EP3083451B1 - Procédé d'injection de fluides dans une installation sous-marine - Google Patents

Procédé d'injection de fluides dans une installation sous-marine Download PDF

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EP3083451B1
EP3083451B1 EP14830844.8A EP14830844A EP3083451B1 EP 3083451 B1 EP3083451 B1 EP 3083451B1 EP 14830844 A EP14830844 A EP 14830844A EP 3083451 B1 EP3083451 B1 EP 3083451B1
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EP
European Patent Office
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fluid
storage
vessel
storage tank
storage system
Prior art date
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Active
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EP14830844.8A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3083451A1 (fr
Inventor
Luc Riviere
Vincent Peyrony
Gabriel BEAUDONNET
William Hudson
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TotalEnergies SE
Original Assignee
Total SE
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Filing date
Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D88/00—Large containers
    • B65D88/78—Large containers for use in or under water
    • 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
    • E21B37/00—Methods or apparatus for cleaning boreholes or wells
    • E21B37/06—Methods or apparatus for cleaning boreholes or wells using chemical means for preventing or limiting, e.g. eliminating, the deposition of paraffins or like substances

Definitions

  • the invention relates to techniques for storing and injecting utility fluids in subsea installations.
  • umbilical ducts are subject to the environmental constraints of the seabed, for example thermal stresses and pressure constraints, calling for regular monitoring.
  • the umbilical ducts must also be connected to the installation, and require the presence of a platform or a ship on the surface to ensure the injection and reception of fluids.
  • the storage on a ship of chemicals such as methanol, demulsifiers, biocides or products preventing corrosion or the formation of deposits in the ducts of the installation, presents a significant environmental risk.
  • This method has the particular advantage of not requiring umbilical conduit and platform or ship surface to inject a utility fluid.
  • This utility fluid is stored near the plant in a rigid-walled tank maintained at the bottom of the water for the duration of the fluid injection.
  • the method is particularly advantageous for the operation of installations having many satellite fields, in which the lengths of umbilical ducts necessary for connecting the different wellheads can reach several tens of km, considerably increasing the operating costs.
  • the method also maintains a fluid storage tank for a period of several months at the bottom of the water, the fluid storage system comprising rigid walled tanks, better resistant to seabed stresses and compatibility constraints. chemical with utilitarian fluids as elastomer bins.
  • the invention may also include a plurality of fluid storage bins containing the same utility fluid.
  • the use of at least two storage bins containing the same utility fluid, namely a first bin and a second bin, allows continuous operation of the installation. Indeed, by injecting the fluid utility of only one fluid storage tank at a time, when the utilitarian fluid of the first tank is exhausted, the additional tray can be a reserve of utility fluid ensuring the continuous injection of fluid in the installation while the first bin is refilled.
  • the descent and the ascent of the storage system can advantageously be carried out by means of a crane or any other lifting device from a platform or a ship located on the surface.
  • the storage tank may comprise a movable piston partition separating the utility fluid from the marine environment, and the injection of the utility fluid may comprise a translation of the partition.
  • the storage system comprises a pump connected to the storage tank by a first duct and to said subsea installation by a second duct, and the injection of the utility fluid may comprise the operation of the pump.
  • the use of a pump to cause the displacement of the moving partition of the storage tank can overcome a mechanical actuator exerting pressure on the movable partition of the fluid storage tank.
  • the pump causes displacement of the movable partition and the circulation of the utility fluid by creating a pressure difference between the marine environment and the utility fluid.
  • the injection of the utility fluid can take place over a period of between one month and one year before the surface rise of said portion of the storage system.
  • the injection of utility fluid can be carried out continuously at a rate of a few tens of liters per hour, for chemicals such as, for example demulsifiers, corrosion inhibitors, hydrate formation inhibitors, inhibitors of deposits.
  • chemicals such as, for example demulsifiers, corrosion inhibitors, hydrate formation inhibitors, inhibitors of deposits.
  • some other products may not be injected continuous, such as biocides that can be injected sporadically at, for example, about two hundred liters per hour, five hours per week.
  • a system for measuring the utility fluid contained in the storage bin may be included.
  • the fluid storage system may comprise at least one refueling umbilical connected to the storage tank on the one hand, and a surface utility fluid reservoir on the other hand, the refueling umbilical carrying out a filling of the storage bin.
  • This embodiment makes it possible to maintain permanent control over the quantity of utility fluid contained in the storage bin.
  • a filling of the storage tank from the surface keeps the latter longer for the bottom of the water, and up to the surface only for maintenance operations.
  • a method for injecting fluid into an underwater installation comprises a first step, consisting in lowering a system for storing and injecting fluid at the bottom of the water.
  • the storage and injection system comprises at least one storage tank filled initially with a utility fluid.
  • This fluid storage tank is connected via a conduit to an installation.
  • this installation consists of a hydrocarbon exploitation well head.
  • other facilities can benefit from the invention presented here.
  • the figure 1 represents an example of a submarine storage system near a deep-water hydrocarbon production well.
  • a well head 100 located at the bottom of the water is supplied by conduits 6 of utility fluid from a fluid storage and injection system 1.
  • This fluid storage and injection system 1 comprises, among other things, storage tanks. storage 21.
