EP0879934B1 - Système et procédé de raccordement entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, notamment dans des installations sous-marines - Google Patents

Système et procédé de raccordement entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, notamment dans des installations sous-marines Download PDF

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EP0879934B1
EP0879934B1 EP98400887A EP98400887A EP0879934B1 EP 0879934 B1 EP0879934 B1 EP 0879934B1 EP 98400887 A EP98400887 A EP 98400887A EP 98400887 A EP98400887 A EP 98400887A EP 0879934 B1 EP0879934 B1 EP 0879934B1
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EP
European Patent Office
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fixed
mobile
assembly
pipe
receptacle
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EP98400887A
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German (de)
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EP0879934A1 (fr
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Calum Mackinnon
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Technip Energies France SAS
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Technip France SAS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
    • E21B43/013—Connecting a production flow line to an underwater well head
    • E21B43/0135—Connecting a production flow line to an underwater well head using a pulling cable
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/04—Manipulators for underwater operations, e.g. temporarily connected to well heads

Definitions

  • the present invention relates to a connection system between a fixed or momentarily fixed assembly and a mobile assembly, especially in underwater installations as well as a method for tightly connect two ends of two separate pipes and movable relative to each other.
  • fixed assembly means any stationary assembly such as an oil wellhead, a collector which is connected to a set of well heads, or part of a fixed installation anchored in the seabed, such as a pipe of the type flexible which is considered to be fixed at the time of connection, these elements being cited by way of example.
  • mobile assembly any assembly which is located initially at a greater or lesser distance from the whole fixed to which it must be connected.
  • the mobile assembly can be constituted, by example, by the end of a flexible pipe resting on the bottom sailor or on a sleigh (sled in English) and whose other end is connected, for example, to an underwater production device, or a intermediate connection pipe (spoolpiece in English).
  • connection systems One of the best known connection systems is the one called DMaC (acronym for Diverless Maintained Cluster) and described in the OFFSHORE ENGINEER Journal, April 1990, p. 71-74: OC 6720, p. 209-220.
  • connection systems exist, such as the one sold by the company SON SUB, under the reference DFCS (Diverless Flowline Connection System).
  • the DFCS uses a ROV and a traction cable for guidance of the movable element towards the fixed element.
  • connection systems are designed so that the connection means are mounted in an end device which is secured to the fixed assembly.
  • leak testing carried out before the operational use of the pipeline or periodically in during use are defective, it is necessary to repair or change the connection means and, in particular, the sealing members. Therefore, a or several complicated and very expensive interventions are essential the organs requiring intervention (s) are arranged inside the fixed assembly.
  • the robot must be fixed on a sled (in English) on which is mounted in solidarity the end of the movable pipe.
  • This fixing can be done from direct way by fixing the lower part of the robot which is called box in what follows (skid in English) and which contains at least part of equipment comprising one or more winches, cables traction, possibly control cylinders.
  • Another way to fixing the robot to the sled is to first fix the box on the sled then proceed to the connection between the robot and the box. After anchoring traction cables on the whole or fixed structure and after the robot is secured to the sled, begins the transport phase of the movable pipe towards the end of the fixed pipe. When the pipes are at different levels, the movable pipe is lifted and transported towards the fixed pipe.
  • the robot rears up in tilting backwards, the angle of inclination of the robot relative to a horizontal direction substantially parallel to the seabed increasing at as the robot approaches the fixed structure.
  • the tilt of the rear part of the robot or of the box which is integral with it causes more or less serious consequences which depend on the impact zones of the robot.
  • the rear of the latter hits the movable pipe, it may damage to said line.
  • the robot can also undergo a damage and must in any case develop significant forces to relax.
  • the propellant generally with propellers, being in operation and blowing from front to back, it occurs a cloud of particles all around the robot, which in the final approach towards the fixed structure, can fall at least in part on the means of locking when these are mounted on the fixed pipe before the connection of the two ends.
  • the introduction, even reduced, of particles in the locking means can cause a fault sealing and even early wear of said locking means.
  • the object of the present invention is to remedy the drawbacks mentioned above and to propose a system and a method of connection between two ends of pipes which are simple to implement and which allow secure connection.
  • An object of the present invention relates to a system for connection between two mobile assemblies relative to each other, type comprising a remotely controlled robot comprising means propulsion and at least one equipment including traction means which are fixed on the assembly considered to be fixed during the connection, fixing means on the other assembly considered as being mobile and having to be connected to said fixed assembly, winching means of said traction means, said equipment being at less partially housed in a receiving box, characterized in that the remotely controlled robot further comprises a front chassis pivoting about a pivot axis, said front frame comprising said fixing means on the mobile assembly, the pivoting of said front frame being controlled so that during the movement of the mobile assembly towards the fixed assembly, said robot is maintained constantly in a substantially horizontal position.
  • the chassis swivel includes control cylinders.
  • the axis of each cylinder piston is always parallel to that of the guide and centering fixed on the mobile assembly.
  • the fixed assembly is constituted by a fixed structure 1, for example a wellhead or an underwater manifold, into which is mounted also fixes an end 2a of a pipe 2.
