PLATE-FORME TETE DE PUITS POUR L'EXPLOITATION DE CHAMPS
PETROLIERS EN MER EN ZONE ARCTIQUE
La présente invention est relative à une plate-forme "têtes de puits" pour l'exploitation de champs pétroliers en mer en zone arctique, comprenant une embase conçue pour reposer sur un fond marin, au moins une tête de puits disposée dans cette embase, au moins une colonne remontant de ladite embase jusqu'au-dessus de la surface de l'eau, au moins une conduite disposée dans ladite colonne pour remonter la production du puits jusqu'à la tête de la colonne et des moyens de commande et d'entretien des équipements de production de la plate-forme et de 1o ladite tête de puits, ces moyens étant disposés sur la tête de ladite colonne.
Les plates-formes dites "têtes de puits" du type décrit ci-dessus présentent divers avantages qui les font préférer sur certains champs d'exploitation de gisements d'hydrocarbures en mer. D'une part, les moyens de commande de la production de la plate-forme se trouvant à l'air libre, à la tête de la colonne, les opérations d'entretien de cette plate-forme en sont facilitées. Cela est particulièrement commode quand il s'agit d'extraire des hydrocarbures lourds car une telle extraction exige de fréquentes interventions dans les puits, ëvidemment plus faciles quand elles sont pratiquées depuis un espace à l'air libre.
Elles supportent d'autre part un minimum d'équipements et sont donc légères 2o et peu coûteuses. On peut alors en installer plusieurs sur un même réservoir d'hydrocarbures de grande étendue et de faible profondeur, qui ne pourrait être convenablement exploité, ou "drainé", à partir d'une plate-forme unique disposée dans une position centrale. Elles peuvent en outre être conçues pour être commandées â
distance, ce qui est un avantage notamment dans les environnements hostiles.
Les plates-formes têtes de puits sont donc appropriées à l'exploitation de tels champs pétroliers en mer, en particulier en zone arctique. Dans une telle zone, cependant, leur légèreté, et donc leur fragilité, constituent un problême sérieux car elles ne peuvent évidemment résister à des impacts puissants d'icebergs ou de packs de glace. Une solution connue consiste à détourner ou morceler les icebergs les plus 3o gros dérivant vers la plate-forme, mais cette solution a ses limites et ne saurait assurer qu'en toutes circonstances l'environnement resterait protégé des conséquences d'une destruction des têtes de puits, notamment.
La présente invention a précisément pour but de réaliser une plate-forme têtes de puits du type décrit ci-dessus, conçue de manière à permettre son installation en WELLHEAD PLATFORM FOR FIELD OPERATION
OILERS AT SEA IN ARCTIC AREA
The present invention relates to a "wellhead" platform for the exploitation of offshore oil fields in the arctic zone, including a base designed to rest on a seabed, at least one wellhead disposed in this base, at least one column rising from said base to above of the surface of the water, at least one pipe arranged in said column for raise production from the well to the head of the column and the means of order and maintenance of production equipment for the platform and 1o said wellhead, these means being arranged on the head of said column.
The so-called "wellhead" platforms of the type described above have various advantages which make them prefer on certain fields of exploitation of deposits oil at sea. On the one hand, the means of controlling the production of the platform located in the open air, at the head of the column, the operations maintenance of this platform are facilitated. This is particularly convenient when he is to extract heavy hydrocarbons because such extraction requires Frequently interventions in the wells, obviously easier when they are practiced from an open space.
They also support a minimum of equipment and are therefore light 2o and inexpensive. We can then install several on the same tank large and shallow oil, which could not to be suitably operated, or "drained", from a single platform arranged in a central position. They can also be designed to be ordered â
distance, which is an advantage especially in hostile environments.
Wellhead platforms are therefore suitable for operating such offshore oil fields, particularly in the arctic zone. In such zoned, however, their lightness, and therefore their fragility, is a problem.
serious because they obviously cannot withstand the powerful impacts of icebergs or packs of ice. A known solution is to divert or break up icebergs most 3o big drift towards the platform, but this solution has its limits and does not can ensure that in all circumstances the environment remains protected from consequences of destruction of well heads, in particular.
