EP0007825B1

EP0007825B1 - Procédé de forage sous-marin et dispositif s'y rapportant

Info

Publication number: EP0007825B1
Application number: EP79400435A
Authority: EP
Inventors: Alfred Valantin
Original assignee: Techniques Industrielles Et Minieres (societe Anonyme Francaise)
Current assignee: Techniques Industrielles Et Minieres (societe Anonyme Francaise)
Priority date: 1978-07-04
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1983-02-09
Also published as: FR2442953A1; FR2442953B1; DE2964704D1; EP0007825A2; US4255068A; EP0007825A3

Description

La présente invention concerne un procédé de forage sous-marin pour explorer et exploiter les fonds, sans utilisation d'un équipement en surface au-dessus de site de forage tel qu'un navire ou une plate-forme. Ce procédé comporte l'élaboration d'une station de forage et d'exploitation à l'aplomb du site choisi, et l'opération de forage à partir de cette station.
L'invention concerne également un dispositif de forage sous-marin pour exploiter les fonds par ce procédé. Ce dispositif comprend un module de creusement formant enceinte étanche et muni de moyens des communications avec l'air libre, ce module comportant des moyens de creusement extensibles pouvant sortir hors du module et des moyens de manoeuvre pour faire descendre les moyens de creusement et les appliquer sur le fond de la mer.
En général, les forages sous-marins et leur exploitation s'effectuent à partir d'un navire localisé en permanence sur le site ou à partir d'une plate-forme ancrée ou flottante, ce qui constitue un procédé très coûteux. En outre, les interventions du personnel pour des opérations sortant d'une routine mécanisée nécessitent des opérations de plongées, longues et coûteuses.
Des procédés et des dispositifs du genre visé sont connus par le brevet FR-A-2.183.428 et par le brevet FR-A-2.047.934. La premier de ces documents décrit une installation de forage fixée au fond de la mer à laquelle est adjoint un habitacle étanche servant le logement et de lieu de travail au personnel. Ce dernier surveille par des hublots le fonctionnement de l'équipement de forage et commande les opérations courantes par des moyens de télécommande. Mais cet équipement lui-même est dans l'eau et toute opération d'entretien ou de réparation nécessite l'intervention de plongeurs.
Le second document décrit une enceinte étanche installée en permanence sur une tête de puits. En cas d'intervention humaine nécessaire sur la tête de puits, cette enceinte peut être rincée et remplie d'eau claire pour permettre le travail d'un plongeur. Mais l'opération de forage en elle-même s'effectue de façon classique à partir d'une superstructure émergée.
Dans les deux cas, le forage et son exploitation ultérieure nécessitent l'intervention de plongeurs et éventuellement le recours à une structure émergée.
La présente invention vise à réaliser un procédé et un dispositif qui permettent ces opérations par un personnel travaillant en permanence à la pression atmosphérique.
Suivant un premier aspect de l'invention, le procédé visé plus haut est caractérisé en ce que l'on effectue les opérations suivantes:

a) on met en place au-dessus de site choisi un module de creusement mobile,
b) on creuse dans le fond un puits formant station de forage et d'exploitation de dimensions suffisantes pour contenir le personnel et le matériel de forage, au moyen du module de creusement reposant sur le fond.
c) on fait descendre dans le puits, à partir d'un navire d'accompagnement, un coffrage surmonté d'un habitacle autonome étanche,
d) on fixe le coffrage sur les parois du puits par injection d'une couche de ciment,
e) on vide le puits de son eau,
f) on fait régner la pression atmosphérique à l'intérieur du puits et de l'habitacle,
g) on fait descendre dans le puits le personnel et le matériel de forage, par une ouverture permettant le passage entre le milieu extérieur et l'habitacle étanche,
h) on effectue le forage à partir du fond du puits.

