Installation de transport sous-marin d'hydrocarbures
La présente invention se rapporte à une installation de transport sous- marin de fluides, par exemple d'hydrocarbures, et à une méthode de pose d'une telle installation, entre un fond marin et une surface marine située en surplomb du fond marin.
Des installations connues permettent d'extraire les hydrocarbures des gisements sous-marins. Outre les difficultés liées à la pression qu'exerce le milieu marin sur ces installations, laquelle est d'autant plus forte que la profondeur d'extraction est importante, d'autres difficultés résultent de la différence des perturbations entre la surface marine et le fond marin. En effet, au niveau de la surface marine, l'eau est relativement agitée sur une profondeur variable, d'environ une trentaine de mètres sous la surface, tandis qu'au niveau du fond marin, elle l'est beaucoup moins car elle ne subit pas l'influence du vent et de la houle notamment. Aussi, de tels phénomènes nécessitent d'adapter les installations pour extraire les hydrocarbures et pour les transporter sans encombre, du fond marin vers la surface. Ainsi, les installations comprennent une conduite montante, usuellement rigide, qui s'étend entre le fond marin et une zone de subsurface située en dessous de la surface marine, et plus particulièrement en dessous de la zone agitée précitée. Cette conduite montante est équipée d'un ou de plusieurs flotteurs de maintien qui sont installés autour d'elle, jusqu'à son extrémité afin de la maintenir étendu en suspension verticalement entre le fond marin et la zone de subsurface. Usuellement, ces flotteurs de maintien sont de symétrie cylindrique, et la conduite montante les traverse axialement. Ainsi, la conduite montante est maintenue verticalement dans une zone relativement peu agitée, et son extrémité supérieure est alors raccordée à une conduite flexible, laquelle rejoint un bâtiment de surface flottant sur la surface marine. De la sorte, la conduite flexible subit les perturbations de surface en se déformant sans être altérée. Le document US200700 44 972 décrit un système de type tour hybride dans lequel un ou plusieurs flotteurs sont montés autour de la conduite montante. Ces flotteurs de maintien sont de symétrie cylindrique, et la conduite montante les traverse axialement. Cependant, cette configuration ne donne pas
satisfaction car des efforts importants s'exercent à l'interface entre les bouées et la conduite montante fragilisant ainsi l'installation sous marine.
De nombreux gisements d'hydrocarbures sont situés dans le sous-sol de fonds marins relativement profonds, par exemple supérieurs à 1500 mètres, et les conduites montantes sont par conséquent de plus en plus longues. Partant, elles sont de plus en plus lourdes, et les flotteurs nécessaires à leur maintien en position verticale doivent être de plus en plus volumineux pour augmenter leur flottabilité. Ainsi, l'acheminement de tels flotteurs aux droits des gisements d'hydrocarbures est-il relativement malaisé et coûteux en énergie puisqu'ils doivent être remorqués.
Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de proposer une installation de transport sous-marin de fluides et précisément d'hydrocarbures qui non seulement permette d'extraire les hydrocarbures de gisements relativement profonds mais aussi, qui puisse être aisément mise en oeuvre à un coût avantageux et présente un comportement acceptable en termes de vieillissement et de fatigue, sous l'effet des courants et des mouvements de houles.
Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose une installation de transport de fluide pour transporter un fluide entre un fond marin et une surface marine en surplomb dudit fond marin, ladite installation de transport de fluide comprenant une conduite montante raccordée à une conduite flexible, et un flotteur de maintien installé autour de ladite conduite montante pour maintenir ladite conduite montante étendue en suspension entre ledit fond marin et une zone de subsurface située entre ledit fond marin et ladite surface marine, tandis que ladite conduite flexible s'étend en caténaire entre ladite conduite montante et ladite surface marine ; selon l'invention l'installation comprend en outre un flotteur complémentaire installé entre ladite conduite montante et ladite surface marine ; et ladite conduite montante est accrochée audit flotteur complémentaire pour augmenter la flottabilité de ladite conduite montante.