The object of the present invention is precisely to produce a head platform wells of the type described above, designed to allow its installation in
2 zone arctique sans conséquences inacceptables sur le fonctionnement et l'intégrité de la plate-forme, et donc sur l'environnement.
On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec une plate-forme têtes de puits du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce qu'elle comprend des moyens frangibles disposés sur la colonne au voisinage de l'embase et au-dessus des têtes de puits, lesdits moyens frangibles autorisant une rupture de la colonne sous l'effet de l'impact d'icebergs ou de packs de glace de puissance supérieure à une puissance prédéterminée.
1o Comme on le verra plus loin, les têtes de puits placées dans l'embase en dessous des moyens frangibles restent alors protégées par cette embase ce qui évite tout déversement de produits pétroliers dans la mer, pour autant bien entendu que ces têtes aient été préalablement fermées par des commandes ou des automatismes appropriés.
Suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, les moyens frangibles définissent une section de faiblesse sur la colonne. Cette section de faiblesse peut être constituée par une brusque réduction de l'épaisseur de la paroi cylindrique constituant la colonne, cette paroi étant réalisée en béton.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à
la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en élévation de la plate-forme suivant l'invention, sur son site d'installation final, et la figure 2 est une vue schématique de la plate-forme de la figure l, lors d'une phase de forage des puits.
On se réfère â la figure 1 du dessin annexé où il apparaît que la plate-forme représentée est du type gravitaire et comprend une embase 1 et une colonne cylindrique creuse 2 débordant verticalement de cette embase jusqu'au-dessus de la surface 3 de l'eau quand l'embase repose sur un fond marin 4.
L'embase et la colonne sont de préférence réalisées en béton, à quai ou en 3o cale sèche, puis transportées en flottaison par remorquage jusqu'au site d'installation final de la plate-forme, oû elle est ballastée de manière à venir reposer sur le fond marin. Ces opérations de transport et de mise en place sont classiques et ne seront pas décrites en plus de détails. On remarquera cependant que pendant ces opérations la colonne est constamment coupée par la surface 3 de l'eau, ce qui garantit à la plate-forme une stabilité marine pendant la phase de descente de la 2 arctic zone without unacceptable consequences on the functioning and integrity of the platform, and therefore on the environment.
These objects of the invention are achieved, as well as others which will appear on reading of the description which will follow, with a wellhead platform like described in the preamble to this description, remarkable in that it comprises frangible means arranged on the column in the vicinity of the base and at-above well heads, said frangible means allowing the rupture of the column under the impact of icebergs or power ice packs greater than one predetermined power.
1o As will be seen below, the well heads placed in the base in below frangible means then remain protected by this base which avoid any discharge of petroleum products into the sea, provided of course than these heads have been previously closed by commands or automation appropriate.
According to a preferred embodiment of the present invention, the means frangibles define a section of weakness on the column. This section of weakness may consist of a sudden reduction in the thickness of the wall cylindrical constituting the column, this wall being made of concrete.
Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent from reading the description which will follow and examining the attached drawing in which - Figure 1 is a schematic elevational view of the following platform the invention, at its final installation site, and Figure 2 is a schematic view of the platform of Figure l, when a well drilling phase.
We refer to Figure 1 of the accompanying drawing where it appears that the platform shown is gravity type and includes a base 1 and a column hollow cylindrical 2 projecting vertically from this base to the top of the water surface 3 when the base rests on a seabed 4.
The base and the column are preferably made of concrete, quay or 3o dry dock, then transported by floatation by towing to the site installation end of the platform, where it is ballasted so as to come to rest on the bottom marine. These transport and installation operations are conventional and do not will not described in more detail. Note, however, that during these operations the column is constantly cut by the surface 3 of the water, which guarantees the platform marine stability during the descent phase of the
3 plate-forme vers le fond 4, dans la position verticale convenable, au besoin au moyen de caissons de flottaison supplémentaires, comme cela est bien connu.
