EP0979923B1 - Installation d'exploitation d'un gisement en mer et procédé d'implantation d'une colonne montante - Google Patents

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EP0979923B1
EP0979923B1 EP99402019A EP99402019A EP0979923B1 EP 0979923 B1 EP0979923 B1 EP 0979923B1 EP 99402019 A EP99402019 A EP 99402019A EP 99402019 A EP99402019 A EP 99402019A EP 0979923 B1 EP0979923 B1 EP 0979923B1
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EP
European Patent Office
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riser
float
platform
installation according
seabed
Prior art date
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Application number
EP99402019A
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German (de)
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EP0979923A1 (fr
Inventor
Pierre-Armand Thomas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technip Energies France SAS
Original Assignee
Technip France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Technip France SAS filed Critical 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
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/002—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling
    • E21B19/004—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling supporting a riser from a drilling or production platform
    • E21B19/006—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables specially adapted for underwater drilling supporting a riser from a drilling or production platform including heave compensators
    • 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/01—Risers
    • E21B17/012—Risers with buoyancy elements

Definitions

  • the present invention relates to an operating installation of a deposit at sea, of the type comprising a semi-submersible platform, at least one riser connecting the platform to the seabed F, and means for energizing said riser.
  • Semi-submersible platforms are intended for exploitation oil in deep seas or oceans (see US 4,473,323). They include a hull supported by legs whose lower part is connected to a hollow base. The legs are equipped with buoyancy chambers. The base and the caissons ensure the floatation and stability of the platform. The hull, attached to the legs, is kept above the surface of the sea during the operation of the installation.
  • risers generally designated by the English term “riser” connects the platform to the seabed.
  • These columns risers consist of metal tubes.
  • the floatation of the platform Due to the floatation of the platform, it is subject to on the one hand, changes in the level of the water due to the tide, and on the other hand to the movements of the swell. As a result, the means to power up the risers must be able to compensate the vertical movement of the platform over time.
  • the Maximum vertical deflection is commonly 4 to 12 m.
  • the powering means risers have hydropneumatically controlled cylinders arranged between the riser head and the platform. These cylinders must have a sufficient stroke to compensate for the displacement relative between the head of the riser and the platform. Of more, these must be powerful enough to withstand traction tensioning the riser.
  • the object of the invention is to propose an operating installation wherein, the power up of the or each riser does not does not require the implementation of complex and bulky means on the hull of the platform.
  • the subject of the invention is an operating installation of a deposit at sea, of the aforementioned type, characterized in that the means for powering up, for the or each riser, at least one submerged float, connected at a point of the current part of the riser for its traction towards the surface, and a mechanism of traction of the riser, which mechanism is installed on the platform and applied at the top of the riser.
  • FIG 1 is schematically represented a platform semi-submersible oil tanker 10. She is willing in a region of great depth, this being for example equal to 1300 m.
  • the platform essentially comprises an upper hull 12 extending above the surface M of the sea, when the platform is in operation phase.
  • the shell 12 is connected by four legs 14 provided of buoyancy chambers 15, to a lower submerged base 16.
  • the upper shell comprises non-residential buildings represented as well as a derrick 18.
  • the hull 12 and the base 16 are all two of square shape and have in their center through ducts 20, 22 for the passage of a riser 24.
  • the column 24 is connected at its lower end to an operating well.
  • FIG 1 only one riser 24 is shown. In practical, several risers are arranged between the platform 10 and the seabed. Vertical ducts similar to ducts 20 and 22 are provided for each riser.
  • the total weight of each riser 24 is, for example, 100 tons. Its diameter is 10 inches or about 25 cm.
  • Mooring lines 26, held under tension, are installed between the immersed base 16 and the seabed to immobilize the platform above the deposit.
  • Each riser 24 is associated with setting means under pressure.
  • these power-up means comprise, for each riser, at least one submerged float 28, connected to a point of the running part of the riser for its traction to the surface, and a pull mechanism of the column rising, which mechanism is installed on the platform 10 and is applied at the top of the riser 24.
  • the submerged float 28 is disposed at the depth of the base 16. It is thus mounted movable vertically in the passage 22.
  • the float 28 has the shape of a sleeve.
  • the float height is for example 13 m and its diameter outside is for example 4.5 meters.
  • a passage 32 is defined along the axis of the float. The riser 24 is engaged through of it.
  • the diameter of the passage 32 is for example 1.7 m. It is advantageous greater than three times the current diameter of the column rising 24.
  • the float 28 consists of a toroidal box 34 delimited by metal walls.
  • the interior of the box is filled with a synthetic foam 36 low density.
