CA1156141A - Colonne montante a pied articule pour la production d'hydrocarbures en mer - Google Patents
Colonne montante a pied articule pour la production d'hydrocarbures en merInfo
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Abstract
Colonne montante à pied articulé pour la production d'hydrocarbures en mer, cette colonne pouvant relier une installation immergée à une plateforme de production et comprenant un conduit central muni d'une pluralité de tubes satellites et un ensemble flexible de connexion de cette colonne à l'installation immergée, associé à une pluralité de conduits de raccordement flexibles dont chacun est disposé autour dudit ensemble de connexion sensiblement suivant un enroulement hélicoïdal, ces conduits de raccordement reliant les tubes satellites à des tubes correspondants équipant l'installation immergée. La colonne est caractérisée en ce qu'elle comporte des organes inférieurs et supérieurs de fixation des conduits de raccordement audit ensemble flexible de connexion, ces organes étant respectivement solidaires de la partie inférieure et de la partie supérieure de l'ensemble flexible de connexion et maintenant les extrémités de chaque conduit de raccordement orientées dans le prolongement dudit enroulement hélicoïdal.
Description
11~61d~
La présente invention concerne une colonne montante a pied articulé pour la production d'hydrocarbures en mer.
Les colonnes montantes couramment utilisées pour relier une installation pétroliere immergée (tête de puits, collecteur sous marin, etc.) à une plateforme de production située à la surface de lleau, et qui sont generalement dési-gnées par le terme anglo-saxon de riser, sont constituées d'un tube central muni d'une pluralité de tubes satellites.
Une premiere série de ces tubes comprend les tubes de produc-tion par lesquels les hydrocarbures montent jusqu'a la plate-forme de production. Le tube central de la colonne montante-permet de renvoyer les hydrocarbures de cette plateforme vers un ou plusieurs oléoducs ou gazoducs. Une seconde série de tubes satellites de la colonne est formée de tubes d'injection d'eau ou/et de tubes d'injection de gaz sous pression depuis la plateforme pour maintenir la pression dans le gisement.
Une troisieme série de tubes satellites de la colonne est formée par les tubes de service permettant d'appliquer la pression de remontee d'outils ou instruments pompes a contre-courant de la production dans les tubes de la première série, selon la méthode dite TFL (Through Flow Line).
La liaison d'une telle colonne montante au fond de l'eau pose de gros problemes.
Le brevet britannique 1,2~5,530 publié le 16 août 1972 et ayant pour inventeur George W. MORGAN décrit une colonne montante ayant des tubes satellites enrou]ées hélicol-dalement et fixés sur un tube central. Une telle colonne montante ne permet pas des variations importantes de la posi-tion de l'lnstalla-tion flottante. Elle est par conséquent 3~ inadaptée à l'utilisation par des pro-Eondeurs d'eau atteignant 300 metres et plus.
Pour cela, on a proposé des colonnes montantes equipees d'un ensemb]e flexible tel que des joints flexibles (flex joints)qui autorisen-t un deplacemen-t notable de l'ins-tallation de surface. Tou-tefois, il a fallu prevoir des mo~ens pour que, lors de l'inclinaison de la colonne montan-te, les tubes satellites ne soient pas soumis à des contraintes pouvant causer leur rup-ture.
Pour resoudre ce problème, il a eté proposé clans le brevet des Etats-Un:is d'Amérique 3,701~551 délivré le 31 octobre 1972 et ayan-t pour inven-teur George W. MORGAN
de déformer chaque tube satellite au niveau de l'articulation de la colonne mon-tante, selon une boucle sensiblement contenue dans un plan vertical. Cet-te solution n'est pas utilisable pour les colonnes montantes envisagees actuellement qui devront comporter une vingtaine ou plus de tubes satellites. En effet, l'encombrement des boucles ainsi formees serait prohibitif.
De plus, les contraintes en~endrees dans ces boucles restent encore trop elevees pour les boucles qui ne sont pas dans le plan d~inclinaison de la colonne montante.
Une autre solution a ete proposee dans la demande de brevet français 2,377,570 deposee au nom de la SOCIETE
NATIONALE ELF AQUITAINE (PRODUCTION) et mise a la disposition du public le 11 août 1978 qui consiste a prevolr un joint universel du type cardan sur la colonne montante et de defor-mer chaque tube satellite selon deux spirales coaxiales aux deux axes d'articulation. Comme precedemment, cette solution n'est pas envisa~eable pour une colonne montante pourvue d'un grand nombre de tubes satellites. De plus~ il est difficile d'assurer la continuite du tube central en articulant ses deux tronçons par un joint universel.
Il est connu d'enrouler en helice les tubes satelli-tes autour du tube central de façon à perme-ttre un debattement
La présente invention concerne une colonne montante a pied articulé pour la production d'hydrocarbures en mer.
Les colonnes montantes couramment utilisées pour relier une installation pétroliere immergée (tête de puits, collecteur sous marin, etc.) à une plateforme de production située à la surface de lleau, et qui sont generalement dési-gnées par le terme anglo-saxon de riser, sont constituées d'un tube central muni d'une pluralité de tubes satellites.