L'embase 1 comporte classiquement divers compartiments 11 à 15 utilisés pour le ballastage et/ou le déballastage de la plate-forme, ainsi que pour le stockage éventuel de la production de la plate-forme.
La colonne 2 comporte un fût cylindrique dont l'extrémité inférieure, intérieure à l'embase l, protège les têtes de puits 51,52, etc... Des conduites 61,62, etc...
remontent la production des puits depuis les têtes 51,52, etc..., respectivement, jusqu'à des "arbres de Noël" (de l'anglais "Christmas tree") placés sur un pont 7 monté
1o à l'air libre sur la tête hors d'eau de la colonne 2. Ce pont 7 accueille en outre divers moyens de commande des têtes de puits 5; et de production des puits, y compris des moyens d'injection dans ces puits de fluides et produits d'entretien variés, comme cela est bien connu.
La paroi de la colonne 2 peut être étanche pour maintenir au sec les conduites 6; ainsi que d'autres lignes (non représentées) nécessaires à la commande et au fonctionnement des puits et des têtes de puits. Cette paroi peut aussi être du type "Jarlan", c'est-à-dire perforée, lesdits conduites et lignes étant alors mouillées.
En tout état de cause, lorsque la plate-forme est installée en zone arctique, la paroi de la colonne doit étre dimensionnée de manière à pouvoir résister non 2o seulement aux efforts d'environnement classiques (houle, vents, courants marins, ...) mais aussi à des impacts d'icebergs ou de packs de glace de volume moyen ou faible, développant une énergie proportionnelle à leur masse.
Quand le volume des icebergs ou packs devient important ou très important, on tente classiquement de dévier leur course pour les écarter de la plate-forme, ou de les fragmenter. Ces dispositions peuvent cependant échouer et il convient alors de prévoir les conséquences les plus dommageables d'un impact destructeur d'un iceberg ou pack avec la colonne, quand bien même la probabilité d'un tel événement serait très faible.
Suivant la présente invention, on dispose à cet effet sur la colonne des moyens 3o frangibles 9 définissant une section de faiblesse sur celle-ci, au-dessus des têtes de puits 5; comme représenté à la figure 1.
Ainsi, quand un impact d'un iceberg 10 de fort volume, tel que celui représenté à la figure l, avec la colonne ne peut être évité, la colonne se brise au niveau de cette section de faiblesse si la puissance développée par l'impact est 3 platform towards the bottom 4, in the suitable vertical position, if necessary thanks to additional floatation boxes, as is well known.
The base 1 conventionally comprises various compartments 11 to 15 used for the ballasting and / or deballasting of the platform, as well as for storage possible production of the platform.
Column 2 comprises a cylindrical barrel whose lower end, indoor at the base l, protects the well heads 51.52, etc. of the pipes 61.62, etc ...
raise the production of wells from heads 51,52, etc ..., respectively, up to "Christmas trees" (from the English "Christmas tree") placed on a deck 7 mounted 1o in the open air on the head out of the water in column 2. This bridge 7 accommodates further various wellhead control means 5; and production of wells, including of the means of injection into these wells of fluids and various maintenance products, as this is well known.
The wall of column 2 can be sealed to keep the pipes dry 6; as well as other lines (not shown) necessary for the order and at operation of wells and well heads. This wall can also be type "Jarlan", that is to say perforated, said pipes and lines then being wet.
In any event, when the platform is installed in the Arctic zone, the column wall must be sized to withstand no 2o only for conventional environmental efforts (swell, winds, currents sailors, ...) but also impacts from icebergs or medium volume ice packs or low, developing an energy proportional to their mass.
When the volume of icebergs or packs becomes large or very large, we typically try to divert their course to move them away from the platform shape, or of fragment them. These arrangements may, however, fail and it is advisable so that foresee the most damaging consequences of a destructive impact of a iceberg or pack with the column, even if the probability of such event would be very small.