  • the box 34 is separated into three compartments distinct by radial partitions 38 extending over the entire height of the float. These partitions originate along the wall delimiting the passage 32 and protrude radially out of the casing 34.
  • Means 40 for guiding the float in the vertical direction are provided between the float 28 and the base 16 of the platform.
  • These guide means 40 comprise, for example, sliding pads 42 carried by the end of the radial partitions 38 projecting out of the caisson. These sliding pads are free to slide in slides guide 44 arranged longitudinally along the passage 22.
  • the guide rails 44 are for example defined by angles U-shaped extending along the entire thickness of the base 16 is about 10 m.
  • the pads 42 are continuous and extend over a length equal to that of the guide rails 44. As a variant, these consist of distinct elements distributed over the height of the radial partitions 38.
  • the positions slides and pads are reversed.
  • the skates which are then carried by the base, are integral with a guide sleeve reported and fixed in the through conduit 22.
  • the guide sleeve is removed and replaced by a shirt with new skates.
  • means 46 for axially connecting the float 28 and the riser 24 are provided in the passage 32. These means of link are formed by a ball-and-socket arrangement, allowing free movement angular of the riser 24 with respect to the float 28.
  • This ball-and-socket arrangement advantageously comprises an annular seat concave 48 integral with the float 28 and a collar with a convex surface 50 carried by the riser 24.
  • the annular seat 48 is advantageously arranged in half bottom of the passage 32. It defines a frustoconical concave surface 52 facing up. This is intended to form a bowl surface intended to support the collar 50.
  • the seat 48 is traversed by a conduit 54 adapted for the passage of the riser 24.
  • the conduit 54 for example a diameter of 1 m.
  • the flange 50 presents, facing the bearing surface 52 a convex surface 56, formed for example by a spherical crown.
  • the largest diameter of the flange 50 is smaller than the diameter from passage 32.
  • the riser 24 In its zone of connection to the flange 50, the riser 24 has an extra thickness, to strengthen its structure.
  • the thickness of the riser is progressively decreasing following two sections marked 57, 58 oriented respectively up and down.
  • These sections have for example each a length of 3 m. They constitute sections of variable inertia ensuring a regular distribution constraints along their entire length.
  • latches 60 constituting retractable stops adapted to selectively retain the float 28 and avoid the ascent of it.
  • the latches 60 each comprise for example a hydraulic actuator controllable from the hull 12 or from an intervention vehicle remote-controlled underwater. They allow the setting up of a penne 64 at the upper end of the slides 44.
  • the pins 64 are movable between a retracted position in which they allow a free sliding of the skids 42 in the slideways 44 and an active stop position as shown in FIGS. Figures 2 and 3, in which they prohibit the upward movement of skates 42.
  • the float is sized to apply on the riser a pulling force of between 1 and 3 times the weight of the column.
  • the force of traction exerted by the float is for example between 1000 kN and 2000 kN.
  • this traction force is substantially equal at 1500 kN.
  • the force applied by the mechanism of head tension 30 is substantially equal to 500 kN.
  • the float 28 is sized to apply on the riser a tensile force greater than the force of traction applied by the head traction mechanism 30.
  • the traction force of the float is between 1 and 10 times the tensile force applied by the traction mechanism of head.
  • the float applies on the riser a tensile force substantially equal to 3 times the applied traction force by the head traction mechanism 30.
  • the sizing of the float is carried out so that the capacity the head traction mechanism is not more than 500 kN.
  • the head traction mechanism 30, shown in FIG. 4 comprises two hydropneumatic cylinders 70 mounted in parallel.
  • a cable 76 for energizing the column rising 24 is engaged around the pulleys.
  • the cable 76 is passed on a deflection pulley 78 and directed towards the head of the riser at which it is fixed.
  • the cylinders 70 are supplied with a hydraulic fluid by a set of hydraulic pressure regulations noted 80.
  • the variation of the hydraulic pressure in the cylinders 70 allows the control of their travel.
  • the engagement of the cable 76 between the pulleys 72 and 74 ensures a reduction in the travel of the cylinders, so that for ensure at the level of the head of the riser 24 a deflection axial 15.2 m, the stroke of the cylinders is only 3.8 m.
  • the head traction mechanisms 30 are integrated into the thickness of the shell 12 as shown in Figure 1. Thus, they do not encumber not the upper deck of the hull 12.
  • the head traction means 30 are deported on the side walls of the hull, the cables 76 then flowing from the rail up to the column head through the hull 12.
  • the riser 24 is biased upwards both by the float 28 and by the traction means head 30.