  • the assembly mobile is constituted by a flexible pipe 3 whose free end 4, connect with the fixed end 2a of the pipe 2, is integral with a sleigh 5 (sled in English) ( Figure 1).
  • a receptacle 6 (Figure 2) is made integral with the structure fixed 1 in a generally inclined direction to facilitate the connection, the angle of inclination being of the order of 15 ° relative to the horizontal, corresponding to the natural angle of a flexible pipe at time of connection with a fixed pipe.
  • the receptacle 6 (figure 2a) comprises a front wall 7 in which is formed a opening 8 for access to the mobile end 4 of the flexible pipe 3, and a rear wall 9 in which is also provided an orifice 10 for the passage of the fixed end 2a to be connected to the mobile end 4.
  • Ports 10a are also provided on the rear wall 9 and serve to fixing and positioning the end 2a of the fixed pipe 2 by relative to said wall which constitutes the positioning reference for the various elements involved in the connection.
  • the receptacle 6 includes also guide housings having the form of funnels 11 which are arranged laterally on either side of the access openings 8 and 10, each funnel 11 comprising a slot 12 formed along at least minus part of an upper generator. Above each funnel 11 and preferably slightly offset towards the openings 8 and 10, a passage 13 is provided for the reception of pistons which will be described later.
  • the receptacle 6 also includes on at least one of the lateral sides a frame constituted by lateral plates 14 in which are formed holes or housings 15 for receiving weights of a flotation unit which will be described later.
  • the holes 15 may have different dimensions, which only depend only the dimensions of the weights, themselves dependent on the weight compensate for.
  • a centering hole 15a is also provided for receiving a flotation unit centering pin.
  • the internal dimensions of the receptacle 6 and in particular the distance separating the front 7 and rear 9 walls are chosen such that so that the interior space 16 of said receptacle is sufficient to move fully locking means 60 which will be used to lock the connected ends in their final position of connection ( Figure 2b). Space 16 is also suitable for possibly house inspection facilities there.
  • the robot designated as a whole by the reference 17 and shown in Figures 3a and 3b comprises, in a manner known per se lower box 18 (skid in English) in which is housed at least partially equipment comprising winches 19 for winding and unwind the traction cables 20, and all the other accessories necessary for its displacement, such as propulsion engines 21.
  • An important feature of the present invention is to mount integral with the lower box 18 a front frame 22 which pivots about a horizontal pivot axis 23, so that said chassis front 22 can pivot relative to the box which remains fixed and integral with the robot.
  • the front frame 22 comprises at least two lateral arms 24 which pivot with said front frame, said arms 24 each being constituted by a triangular angle.
  • On at least one and, preferably on each arm 24 is fixed a small thin tube 25 through which passes a pulling cable which is thus guided.
  • Pawns of positioning 26 are provided on the front chassis and are used to connect said chassis with the sled 5, the final fixing between the chassis front 22 and the sled 5 being provided by means of a lock 27.
  • Each arms 24 is capable of being housed at least partially by its part at the top in a slot 28 formed along a generator upper in each of at least two hollow guide pins and centering 29, said pins 29 being integral with the sled 5.
  • the traction cables are centered substantially in the axis of the pins.
  • the sled 5 is free to rotate relative to the pipe mobile 3 thanks to a bearing but the orientation of the flexible pipe, when it consists of a bundle of pipes such as a umbilical, can be determined by an orientation mechanism that can be of several types.
  • a first mechanism can be constituted by a crown toothed mounted on the sled and meshing with a pinion mounted on the robot housing.
  • a second mechanism can be constituted by a system with ratchet, like the one shown in Figure 3b, which system includes a jack 31 secured to an arm 31a which is engaged with a toothed wheel 30. Orientation, in this case, is carried out step by step.
  • driving mobile is dragged on the seabed ( Figure 1).
  • Figure 10a the traction on the cables 20 raises the end 4 of the flexible pipe, the angle of inclination ⁇ increasing as the approach to the fixed structure 1 which is located at a higher level
  • the robot remains in a substantially horizontal position because only the front frame 22 pivots around the pivot axis to compensate the inclination of the mobile flexible pipe 3 between its starting position and its position of arrival at the level of the fixed structure 1.
  • the traction cables remain perfectly in the axis of pins 29 thanks to the fact that they are kept guided in the small tubes 25 integral with the arms 24.
  • locking latches 32 arranged in the receptacle hold each pin 29 in a reference position so as to prevent any displacement (figure 5). Locking each pin 29 in the reference position is determined so a certain distance is made between the ends to be connected to allow any intervention in the receptacle, such as example a change and / or an inspection of the locking means of said ends.
  • a lever mechanism 33 is also provided to hold each corresponding locking latch in the open or closed position.
  • 34b cylinders push-pull cylinder in fixed on the front frame 22 are actuated so that the pistons 34 are introduced into the passages 13 of the receptacle 6.
  • the pistons 34 are locked in their working position and the whole sled 5 and the movable pipe 3 is straightened so that the pins 29 are aligned in the axis of the funnels 11.
  • the distance d separating the axis 34a from the pistons 34 and the axis 29a from the pins 29 is determined to create sufficient time for recovery sled and pins.