Ainsi, une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention réside dans la mise en œuvre, à la fois d'un flotteur de maintien qui entoure la conduite montante et d'un flotteur complémentaire à laquelle elle est accrochée. De la sorte, on augmente la flottabilité de la conduite montante, ce
qui permet de suspendre des conduites montantes de plus en plus lourdes pour des mers de plus en plus profondes. Et au surplus, dans une certaine mesure, la mise en oeuvre de deux flotteurs, l'un directement solidaire de la conduite montante, l'autre en surplomb de cette conduite montante, permet de prévoir des flotteurs de moindre dimension par rapport à un seul flotteur, bien que le volume total des deux flotteurs soit supérieur au volume d'un seul flotteur mis en oeuvre selon l'art antérieur pour pouvoir suspendre de lourdes conduites.
Par ailleurs, ladite conduite montante et ladite conduite flexible sont raccordées ensemble au moyen d'un conduit en col de cygne installé entre lesdits flotteurs de manière à pouvoir étendre la conduite flexible en caténaire entre la conduite montante et un bâtiment de surface flottant sur la surface marine. Cette configuration spécifique permet à l'installation conforme à l'invention d'offrir une grande résistance au vieillissement, du aux mouvements de houle et aux courants.
Avantageusement, ladite conduite montante et ledit flotteur complémentaire sont accrochés ensemble par l'intermédiaire d'une potence et de manière préférée, le conduit en col de cygne est installé et maintenu à l'intérieur de ladite potence. Ainsi qu'on l'expliquera ci-après, la potence présente un pied auquel est raccordée la conduite montante et une tête reliée au flotteur complémentaire. Le conduit en col de cygne est monté solidaire du pied de la potence et il s'étend vers la tête.
Avantageusement, ledit flotteur de maintien est de symétrie cylindrique de révolution et ladite conduite montante s'étend axialement à l'intérieur dudit flotteur de maintien. En outre, et selon une caractéristique préférentielle, ladite conduite montante présente une extrémité supérieure munie d'un collet formant épaulement, tandis que ledit flotteur de maintien présente un bord d'appui apte à recevoir ledit collet en appui pour supporter ladite conduite montante. De la sorte, la conduite montante s'étend longitudinalement à l'intérieur du flotteur de maintien, et ce dernier, orienté verticalement, tend à être entraîné vers la surface marine et par conséquent à maintenir la conduite montante laquelle est prisonnière de la bouée de maintien par l'intermédiaire de son collet qui lui est en appui contre le bord d'appui.
En outre, et selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, l'installation comprend une entretoise élastiquement déformable installée coaxialement entre ledit flotteur de maintien et ladite conduite montante, laquelle est libre en débattement à l'intérieur du flotteur de maintien selon une amplitude de mouvement restreinte. De la sorte, les moments de flexion entre le flotteur de maintien et la conduite montante sont atténués.
De plus, lesdits flotteurs présentent avantageusement un diamètre inférieur à 5 mètres ce qui permet de transporter ces flotteurs directement sur les bâtiments de pose et de les installer à travers ceux-ci. Préférentiellement, les flotteurs présente aussi un volume total supérieur à 800 m3 et peuvent alors supporter des conduites montantes supérieures à 800 tonnes.
Avantageusement, selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ces flotteurs sont constitués d'une pluralité de caissons indépendants les uns des autres de manière à conserver les propriétés globales du flotteur lorsqu'un seul des caissons est endommagé et que l'eau y pénètre.
Selon un autre aspect, la présente invention propose une méthode de pose d'une installation de transport sous-marin de fluides telle que décrite ci- dessus, ladite méthode étant du type selon laquelle on fournit un bâtiment de pose présentant un puits central de pose surmonté d'une tour de pose, selon l'invention, ladite méthode comprend dans l'ordre les étapes suivantes : on fournit sur ledit bâtiment de pose une conduite tubulaire présentant une extrémité supérieure de retenue ; on immerge ensuite ladite conduite tubulaire pour former une conduite montante et on retient ladite extrémité supérieure de retenue sur ledit bâtiment de pose; puis on installe un flotteur de maintien autour de ladite extrémité supérieure de retenue pour immerger ladite extrémité supérieure de retenue entourée dudit flotteur de maintien à travers ledit puits central ; on accroche alors un flotteur complémentaire à ladite extrémité supérieure de retenue entourée dudit flotteur de maintien ; et, enfin on immerge ledit flotteur complémentaire à travers ledit puits central.
Ainsi, on installe les flotteurs non plus avec une grue, comme cela est le cas selon l'art antérieur, mais à travers le puits central du bâtiment de pose ce qui rend plus aisé et moins coûteux l'installation.