  • the diameter of the duct 32 in which the column passes rising 24 being much greater than the diameter thereof, and the connection between the float and the riser being provided by a ball joint, the column rising is free to move angularly relative to the float, this which reduces the stresses applied on the riser 24.
  • FIGS. 5A to 5E show a first mode of implementation place of a riser 24.
  • the riser 24 is first submerged with its lower end kept at a distance from bottom F.
  • the float 28 is held in abutment against the pinnae 64, prohibiting thus the rise of the float.
  • the flange 50 is substantially at the depth of the seat 48.
  • the bottom of the float 28 outcrops substantially bottom of the base 16.
  • the platform 10 is ballasted, for example by partial filling of the base 16.
  • the platform 10 sinks to a depth l as shown in Figure 5B.
  • the depth l is for example equal to 1.5m.
  • the column rising 24 is raised upwards during the descent of the platform, so that the lower end of the riser stays apart of the seabed F of an interval J and is for example one meter from background.
  • the flange 50 is disposed above the seat 48 and is spaced therefrom by an interval K substantially equal to 1.5 m.
  • the next phase of the process is to first link the mechanism head traction 30 to the riser 24, then gradually déballaster the platform, until the flange 50 comes to bear on the seat 48, as shown in Figure 5D.
  • the platform 10 is thus raised by the interval K '.
  • the derrick 18 is gradually released to allow relative movement between the riser and the platform.
  • the float 28 exerts a restoring force towards the surface of the lower part of the riser.
  • the head traction means 30 are actuated so to ensure the traction of the upper section of the riser 24 included between the derrick 18 and the float 28.
  • FIGS. 6A to 6D Another method of setting up a riser of a installation according to the invention is illustrated in FIGS. 6A to 6D.
  • the hull 12 of the platform is equipped with winches 90 to suspend an annular ballast 92 above the float 28.
  • the ring ballast 92 is formed of two half-rings assembled around the riser 24. The length of the winch is sufficient to deposit the ballast 92 on the upper annular surface 28.
  • the weight of the ballast 92 is adapted to ensure the depression of the float 28 towards the bottom.
  • the riser 24 is submerged with its lower end held at a distance of the bottom F.
  • the float 28 is in abutment against pennes 64.
  • ballast 92 is then conveyed to the float. So, the float 28 is made to sink as shown in Figure 6B ,.
  • the ballast 92 is reassembled, as shown in Figure 6D.
  • the limit stop by the latch 60 having been disengaged, the float 28 tends to rise to the surface, so that it exerts on the riser 24 a force of upward traction applied to the flange 50.

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Description

La présente invention concerne une installation d'exploitation d'un gisement en mer, du type comportant une plate-forme semi-submersible, au moins une colonne montante reliant la plate-forme au fond marin F, et des moyens de mise sous tension de ladite colonne montante.
Les plates-formes semi-submersibles sont destinées à l'exploitation pétrolière dans des mers ou océans de grande profondeur (voir US 4 473 323). Elles comportent une coque supportée par des jambes dont la partie inférieure est reliée à une embase creuse. Les jambes sont munies de caissons de flottabilité. L'embase et les caissons assurent la flottaison et la stabilité de la plate-forme. La coque, fixée sur les jambes, est maintenue au-dessus de la surface de la mer lors de l'exploitation de l'installation.
Une ou plusieurs colonnes montantes, généralement désignée par le terme anglais "riser" relie la plate-forme au fond marin. Ces colonnes montantes sont constituées de tubes métalliques.
Leur longueur, qui correspond essentiellement à la profondeur du lieu d'exploitation est couramment de 1200 m et leur poids est de l'ordre de 100 tonnes.
Afin d'éviter que les colonnes montantes ne se rompent, sous l'action des courants transversaux, il est connu de prévoir des moyens de mise sous tension de celles-ci. Ces moyens de mise sous tension exercent une force correspondant environ à une à deux fois le poids de la colonne montante.
Du fait du maintien en flottaison de la plate-forme, celle-ci est soumise d'une part aux variations du niveau de l'eau dues à la marée, et d'autre part aux mouvements de la houle. En conséquence, les moyens de mise sous tension des colonnes montantes doivent permettre de compenser le débattement vertical de la plate-forme au cours du temps. Le débattement vertical maximal est couramment de 4 à 12 m.
Dans les installations actuelles, les moyens de mise sous tension des colonnes montantes comportent des vérins à commande hydropneumatique disposés entre la tête de la colonne montante et la plate-forme. Ces vérins doivent avoir une course suffisante pour compenser le déplacement relatif entre la tête de la colonne montante et la plate-forme. De plus, ceux-ci doivent être suffisamment puissants pour supporter la traction de mise en tension de la colonne montante.