Une premiere série de ces tubes comprend les tubes de produc-tion par lesquels les hydrocarbures montent jusqu'a la plate-forme de production. Le tube central de la colonne montante-permet de renvoyer les hydrocarbures de cette plateforme vers un ou plusieurs oléoducs ou gazoducs. Une seconde série de tubes satellites de la colonne est formée de tubes d'injection d'eau ou/et de tubes d'injection de gaz sous pression depuis la plateforme pour maintenir la pression dans le gisement.
Une troisieme série de tubes satellites de la colonne est formée par les tubes de service permettant d'appliquer la pression de remontee d'outils ou instruments pompes a contre-courant de la production dans les tubes de la première série, selon la méthode dite TFL (Through Flow Line).
La liaison d'une telle colonne montante au fond de l'eau pose de gros problemes.
Le brevet britannique 1,2~5,530 publié le 16 août 1972 et ayant pour inventeur George W. MORGAN décrit une colonne montante ayant des tubes satellites enrou]ées hélicol-dalement et fixés sur un tube central. Une telle colonne montante ne permet pas des variations importantes de la posi-tion de l'lnstalla-tion flottante. Elle est par conséquent 3~ inadaptée à l'utilisation par des pro-Eondeurs d'eau atteignant 300 metres et plus.
Pour cela, on a proposé des colonnes montantes equipees d'un ensemb]e flexible tel que des joints flexibles (flex joints)qui autorisen-t un deplacemen-t notable de l'ins-tallation de surface. Tou-tefois, il a fallu prevoir des mo~ens pour que, lors de l'inclinaison de la colonne montan-te, les tubes satellites ne soient pas soumis à des contraintes pouvant causer leur rup-ture.
Pour resoudre ce problème, il a eté proposé clans le brevet des Etats-Un:is d'Amérique 3,701~551 délivré le 31 octobre 1972 et ayan-t pour inven-teur George W. MORGAN
de déformer chaque tube satellite au niveau de l'articulation de la colonne mon-tante, selon une boucle sensiblement contenue dans un plan vertical. Cet-te solution n'est pas utilisable pour les colonnes montantes envisagees actuellement qui devront comporter une vingtaine ou plus de tubes satellites. En effet, l'encombrement des boucles ainsi formees serait prohibitif.
De plus, les contraintes en~endrees dans ces boucles restent encore trop elevees pour les boucles qui ne sont pas dans le plan d~inclinaison de la colonne montante.
Une autre solution a ete proposee dans la demande de brevet français 2,377,570 deposee au nom de la SOCIETE
NATIONALE ELF AQUITAINE (PRODUCTION) et mise a la disposition du public le 11 août 1978 qui consiste a prevolr un joint universel du type cardan sur la colonne montante et de defor-mer chaque tube satellite selon deux spirales coaxiales aux deux axes d'articulation. Comme precedemment, cette solution n'est pas envisa~eable pour une colonne montante pourvue d'un grand nombre de tubes satellites. De plus~ il est difficile d'assurer la continuite du tube central en articulant ses deux tronçons par un joint universel.
Il est connu d'enrouler en helice les tubes satelli-tes autour du tube central de façon à perme-ttre un debattement
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no-table de J.'extre;mi-té libre de ces tubes sate].li-tes et faci-li-ter leur raccordement a des tubes correspondants fixés sur la tête de pUitS (demande de brevet Erançai.s 2,399,609 déposée au nom de SEAL PARTICIPANrl'S (~IOLDINGS) LIMITED et mise a la disposi-tion du public le 2 mars 1979 et breve-t des ~-tats-Unis d'Amérique 3,189,098 délivré le 15 j~lin 1965 et ayant pour inventeur John A. HAEBER)ou pour permettre un coulisse-ment relatif de deux portions consécu-tives du tube central dans le but de compenser les mouvemen-ts ver-ticaux de l'installation flottan-te (brevet des Etats-Unis d'Amerique 3,718,183 delivre le 27 :~évrier 1973 e-t ayant pour inventeur Lyle B. Scott). Dans tous les cas les portions hélico.~dales des tubes satellites sont prolongees par des portions de tubes coudees qui se rac-cordent aux tubes satellites avant d'être fixees sur le tube central. On pourrait donc penser a utiliser une technique semb].able pour une colonne montante dont le tube central est pourvu d'un join-t ~lexible. Cette solution est déc~ite dans la demande de brevet français 2,376,989 déposée au nom de la SOCIETE FRANCAISE DES PETROLES et mise a la disposition du public le 4 aou-t 1978 et dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3,913,668 délivré le 21 octobre 1975 e-t ayant pour inventeur William W. Todd et 4,046,407 délivré le 6 septembre 1977 et ayant pour inven-teur Tom PORRECO, selon lesquels les tubes satellites sont des tubes rigides. L'expérience montre que les portions coudées des tubes satellltes supportent alors les contraintes les plus elevees et que ces contraintes sont prohibitives lorsque la colonne montante subit des inclinaisons importantes. On a également constaté que lors de l'inclinaison de la colonne montante les portions hélicoldales des tubes satellites se dé~orment-jusqu'a entrer en contact les unes avec les autres.