L'invention permet donc de réaliser des forages sous-marins pratiquement dans les mêmes conditions qu'à terre, en éliminant tous les inconvenients dus à la profondeur ou à l'état de la mer. Le personnel travaille à la pression atmosphérique et n'a à subir aucune des sujétions liées à la respiration sous pression, la ventilation s'effectuant comme dans les exploitations minières terrestres. Enfin, l'exploitation ultérieure du gisement s'effectue également comme à terre. Elle peut être, sans difficulté, interrompue, puis reprise.
Suivant une réalisation préférée du procédé, on fait régner la pression atmosphérique à l'intérieur du puits et de l'habitacle en reliant l'habitacle à une galerie posée au fond et débouchant à l'air libre en un point de la côte.
Suivant un second aspect de l'invention, le dispositif pour appliquer ce procédé est du genre visé plus haut et il est caractérisé en ce que les moyens de creusement comprennent une tête de creusement maintenue immobile en rotation par rapport au module et sortant de ce module par l'intermédiaire de premiers moyens d'étanchéité et un porte-bas de creusement fixé en bout à ladite tête par l'intermédiaire de moyens d'actionnement en rotation par rapport à cette tête, et coopérant avec elle par l'intermédiaire de seconds moyens d'étanchéité. Le dispositif comprend en outre des moyens pour faire descendre d'un navire auxiliaire un coffrage de puits et un habitacle coiffant ce coffrage.
Cette dissociation des, deux mouvements et des moyens d'étanchéité respectifs présente, non seulement un avantage technologique évident, mais permet encore de reporter les moyens d'actionnement rotatifs en bout et de maintenir vide d'eau le tube formant extension de la tête.
Suivant une caractéristique préférée de l'invention, les moyens de manoeuvre pour faire sortir la tête de creusement comprennent des moyens de serrage pour solidariser alternativement la tête avec le module et avec un système de vérins assurant ainsi le déplacement de la tête par rapport au module.
Le porte-bras comprend avantageusement des bras rotatifs articulés pour être repliables parallèlement à l'axe de rotation, et pour offrir, en position déployée, un diamètre de creusement supérieur au diamètre de la tête de creusement, permettant une rentrée facile de l'ensemble dans le module.
De préférence, le module de creusement comprend encore une pompe dont l'aspiration est reliée à une conduite extensible débouchant au fond du puits en cours de creusement, en vue de l'évacuation des déblais.
Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, le module de creusement est solidaire d'au moins un module d'élaboration et de pose d'une galerie posée sur le fond, ladite galerie s'ouvrant à l'air libre en un point de la côte, et les atmosphères des deux modules étant en communication.
Le module de pose de la galerie sert alors de moyen de locomotion pour le premier accès au site, en même temps qu'il installe la galerie de liaison avec l'air libre sur la terre ferme.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatif:

- la Figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif montrant le module de creusement et ses annexes,
- la Figure 2 est une vue à plus grande échelle du module de creusement, en position repliée,
- la Figure 3 est une vue détaillée de l'organe de creusement sorti du module, en position de travail au fond du puits,
- la Figure 4 est un détail agrandi de la partie A de la Figure 3,
- la Figure 5 est une vue d'ensemble du puits après mise en place du coffrage et de l'habitacle,
- la Figure 6 est une vue montrant l'opération de jonction de l'habitacle avec une galerie sous-marine,
- la Figure 7 est une vue d'ensemble schématique à petite échelle d'une installation de forage conforme à l'invention.