Ainsi, on comprend que les vérins utilisés actuellement sont très encombrants et d'une technologie complexe.
L'invention a pour but de proposer une installation d'exploitation dans laquelle, la mise sous tension de la ou chaque colonne montante ne nécessite pas la mise en oeuvre de moyens complexes et encombrants sur la coque de la plate-forme.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation d'exploitation d'un gisement en mer, du type précité, caractérisée en ce que les moyens de mise sous tension comportent, pour la ou chaque colonne montante, au moins un flotteur immergé, relié en un point de la partie courante de la colonne montante pour sa traction vers la surface, et un mécanisme de traction de la colonne montante, lequel mécanisme est installé sur la plate-forme et appliqué en tête de la colonne montante.
Selon des modes particuliers de réalisation, l'installation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
  • le ou chaque flotteur est dimensionné pour appliquer sur la colonne montante, une force de traction supérieure à la force de traction appliquée par le mécanisme de traction de tête ;
  • le flotteur est dimensionné pour appliquer sur la colonne montante une force de traction comprise entre 1 et 3 fois le poids de la colonne montante ;
  • la plate-forme comporte une embase immergée et une coque émergée reliée par des jambes, le ou chaque flotteur étant disposé à la profondeur de ladite embase, laquelle embase comporte des moyens de guidage vertical du ou de chaque flotteur ;
  • l'embase comporte, pour chaque flotteur, un passage vertical au travers duquel le flotteur est mobile axialement ;
  • elle comporte des moyens de mise en butée du flotteur contre la plate-forme, suivant le sens ascendant ;
  • le ou chaque flotteur présente un conduit traversant dans lequel s'étend la colonne montante associée ;
  • les moyens assurant la liaison entre le ou chaque flotteur et la colonne montante associée comportent une rotule;
  • la rotule comporte un siège annulaire concave solidarisé audit flotteur dans le conduit axial et une collerette à surface convexe portée par la colonne montante, la collerette étant appliquée contre le siège concave pour l'application de la traction sur la colonne montante ;
  • le conduit traversant a un diamètre supérieur à trois fois le diamètre de la colonne montante ; et
  • le mécanisme de traction de tête comporte au moins un vérin hydropneumatique comportant à chaque extrémité un ensemble de poulies mouflées sur lesquelles est engagé au moins un brin de traction appliqué à ladite colonne montante.
L'invention a également pour objet des procédés d'implantation d'une colonne montante d'une installation du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives consistant à:
  • a - assurer la mise en butée verticale du flotteur contre la plate-forme;
  • b - immerger la colonne montante avec son extrémité inférieure maintenue à distance du fond marin ;
  • c- ballaster la plate-forme ;
  • d- descendre la colonne montante et relier celle-ci au fond marin F;
  • e - dégager la butée entre le flotteur et la plate-forme ; et
  • f- déballaster la plate-forme.
    • Suivant un mode particulier de mise en oeuvre le procédé comporte les étapes consistant à :
  • a - assurer la mise en butée du flotteur contre la plate-forme ;
  • b - immerger la colonne montante avec son extrémité inférieure maintenue à distance du fond marin ;
  • c - enfoncer vers le bas le flotteur par mise en place d'un lest sur le flotteur ;
  • d - descendre la colonne montante et relier celle-ci au fond marin ,
  • e - dégager la butée entre le flotteur et la plate-forme ; et
  • f - retirer le lest pesant sur le flotteur.
    • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en élévation d'une installation d'exploitation pétrolière selon l'invention;
    • les figures 2 et 3 sont des vues en coupe respectivement longitudinales et transversales d'un flotteur de traction de la colonne montante de l'installation de la figure 1;
    • la figure 4 est une vue en perspective de moyens de traction de tête d'une colonne montante;
    • les figures 5A, 5B, 5C, 5D et 5E sont des vues schématiques montrant l'installation pétrolière de la figure 1 à des stades successifs d'implantation d'une colonne montante; et
    • les figures 6A, 6B, 6C, 6D sont des vues analogues aux figures 5A à 5E, illustrant un second procédé de mise en place d'une colonne montante.
    Sur la figure 1, est représentée schématiquement une plate-forme pétrolière auto-élévatrice 10 de type semi-submersible. Elle est disposée dans une région de grande profondeur, celle-ci étant par exemple égale à 1300 m.
    La plate-forme comporte essentiellement une coque supérieure 12 s'étendant au-dessus de la surface M de la mer, lorsque la plate-forme est en phase d'exploitation. La coque 12 est reliée, par quatre jambes 14 munies de caissons de flottabilité 15, à une embase inférieure immergée 16. La coque supérieure comporte des bâtiments techniques d'habitation non représentés ainsi qu'un derrick 18. La coque 12 et l'embase 16 sont toutes deux de forme carrée et comportent en leur centre des conduits traversants 20, 22 destinés au passage d'une colonne montante 24. La colonne 24 est connectée à son extrémité inférieure à un puits d'exploitation.