  • the fixed end 2a comprises two pipes 38, 39 which are connected to two purge valves 40, 41 (FIG. 8), the pipes 38, 39 leading respectively to the top and the bottom of said fixed end.
  • the robot 17 also includes a flotation unit 43 ( Figures 9a and 9b) which is used to compensate for the weight of the means of locking 60 when these are moved inside the receptacle 6.
  • Unit 43 includes flotation material 44 such as foam synthetic and weights or weights 45 which are engaged in the housings 15 provided for this purpose in the receptacle 6 before picking up and moving the locking means. In fact, we determine the weight of the weights in depending on the weight of the locking means.
  • the positioning of the unit 43 on the receptacle 6 is provided by movable pins 46 which engage in the holes 15a of said receptacle. All these functions commitment and installation of weights in the accommodation then gripping and displacement of the locking means are ensured by the robot sequentially and very precisely.
  • Another feature of the present invention is to provide the end of the traction cables to be fixed on the fixed structure or on the receptacle, a termination head which can be installed in situ, this operation consisting in introducing the cable into a small hollow cylinder, spread the strands of the cable and outside around the cylinder, to introduce within the cable a stud that is pushed into the cable until its full introduction.

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Description

La présente invention concerne un système de raccordement entre un ensemble fixe ou momentanément fixe et un ensemble mobile, notamment dans des installations sous-marines ainsi qu'un procédé pour raccorder de façon étanche deux extrémités de deux conduites distinctes et mobiles l'une par rapport à l'autre.
Par ensemble fixe, on entend tout ensemble stationnaire tel qu'une tête de puits d'exploitation pétrolière, un collecteur qui est relié à un ensemble de têtes de puits, ou encore une partie d'une installation fixe ancrée dans le fond marin, comme par exemple une conduite du type flexible qui est considérée comme étant fixe au moment du raccordement, ces éléments étant cités à titre d'exemple.
Par ensemble mobile, on entend tout ensemble qui est situé initialement à une certaine distance, plus ou moins grande de l'ensemble fixe auquel il doit être relié. L'ensemble mobile peut être constitué, par exemple, par l'extrémité d'une conduite flexible reposant sur le fond marin ou sur un traíneau (sled en anglais) et dont l'autre extrémité est raccordée, par exemple, à un dispositif sous-marin de production, ou une conduite de liaison intermédiaire (spoolpiece en anglais).
Dans l'industrie pétrolière et plus particulièrement dans l'exploitation pétrolière en mer, loin des côtes, les installations sous-marines sont parfois à de grandes profondeurs atteignant 1 000 m et même davantage. Pour réaliser des connexions entre divers ensembles des installations sous-marines, sans faire appel à des plongeurs ou à des techniques similaires, on utilise, de plus en plus, certains types de robots télécommandés depuis la surface (ROV en anglais, acronyme de Remotely Operated Vehicule) qui sont capables de transporter et/ou de déplacer des charges plus ou moins lourdes et d'effectuer des opérations diverses et variées telles que des connexions entre des éléments et des installations sous-marines.
Un des systèmes de connexion les plus connus est celui qui est dénommé DMaC (acronyme de Diverless Maintained Cluster) et décrit dans le Journal OFFSHORE ENGINEER, Avril 1990, p. 71-74 : OC 6720, p. 209-220.
D'autres systèmes de connexion existent, comme celui commercialisé par la société SON SUB, sous la référence DFCS (Diverless Flowline Connection System). Le DFCS utilise un ROV et un câble de traction permettant le guidage de l'élément mobile en direction de l'élément fixe.
Les systèmes de connexion connus sont réalisés de sorte que les moyens de raccordement sont montés dans un dispositif d'extrémité qui est solidaire de l'ensemble fixe. Lorsque les essais de vérification d'étanchéité effectués avant l'utilisation opérationnelle de la canalisation ou périodiquement en cours d'utilisation, sont défectueux, il est nécessaire de réparer ou changer les moyens de raccordement et, en particulier, les organes d'étanchéité. Dès lors, une ou plusieurs interventions compliquées et très onéreuses sont indispensables du fait que les organes nécessitant la ou les interventions sont disposés à l'intérieur de l'ensemble fixe.
Dans un autre système tel que celui commercialisé par la société KONGSBERG OFFSHORE il est proposé des moyens spécifiques pour ancrer sur la structure fixe sur laquelle est montée l'extrémité fixe d'une conduite, un câble de traction déroulé d'un treuil qui est monté sur un robot commandé à distance (ROV).
Dans une demande déposée au nom de la demanderesse mais non encore publiée, on propose d'intégrer les moyens d'étanchéité et de verrouillage dans une cassette flottante qui constitue une interface entre les extrémités des conduites à raccorder, ladite cassette participant également au guidage et au centrage desdites extrémités à raccorder. Toutefois, les utilisateurs préfèrent parfois monter les moyens de verrouillage soit sur l'extrémité fixe avant le raccordement soit sur les deux extrémités après raccordement.
Le document US 4 906 136 fait connaítre un système de raccordement présentant les caractéristiques figurant au préambule de la revendication 1 amendée.