Il est egalement connu par les brevets des Etats-Unis ~3~
11~81~1 d'Amér:ique 3,~26,~3 délivré le 11 février 1969 et ayant pour inventeur Robert C. VISSER et ~,031,919 délivré le ~8 juin 1977 e-t ayant pour inventeur John :E.ORTLOFF, de remplacer les conduits satellites rigides par des conduits flexibles dis~
posées pratiquement en hélice autour de l'ensemble ~lexible a la base du riser et qui se raccordent directement aux tubes satellites rigides disposés parallèlemen-t à l'axe du tubage central. Des essais effectués on-t montre que des con-traintes elevees apparaissaient au niveau de ces Eixa-tlons et que lors de fortes inclinaisons de la colonne montan-te les déformations des profils des conduites flexibles conduisaient à un enchevê-trement des conduites flexibles.
I,a plupar-t des colonnes montantes actuellement pro-posées pour des profondeurs d'eau moyenne 1150 a 300 mètres), sont incapables, en l'absence de manoeuvre speciales, de resister aux sollicitations extremes à prendre en compte pendant une durée de produc-tion de l'ordre de vingt ans. Ces manoeuvres speciales peuvent consister notamment en une decon-nexion et meme en un relèvement de l'ensemble.
De plus, dans ces colonnes montantes actuelles, la rotation angulaire au pied de la colonne provoquee par ces sollicitations extremes excède la capacité des joints flexibles (~flex joints?>) ou/et des tubes satellites.
Plusieurs études récentes on-t, en effet, montré que le mouvement angulaire provoque au pied articule d'une colonne montante de production dans des conditions extremes, depasse 10, valeur qui représente la limite de mouvements angulaires des rotules et joints flexibles actuellement disponibles.
D'autres études ont montré que les gisements d'hydrocarbures dont l'exploitation à partir d'un engin flottant est envisa-geable dans un proche avenir demanderont une colonne montante équipée d'une vingtaine de tubes satellites servant de tube de ~`~J production, d'injection et de service.
1 ~6~1 La présen-te inven-tion a pour objet de réalisrr une colonne mon-tante à pied articulé pouvant comporter un grand nombre de tubes satellites (une vingtaine~ ou davantaqe) e-t résistant aux sollicitations extremes (conditions centenaires) susc:eptibles notamment d'entrainer une inclinaison de la colonne pouvant attrindre 20 sur la verticale.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un pied de cnlonne montante qui soit simple à mettre en place et à entretenir, sans llaide de plongeurs.
Ces objectifs sont atteints, selon l'invention avec une colonrle montante à pied articulé pour la production d'h~drocarbures en mer, ce-t-te colonne pouvant relier une installation immeryée à une pla-teforme de production et comprenant un conduit central muni. d'une pluralité de tubes satellites et un ensemble flexib~.e de connexion de cette colonne à l'ins-tallation immergée, associ.é à une pluralité de conduits de raccordement flexibles dont chacun est disposé autour dudit ensemble de connexion sensiblemen-t suivant un enroulement hélicoldal, ces conduits de raccor-dement reliant les tubes satellites à des tubes correspondants équipant l'installation immergée, cette colonne montante étant caractérisée en ce qu'elle comporte des organes inférieurs et supérieurs de Fixation des 2D conduits de raccordement audit ensemble flexible de connexion, ces or-ganes étant respectivement solidaires de la partie inférieure et de la partie supérieure de l'ensemble flexible de connexion et maintenant les extrémités de chaque conduit de raccordement orientés dans le prolonge-ment dudit enroulement hélocoidal.
Selon un mode particulier de réalisation, l'ensemble de con-nexion comporte au moins deux joints flexibles reliés en série et des organes de fixation intermédiaires des conduits de raccordement situés entre les joints flexibles.
Un exemple non limitatif de réalisation de l'inven-tion est illustré par les figures annexées, où :
- la figure 1 représente en élévation un pied articulé de colonne montante selon l'invention~
1 1~6141 - la figure lA est une vue de dessus partielle en coupe Suivant la ligne A de la figure 1, à plus grande échelle, montrant la dispositiDn des conduits flexibles autour du joint supérieur, sans représenter les moyens d'ancrage de ces conduits à ce niveau, - la figure 1B est une vue de yauche partielle au niveau indiqué par la flèche B sur la figure 1, à plus grande échelle, montrant les moyens d'ancrage des conduits flexibles au-dessus du joint flexible supérieur, - la figure lC est une vue partielle en coupe selon la ligne C de la figure 1 et à plus grande échelle, montrant des points d'attache inter-médiaires des conduits flexibles à la colonne montante entre les deuxjoints flexibles, - la figure 2 montre la vue de face correspondante à ce même niveau, - les figures 3, 4 et 5 montrent schématiquement par des coupes aux niveaux A, C et D de la figure 1, respectivement, l'enroulement héli-coïdal des différents conduits flexibles représentés sur la figure 1 sur dsux surfaces cylindriques coaxiales.