    Sur la figure 1, seule une colonne montante 24 est représentée. En pratique, plusieurs colonnes montantes sont disposées entre la plate-forme 10 et le fond marin. Des conduits verticaux analogues aux conduits 20 et 22 sont prévus pour chaque colonne montante.
    Le poids total de chaque colonne montante 24 est par exemple de 100 tonnes. Son diamètre est de 10 pouces soit environ 25 cm.
    Des lignes d'amarrage 26, maintenues sous tension, sont installées entre l'embase immergée 16 et le fond marin pour immobiliser la plate-forme au-dessus du gisement.
    Chaque colonne montante 24 est associée à des moyens de mise sous tension. Selon l'invention, ces moyens de mise sous tension comportent, pour chaque colonne montante, au moins un flotteur immergé 28, relié en un point de la partie courante de la colonne montante pour sa traction vers la surface, et un mécanisme 30 de traction de la colonne montante, lequel mécanisme est installé sur la plate-forme 10 et est appliqué en tête de la colonne montante 24.
    Le flotteur immergé 28 est disposé à la profondeur de l'embase 16. Il est ainsi monté déplaçable verticalement dans le passage 22.
    Sur les figures 2 et 3 est représenté en coupe à plus grande échelle le flotteur 28 traversant le passage 22.
    Comme représenté sur ces figures, le flotteur 28 présente la forme d'un manchon. La hauteur du flotteur est par exemple de 13 m et son diamètre extérieur est par exemple de 4,5 mètres. Un passage 32 est défini suivant l'axe du flotteur. La colonne montante 24 est engagée au travers de celui-ci.
    Le diamètre du passage 32 est par exemple de 1,7 m. Il est avantageusement supérieur à trois fois le diamètre courant de la colonne montante 24.
    Le flotteur 28 est constitué d'un caisson toroïdal 34 délimité par des parois métalliques. L'intérieur du caisson est empli d'une mousse synthétique 36 de faible densité. Le caisson 34 est séparé en trois compartiments distincts par des cloisons radiales 38 s'étendant sur toute la hauteur du flotteur. Ces cloisons prennent naissance le long de la paroi délimitant le passage 32 et font saillie radialement hors du caisson 34.
    Des moyens 40 de guidage du flotteur suivant la direction verticale sont prévus entre le flotteur 28 et l'embase 16 de la plate-forme. Ces moyens de guidage 40 comportent par exemple des patins de glissement 42 portés par l'extrémité des cloisons radiales 38 faisant saillie hors du caisson. Ces patins de glissement sont libres de coulisser dans des glissières de guidage 44 disposées longitudinalement suivant le passage 22. Les glissières de guidage 44 sont par exemple délimitées par des cornières en U s'étendant suivant toute l'épaisseur de l'embase 16 soit environ 10 m.
    Les patins 42 sont continus et s'étendent sur une longueur égale à celle des glissières de guidage 44. En variante, ceux-ci sont constitués d'éléments distincts répartis sur la hauteur des cloisons radiales 38.
    Suivant une autre variante de réalisation non représentée, les positions des glissières et des patins sont inversées. Les patins, qui sont alors portés par l'embase, sont solidaires d'une chemise de guidage rapportée et fixée dans le conduit traversant 22. Lorsque les patins sont usés, la chemise de guidage est retirée et remplacée par une chemise portant des patins neufs.
    Par ailleurs, des moyens 46 de liaison axiale du flotteur 28 et de la colonne montante 24 sont prévus dans le passage 32. Ces moyens de liaison sont formés par un agencement à rotule, permettant un libre débattement angulaire de la colonne montante 24 par rapport au flotteur 28.
    Cet agencement à rotule comporte avantageusement un siège annulaire concave 48 solidaire du flotteur 28 et une collerette à surface convexe 50 portée par la colonne montante 24.
    Le siège annulaire 48 est disposé avantageusement dans la moitié inférieure du passage 32. Il définit une surface concave tronconique 52 orientée vers le haut. Celle-ci est destinée à former une surface en cuvette destinée à l'appui de la collerette 50. Le siège 48 est traversé par un conduit 54 adapté pour le passage de la colonne montante 24. Le conduit 54 a par exemple un diamètre de 1 m.
    La collerette 50, présente en regard de la surface d'appui 52 une surface convexe 56, formée par exemple par une couronne sphérique.