According to the present invention, there are available for this purpose on the column of means 3o frangibles 9 defining a section of weakness thereon, above heads of well 5; as shown in Figure 1.
So when an impact from a high volume iceberg 10, such as that shown in figure l, with the column cannot be avoided, the column will breeze to level of this section of weakness if the power developed by the impact East
4 supérieure à celle, prédéterminée, prise en compte pour calculer la résistance à la rupture de la colonne au niveau de cette section.
Bien entendu, préalablement à l'impact, les têtes de puits 5; ont été fermées par des automatismes appropriés prévus à cet effet sur le pont 7 et au niveau des têtes de puits.
Ainsi, le basculement dans la mer de la colonne (représentëe en trait interrompu à la figure 1) comme suite à la rupture de la section de faiblesse de celle-ci n'affecte en rien les têtes de puits et ne provoque donc aucun rejet d'effluents dans cette mer, ce qui protège l'environnement.
1o Par ailleurs, l'intégrité des têtes de puits, protégëes par l'embase, reste entière et celles-ci peuvent donc être remises en service ultérieurement, après remplacement de la colonne qui a sombré avec ses équipements aprés l'impact. Ce remplacement peut se faire, à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, par simple emboîtement d'une nouvelle colonne sur la base 21 de l'ancienne colonne qui déborde de l'embase 1.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, les moyens frangibles 9 sont constitués par une brusque réduction de l'épaisseur de la paroi ou voile de béton constituant la colonne 2, au-dessus de ces moyens 9, par rapport à celle de la base 21 de la colonne 2. La résistance aux efforts appliqués par l'iceberg à la colonne 2 au 2o moment de l'impact étant brusquement réduite au niveau de la section de faiblesse définie par ces moyens, la colonne se rompt au niveau de cette section de faiblesse.
Comme représenté à la figure 1, l'embase 1 de la plate-forme suivant l'invention est délimitée à sa périphérie par une paroi latérale inclinée 211, intermédiaire entre la paroi inférieure 212 de cette embase, en contact avec le fond marin 4, et la paroi supérieure 213 de celle-ci. Grâce à cette inclinaison, certains très gros icebergs de hauteur immergée supêrieure à la distance séparant la paroi 213 de la surface 3 de l'eau, peuvent alors être arrêtés, ou au moins freinés, par le frottement de leur surface inférieure contre la paroi inclinée 11 de l'embase, celle-ci développant alors sur l'iceberg un effet du type "effet de coin", propre à annuler ou réduire son 3o énergie cinétique, au bénéfice de la sécurité de la plate-forme.
Comme on l'a vu plus haut, la plate-forme suivant l'invention est installée sur site par des opérations classiques de remorquage et de ballastage. Une fois la plate-forme amenée sur le site, il convient de l'équiper pour une phase de forage des puits.
Pour ce faire, il faut évidement monter un derrick 11 au-dessus du pont 7 de la colonne 2, comme représenté à la figure 2. Le personnel nécessaire peut alors i opérer à partir d'une plate-forme auxiliaire 12 accolée à la plate-forme suivant l'invention. Cette plate-forme auxiliaire peut être une plate-forme autoélévatrice à
pont 13 montée sur des pieds 141,142, etc... en treillis métallique par exemple.
Suivant la présente invention, on tire avantageusement partie de la hauteur substantielle de l'embase 1 de la plate-forme suivant l'invention pour installer la plate-forme auxiliaire 12 sur la paroi supérieure 213 de l'embase 1. On réduit ainsi la hauteur des pieds 14; ce qui permet d'utiliser une plate-forme auxiliaire dimensionnée pour travailler dans une profondeur d'eau opérationnelle inférieure à la profondeur d'eau sur site, avec pour conséquence une réduction des coûts.
1o Une fois les opérations de forage terminées, le derrick 11 est ramené sur la plate-forme auxiliaire 12. La plate-forme suivant l'invention est équipée avec le matériel d'exploitation du champ pétrolier à partir de la plate-forme auxiliaire 12, comprenant notamment une grue 15, un pont d'atterrissage d'hélicoptères 16, etc...