Dans tous les cas d'utilisation d'un robot commandé à distance, ce dernier, après ancrage du ou des câbles de traction sur la structure fixe, vient prendre l'extrémité mobile qui est généralement posée sur le fond marin pour la déplacer vers la structure fixe qui comprend l'extrémité fixe de la conduite à raccorder à la conduite mobile. Dans certaines configurations sous-marines, les conduites à raccorder sont sensiblement dans un même plan horizontal, généralement le fond sous-marin. Dans d'autres configurations, les conduites à raccorder sont dans des plans nettement différents, comme c'est le cas lorsque la conduite fixe est montée sur une tête de puits sous-marine ou un collecteur.
Quelle que soit la configuration, le robot doit se fixer sur un traíneau (sled en anglais) sur lequel est montée de façon solidaire l'extrémité de la conduite mobile. Cette fixation peut être effectuée de manière directe en fixant la partie inférieure du robot qui est dénommée caisson dans ce qui suit (skid en anglais) et qui renferme au moins en partie un équipement comprenant un ou plusieurs treuils, des câbles de traction, éventuellement des vérins de commande. Une autre manière de fixer le robot au traíneau est de fixer d'abord le caisson sur le traíneau puis de procéder à la liaison entre le robot et le caisson. Après ancrage des câbles de traction sur l'ensemble ou structure fixe et après que le robot soit rendu solidaire du traíneau, débute la phase de transport de la conduite mobile vers l'extrémité de la conduite fixe. Lorsque les conduites sont à des niveaux différents, la conduite mobile est levée et transportée vers la conduite fixe. Au cours de la phase de levage, le robot se cabre en basculant vers l'arrière, l'angle d'inclinaison du robot par rapport à une direction horizontale sensiblement parallèle au fond marin augmentant au fur et à mesure que le robot approche de la structure fixe. Le basculement de la partie arrière du robot ou du caisson qui lui est solidaire entraíne des conséquences plus ou moins graves qui dépendent des zones d'impact du robot. Lorsque l'arrière de ce dernier heurte la conduite mobile, il peut se produire un endommagement de ladite conduite. Lorsque l'arrière s'enfonce dans le fond marin et lorsque ce dernier est meuble, par exemple du type vase, alors le robot peut subir également un endommagement et doit en tout cas développer des forces importantes pour se désenliser. De plus, le ou les propulseurs, généralement à hélices, étant en fonctionnement et soufflant de l'avant vers l'arrière, il se produit un nuage de particules tout autour du robot, qui, dans l'approche finale vers la structure fixe, peut retomber au moins en partie sur les moyens de verrouillage lorsque ces derniers sont montés sur la conduite fixe avant le raccordement des deux extrémités. L'introduction, même réduite, de particules dans les moyens de verrouillage peut provoquer un défaut d'étanchéité et même une usure précoce desdits moyens de verrouillage.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer un système et un procédé de raccordement entre deux extrémités de conduites qui soient simple à mettre en oeuvre et qui permettent d'assurer le raccordement en toute sécurité.
Un objet de la présente invention concerne un système de raccordement entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, du type comprenant un robot commandé à distance comportant des moyens de propulsion et au moins un équipement incluant des moyens de traction qui se fixent sur l'ensemble considéré comme étant fixe pendant le raccordement, des moyens de fixation sur l'autre ensemble considéré comme étant mobile et devant être raccordé audit ensemble fixe, des moyens de treuillage desdits moyens de traction, ledit équipement étant au moins partiellement logé dans un caisson de réception, caractérisé en ce que le robot commandé à distance comprend en outre un châssis frontal pivotant autour d'un axe de pivotement, ledit châssis frontal comportant lesdits moyens de fixation sur l'ensemble mobile, le pivotement dudit châssis frontal étant commandé de sorte que pendant le déplacement de l'ensemble mobile vers l'ensemble fixe, ledit robot soit maintenu constamment dans une position sensiblement horizontale.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le châssis pivotant comprend les vérins de commande. De cette manière, l'axe de chaque piston de vérin est toujours parallèle à celui des organes de guidage et de centrage fixés sur l'ensemble mobile.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 est une représentation schématique d'un raccordement entre deux ensembles à raccorder et mobiles l'un par rapport à l'autre,
  • les figures 2a et 2b sont des vues en perspective d'un réceptacle selon un aspect de l'invention, la figure 2a ne comportant pas de moyens de verrouillage et la figure 2b comportant des moyens de verrouillage,
  • les figures 3a et 3b sont des vues en perspective d'un robot commandé à distance utilisé pour le raccordement de la figure 1,
  • la figure 4 est une vue en perspective du châssis frontal pivotant du robot des figures 3a et 3b,
  • la figure 5 est une représentation schématique des moyens de blocage des broches de guidage et de centrage,
  • la figure 6 est une représentation schématique et partielle des moyens de redressement et d'alignement de l'ensemble mobile par rapport à l'ensemble fixe,
  • la figure 7 est une vue en perspective partiellement coupée des moyens d'étanchéité entre les deux extrémités des conduites lorsqu'elles sont raccordées,
  • la figure 8 est une représentation schématique des moyens de purge,
  • les figures 9a et 9b sont des vues en perspective d'une unité de flottaison pour le déplacement des moyens de verrouillage,
  • les figures 10a et 10b représentent schématiquement deux phases d'approche du robot vers la structure fixe.