Dans le mode de réalisation illustré à titre d'exemple, on a représenté pour la clarté des dessins une colonne montante ne comportant qu'un petit nombre de tubes satellites, mais il doit être entendu que l'invention est également applicable lorsque le nombre de tubes satel-lites est élevé et, par exemple, atteint ou dépasse vingt.
Sur les dessins, la référence 1 désigne une installation sous-marine munie d'un connecteur hydraulique 2.
La référence 4 désigne la partie courante d'une colonne montante de production, ou riser, comprenant un tube central 5 muni dlune pluralité
de tubes satellites 6a, 6b ... atc..O, devant être raccordées à des tubes correspondants 7a, 7b ... etc... de l'installation sous-marine 1. Ces tubes satellites sont fixés de fa~con connue en soi sur le tube central 5.
Un ensemble de connexion flexible placé à la partie inférieure de la colonne 4 est disposé entre une bride 4a à la base de celle-ci, et une bride 3a située à la base d'un organe 3 de raccordement du tube central 5 au connecteur hydraulique Z. L'organe 3 est muni dlune bride 3b à son extrémité opposée à la bride 3a.
1 :15~41 Cet ensernble de connexion comprend deux jolnts flexibles 8 et 9 disposés en série e-t séparés par un élément intermédiaire 10 auque] ils son-t reliés par des brides. Les extrémités de cet ensemb:Le comportent les brides 8a et 9a se raccordant aux brides 3_ e-t ~a respectivemen-t.
Les joints flexibles 8 et 9 pourront être d'un type connu, par exemple par le brevet US ~,068,868, délivré le 17 janvier 1978 et ayant pour inventeur Juergen H. OHRT.
L'ensemble de connexion compox-te égalemen-t une plura-lité de conduits flexibles de raccordement lla a 11~ des-tinés a assurer la llaison en-tre les -tubes satellites 6a ... 6e et les tubes correspondants 7_ ...7c de la tête de puits.
Ces conduits seron-t, par exemple, des conduits flexibles armés du type décrit dans le mémoire OTC 2196(Offshore Technology ConEerence 1977) en se référant plus particulierement a la figure 1 de ce mémoire.
Ces conduits sont disposés en hélice à pas long autour de l'ensemble de connexion flexible. Le rayon de courbure des conduits lla a llg sera suffisant pour per-mettre de faire circuler dans certains d'entxe eux des outils ou instruments pompés, selon la méthode TFL (Through Flow Line)bien connue des spécialistes.
- Dans le mode de réalisation illustre, les conduits flexibles lla a llg son-t disposés suivant des hélices inscrites sur deux surfaces cylindriques de rayons ~ifférents (r et R~
avec des pas opposés sur ces deux surfaces, ces hélices étant coaxiales comme représenté (voir Figures 3 a 5).
Les conduits flexibles lla,llb...etc...sont en nombre égal a celui des tubes $a-tellites 6_, 6_...etc...de la colonne montante, auxquels ces conduits se raccordent par des connec-teurs 12a, 12b ...etc.
-~f- , .
11~814Ll Le raccordement n'apparaI-t pas a la partie supe-rieure de la figure 1 ou le tube cen-tral 5 et les -tubes satellites 6a, 6h...etc ont un tracé in-terrompu. Ce raccor-dement est realise par des portions de , .
1~6141 tubes incurvées à la partie inférieure des tubes satellites~ ces portions de tubes se raccordant aux connecteurs 12a, 12b . . etc.
Les connecteurs 12a~ 12b ...etc... sont ancrés au-desslJs du joint flexible supérieur 9 par des organes de -fixation supérieurs qui n'ont pas été ~représentés sur les Figures 1 st lA pour la clarté des dessins. Ces moyens seron-t décri-ts ci-après en se référant à la figure 1B.
A leur extrémité inférieure~ les con(luits Flexibles 1la à llg comportent de manière similaire des connecteurs 13a, 13b.. etc ~ qui sont anrrés sur l'organe de raccordernent 3, au-dessous du join-t Flexible 10 inférieur b, par des organes de fixation inFérieurs non représentés sur la Figure l.
Des organes de fixation intermédiaires des con duits flexibles 11 a à 11~ équipent l'élément 1n.
Ces organes de fixation, qui n'apparaissen-t pas sur le figure l, pourront comporter (figures lC et 2) des pattes de fixation telles que 1~, 15 et 16 dont les extrémités sont munies d'élérnents tubulaires ou de colliars de fixation 17 à 20 maintenus de telle facon que leurs axes soient tangents aux profils en hélice des conduits de raccordementO
Ainsi, les organes de fixation inférieurs et supérieurs situés 20 aux extrémités de la portion en forme d'hélice des conduits de raccor-dement sont orientés dans le prolongemen-t de cette hélice.
Les essais effectués ont montré que dans ces conditions les contraintes subies par les conduites flexibles sur toute leur portion hélicoidale sont rninimales et autorisent une forte inclinaison de la colonne montante sans que l'écart entre deux conduits de raccordement voisins ne soit notablement modifié.