En référence à la Figure 1, le dispositif comprend un module de creusement 1 relié à deux véhicules sous-marins jumeaux 2 (ou modules de pose), agencés pour progresser par leurs propres moyens sur le fond de la mer et pour élaborer et poser chacun une galerie sous-marine 3 au fur et à mesure de leur progression. De tels véhicules sont décrits dans le FR-A-2 443 009 au nom des Demandeurs.
Le module de creusement 1 communique avec les véhicules 2 par des conduites de raccordement 4 de dimensions suffisantes pour approvisionner le matériel de creusement qui est lui-même apporté de la côte par les galeries 3. L'air de ventilation suit le même chemin.
Dans sa position de fonctionnement représentée sur la Figure 1, le module 1 comprend un tube 5 sortant du module proprement dit, par l'intermédiaire d'un passage étanche 6 pour appliquer sur le fond 7 d'un puits 8 en cours de creusement une tête de creusement 9 mue par un groupe moto-réducteur 11 alimenté par un câble électrique 12 logé à l'intérieur du tube 5.
Une tuyauterie 13 s'ouvre au voisinage du fond 7 du puits 8 et entre dans le module 1 par un passage étanche 14 pour se relier, par l'intermédiaire d'un raccord souple 13a, à une pompe 15 dont le refoulement est en communication avec la mer.
On va maintenant décrire en détail le module 1 en référence à la Figure 2, où il est représenté . en position de repos, par exemple pendant la phase d'approche du site.
La tête de creusement 9 est montée dans une table 16 avec laquelle elle peut être solidarisée grâce à une bague élastique 17 logée dans une gorge 18 de la table 16 et présentant une chambre circulaire 19 qui peut être mise en communication, par une canalisation 21, avec une source de fluide hydraulique non représentée. On comprend que, sous l'effet de la pression hydraulique, la bague 17 enserre fortement la tête 9 et la solidarise avec la table 16.
La table 16 est elle-même fixée aux tiges 22 de deux vérins verticaux 23 qui permettent de déplacer axialement la tête 9. La table 16 coopère avec la tuyauterie 13 de la même manière, par l'intermédiaire d'une bague élastique 24, du même genre que la bague 17, reliée à la canalisation 21.
La tête de creusement 9 est engagée dans un sas 25 dans lequel elle pénètre par un passage étanche 26. Elle peut être solidarisée axialement avec le sas grâce à une bague 27 analogue à celles décrites plus haut et pouvant recevoir une pression hydraulique par une canalisation 28. De la même manière, au voisinage du passage étanche 19, la tuyauterie 13 peut être enserrée par une bague 29 solidaire de la carcasse du module 1.
Le sas 25 comporte une porte de sortie 31 manoeuvrable par un vérin 32 et une porte de visite 33.
Le groupe moto-réducteur 11 de la tête 9 permet de faire tourner un ensemble rotatif comprenant un porte-bras 34 sur lequel sont articulés deux bras porteoutils 35, sur lesquels sont montés des outils de coupe 36 (Figure 3), dont seulement quelques uns sont représentés. Un piston hydraulique 37 permet d'écarter les bras 35 quand la tête 9 est dégagée du module.
L'ensemble rotatif coopère avec la partie fixe de la tête 9 par l'intermédiaire d'un presse- étoupe à deux garnitures 38 recevant une injection d'huile par une canalisation 39 (Figure 4).
Lorsque le module de creusement 1, porté par les véhicules 2, est arrivé à l'aplomb du site choisi, on ouvre la porte 31 du sas 25 et l'on fait descendre la tête de creusement 9 en même temps que la tuyauterie 13 par l'intermédiaire des passages étanches respectifs 26 et 14 (Figure 2). A cette fin, on bloque les bagues 17 et 24 par injection de fluide hydraulique et on relâche les bagues 27 et 29, puis on fait descendre la table 16 grâce aux vérins 23.
Une fois les vérins 23 à bout de course, on inverse le blocage des bagues précitées et l'on remonte la table 16. Puis, après une nouvelle inversion du blocage des bagues, on reprend le processus.
Quand la tête 9 est suffisamment dégagée du sas 25, on écarte les bras porte-outils 35 par la manoeuvre du piston 37, dans la position de la Figure 3, et l'on commence à creuser. Les déblais sont évacués dans la mer par l'intermédiaire de la tuyauterie 13 et de la pompe 15.
Quand la partie supérieure de la tête 9 atteint le niveau de la table 16, on visse sur elle un élément tubulaire 5a, de même diamètre, qui lui sert de prolongement. On procède de même pour la tuyauterie 13 qui se trouve prolongée par des éléments 13b. En cours de creusement, la tête 9 est donc située au bout d'un tube 5, formé des éléments 5a, dans lequel passe le câble électrique 12 d'alimentation électrique du groupe moto-réducteur 11.