Dans un système de raccordement entre deux ensembles dont un est considéré comme étant fixe au moins pendant le raccordement et dont l'autre est mobile, on utilise généralement un robot commandé à distance ou ROV, acronyme anglais de Remote Operated Vehicule. L'ensemble fixe est constitué par une structure fixe 1, par exemple une tête de puits ou un manifold sous-marin, dans laquelle est montée de manière également fixe une extrémité 2a d'une conduite 2. L'ensemble mobile est constitué par une conduite flexible 3 dont l'extrémité libre 4, à raccorder avec l'extrémité fixe 2a de la conduite 2, est solidaire d'un traíneau 5 (sled en anglais) (figure 1).
Un réceptacle 6 (figure 2) est rendu solidaire de la structure fixe 1 suivant une direction généralement inclinée pour faciliter le raccordement, l'angle d'inclinaison étant de l'ordre de 15° par rapport à l'horizontale, correspondant à l'angle naturel d'une conduite flexible au moment du raccordement avec une conduite fixe. Le réceptacle 6 (figure 2a) comprend une paroi frontale 7 dans laquelle est ménagée une ouverture 8 pour l'accès de l'extrémité mobile 4 de la conduite flexible 3, et une paroi arrière 9 dans laquelle est ménagée également un orifice 10 pour le passage de l'extrémité fixe 2a à raccorder à l'extrémité mobile 4. Des orifices 10a sont ménagés également sur la paroi arrière 9 et servent à la fixation et au positionnement de l'extrémité 2a de la conduite fixe 2 par rapport à ladite paroi qui constitue la référence de positionnement pour les divers éléments participant au raccordement. Le réceptacle 6 comprend également des logements de guidage présentant la forme d'entonnoirs 11 qui sont disposés latéralement de part et d'autre des ouvertures d'accès 8 et 10, chaque entonnoir 11 comportant une fente 12 ménagée le long d'au moins une partie d'une génératrice supérieure. Au-dessus de chaque entonnoir 11 et de préférence légèrement décalé vers les ouvertures 8 et 10, est ménagé un passage 13 pour la réception de pistons qui seront décrits ultérieurement. Le réceptacle 6 comprend également sur au moins un des côtés latéraux un bâti constitué par des plaques latérales 14 dans lesquelles sont ménagés des trous ou logements 15 servant à recevoir des lests d'une unité de flottaison qui sera décrite ultérieurement. Les trous 15 peuvent présenter des dimensions différentes, qui dépendent uniquement que des dimensions des lests, eux-mêmes dépendant du poids à compenser. Un trou de centrage 15a est également prévu pour recevoir un pion de centrage de l'unité de flottaison.
Les dimensions internes du réceptacle 6 et notamment la distance séparant les parois frontale 7 et arrière 9 sont choisies de telle sorte que l'espace intérieur 16 dudit réceptacle soit suffisant pour déplacer entièrement des moyens de verrouillage 60 qui seront utilisés pour verrouiller les extrémités raccordées dans leur position finale de raccordement (figure 2b). L'espace 16 est également approprié pour éventuellement y loger des moyens d'inspection.
Le robot désigné dans son ensemble par la référence 17 et représenté sur les figures 3a et 3b comprend, de manière connue en soi un caisson inférieur 18 (skid en anglais) dans lequel est logé au moins partiellement un équipement comportant des treuils 19 pour enrouler et dérouler des câbles de traction 20, et tous les autres accessoires nécessaires à son déplacement, comme par exemple les moteurs de propulsion 21.
Une caractéristique importante de la présente invention est de monter solidaire du caisson inférieur 18 un châssis frontal 22 qui pivote autour d'un axe de pivotement horizontal 23, de sorte que ledit châssis frontal 22 peut pivoter par rapport au caisson qui reste fixe et solidaire du robot. Le châssis frontal 22 comprend au moins deux bras latéraux 24 qui pivotent avec ledit châssis frontal, lesdits bras 24 étant constitués chacun par une cornière de forme triangulaire. Sur au moins un et, de préférence sur chaque bras 24 est fixé un petit tube mince 25 à travers lequel passe un câble de traction qui se trouve, de la sorte, guidé. Des pions de positionnement 26 sont prévus sur le châssis frontal et servent à relier ledit châssis avec le traíneau 5, la fixation définitive entre le châssis frontal 22 et le traíneau 5 étant assurée au moyen d'un verrou 27. Chacun des bras 24 est susceptible de se loger au moins partiellement par sa partie au sommet dans une fente 28 ménagée le long d'une génératrice supérieure dans chacune d'au moins deux broches creuses de guidage et de centrage 29, lesdites broches 29 étant solidaires du traíneau 5. Lorsqu'au moins les extrémités ou sommets des bras 24 sont disposés dans les fentes correspondantes 28 des broches 29, les câbles de traction sont centrés sensiblement dans l'axe des broches.
Le traíneau 5 est libre en rotation par rapport à la conduite mobile 3 grâce à un palier mais l'orientation de la conduite flexible, lorsqu'elle est constituée par un faisceau de tuyaux (bundle) tel qu'un ombilical, peut être déterminée par un mécanisme d'orientation qui peut être de plusieurs types.
