Mr Henry DUPOUY Tuteur ENSTA : Pr Thomas LOISELEUX ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Nidhal Bettaibi Rapport de stage Page: 2/72 PLAN 1. INTRODUCTION.........................................................................................................................................6 2. PRESENTATION DE L’OPERATION DE FLOATOVER: PROJET AMENAM 2......................................7 2.1 PROJET AMENAM 2..............................................................................................................................7 2.2 PHASES DE L’OPERATION DE FLOATOVER .............................................................................................8 3. ANALYSE SOUS MOSES........................................................................................................................12 3.1 PRÉSENTATION DU LOGICIEL MOSES................................................................................................12 3.2 METHODOLOGIE ET PRINCIPES D’ANALYSE TEMPORELLE PAR MOSES.................................................13 3.2.1 Base hydrodynamique & structure.....................................................................................13 3.2.2 Modélisation de l’environnement .......................................................................................14 3.2.3 Body & Part........................................................................................................................14 3.2.4 Connector & Pconnect.......................................................................................................15 3.2.5 Simulation temporelle sous MOSES: Théorie ...................................................................15 4. ANALYSE DE L’OPERATION DE FLOATOVER SUR MOSES .............................................................17 4.1 MÉTHODOLOGIE D’ANALYSE...............................................................................................................17 4.2 MODÈLES ET HYPOTHÉSES UTILISÉS ..................................................................................................18 4.2.1 Système de coordonnées et convention............................................................................18 4.2.2 Equipements......................................................................................................................19 4.2.2.1 Barge ...................................................................................................................19 4.2.2.2 Substructure.........................................................................................................21 4.2.2.3 Jacket...................................................................................................................22 4.2.2.4 Topside ................................................................................................................23 4.2.3 Assemblages et interfaces.................................................................................................24 4.2.3.1 Barge+substructure+Topside ..............................................................................24 4.2.3.2 Interface Barge/Jacket: Hawser, winch, fender...................................................25 4.2.3.3 Interface Jacket/Topside: LMU............................................................................28 4.2.4 Conditions environnementales ..........................................................................................28 4.2.5 Hypothèses de simulation..................................................................................................29 4.3 CONFIGURATION D’ANALYSE DES PHASES...........................................................................................30 4.3.1 Phase 1: Entrée de la barge (T=6.1 m).............................................................................31 4.3.2 Phase 2: Premier ballastage d’ajustement (T=7.6 m).......................................................31 4.3.3 Phase 3: Transfert de charge (50 %), 1er jack down.........................................................32 4.3.4 Phase 4: Transfert de charge (75 %), 1er jack up et ballastage simultané .......................33 4.3.5 Phase 5: Transfert de charge (100 %), 2eme jack down ....................................................33 4.3.6 Phase 6: Sortie de la barge...............................................................................................34 ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Nidhal Bettaibi Rapport de stage Page: 3/72 4.4 RÉSULTATS ET VALIDATIONS..............................................................................................................35 4.4.1 Mouvements ......................................................................................................................35 4.4.1.1 Mouvements globaux...........................................................................................35 4.4.1.2 Mouvements pieds de topside: Phase 2..............................................................36 4.4.1.3 Gap entre la substructure et le topside: Phase 5 ................................................36 4.4.2 Hawsers et Winches ..........................................................................................................38 4.4.3 Fenders..............................................................................................................................39 4.4.4 LMUs..................................................................................................................................40 4.4.5 Etude structurelle...............................................................................................................40 4.4.5.1 1er cas : Phase 1 à l’environnement 15 ...............................................................41 4.4.5.2 2eme cas : Phase 4 à l’environnement 6...............................................................42 4.4.6 Validation des résultats......................................................................................................42 5. CONCLUSION..........................................................................................................................................43 ANNEXE A: VALIDATION DU CONNECTOR FENDER ANNEXE B: VALIDATION DU CONNECTOR LMU ANNEXE C: PHASES DE L’OPERATION DE FLOATOVER: PROJET AMENEM 2 ANNEXE D: MOUVEMENTS GLOBAUX (GRAPHIQUES) ANNEXE E: EFFORTS SUR FENDERS/HAWSERS/WINCHES/LMUS (GRAPHIQUES) ANNEXE F: TRAJECTOIRES DES PIEDS DU TOPSIDE (GRAPHIQUES) ANNEXE G : ABBREVIATIONS ET DEFINITIONS ANNEXE H : CONFIGURATION DES PHASES DE L’OPERATIONS ANNEXE I : ANALYSE STRUCTURE : COMMANDES MOSES ANNEXE J : ELEVATION DE LA SUBSTRUCTURE REFERENCES TABLE DE FIGURES 44 49 55 56 57 60 61 62 68 69 70 71 ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Nidhal Bettaibi Rapport de stage Page: 4/72 Remerciement : Le rapport ci-présent s'appuie sur le projet de fin d'études que j'ai mené de début mars à fin août 2008, au département "Structures métalliques et Navale" de Saipem s.a.. Pour commencer, je remercie chaleureusement Monsieur Vercellino et Monsieur Marin de m'avoir donné la chance d'effectuer mon stage de fin d'études au sein de leur département et de m'avoir donné tous les moyens nécessaires au bon déroulement de mon travail. Ensuite je tiens à remercier beaucoup Mathieu Picq pour m'avoir encadré au cours de cette période. Grâce à ses conseils avisés et à la confiance qu'il m'a accordée, je suis très satisfait de la mission que j'ai effectué chez Saipem s.a.. Plus généralement, je remercie l'ensemble des ingénieurs du département pour leur accueil et leur sympathie. Cela a été très agréable de faire mon projet à leurs côtés. Pour finir, je veux remercie Monsieur Dupouy d'avoir accepté le rôle de rapporteur de mon projet de fin d'études, ainsi qu'à Thomas Loiseleux qui préside ma soutenance à l'ENSTA. ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Nidhal Bettaibi Rapport de stage Page: 5/72 Résumé : Mon projet porte sur l’étude de l’opération d’installation de topside par floatover. Cette étude a pour but de simuler numériquement avec le logiciel hydrostructure MOSES les étapes de cette opération. Une telle étude permettra d’obtenir un modèle tout en un réadaptable à d’autres opérations de type floatover. La validation de l’analyse sous MOSES se fera en comparaison des résultats des études accomplies pour le projet Amenam 2. La méthode de pose de topside par floatover consiste à transporter le topside par barge sur le site d’installation. La barge vient se positionner entre les pieds du jacket de telle manière que le topside se retrouve surélevé et aligné par rapport au jacket. Puis par un système de ballastage et de cric hydraulique on dépose progressivement le topside sur les pieds du jacket. Mon étude se basera sur le projet Amenam 2. Ce type de technique permet d’installer des topsides de poids supérieurs à ceux que peuvent accepter les plus puissants systèmes de levage par grue actuels. De plus, la technique de floatover assure une précision et une rapidité qui accroît la sécurité lors de la pose. Pour préparer cette opération, l’installateur doit prédire les effets de l’environnement sur le comportement des différents éléments mis en jeu. Les étapes étant relativement courtes et les interactions pouvant être non linéaires, une étude avec couplage hydro-structure dans le domaine temporel permet de modéliser et d’évaluer les paramètres clés de cette opération. Le logiciel MOSES est un outil de simulation numérique qui offre cette possibilité de combiner les différentes sollicitations et interférences mises en jeu. Ainsi ce projet s’inscrit sur le désir de mettre en place une méthodologie d’analyse numérique sous MOSES de l’opération de floatover applicable et réadaptable à d’autres projets de ce type. Mots clés : Floatover, MOSES, simulation spatio-temporelle, modèle hydrostructure, barge, jacket, topside, LMU, Fender. Summary: My project is about the operation of topside installation by floatover. The goal of my study is to simulate numerically with the hydrostructure software MOSES the floatover operation. This project will permit to get a reference MOSES model adaptable to other floatover projects. My study will be based on the project Amenam 2. Validation will be made comparing results given by engineering studies for this project. The floatover operation consists of transporting the topside by barge to the site of installation. The jacket, structure which will support the topside is pre-installed on the field. The barge is positioned between jacket’s legs as the topside is raised and aligned above the top of jacket’s legs. The topside is then put down on the jacket’s legs but simultaneous action of barge ballasting and topside’s barge supports jacking down. The floatover method allows installing very heavy topsides not possible by classic lifting means. It offers a safe and fast method to install heavy topsides. To prepare this operation, the installation contractor must anticipate effects of the environment on the system during installation. The different steps of operation are quite short and imply several linear interactions. A hydrostructure model analysed in the time domain allows evaluating the key parameters of this operation. MOSES software is a numeric simulation tool, which offers this possibility to combine the different solicitations and interferences during installation. Therefore the main goal of my project is to implement a methodology to comply floatover analysis using MOSES software. Key words: Floatover, MOSES, time domain simulation, hydrostructure model, vessel, jacket, topside, LMU, Fender ANALYSE SUR MOSES DE L’OPERATION DE FLOATOVER Nidhal Bettaibi Rapport de stage Page: 6/72 1. INTRODUCTION Mon projet de fin d’études est réalisé chez le groupe parapétrolier SAIPEM à Saint-Quentin-en-Yvelines et s’étale sur une durée de 6 mois. Ce projet est réalisé au sein du département de "Structures métalliques et Navale" du pôle ingénierie. Ce département s’occupe essentiellement des études d’ingénierie des projets offshore, il est composé d’architectes navals et d’ingénieurs structure. Mon projet porte sur l’étude de la technique de floatover en se basant sur le projet Amenam 2, réalisé au Nigéria en 2006. Le floatover est une méthode de pose offshore de plus en plus utilisée du fait de l’accroissement du poids des colis et de la rareté voire de l’absence d’un moyen de levage adéquat. Pour préparer cette opération, l’installateur doit prédire les effets de l’environnement sur le comportement de différentes structures mises en jeu. L’ingénierie du projet Amenam 2 de floatover fut réalisé par le groupe Technip en 2006 et a fait appel à plusieurs logiciels spécialisés (hydrodynamique, structure, analyses non-linéaires…). Cette approche ne permet pas de traduire efficacement et rigoureusement le couplage entre les effets hydrodynamique et structurels et s’avère complexe dans sa mise en pratique. L’objectif de mon travail est de réaliser l’ingénierie de l’opération grâce au logiciel de couplage hydrostructure MOSES. On pourra dans le futur, grâce à mon travail, étudier et réduire l’ensemble de l’étude d’ingénierie de l’opération de floatover à un modèle unique regroupant le comportement hydrodynamique, structurelle et les non-linéarités, permettant ainsi un couplage des phénomènes hydrodynamique et structurels mises en jeu dans un modèle tout en un. Ma mission consistera donc en la réalisation sur un cas réel, avec le logiciel MOSES, de la simulation numérique de l’intégralité de l’opération de floatover en se basant sur les données du projet Amenam 2 et d’en discuter la validité en comparant les résultats ainsi obtenus avec les données d’ingénierie uploads/Ingenierie_Lourd/ bettaibi-nidhal.pdf