Avantageusement, aux étapes a) et b) on fournit une pluralité de sections de conduite, et on connecte successivement lesdites sections de conduite en immergeant simultanément lesdites sections de conduite connectées section par section pour former ladite conduite tubulaire, de manière à constituer une conduite montante. En outre, on connecte de manière préférentielle un conduit en col de cygne sur ladite extrémité supérieure de retenue entre l'étape d) et l'étape e). Préférentiellement, le conduit en col de cygne est installé à l'intérieur d'une potence qui est également immergée à travers le puits central et à laquelle est directement relié le flotteur complémentaire ainsi qu'on l'expliquera plus en détail ci-après.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique de l'installation conforme à l'invention;
- la Figure 2 est une vue schématique de détail d'une partie de l'installation illustrée sur la Figure 1;
- la Figure 3 est une schématique de détail d'une portion de ladite partie illustrée sur la Figure 2 ;
- la Figure 4 est une vue schématique de détail d'une autre portion de ladite partie illustrée sur la Figure 2 ;
- les Figures 5A à 5C sont des vues schématiques illustrant une méthode de pose de l'installation selon l'invention. La Figure 1 montre de manière schématique une installation de transport sous-marin d'hydrocarbures 10 entre un fond marin 12 et une surface marine 14. On observera que les hydrocarbures ainsi extraits contiennent généralement aussi de l'eau et des gaz divers. Sur le fond marin 12 est installée une fondation munie de moyens d'ancrage 16 de la conduite montante laquelle est reliée à un gisement du sous-sol, et sur la surface marine 14, flotte une installation de surface 18 à l'intérieur de laquelle est susceptible d'être récupéré un hydrocarbure. L'installation 10 comporte une conduite montante rigide 20 qui s'étend depuis le fond marin 12 jusqu'à une extrémité supérieure 22. Cette conduite montante rigide 20 est équipée d'un flotteur de maintien 24
dont elle est solidaire au niveau de l'extrémité supérieure 22. L'installation 10 comporte également des moyens de connexion 26 que l'on détaillera ci-après en référence à la figure 2, et un flotteur complémentaire 28 relié au moyen de connexion 26 par l'intermédiaire d'un lien flexible 30. De surcroît, les moyens de connexion 26 et l'installation de surface 18 sont reliés entre eux au moyen d'une conduite flexible 32 qui s'étend en caténaire et qui permet de relier de manière étanche la conduite rigide montante 20 et le bâtiment de surface 18 pour acheminer l'hydrocarbure.
On examinera ci-après plus en détail, et en référence à la figure 2, l'agencement des deux flotteurs 24, 28. Tout d'abord, le flotteur de maintien 24 qui est de symétrie cylindrique de révolution, présente en son centre 34 un chemin de passage longitudinal à l'intérieur duquel s'étend la conduite montante 20. Le flotteur de maintien 24 est constitué d'une pluralité de caissons indépendants et étanches les uns vis-à-vis des autres. Sur la figure 2, sont représentés à titre d'exemple, 15 caissons 36 d'une hauteur de 2,5 mètres soit une hauteur totale de 37,5 mètres. Par ailleurs, ces caissons présentent un diamètre voisin de 3,7 mètres. En conséquence, le volume total du flotteur de maintien est d'environ 400 m3, ce qui correspond à une capacité de suspension de 400 tonnes déduites du poids total du flotteur de maintien 24. Avant de décrire en détail les autres éléments représentés sur cette figure, on décrira d'abord en référence à la figure 3, le mode de fixation du flotteur de maintien 24 et de la conduite montante 20 et ensuite, en référence à la figure 4, un mode d'amortissement de leurs mouvements relatifs.
On retrouve ainsi sur cette figure 3, l'extrémité supérieure 22 de la conduite montante 20. Cette extrémité supérieure 22 présente un flasque de connexion 38 et en retrait, un collet de blocage 40. Ce collet de blocage 40 forme un épaulement 42 orienté vers le fond marin 12. Au surplus, le flotteur de maintien 24 présente au niveau du premier caisson 36 un bord d'appui 44 circulaire, contre lequel vient prendre appui l'épaulement 42 du collet de blocage 40. Ainsi, la conduite montante 20 qui est entraînée vers le fond marin
12 sous l'effet de son propre poids, est-elle susceptible d'être retenue par l'intermédiaire du flotteur de maintien 24 au niveau de son collet de blocage 40.