Comme représenté sur la figure 1B, les connecteurs 12a, 12b ...
etc... pourront etre rendus solidaires d'un organe 4b, lui-meme connecté
à la bride 4a, par l'intermédiaire d'un ensemble de pattes et cornières 30 de Fixation telles que 23, 24, 25 et 26, soudées entre elles e-t à
11~6~41 l'organe ~b avec des orienta-tions appropriées, CE35 pa-ttes et cornières de fixstion portant des colliers de fixation 27, 23 et 29.
Un système de -Fixation analngue peu-t ê-tre utilisé pour les connecteurs inférieurs 13a~ 130... etc... qui permettent de raccorder les conduits Flexibles 11a à 11q aux tubes 7a, 7b ... etc... équipant l'ins-_ tallation sous-marine 1, par l'intermédiaire cle tubes prolongateurs rigides incurvés Z1a, 21b ... etc... munis à leur partie inférieure d'em-bouts 22a, 22b ... stc... de raccordement aux tubes 7a, 7b ... etc... CEJS
embouts fixés à un anneau 30 solidaire du connecteur hydraulique 2 pour-ront etre d'un type classique dont le raccordement peu-t s'effectuer par simple guidage ("s-tab-connectors") ce qui Facili-tera la mise en place et l'en-tretien de la colonne montante. ~ien entendu, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en rempla~cant ces tubes prolongateurs par des portions de conduite flexible ou des prolongements des conduites Plexi-bles de raccordement pourvu qu'ils soient main-tenus par des organes de fixation dans le prolongement des enroulemen-ts hélicoldaux des conduits flexibles.
Il résulte de ce qui précède que les portions de conduits compris entre les organes de fixation inférieurs et les embouts de rac-cordement ne subissent pratiquement aucune contrainte lors de l'incli-naison de la colonne montante.
Un guidage de la descente de cette colonne permettra ds venir engager les embouts 22a, 22b ... etc... sur des embouts correspondan-ts 31a, 31b ... etc... des tubes 7a, 7b ... équipant l'installation immergée 1, sans nécessiter l'aide de plongeurs.
Le mode de réalisation illustré sur la fiyure 1 présente l'avantage de permettre une inclinaison notable du pied de la colonne montante(pouvant atteindre 20 si chacun des joints flexibles B et 9 permet séparément une inclinaison maximale de 10). On pourra superposer plus de deux joints -Flexibles avec des organes de fixation intermédiaires, entre joints flexibles consécutifs, pour les hélices formées par les conduits flexibles 11a à 11g, tels que ceux représentés sur les iFigures 1C et 2, pourvu que ces organes de fixation maintiennent les conduits 11~61~1 de raccordement flexibles selon leur proFil hélicoldal.
On pourra également inscrire les conduits flexibles sur plus de deux hélices de rayons difFéren-ts, ce qui permettra d~augmen-ter le nombre de ces conduits flexibles~
~614~
no-table de J.'extre;mi-té libre de ces tubes sate].li-tes et faci-li-ter leur raccordement a des tubes correspondants fixés sur la tête de pUitS (demande de brevet Erançai.s 2,399,609 déposée au nom de SEAL PARTICIPANrl'S (~IOLDINGS) LIMITED et mise a la disposi-tion du public le 2 mars 1979 et breve-t des ~-tats-Unis d'Amérique 3,189,098 délivré le 15 j~lin 1965 et ayant pour inventeur John A. HAEBER)ou pour permettre un coulisse-ment relatif de deux portions consécu-tives du tube central dans le but de compenser les mouvemen-ts ver-ticaux de l'installation flottan-te (brevet des Etats-Unis d'Amerique 3,718,183 delivre le 27 :~évrier 1973 e-t ayant pour inventeur Lyle B. Scott). Dans tous les cas les portions hélico.~dales des tubes satellites sont prolongees par des portions de tubes coudees qui se rac-cordent aux tubes satellites avant d'être fixees sur le tube central. On pourrait donc penser a utiliser une technique semb].able pour une colonne montante dont le tube central est pourvu d'un join-t ~lexible. Cette solution est déc~ite dans la demande de brevet français 2,376,989 déposée au nom de la SOCIETE FRANCAISE DES PETROLES et mise a la disposition du public le 4 aou-t 1978 et dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3,913,668 délivré le 21 octobre 1975 e-t ayant pour inventeur William W. Todd et 4,046,407 délivré le 6 septembre 1977 et ayant pour inven-teur Tom PORRECO, selon lesquels les tubes satellites sont des tubes rigides. L'expérience montre que les portions coudées des tubes satellltes supportent alors les contraintes les plus elevees et que ces contraintes sont prohibitives lorsque la colonne montante subit des inclinaisons importantes. On a également constaté que lors de l'inclinaison de la colonne montante les portions hélicoldales des tubes satellites se dé~orment-jusqu'a entrer en contact les unes avec les autres.