Un premier mécanisme peut être constitué par une couronne dentée montée sur le traíneau et engrenant avec un pignon monté sur le caisson du robot.
Un deuxième mécanisme peut être constitué par un système à rochet, comme celui représenté sur la figure 3b, lequel système comprend un vérin 31 solidaire d'un bras 31a qui est en prise avec une roue dentée 30. L'orientation, dans ce cas, est effectuée pas à pas.
Lorsque la conduite flexible 3 est dans l'orientation correcte par rapport au traíneau 5, alors un ergot de verrouillage non représenté, est enclenché de manière à solidariser le traíneau et la conduite flexible dans l'orientation correcte.
Le robot 17, après que les câbles de traction 20 soient fixés sur la structure fixe ou derrière la paroi arrière 9 du réceptacle 6, vient au-dessus du traíneau 5 en faisant pivoter le châssis frontal 22 pour permettre l'introduction des sommets des bras 24 dans les fentes 28 des broches de guidage et de centrage 29, puis le traíneau 5 et le châssis frontal sont rendus solidaires l'un de l'autre. Dans une première phase, la conduite mobile est traínée sur le fond marin (figure 1). Dans une deuxième phase, (figure 10a) la traction sur les câbles 20 soulève l'extrémité 4 de la conduite flexible, l'angle d'inclinaison α augmentant au fur et à mesure de l'approche vers la structure fixe 1 qui est située à un niveau supérieur (figures 10a et 10b). Pendant tout le déplacement de la conduite mobile 3, le robot reste dans une position sensiblement horizontale car seul le châssis frontal 22 pivote autour de l'axe de pivotement pour compenser l'inclinaison de la conduite flexible mobile 3 entre sa position de départ et sa position d'arrivée au niveau de la structure fixe 1. Lors de la phase d'engagement de la conduite mobile 3 dans le réceptacle 6, ce sont d'abord les broches 29 qui s'engagent dans les entonnoirs de réception 11 ainsi que les bras 24 dans les fentes 12 desdits entonnoirs. Pendant toute l'opération de raccordement, les câbles de traction restent parfaitement dans l'axe des broches 29 grâce au fait qu'ils sont maintenus guidés dans les petits tubes 25 solidaires des bras 24. Lorsque les broches 29 pénètrent dans les entonnoirs, des loquets de verrouillage 32 disposés dans le réceptacle maintiennent chaque broche 29 dans une position de référence de manière à empêcher tout déplacement (figure 5). Le verrouillage de chaque broche 29 dans la position de référence est déterminé de telle sorte qu'une certaine distance est ménagée entre les extrémités à raccorder pour permettre une intervention éventuelle dans le réceptacle, comme par exemple un changement et/ou une inspection des moyens de verrouillage desdites extrémités. Bien évidemment, on peut doter la structure fixe et/ou le robot d'indicateurs visuels indiquant si les loquets de verrouillage sont en position ouverte ou fermée. Un mécanisme à levier 33 est également prévu pour maintenir chaque loquet de verrouillage correspondant dans la position ouverte ou fermée. Lorsque le traíneau 5 est ainsi relié au réceptacle 6, le robot peut être récupéré et utilisé à d'autres fonctions si nécessaire.
Pour aider la phase d'engagement et en raison des poids énormes mis en jeu pendant le raccordement et qui peuvent parfois atteindre 60 tonnes (figure 6), des vérins 34b (push-pull cylinder en anglais) fixés sur le châssis frontal 22 sont actionnés de sorte que les pistons 34 sont introduits dans les passages 13 du réceptacle 6. Après introduction, les pistons 34 sont verrouillés dans leur position de travail et l'ensemble du traíneau 5 et de la conduite mobile 3 est redressé pour que les broches 29 soient alignées dans l'axe des entonnoirs 11. La distance d séparant l'axe 34a des pistons 34 et l'axe 29a des broches 29 est déterminée de manière à créer un moment suffisant pour le redressement du traíneau et des broches.
Lorsque les extrémités mobile 4 et fixe 2a sont dans leur position correcte de raccordement, c'est-à-dire lorsque la partie mâle 35 de l'extrémité mobile 4 s'encastre dans la partie femelle 36 de l'extrémité fixe 2a (figure 7), avec interposition d'un joint d'étanchéité 37 entre lesdites parties mâle et femelle, on procède à une purge afin d'éliminer toute eau résiduelle qui pourrait se trouver de chaque côté du joint d'étanchéité. A cet effet, l'extrémité fixe 2a comprend deux tubulures 38, 39 qui sont raccordées à deux valves de purge 40, 41 (figure 8), les tubulures 38, 39 aboutissant respectivement au sommet et au fond de ladite extrémité fixe. Au cours de la procédure d'essai du joint d'étanchéité, on purge d'abord avec un gaz inerte, par exemple de l'azote, de manière à chasser l'eau comprise entre le joint et les parties mâle et femelle 35, 36, puis on applique une pression qui est d'environ 50 bar en fermant par exemple la valve 41, de manière à tester l'étanchéité du joint. Ainsi le test d'étanchéité est un test au gaz et non pas un test à l'eau puisque cette dernière a été chassée.