La plate-forme auxiliaire est retirée du site une fois la plate-forme suivant l'invention complètement équipée pour la phase de production.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que d'autres moyens frangibles pourraient être prévus, en lieu et place de ceux représentés, comme cela apparaîtra immédiatement â l'homme de métier. Ces moyens frangibles pourraient 2o ainsi prendre la forme d'une série d'ouvertures traversant la paroi de la colonne au niveau d'une section transversale prédéterminée de celle-ci, de manière à
réduire la résistance mécanique de la colonne au niveau de cette section.
On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en substituant à ces moyens frangibles des moyens permettant d'assurer, sous le choc d'un iceberg, un basculement de la colonne, tels que par exemple des moyens d'articulation ou de déboîtement de ladite colonne. 4 greater than that, predetermined, taken into account to calculate the resistance to the column break at this section.
Of course, prior to impact, the well heads 5; were closed by appropriate automation provided for this purpose on deck 7 and at the level of the well heads.
Thus, the tilting in the sea of the column (represented in line interrupted in Figure 1) as a result of the rupture of the weak section of which-this does not affect the wellheads in any way and therefore does not cause any rejection effluent in this sea, which protects the environment.
1o In addition, the integrity of the well heads, protected by the base, remains complete and these can therefore be put back into service later, after replacement of the column which sank with its equipment after the impact. This replacement can be done, by way of illustrative and nonlimiting example only, by simple nesting of a new column on the base 21 of the old column which overflowing of base 1.
In the embodiment shown in Figure 1, the frangible means 9 consist of a sudden reduction in the thickness of the wall or veil of concrete constituting column 2, above these means 9, with respect to that of the base 21 of column 2. The resistance to the forces applied by the iceberg to the column 2 to 2o moment of impact being suddenly reduced at the level of the section of weakness defined by these means, the column breaks at this section of weakness.
As shown in Figure 1, the base 1 of the following platform the invention is delimited at its periphery by an inclined side wall 211, intermediate between the lower wall 212 of this base, in contact with the bottom marine 4, and the upper wall 213 thereof. Thanks to this tilt, some very large icebergs of submerged height greater than the distance between the wall 213 of the surface 3 of the water, can then be stopped, or at least braked, by the friction of their lower surface against the inclined wall 11 of the base, the latter developing then on the iceberg an effect of the "corner effect" type, suitable for canceling or reduce her 3o kinetic energy, for the benefit of the safety of the platform.
As seen above, the platform according to the invention is installed sure site by conventional towing and ballasting operations. Once the platform form brought to the site, it should be equipped for a drilling phase Wells.
To do this, it is obviously necessary to mount a derrick 11 above deck 7 of column 2, as shown in figure 2. The necessary personnel can so i operate from an auxiliary platform 12 attached to the platform next the invention. This auxiliary platform can be a platform self-elevating bridge 13 mounted on legs 141,142, etc ... in wire mesh by example.
According to the present invention, advantage is taken of the height of the base 1 of the platform according to the invention for install the auxiliary platform 12 on the upper wall 213 of the base 1. We reduce so the height of the feet 14; which allows the use of an auxiliary platform dimensioned to work in an operational water depth less than the depth on-site water, resulting in lower costs.
1o Once the drilling operations are completed, the derrick 11 is brought back to the auxiliary platform 12. The platform according to the invention is equipped with the oil field equipment from the platform auxiliary 12, comprising in particular a crane 15, a helicopter landing deck 16, etc ...
The auxiliary platform is removed from the site once the next platform the invention fully equipped for the production phase.
Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given by way of example only. This is how others means frangibles could be provided, in place of those represented, as it will immediately appear to those skilled in the art. These frangible means could 2o thus take the form of a series of openings crossing the wall of the column at level of a predetermined cross section thereof, so as to reduce the mechanical resistance of the column at this section.
We would not depart from the scope of the invention by substituting these frangible means means making it possible to ensure, under the shock of an iceberg, a tilting of the column, such as for example articulation means or of dislocation of said column.