    Le plus grand diamètre de la collerette 50 est inférieur au diamètre du passage 32.
    Dans sa zone de liaison à la collerette 50, la colonne montante 24 présente une surépaisseur, afin de renforcer sa structure.
    Depuis la collerette 50, l'épaisseur de la colonne montante est progressivement décroissante suivant deux tronçons notés 57, 58 orientés respectivement vers le haut et vers le bas.
    Ces tronçons ont par exemple chacun une longueur de 3 m. Ils constituent des tronçons d'inertie variable assurant une répartition régulière des contraintes sur toute leur longueur.
    Par ailleurs, à la périphérie du passage 22 sont prévues sur la face supérieure de l'embase 16 trois verrous 60 constituant des butées escamotables adaptées pour retenir sélectivement le flotteur 28 et éviter la remontée de celui-ci.
    Les verrous 60, comportent chacun par exemple un actionneur hydraulique commandable depuis la coque 12 ou depuis un engin d'intervention sous-marine télécommandé. Ils permettent la mise en place d'un penne 64 à l'extrémité supérieure des glissières 44.
    Les pennes 64 sont déplaçables entre une position escamotée dans laquelle ils autorisent un libre coulissement des patins 42 dans les glissières 44 et une position active de butée telle que représentée sur les figures 2 et 3, dans laquelle ils interdisent le déplacement vers le haut des patins 42.
    Le flotteur est dimensionné pour appliquer sur la colonne montante une force de traction comprise entre 1 et 3 fois le poids de la colonne. Pour une colonne montante 24 ayant un poids de 100 tonnes, la force de traction exercée par le flotteur est par exemple comprise entre 1000 kN et 2000 kN. Avantageusement, cette force de traction est sensiblement égale à 1500 kN. Dans ces conditions, la force appliquée par le mécanisme de traction de tête 30 est sensiblement égale à 500 kN.
    De manière générale, le flotteur 28 est dimensionné pour appliquer sur la colonne montante une force de traction supérieure à la force de traction appliquée par le mécanisme de traction de tête 30.
    Avantageusement, la force de traction du flotteur est comprise entre 1 et 10 fois la force de traction appliquée par le mécanisme de traction de tête.
    Dans la pratique, le flotteur applique sur la colonne montante une force de traction sensiblement égale à 3 fois la force de traction appliquée par le mécanisme de traction de tête 30.
    Le dimensionnement du flotteur est effectué pour que la capacité du mécanisme de traction de tête soit au maximum de 500 kN.
    Le mécanisme de traction de tête 30, représenté sur la figure 4 comporte deux vérins hydropneumatiques 70 montés en parallèle.
    A chaque extrémité des vérins sont montées quatre poulies mouflées notées 72 et 74. Un câble 76 de mise sous tension de la colonne montante 24 est engagé autour des poulies. Le câble 76 est passé sur une poulie de renvoi 78 et dirigé vers la tête de la colonne montante à laquelle elle est fixée.
    Les vérins 70 sont alimentés en un fluide hydraulique par un ensemble de régulations de la pression hydraulique notées 80. La variation de la pression hydraulique dans les vérins 70 permet la commande de leur débattement.
    L'engagement du câble 76 entre les poulies mouflées 72 et 74 assure une démultiplication du débattement des vérins, de sorte que pour assurer au niveau de la tête de la colonne montante 24 un débattement axial de 15,2 m, la course des vérins n'est que de 3,8 m.
    Les mécanismes de traction de tête 30 sont intégrés dans l'épaisseur de la coque 12 comme représenté sur la figure 1. Ainsi, ils n'encombrent pas le pont supérieur de la coque 12.
    En variante, les moyens 30 de traction de tête sont déportés sur les parois latérales de la coque, les câbles 76 circulant alors depuis le bastingage jusqu'à la tête de colonne au travers de la coque 12.
    On conçoit qu'avec une telle installation, la colonne montante 24 est sollicitée vers le haut à la fois par le flotteur 28 et par les moyens de traction de tête 30.
    Ainsi, du fait de la traction exercée par le flotteur 28, la capacité de traction des moyens 30 peut être réduite. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'utiliser des vérins encombrants ayant une course longue correspondant au déplacement maximal rencontré entre la tête de la colonne montante et la plate-forme.
    De plus, le diamètre du conduit 32 dans lequel passe la colonne montante 24 étant très supérieur au diamètre de celle-ci, et la liaison entre le flotteur et la colonne montante étant assurée par une rotule, la colonne montante est libre de se déplacer angulairement par rapport au flotteur, ce qui réduit les contraintes appliquées sur la colonne montante 24.