Il est egalement connu par les brevets des Etats-Unis ~3~
11~81~1 d'Amér:ique 3,~26,~3 délivré le 11 février 1969 et ayant pour inventeur Robert C. VISSER et ~,031,919 délivré le ~8 juin 1977 e-t ayant pour inventeur John :E.ORTLOFF, de remplacer les conduits satellites rigides par des conduits flexibles dis~
posées pratiquement en hélice autour de l'ensemble ~lexible a la base du riser et qui se raccordent directement aux tubes satellites rigides disposés parallèlemen-t à l'axe du tubage central. Des essais effectués on-t montre que des con-traintes elevees apparaissaient au niveau de ces Eixa-tlons et que lors de fortes inclinaisons de la colonne montan-te les déformations des profils des conduites flexibles conduisaient à un enchevê-trement des conduites flexibles.
I,a plupar-t des colonnes montantes actuellement pro-posées pour des profondeurs d'eau moyenne 1150 a 300 mètres), sont incapables, en l'absence de manoeuvre speciales, de resister aux sollicitations extremes à prendre en compte pendant une durée de produc-tion de l'ordre de vingt ans. Ces manoeuvres speciales peuvent consister notamment en une decon-nexion et meme en un relèvement de l'ensemble.
De plus, dans ces colonnes montantes actuelles, la rotation angulaire au pied de la colonne provoquee par ces sollicitations extremes excède la capacité des joints flexibles (~flex joints?>) ou/et des tubes satellites.
Plusieurs études récentes on-t, en effet, montré que le mouvement angulaire provoque au pied articule d'une colonne montante de production dans des conditions extremes, depasse 10, valeur qui représente la limite de mouvements angulaires des rotules et joints flexibles actuellement disponibles.
D'autres études ont montré que les gisements d'hydrocarbures dont l'exploitation à partir d'un engin flottant est envisa-geable dans un proche avenir demanderont une colonne montante équipée d'une vingtaine de tubes satellites servant de tube de ~`~J production, d'injection et de service.
1 ~6~1 La présen-te inven-tion a pour objet de réalisrr une colonne mon-tante à pied articulé pouvant comporter un grand nombre de tubes satellites (une vingtaine~ ou davantaqe) e-t résistant aux sollicitations extremes (conditions centenaires) susc:eptibles notamment d'entrainer une inclinaison de la colonne pouvant attrindre 20 sur la verticale.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un pied de cnlonne montante qui soit simple à mettre en place et à entretenir, sans llaide de plongeurs.
Ces objectifs sont atteints, selon l'invention avec une colonrle montante à pied articulé pour la production d'h~drocarbures en mer, ce-t-te colonne pouvant relier une installation immeryée à une pla-teforme de production et comprenant un conduit central muni. d'une pluralité de tubes satellites et un ensemble flexib~.e de connexion de cette colonne à l'ins-tallation immergée, associ.é à une pluralité de conduits de raccordement flexibles dont chacun est disposé autour dudit ensemble de connexion sensiblemen-t suivant un enroulement hélicoldal, ces conduits de raccor-dement reliant les tubes satellites à des tubes correspondants équipant l'installation immergée, cette colonne montante étant caractérisée en ce qu'elle comporte des organes inférieurs et supérieurs de Fixation des 2D conduits de raccordement audit ensemble flexible de connexion, ces or-ganes étant respectivement solidaires de la partie inférieure et de la partie supérieure de l'ensemble flexible de connexion et maintenant les extrémités de chaque conduit de raccordement orientés dans le prolonge-ment dudit enroulement hélocoidal.
Selon un mode particulier de réalisation, l'ensemble de con-nexion comporte au moins deux joints flexibles reliés en série et des organes de fixation intermédiaires des conduits de raccordement situés entre les joints flexibles.
Un exemple non limitatif de réalisation de l'inven-tion est illustré par les figures annexées, où :
- la figure 1 représente en élévation un pied articulé de colonne montante selon l'invention~
1 1~6141 - la figure lA est une vue de dessus partielle en coupe Suivant la ligne A de la figure 1, à plus grande échelle, montrant la dispositiDn des conduits flexibles autour du joint supérieur, sans représenter les moyens d'ancrage de ces conduits à ce niveau, - la figure 1B est une vue de yauche partielle au niveau indiqué par la flèche B sur la figure 1, à plus grande échelle, montrant les moyens d'ancrage des conduits flexibles au-dessus du joint flexible supérieur, - la figure lC est une vue partielle en coupe selon la ligne C de la figure 1 et à plus grande échelle, montrant des points d'attache inter-médiaires des conduits flexibles à la colonne montante entre les deuxjoints flexibles, - la figure 2 montre la vue de face correspondante à ce même niveau, - les figures 3, 4 et 5 montrent schématiquement par des coupes aux niveaux A, C et D de la figure 1, respectivement, l'enroulement héli-coïdal des différents conduits flexibles représentés sur la figure 1 sur dsux surfaces cylindriques coaxiales.
Dans le mode de réalisation illustré à titre d'exemple, on a représenté pour la clarté des dessins une colonne montante ne comportant qu'un petit nombre de tubes satellites, mais il doit être entendu que l'invention est également applicable lorsque le nombre de tubes satel-lites est élevé et, par exemple, atteint ou dépasse vingt.