Par ailleurs, on observera que le chemin de passage au centre 34 du flotteur de maintien 24 présente un diamètre sensiblement supérieur à celui de
la conduite rigide D, qui lui est par exemple de l'ordre de 40 cm. Aussi, la conduite rigide 20 est mobile en débattement à l'intérieur du flotteur de maintien 24, bien évidemment selon des amplitudes relativement faibles.
Au niveau de l'extrémité inférieure du flotteur de maintien 24 représenté sur la figure 4, une entretoise élastiquement déformable 46, ou joint flexible, est montée autour de la conduite rigide et de manière concentrique à l'intérieur du flotteur de maintien, au niveau du dernier caisson. De la sorte, les débattements possibles de la conduite montante 20 par rapport au flotteur de maintien 24 sont amortis par l'intermédiaire de cette entretoise 46. En conséquence, les moments de flexion entre le flotteur de maintien 24 et la conduite montante 20 sont atténués à ce niveau par la déformation de l'entretoise 46.
On se reportera de nouveau sur la figure 2, sur laquelle on retrouve, outre les éléments déjà décrits ci-dessus, les moyens de connexion 26 suspendus au flotteur complémentaire 28 par l'intermédiaire du lien flexible 30. Ces moyens de connexion 26 comportent une potence 50 présentant, un pied 52 auquel est raccordée l'extrémité supérieure 22 de la conduite montante 20 et une tête 54 solidaire du lien flexible 30. De surcroît, un conduit en col de cygne 56 s'étend à l'intérieur de la potence 50, du pied 52 vers la tête 54. Ce conduit en col de cygne 56 présente une extrémité libre 58 à laquelle est susceptible d'être raccordée la conduite flexible 32 illustrée. Le conduit en col de cygne 56 est bien évidemment raccordé de manière étanche à la conduite montante 20.
En outre, et c'est une caractéristique avantageuse de l'invention, la potence 50 est accrochée au flotteur complémentaire 28 par l'intermédiaire de la ligne flexible 30 comprenant une chaîne, de manière à augmenter plus encore la flottabilité de la conduite montante 20. De surcroît, le flotteur complémentaire 28 présente des dimensions comparables à celles du flotteur de maintien 24, et notamment en terme de diamètre, ce qui présente un avantage considérable pour l'installation comme on expliquera ci-après. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le flotteur complémentaire 28 comporte non plus 15 caissons, mais 17 caissons 60 d'une hauteur de 2,5 mètres chacun, identiques aux caissons 36 du flotteur de maintien 24. Par conséquent, la force ascensionnelle procurée par ce flotteur complémentaire
28 est sensiblement de 50 tonnes supérieures à celles du flotteur de maintien 24.
De la sorte, le flotteur de maintien 24 et le flotteur complémentaire 28 ici représentés à titre d'exemple, permettent d'exercer une traction ascensionnelle sur la conduite montante 20 de l'ordre de 850 tonnes déduites du poids de ces flotteurs, ce qui permet de maintenir en position verticale des conduites montantes d'une plus grande longueur et d'un plus grand poids par rapport celles de l'art antérieur pour des applications en moins grande profondeur.
Au surplus, compte tenu de leur faible diamètre ces flotteurs présentent des avantages en termes de mise en oeuvre de l'installation comme on va l'expliquer ci-après en référence aux figures 5A à 5C illustrant un mode d'installation possible de l'installation sous marine selon l'invention.
De façon générale, on fournit sur ledit bâtiment de pose une conduite tubulaire présentant une extrémité supérieure de retenue et on immerge ladite conduite tubulaire pour former une conduite montante en retenant ladite extrémité supérieure 22 de retenue sur ledit bâtiment de pose. Ensuite, tandis qu'on maintien l'extrémité supérieure 22, on installe le flotteur de maintien autour de l'extrémité supérieure 22 de retenue puis, on immerge l'extrémité supérieure de retenue entourée du flotteur de maintien à travers ledit puits central. Ensuite on accroche un flotteur complémentaire à ladite extrémité supérieure de retenue entourée dudit flotteur de maintien. Enfin, on immerge ledit flotteur complémentaire à travers ledit puits central.