Lorsqu'on raccorde une conduite flexible mobile constituée par un ensemble de tuyaux et/ou de câbles tels que des ombilicaux par exemple, l'orientation radiale finale de l'ensemble est complétée et assurée au moyen de doigts portés par l'extrémité mobile 3 qui s'engagent dans des guides d'orientation 42 ménagés sur l'extrémité fixe 2a (figure 3b).
Le robot 17 comprend également une unité de flottaison 43 (figures 9a et 9b) qui est utilisée pour compenser le poids des moyens de verrouillage 60 lorsqu'on déplace ces derniers à l'intérieur du réceptacle 6. L'unité 43 comprend une matière de flottaison 44 telle qu'une mousse synthétique et des poids ou lests 45 qui sont engagés dans les logements 15 ménagés à cet effet dans le réceptacle 6 avant de prendre et déplacer les moyens de verrouillage. En fait, on détermine le poids des lests en fonction du poids des moyens de verrouillage. Le positionnement de l'unité 43 sur le réceptacle 6 est assuré par des pions mobiles 46 qui s'engagent dans les trous 15a dudit réceptacle. Toutes ces fonctions d'engagement et de mise en place des lests dans les logements puis de préhension et de déplacement des moyens de verrouillage sont assurées par le robot de manière séquentielle et d'une façon très précise.
Une autre particularité de la présente invention est de doter l'extrémité des câbles de traction à fixer sur la structure fixe ou sur le réceptacle, d'une tête de terminaison qui peut être installée in situ, cette opération consistant à introduire le câble dans un petit cylindre creux, à étaler les torons du câble et à l'extérieur autour du cylindre, à introduire au sein du câble un goujon qu'on enfonce dans le câble jusqu'à son introduction complète.

Claims (29)

  1. Système de raccordement entre un premier ensemble (2) et un deuxième ensemble (3) mobiles l'un par rapport à l'autre, du type comprenant un robot commandé à distance (17) comportant des moyens de propulsion (21) et au moins un équipement (19, 20) incluant des moyens de traction (20) qui se fixent sur l'ensemble considéré comme étant fixe (2) pendant le raccordement, des moyens de fixation sur l'autre ensemble considéré comme étant mobile et devant être raccordé audit ensemble fixe, des moyens de treuillage (19) desdits moyens de traction, ledit équipement étant au moins partiellement logé dans un caisson de réception (18), au moins une partie desdits moyens de fixation étant montés sur un élément frontal pivotant autour d'un axe de pivotement, caractérisé en ce que ledit élément frontal pivotant est un châssis pivotant frontal monté sur le robot commandé à distance (17), ledit châssis pivotant comprenant lesdits moyens de fixation sur l'ensemble mobile, le pivotement dudit châssis frontal étant commandé de sorte que pendant le déplacement de l'ensemble mobile vers l'ensemble fixe, ledit robot soit maintenu constamment dans une position sensiblement horizontale.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le robot (17) comprend en outre au moins deux bras (24) fixés sur le châssis frontal pivotant.
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le châssis frontal (22) comprend des vérins (34b) de commande et de redressement de l'ensemble mobile.
  4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un des bras (24) comporte un tube mince (25) pour le guidage et le centrage d'un des câbles de traction (20).
  5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation entre le robot (17) et l'ensemble mobile (3) est réalisée par l'intermédiaire du châssis frontal (22) sur un traíneau (5) solidaire dudit ensemble mobile (3).
  6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le traíneau (5) comprend au moins deux broches (29) creuses de guidage et de centrage qui coopèrent avec des organes de réception (11) solidaires de l'ensemble fixe (2), lesdites broches comportant chacune une fente (28) ménagée sur sensiblement une génératrice supérieure.
  7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacune des fentes (28) des broches de guidage (29) et de centrage constituent un logement pour au moins une extrémité libre d'un bras (24).
  8. Système selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce qu'au moins le câble de traction (20) passant dans le tube mince (25) est positionné dans l'axe de la broche correspondante (29).
  9. Système selon les revendications 2 et 7, caractérisé en ce que chaque bras (24) est constitué par une cornière triangulaire dont la partie au sommet se loge dans la fente correspondante de la broche associée.
  10. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pistons (34) des vérins (34b) sont déplacés entre lesdits bras (24), lesdits pistons venant se loger, dans leur position en extension, dans des passages (13) ménagés sur l'ensemble fixe.
  11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les deux ensembles (2, 3) à raccorder sont situés sensiblement à un même niveau.
  12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les deux ensembles (2, 3) à raccorder sont situés à des niveaux différents.
  13. Système selon les revendications 10 et 12, caractérisé en ce que les pistons (34) des vérins (34b) sont déplacés angulairement dans lesdits passages (13) pour assurer le positionnement axial final de l'ensemble mobile (3) par rapport à l'ensemble fixe (2).
  14. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le robot (17) comprend une unité de flottaison amovible (43).
  15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'ensemble mobile est constitué par une conduite flexible (3) dont l'extrémité libre (4) est à raccorder à une extrémité fixe (2a) montée sur une structure fixe (1) constituant l'ensemble fixe.