Le creusement est facilité par l'effort vertical exercé par la table 16 sur le tube 5, cette table empêchant en outre le tube 5 de tourner.
Les dimensions du puits sont telles qu'on puisse au moins y loger le personnel et le matériel de forage qui y seront descendus par la suite. On peut, par exemple, prévoir un diamètre de quatre mètres. Quant à la profondeur, elle est de préférence telle que le fond du puits se situe dans une couche imperméable, ce qui limitera les infiltrations ultérieures. On peut ainsi atteindre une profondeur d'une centaine de mètres.
Une fois le creusement terminé, on remonte la tête de creusement par les manoeuvres inverses et l'on déplace le module de creusement pour libérer l'entrée du puits. Puis, on fait descendre dans le puits un coffrage surmonté d'un habitacle que l'on fait descendre d'un navire d'accompagnement. On va maintenant décrire cet ensemble, en référence à la Figure 5, où il est représenté en position d'installation définitive.
Le coffrage se compose principalement d'un tube 41, par exemple métallique, qui peut être réalisé en plusieurs tronçons assemblés au moment de la posse. Ce tube est fixé à la paroi du puits qui vient d'être creusé par une couche 42 d'un ciment à prise sous l'eau que l'on injecte au moment de la pose par un procédé connu en soi, par exemple au moyen d'une lance.
Le tube 41 est muni de consoles 43 sur lesquelles sont arrimées notamment des tiges de forage 44 ainsi que tout le matériel annexe nécessaire au forage que l'on a représenté symboliquement en 45, en position de fonctionnement.
A sa partie supérieure, le tube 41 comporte un pont roulant 46 pour la manutention et la mise en place du matériel de forage.
Au-dessus du niveau du fond, deux conduites de communication 47 partent du tube 41 pour rejoindre respectivement les galeries 3 posées par les véhicules 2.
Un habitacle 48 constitué par une coupole fixée de façon étanche au sommet du tube 41 constitue un habitacle pour le personnel et comprend également des réservoirs 49 contenant de l'eau de forage. Au sommet de cet habitacle est disposé un sas 51 pour le personnel, et éventuellement pour l'approvisionnement de certain matériel.
Après avoir mis en place le tube 41 et l'avoir fixé par injection de la couche de ciment 42, on chasse l'eau qu'il contient et l'on fait descendre au moins une partie du personnel par le sas 51 pour effectuer les premières manoeuvres, notamment, la jonction avec les galeries 3. Pour réaliser cette jonction, chacune des conduites de communication 47 comprend un tube 47a solidaire du coffrage et un tube 47b coulissant dans le précédent par un passage étanche 52 (Figure 6).
A son extrémité libre, le tube 47b porte un collier 53 composé d'un demi-collier 53a solidaire du tube 47b et d'un demi-collier 53b articulé sur le précédent. Le tube 47b est obturé par un opercule 54 épousant la forme cylindrique du demi-collier 53a.
Une fois le coffrage mis en place, on fait coulisser le tube 47b jusqu'à venir appliquer le demi-collier 53a contre la galerie 3, puis on rabat le demi-collier 53b sur la galerie au moyen de dispositifs moteurs non représentés qui peuvent comprendre des vérins. Des garnitures d'étanchéité assurent une coopération étanche du collier 53 avec la paroi extérieure de la galerie 3.
Ensuite, on détruit l'opercule 54 et la partie de la galerie 3 située vis-à-vis, de sorte que la communication est assurée entre l'habitacle 48 et la galerie 3.
Dès lors, le puits et l'habitacle sont à la pression atmosphérique puisque la galerie 3 s'ouvre à l'air libre en un point de la côte (Figure 7). Les opérations de forage s'effectuent dans les mêmes conditions qu'à terre et l'on peut aisément coiffer le forage d'un "arbre de Noël", c'est-à-dire d'un assemblage de vannes à raccorder à diverses tuyauteries d'évacuation de pétrole. Les accès ultérieurs à l'habitacle s'effectueront par les galeries 3 donc par voie sèche, ainsi que l'évacuation des matériaux extraits par l'exploitation:
On a représenté sur la Figure 7 l'ensemble d'une exploitation en cours. Un premier forage équipé d'un habitacle 48 et d'un puits 41 coffré ont déjà été réalisés, et, plus loin, un creusement de puits est en cours par un module 1. Les deux postes de travail sont ventilés à la pression atmosphérique par la galerie 3 qui s'ouvre à terre.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas à l'exemple décrit et l'on pourrait concevoir diverses variantes sans sortir de son cadre, l'étendue de la protection étant déterminée par la teneur des revendications. Par exemple, on pourrait n'utiliser qu'un seul véhicule 2 posant une galerie 3 unique, à condition d'équilibrer convenablement l'ensemble constitué par le module de creusement et le véhicule.