    Sur les figures 5A à 5E est illustré un premier mode de mise en place d'une colonne montante 24.
    Comme représenté sur la figure 5A, la colonne montante 24 est d'abord immergée avec son extrémité inférieure maintenue à distance du fond F. Le flotteur 28 est maintenu en butée contre les pennes 64, interdisant ainsi la remontée du flotteur. Dans cette position, la collerette 50 est sensiblement à la profondeur du siège 48. Le fond du flotteur 28 affleure sensiblement de fond de l'embase 16.
    Lors de l'étape suivante du procédé, la plate-forme 10 est ballastée, par exemple par remplissage partiel de l'embase 16. Ainsi, la plate-forme 10 s'enfonce d'une profondeur l comme indiqué sur la figure 5B. La profondeur l est par exemple égale à 1,5m. Grâce au derrick 18, la colonne montante 24 est rappelée vers le haut lors de la descente de la plate-forme, afin que l'extrémité inférieure de la colonne montante reste écartée du fond marin F d'un intervalle J et se trouve par exemple à un mètre du fond. Dans cette position, la collerette 50 est disposée au-dessus du siège 48 et est écartée de celui-ci d'un intervalle K sensiblement égal à 1,5 m.
    Après cette étape, et comme représenté sur la figure 5C, la colonne montante 24 est descendue jusqu'au fond et est connectée sur un puits d'exploitation préalablement forée et entubée. Lors de cette descente, la profondeur d'immersion de la plate-forme est maintenue constante.
    Dans cette position, la collerette 50 est écartée du siège 48 d'un intervalle K' sensiblement égal à 0,5m. Le tronçon de la colonne montante compris entre son extrémité inférieure et le flotteur est détendu.
    La phase suivante du procédé consiste d'abord à lier le mécanisme de traction de tête 30 à la colonne montante 24, puis à déballaster progressivement la plate-forme, jusqu'à ce que la collerette 50 vienne en appui sur le siège 48, ainsi que représenté sur la figure 5D. La plate-forme 10 est ainsi remontée de l'intervalle K'. Lors du déballastage, le derrick 18 est progressivement relâché pour permettre un déplacement relatif entre la colonne montante et la plate-forme.
    Lors du déballastage ultérieur de la plate-forme, le flotteur se dégage des butées 60 puisque celui-ci est retenu par la colonne montante 24. Ainsi, comme représenté sur la figure 5E, la plate-forme poursuit sa remontée jusqu'à sa position d'exploitation alors que le flotteur 28 reste à une profondeur constante. Cette seconde phase de remontée correspond à un intervalle l-K' de hauteur égale à environ 1 m.
    Dans cette position, le flotteur 28 exerce une force de rappel vers la surface de la partie basse de la colonne montante.
    Après décollement du flotteur 28 des butées 60, ces dernières sont escamotées pour permettre un débattement vertical maximal du flotteur par rapport à l'embase 16.
    De même, les moyens de traction de tête 30 sont actionnés afin d'assurer la traction du tronçon supérieur de la colonne montante 24 compris entre le derrick 18 et le flotteur 28.
    On comprend que du fait de la hauteur du flotteur, celui-ci est susceptible d'effectuer des débattements de grande amplitude par rapport à l'embase 16 de la plate-forme, tout en étant convenablement guidé par les moyens de guidage latéraux 40.
    Un autre procédé de mise en place d'une colonne montante d'une installation selon l'invention est illustré aux figures 6A à 6D.
    Pour la mise en oeuvre de ce procédé, la coque 12 de la plate-forme est équipée de treuils 90 permettant de suspendre un lest annulaire 92 au-dessus du flotteur 28. Le lest annulaire 92 est formé de deux demi-anneaux assemblés autour de la colonne montante 24. La longueur du treuil est suffisante pour déposer le lest 92 sur la surface annulaire supérieure du flotteur 28. De plus, le poids du lest 92 est adapté pour assurer l'enfoncement du flotteur 28 vers le fond.
    Comme dans le mode de réalisation précédent, la colonne montante 24 est immergée avec son extrémité inférieure maintenue à distance du fond F. Lors de cette mise en place de la colonne montante, le flotteur 28 est en butée contre les pennes 64.
    Le lest 92 est ensuite acheminé jusque sur le flotteur. Ainsi, le flotteur 28 est amené à s'enfoncer comme représenté sur la figure 6B,.
    Après un enfoncement suffisant du flotteur 28, la colonne montante est descendue et son extrémité inférieure est connectée sur un puits d'exploitation de pétrole ainsi que représenté sur la figure 6C. Du fait de l'enfoncement du flotteur 28, la collerette 50 de la colonne montante est écartée du siège 48. Dans ces conditions, la colonne montante 24 est détendue, ce qui permet sa connexion au puits d'exploitation.