  16. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'angle d'extrémité de la conduite fixe (2) par rapport à une horizontale est sensiblement égal à l'angle naturel de la conduite mobile (3), de l'ordre de 15°.
  17. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que la conduite mobile (3) est libre en rotation par rapport au traíneau (5), l'orientation correcte de ladite conduite mobile par rapport à la conduite étant obtenue par l'intermédiaire d'un mécanisme d'orientation (30, 31).
  18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que le positionnement final de raccordement est obtenu au moyen d'organes de positionnement (42) prévus sur les extrémités (2a, 4) à raccorder.
  19. Système selon les revendications 1 et 15, caractérisé en ce qu'un réceptacle (6) est monté sur la structure fixe (1), les extrémités fixe (2a) et mobile (4)à raccorder débouchant dans ledit réceptacle dans lequel sont également logés des moyens de verrouillage (60) desdites extrémités à raccorder, et en ce qu'un espace (16) est ménagé dans ledit réceptacle pour permettre de déplacer lesdits moyens de verrouillage (60) dans leur totalité et dans la direction axiale de l'extrémité mobile (4) après que cette dernière ait été déconnectée de ladite extrémité fixe.
  20. Système selon la revendication 19, caractérisé en ce que le réceptacle (6) comprend une paroi arrière (9) sur laquelle est fixée l'extrémité fixe (2a) et qui constitue une référence de positionnement et de centrage des éléments participant au raccordement.
  21. Système selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que le réceptacle comprend des logements (11) pour des organes (29) de guidage et de centrage solidaires de l'extrémité mobile à raccorder, lesdits logements (11) étant ménagés de part et d'autre de ladite ouverture de passage (8).
  22. Système selon la revendication 21, caractérisé en ce que chacun des logements (11) est fendu sur au moins une partie d'une génératrice supérieure.
  23. Système selon la revendication 19 ou 22, caractérisé en ce que chaque logement (11) est en forme d'entonnoir de guidage.
  24. Système selon l'une quelconque des revendications 19 à 23, caractérisé en ce que des passages (13) supérieurs sont ménagés au-dessus desdits logements de guidage.
  25. Système selon l'une quelconque des revendications 19 à 24, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de blocage (32) des organes de guidage et de centrage (29) dans les logements de guidage (11).
  26. Système selon l'une quelconque des revendications 19 à 25, caractérisé en ce qu'il comprend sur au moins un des côtés latéraux un bâti (14) dans lequel sont ménagés des orifices de réception (15) pour des lests de l'unité (43) de changement des moyens de verrouillage (60).
  27. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le robot commandé à distance (17) est maintenu horizontal pendant la fixation du châssis frontal (22) pivotant sur l'ensemble mobile (3).
  28. Procédé pour raccorder une extrémité (4) d'une conduite mobile (3) à une extrémité (2a) d'une conduite fixe (2) solidaire d'une structure fixe (1), au moyen du réceptacle (6) selon l'une des revendications 19 à 27, caractérisé en ce qu'il consiste à :
    monter ledit réceptacle (6) sur ladite structure fixe (1),
    fixer les moyens de verrouillage (60) sur la plaque arrière (9) dudit réceptacle,
    déplacer l'extrémité (4) de la conduite mobile (3) vers l'extrémité fixe (2a) de la conduite fixe (2) jusqu'à ce que des broches (29) de guidage et de centrage solidaires de ladite extrémité mobile (3) soient disposées dans les logements (11) de guidage du réceptacle,
    redresser l'extrémité (4) de la conduite mobile (3) pour aligner suivant une direction axiale les deux extrémités (2a, 4) des conduites (2, 3) à raccorder,
    poursuivre le déplacement axial de la conduite mobile (3) jusqu'à ce que les deux extrémités (2a, 4) à raccorder soient dans la position correcte de raccordement et de part et d'autre d'un joint d'étanchéité (37) disposé entre les parties (35, 36) en contact desdites extrémités,
    actionner des moyens de purge (40, 41) pour chasser un éventuel fluide présent entre le joint d'étanchéité (37) et au moins la partie de contact (36) de l'extrémité fixe (2a), et
    actionner les moyens de verrouillage (60) pour verrouiller les deux extrémités fixe (2a) et mobile (4) dans la position finale de raccordement.
  29. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il consiste à :
    utiliser un robot commandé à distance (17) pour déplacer l'extrémité mobile (4) vers l'extrémité fixe (2a), ledit robot comprenant de manière connue un équipement d'ancrage et de traction (20), logé au moins en partie dans un caisson (18), ledit équipement comportant au moins des câbles d'ancrage et de traction (20), des treuils (19) pour lesdits câbles et des vérins de commande (34b),
    ancrer les câbles de traction (20) à l'arrière du réceptacle (6) en les faisant passer dans les logements de guidage (11),
    fixer un châssis frontal (22) pivotant du robot sur un traíneau (5) solidaire de l'extrémité mobile (4),
    déplacer le robot (17) et le traíneau (5) en faisant pivoter ledit châssis frontal pendant le déplacement vers la conduite fixe, de sorte que le robot est maintenu dans une position sensiblement horizontale quel que soit l'angle que fait ladite extrémité mobile par rapport à la direction horizontale.
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