Sur les dessins, la référence 1 désigne une installation sous-marine munie d'un connecteur hydraulique 2.
La référence 4 désigne la partie courante d'une colonne montante de production, ou riser, comprenant un tube central 5 muni dlune pluralité
de tubes satellites 6a, 6b ... atc..O, devant être raccordées à des tubes correspondants 7a, 7b ... etc... de l'installation sous-marine 1. Ces tubes satellites sont fixés de fa~con connue en soi sur le tube central 5.
Un ensemble de connexion flexible placé à la partie inférieure de la colonne 4 est disposé entre une bride 4a à la base de celle-ci, et une bride 3a située à la base d'un organe 3 de raccordement du tube central 5 au connecteur hydraulique Z. L'organe 3 est muni dlune bride 3b à son extrémité opposée à la bride 3a.
1 :15~41 Cet ensernble de connexion comprend deux jolnts flexibles 8 et 9 disposés en série e-t séparés par un élément intermédiaire 10 auque] ils son-t reliés par des brides. Les extrémités de cet ensemb:Le comportent les brides 8a et 9a se raccordant aux brides 3_ e-t ~a respectivemen-t.
Les joints flexibles 8 et 9 pourront être d'un type connu, par exemple par le brevet US ~,068,868, délivré le 17 janvier 1978 et ayant pour inventeur Juergen H. OHRT.
L'ensemble de connexion compox-te égalemen-t une plura-lité de conduits flexibles de raccordement lla a 11~ des-tinés a assurer la llaison en-tre les -tubes satellites 6a ... 6e et les tubes correspondants 7_ ...7c de la tête de puits.
Ces conduits seron-t, par exemple, des conduits flexibles armés du type décrit dans le mémoire OTC 2196(Offshore Technology ConEerence 1977) en se référant plus particulierement a la figure 1 de ce mémoire.
Ces conduits sont disposés en hélice à pas long autour de l'ensemble de connexion flexible. Le rayon de courbure des conduits lla a llg sera suffisant pour per-mettre de faire circuler dans certains d'entxe eux des outils ou instruments pompés, selon la méthode TFL (Through Flow Line)bien connue des spécialistes.
- Dans le mode de réalisation illustre, les conduits flexibles lla a llg son-t disposés suivant des hélices inscrites sur deux surfaces cylindriques de rayons ~ifférents (r et R~
avec des pas opposés sur ces deux surfaces, ces hélices étant coaxiales comme représenté (voir Figures 3 a 5).
Les conduits flexibles lla,llb...etc...sont en nombre égal a celui des tubes $a-tellites 6_, 6_...etc...de la colonne montante, auxquels ces conduits se raccordent par des connec-teurs 12a, 12b ...etc.
-~f- , .
11~814Ll Le raccordement n'apparaI-t pas a la partie supe-rieure de la figure 1 ou le tube cen-tral 5 et les -tubes satellites 6a, 6h...etc ont un tracé in-terrompu. Ce raccor-dement est realise par des portions de , .
1~6141 tubes incurvées à la partie inférieure des tubes satellites~ ces portions de tubes se raccordant aux connecteurs 12a, 12b . . etc.
Les connecteurs 12a~ 12b ...etc... sont ancrés au-desslJs du joint flexible supérieur 9 par des organes de -fixation supérieurs qui n'ont pas été ~représentés sur les Figures 1 st lA pour la clarté des dessins. Ces moyens seron-t décri-ts ci-après en se référant à la figure 1B.
A leur extrémité inférieure~ les con(luits Flexibles 1la à llg comportent de manière similaire des connecteurs 13a, 13b.. etc ~ qui sont anrrés sur l'organe de raccordernent 3, au-dessous du join-t Flexible 10 inférieur b, par des organes de fixation inFérieurs non représentés sur la Figure l.
Des organes de fixation intermédiaires des con duits flexibles 11 a à 11~ équipent l'élément 1n.
Ces organes de fixation, qui n'apparaissen-t pas sur le figure l, pourront comporter (figures lC et 2) des pattes de fixation telles que 1~, 15 et 16 dont les extrémités sont munies d'élérnents tubulaires ou de colliars de fixation 17 à 20 maintenus de telle facon que leurs axes soient tangents aux profils en hélice des conduits de raccordementO
Ainsi, les organes de fixation inférieurs et supérieurs situés 20 aux extrémités de la portion en forme d'hélice des conduits de raccor-dement sont orientés dans le prolongemen-t de cette hélice.
Les essais effectués ont montré que dans ces conditions les contraintes subies par les conduites flexibles sur toute leur portion hélicoidale sont rninimales et autorisent une forte inclinaison de la colonne montante sans que l'écart entre deux conduits de raccordement voisins ne soit notablement modifié.
Comme représenté sur la figure 1B, les connecteurs 12a, 12b ...
etc... pourront etre rendus solidaires d'un organe 4b, lui-meme connecté
à la bride 4a, par l'intermédiaire d'un ensemble de pattes et cornières 30 de Fixation telles que 23, 24, 25 et 26, soudées entre elles e-t à
11~6~41 l'organe ~b avec des orienta-tions appropriées, CE35 pa-ttes et cornières de fixstion portant des colliers de fixation 27, 23 et 29.