    Après connexion de l'extrémité inférieure de la colonne montante, le lest 92 est remonté, comme représenté sur la figure 6D. La butée assurée par le verrou 60 ayant été dégagée, le flotteur 28 tend à remonter à la surface, de sorte qu'il exerce sur la colonne montante 24 une force de traction ascendante appliquée sur la collerette 50.
    Suivant ce procédé d'implantation d'une colonne montante mettant en oeuvre un lest, il n'est pas nécessaire de lester la plate-forme ou le flotteur, évitant ainsi les transferts d'eau de mer.

    Claims (12)

    1. Installation d'exploitation d'un gisement en mer, du type comportant une plate-forme semi-submersible (10), au moins une colonne montante (24) reliant la plate-forme (10) au fond marin F, et des moyens (28,30) de mise sous tension de ladite colonne montante (24), caractérisée en ce que les moyens de mise sous tension comportent, pour la ou chaque colonne montante (24), au moins un flotteur (28) immergé, relié en un point de la partie courante de la colonne montante (24) pour sa traction vers la surface, et un mécanisme (30) de traction de la colonne montante (24), lequel mécanisme (30) est installé sur la plate-forme (10) et appliqué en tête de la colonne montante (24), et en ce qu'elle comporte des moyens (60) de mise en butée du flotteur (28) contre la plate-forme (10), suivant le sens ascendant.
    2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ou chaque flotteur (28) est dimensionné pour appliquer sur la colonne montante (24), une force de traction supérieure à la force de traction appliquée par le mécanisme (30) de traction de tête.
    3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le flotteur (28) est dimensionné pour appliquer sur la colonne montante (24) une force de traction comprise entre 1 et 3 fois le poids de la colonne montante (24).
    4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plate-forme (10) comporte une embase immergée (16) et une coque émergée (12) reliée par des jambes (14), le ou chaque flotteur (28) étant disposé à la profondeur de ladite embase (16), laquelle embase comporte des moyens (40) de guidage vertical du ou de chaque flotteur (28).
    5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'embase (16) comporte, pour chaque flotteur (28), un passage vertical (22) au travers duquel le flotteur (28) est mobile axialement.
    6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque flotteur (28) présente un conduit traversant (32) dans lequel s'étend la colonne montante associée (24).
    7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens assurant la liaison entre le ou chaque flotteur (28) et la colonne montante (24) associée comporte une rotule (46).
    8. Installation selon les revendications 6 et 7 prises ensemble, caractérisée en ce que la rotule comporte un siège annulaire concave (48) solidarisé audit flotteur (28) dans le conduit axial (32) et une collerette (50) à surface convexe (56) portée par la colonne montante (24), la collerette (50) étant appliquée contre le siège concave (48) pour l'application de la traction sur la colonne montante (24).
    9. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le conduit traversant (32) a un diamètre supérieur à trois fois le diamètre de la colonne montante (24).
    10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisée en ce que le mécanisme de traction de tête (30) comporte au moins un vérin hydropneumatique (70) comportant à chaque extrémité un ensemble de poulies mouflées (72, 74) sur lesquelles est engagé au moins un brin (76) de traction appliqué à ladite colonne montante (24).
    11. Procédé d'implantation d'une colonne montante (24) d'une installation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives consistant à:
      a - assurer la mise en butée verticale du flotteur (28) contre la plate-forme (10);
      b - immerger la colonne montante (24) avec son extrémité inférieure maintenue à distance du fond marin F;
      c- ballaster la plate-forme (10);
      d- descendre la colonne montante (24) et relier celle-ci au fond marin F;
      e - dégager la butée entre le flotteur (28) et la plate-forme (10); et
      f- déballaster la plate-forme (10).
    12. Procédé d'implantation d'une colonne montante (24) d'une installation selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à:
      a - assurer la mise en butée du flotteur (28) contre la plate-forme (10);
      b - immerger la colonne montante (24) avec son extrémité inférieure maintenue à distance du fond marin F;
      c - enfoncer vers le bas le flotteur (28) par mise en place d'un lest (92) sur le flotteur (28);
      d - descendre la colonne montante (24) et relier celle-ci au fond marin (F),
      e - dégager la butée entre le flotteur (28) et la plate-forme (10); et
      f - retirer le lest (92) pesant sur le flotteur (28).
    EP99402019A 1998-08-11 1999-08-09 Installation d'exploitation d'un gisement en mer et procédé d'implantation d'une colonne montante Expired - Lifetime EP0979923B1 (fr)

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