Claims

1. Procédé de forage sous-marin pour explorer et exploiter les fonds, sans utilisation d'un équipement en surface au-dessus du site de forage tel qu'un navire ou une plate-forme, comportant l'élaboration d'une station de forage et d'exploitation à l'aplomb du site choisi, et l'opération de forage à partir de cette station, caractérisé en ce que l'on effectue les opérations suivantes:

a) on met en place au-dessus du site choisi un module de creusement mobile (1),

b) on creuse dans le fond un puits (8) formant station de forage et d'exploitation de dimensions suffisantes pour contenir le personnel et le matériel de forage, au moyen du module de creusement (1) reposant sur le fond de la mer,

c) on fait descendre dans le puits (8), à partir d'un navire d'accompagnement, un coffrage. (41) surmonté d'un habitacle autonome étanche (48),

d) on fixe le coffrage (41) sur les parois du puits (8) par injection d'une couche de ciment (42),

e) on vide le puits (8) de son eau,

f) on fait régner la pression atmosphérique à l'intérieur du puits (8) et de l'habitacle (48),

g) on fait descendre dans le puits (8) le personnel et le matériel de forage, par une ouverture (51) permettant le passage entre le milieu extérieur et l'habitacle étanche (48),

h) on effectue le forage à partir du fond (7) du puits (8).

2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'on poursuit le creusement du puits (8) jusqu'à atteindre une couche de terrain imperméable.

3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on fait régner la pression atmosphérique à l'intérieur du puits (8) et de l'habitacle (48) en reliant l'habitacle à une galerie (3) posée au fond et débouchant à l'air libre en un point de la côte.

4. Dispositif de forage sous-marin pour exploiter les fonds en appliquant un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, comprenant un module de creusement (1) formant enceinte étanche et muni de moyens de communications avec l'air libre, ce module comportant des moyens de creusement (9, 34, 35) extensibles pouvant sortir hors du module (1) et des moyens de manoeuvre (23, 17, 37, 27) pour faire descendre les moyens de creusement et les appliquer sur le fond de la mer, caractérisé en ce que les moyens de creusement comprennent une tête de creusement (9) maintenue immobile en rotation par rapport au module (1) et pouvant sortir de ce module par l'intermédiaire de premiers moyens d'étanchéité (26) et un porte-bras de creusement (34) fixé en bout à ladite tête (9) par l'intermédiaire de moyens (11) d'actionnement en rotation par rapport à cette tête (9), et coopérant avec elle par l'intérmédiaire de seconds moyens d'étanchéité (38), le dispositif comprenant en outre des moyens pour faire descendre d'un navire auxiliaire un coffrage de puits (41) et un habitacle (48) coiffant de couffrage (41 ).

5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre des moyens de creusement (9) comprennent des moyens de serrage (17, 27) pour solidariser alternativement la tête (9) avec le module (1) et avec un système de vérins (23).

6. Dispositif conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le porte-bras (34) rotatif comprend des bras porte-outils (35) articulés pour être repliables parallèlement à l'axe de rotation du porte-bras (34), et pour offrir, en position déployée, un diamètre de creusement supérieur au diamètre de la tête de creusement (9).

7. Dispositif conforme à l'une des tevendi- cations 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe (15) dont l'aspiration est reliée à une conduite extensible (13) débouchant au fond (7) du puits (8) en cours de creusement.

8. Dispositif conforme à l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le module de creusement (1) est solidaire d'au moins un module (2) d'élaboration et de pose d'une galerie (3) posée sur le fond de la mer, ladite galerie (3) s'ouvrant à l'air libre en un point de la côte, et les atmosphères des deux modules (1 et 2) etant en communication.

9. Dispositif conforme à l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une conduite de liaison (47) entre le puits (8) et au moins une galerie (3) posée sur le fond de la mer et s'ouvrant à l'air libre en un point de la côte.

10. Dispositif conforme à l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'habitacle (48) comprend un sas (51) pour introduire dans le puits (8) le personnel et matériel de forage à partir d'un navire auxiliaire.