On a représenté partiellement sur la Figure 5A un bâtiment de pose 62 en coupe longitudinale, lequel présente un puits central de pose 64 bordé par une table de travail 65 et une tour de pose 66 terminée par une potence d'installation 68 qui s'étend en surplomb du puits central de pose 64.
Au préalable, le bâtiment de pose 62 est chargé avec des éléments de conduite montante, non représentés, destinés à être assemblés par soudure pour former des sections de conduite montante, elles-mêmes soudées ensembles pour former in fine, la conduite montante. La conduite rigide montante est ainsi posée selon une méthode dite «J-Lay ». Ainsi, selon cette méthode on assemble les éléments de conduite et les sections de conduite pour former une seule et même conduite montante continue que l'on immerge pas à pas, à mesure de l'assemblage des sections, à travers le puits central de
pose 64 en retenant la dernière section par l'intermédiaire d'une élingue retenue depuis la potence d'installation 68. Lorsqu'une dernière section 70 de conduite montante est étendue verticalement le long de la tour de pose 66 et assemblée à l'avant-dernière section qui elle est déjà au moins partiellement immergée, elle est d'une part équipée du flotteur de maintien 24 que l'on retrouve ici représenté autour de cette dernière section 70 de conduite montante et d'autre part, d'un conduit en col de cygne 72. Ce flotteur de maintien 34, ici représenté d'une seule pièce, présente un diamètre inférieur à quatre mètres par exemple, et peut par conséquent traverser le puits central de pose 64, lequel présente un diamètre supérieur, par exemple de l'ordre de cinq mètres. Ensuite, grâce à la tour de pose de 66, la conduite montante équipée de son flotteur de maintien 24 est immergé à son tour et est entraîné en translation à travers du puits central de pose 64. On retrouve sur la figure 5B en coupe transversale le bâtiment de pose 62 et la tour de pose 66, laquelle immerge la dernière section de conduite montante 70 entourée de son flotteur de maintien 24. Après que la dernière section de conduite montante 70 a été immergée avec le flotteur de maintien 24, l'extrémité supérieure de la conduite montante 22 demeurant au niveau de la table de travail 65 comme illustré sur la figure 5, cette extrémité supérieure 22 est alors équipée de la potence 50 non représentée ici et le flotteur complémentaire 28, non représenté non plus est installé et maintenu verticalement sur la tour de pose 66. Il est alors raccordé à la potence 50, puis l'ensemble est immergé à travers le puits central de pose 64 tout comme le flotteur de maintien 24. Le flotteur complémentaire est alors retenu par la tour de pose 66 au moyen de l'élingue, de manière à pouvoir ajuster la conduite montante à la position désirée entre la surface marine et le fond marin 12.
Ainsi, grâce à la géométrie des flotteurs, c'est-à-dire une grande longueur par rapport à un faible diamètre, et aussi à leur assemblage, l'un de maintien 24 autour de la conduite montante 20, l'autre 28 en surplomb de la conduite montante et accrochée par l'intermédiaire de la potence 50, l'ensemble est susceptible d'être immergé à travers le puits central de pose 64 du bâtiment de pose 62 sans nécessiter de grue supplémentaire pour l'installation.
Par ailleurs, on observera sur la Figure 2 que le lien flexible 30, ici constitué d'une chaîne, est prolongé à chacune de ses extrémités d'une tige
métallique ; l'une supérieure reliant la chaîne et le flotteur complémentaire 28, l'autre inférieure, reliant la chaîne et la tête 54 de la potence 50. La tige métallique inférieure permet de retenir la caténaire constitué de la conduite montante en cours d'installation, au niveau de la table de travail 65 au moyen d'un outil de clampage permettant d'enserrer ladite tige métallique inférieure et de maintenir temporairement la conduite en position fixe par rapport au bâtiment de pause 62 durant l'installation du flotteur.
De la même façon il est prévu de souder temporairement la tige métallique supérieure à l'extrémité supérieure de la bouée complémentaire 28 de manière à pouvoir retenir l'ensemble.
Bien évidemment, une telle méthode de pose pourrait très bien être mise en œuvre selon les techniques dites de : « rigide déroulée ». En ce cas, la conduite rigide est pré-enroulée d'une seule pièce sur un touret adapté, et elle est dévidée à travers le puits central pour former la conduite montante.