Un système de -Fixation analngue peu-t ê-tre utilisé pour les connecteurs inférieurs 13a~ 130... etc... qui permettent de raccorder les conduits Flexibles 11a à 11q aux tubes 7a, 7b ... etc... équipant l'ins-_ tallation sous-marine 1, par l'intermédiaire cle tubes prolongateurs rigides incurvés Z1a, 21b ... etc... munis à leur partie inférieure d'em-bouts 22a, 22b ... stc... de raccordement aux tubes 7a, 7b ... etc... CEJS
embouts fixés à un anneau 30 solidaire du connecteur hydraulique 2 pour-ront etre d'un type classique dont le raccordement peu-t s'effectuer par simple guidage ("s-tab-connectors") ce qui Facili-tera la mise en place et l'en-tretien de la colonne montante. ~ien entendu, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en rempla~cant ces tubes prolongateurs par des portions de conduite flexible ou des prolongements des conduites Plexi-bles de raccordement pourvu qu'ils soient main-tenus par des organes de fixation dans le prolongement des enroulemen-ts hélicoldaux des conduits flexibles.
Il résulte de ce qui précède que les portions de conduits compris entre les organes de fixation inférieurs et les embouts de rac-cordement ne subissent pratiquement aucune contrainte lors de l'incli-naison de la colonne montante.
Un guidage de la descente de cette colonne permettra ds venir engager les embouts 22a, 22b ... etc... sur des embouts correspondan-ts 31a, 31b ... etc... des tubes 7a, 7b ... équipant l'installation immergée 1, sans nécessiter l'aide de plongeurs.
Le mode de réalisation illustré sur la fiyure 1 présente l'avantage de permettre une inclinaison notable du pied de la colonne montante(pouvant atteindre 20 si chacun des joints flexibles B et 9 permet séparément une inclinaison maximale de 10). On pourra superposer plus de deux joints -Flexibles avec des organes de fixation intermédiaires, entre joints flexibles consécutifs, pour les hélices formées par les conduits flexibles 11a à 11g, tels que ceux représentés sur les iFigures 1C et 2, pourvu que ces organes de fixation maintiennent les conduits 11~61~1 de raccordement flexibles selon leur proFil hélicoldal.
On pourra également inscrire les conduits flexibles sur plus de deux hélices de rayons difFéren-ts, ce qui permettra d~augmen-ter le nombre de ces conduits flexibles~
Claims (7)
1. Colonne montante à pied articulé pour la production d'hydrocarbures en mer, cette colonne pouvant relier une instal-lation immergée à une plateforme de production et comprenant un conduit central muni d'une pluralité de tubes satellites et un ensemble flexible de connexion de cette colonne à l'installation immergée, associé à une pluralité de conduits de raccordement flexibles dont chacun est disposé autour dudit ensemble de connexion sensiblement suivant un enroulement hélicoïdal, ces conduits de raccordement reliant les tubes satellites à des tubes correspondants équipant l'installation immergée, caractérisée en ce qu'elle comporte des organes inférieurs et supérieurs de fixation des conduits de raccordement audit ensemble flexible de connexion, ces organes étant respectivement solidaires de la partie inférieure et de la partie supérieure de l'ensemble flexible de connexion et maintenant les extrémités de chaque conduit de raccordement orientées dans le prolongement dudit enroulement hélicoïdal.
2. Colonne montante selon la revendication 1, carac-térisée en ce que l'ensemble flexible de connexion comporte au moins deux joints flexibles reliés en série et des organes de fixation intermédiaires des conduits de raccordement situés entre les joints flexibles.
3. Colonne montante selon la revendication 2, carac-térisée en ce que l'organe de fixation de chaque conduit de raccordement comprend un élément tubulaire dont l'axe est orienté
dans le prolongement dudit enroulement hélicoïdal.
dans le prolongement dudit enroulement hélicoïdal.
4. Colonne montante selon la revendication 3, carac-térisée en ce que les organes supérieurs de fixation assurent la liaison de chacun des conduits de raccordement avec un tube satellite dont une portion est incurvée de sorte que son extré-mité soit située dans le prolongement dudit enroulement hélicoïdal.
5. Colonne montante selon la revendication 4, carac-térisée en ce que les organes inférieurs de fixation comportent des conduits incurvés reliés à leur partie supérieure auxdits conduits de raccordement flexibles et reliés à leur partie inférieure auxdits tubes équipant l'installation immergée, par l'intermédiaire d'embouts de raccordement ancrés à la partie inférieure de l'ensemble de connexion.
6. Colonne montante selon la revendication 1, carac-térisée en ce que les conduits de raccordement ont un rayon de courbure suffisant pour permettre le passage d'outils pompés à
l'intérieur de ces conduits.
l'intérieur de ces conduits.
7. Colonne montante selon la revendication 1, carac-térisée en ce que les conduits de raccordement sont disposés suivant des hélices inscrites sur des surfaces cylindriques de rayons différents.
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