  • the hydrocarbons extracted can typically be conveyed to the surface from the wellhead 100 via a conduit 106.
  • a final step is to go up to the surface of the storage system or a part thereof comprising at least the fluid storage tank.
  • the fluid storage and injection system 1 comprises several modules 11.
  • modules 11 may differ from that represented on the figure 2 , especially with a view to bringing the pumps 5 closer to the fluid storage tanks 21-24, or to adapt to the configuration of the seabed near the installation 100. It is also possible for a module 11 to contain only a single pump 5.
  • module 11 is shown at figure 3 , representing a storage tank 21 provided with a connecting element 70 to a conduit.
  • the module 11 comprises attachment means 14 to a lifting device.
  • These attachment means 14 may for example be in the form of openings made in a metal frame, intended to receive a hook, a carabiner or other attachment system, for example the cable of a crane or a winch.
  • the storage and injection system 1 comprises at least two fluid storage tanks for the same type of utility fluid 30, so as to be able to replace an empty storage tank without having to interrupt the injection of said fluid into the storage tank. 100 installation.
  • First conduits 7 connecting the fluid storage tanks 21-24 to the pumps 5 are provided.
  • the connection of these first conduits 7 is carried out by well-known techniques, and may for example involve a remote-controlled robot.
  • Second ducts 6 are provided for connecting the pumps 5 to the subsea installation 100.
  • the lengths of the first 7 and second 6 ducts are reduced so as to reduce the risk of damage to these ducts 6, 7. and 7 can be either rigid type or flexible type.
  • a module 11 containing two pumps 5 comprises a manifold 260 provided on an armature of the storage system 1.
  • the second duct 6 extends from the manifold 260 to the underwater installation 100.
  • the connection between the pump 5 and the manifold 260 is effected by means of an intermediate duct 60.
  • This intermediate duct 60 can be either rigid type or flexible type.
  • the storage system 1 makes it possible to reduce the direct interaction with the elements of the subsea installation 100.
  • the use of an intermediate duct 60 coupled to a collector 260 makes it possible to go up to the surface for maintenance a pump 5 defective without having to disconnect the second conduit 6 of the installation 100.
  • a ferry 8 connected to the second conduit 6 on the one hand, and a third conduit 16 on the other hand, of smaller section, connecting the accumulation tank 8 to the installation 100.
  • a valve 9, for example a solenoid valve is placed on the third conduit 16.
  • the valve 9 being closed, the pump 5 is used initially to fill the accumulation tank 8.
  • This accumulation tank 8 is able to withstand a high external pressure, for example a pressure exceeding 100 thousand hPa. Then, the control of the flow of utility fluid 30 injected into the installation 100 is carried out by controlling the opening of the valve 9.
  • a first possibility is to raise the empty fluid storage tank 21-24 to the surface using a crane or other lifting device provided on a platform or a ship.
  • the attachment means 14 are arranged on the four corners of a removable module of the system 1 as shown in FIGS. Figures 2 and 3 .
  • Such a means for filling a fluid storage tank without reassembly can be advantageous when the storage tank in question is present in a single copy in the storage system 1. It can also have the advantage not to require a disconnection of the first conduits 7.
  • a third possibility is to deploy, from a supply ship, a supply umbilical connecting to the receptacle 211.
  • the supply of product is then carried out by directly transferring the product from the refueling vessel to the fluid storage tank 21-24 at least partially empty via the supply umbilical.
  • This method allows the transfer of large volumes of products.
  • the supply umbilical has either a line dedicated to each product, or a single line common to all products. In the latter case, this line can be emptied and cleaned between the refueling of each product.
  • the figure 4 represents an example of a fluid storage tank 20 containing a utility fluid 30.
  • the fluid storage tank 20 has an upper surface 202 having orifices 203. This upper surface 202 allows the marine medium 3 to enter the storage tank 20 to a movable partition 40.
  • the presence of such a surface perforated 202 secured to the fluid storage tank 20 allows in particular to facilitate handling by limiting the movement of the movable partition 40, and facilitates the installation of a sensor 204 for measuring the volume of utility fluid 30 present in the fluid storage bin 20.
  • the sensor 204 may advantageously be a sonar-type device, measuring the position of the moving partition 40 in the fluid storage tank 20, thus making it possible to deduce the volume of the remaining utility fluid 30.
  • the movable partition 40 advantageously has a height sufficient to ensure a translation without risk of inclination of the partition 40 in the storage bin 20. For example, a height of fifty centimeters meets this criterion.
  • the height of the movable partition 40 may be smaller. For example, when the storage bin has a cylindrical shape, the movable partition 40 is less likely to be arched by sliding in the tray. A height of less than forty centimeters for the movable partition 40 can then be provided.
  • the partition 40 comprises at least one guide system 41.
  • These guide systems 41 have a shape that matches that of the cross section of the fluid storage tank 20.
  • the guiding system 41 shown is a seal, in contact with the wall of the storage tank 20.
  • the guiding system 41 makes it possible to promote a rectilinear movement of the partition 40 in the storage bin 20.
  • the movable partition 40 comprises at least one seal 42, a material compatible with the nature of the utility fluid 30 stored in the tray 20. This seal can act as a guide system.
  • This seal 42 prevents the utility fluid 30 from mixing with the marine environment 3 despite the displacement of the partition 40. It thus seals the storage tank 20, and effectively separates the marine medium 3 from the commercial fluid 30 .
  • the fluid storage tank 20 comprises, in its lower part, an opening and a connecting element 70.
  • the connector 70 is intended to be connected to a duct 71.
  • the figure 5 schematically represents a front view of an exemplary embodiment of the fluid storage and injection system 1, including a module 11 including a rigid frame provided with attachment means 14 to a lifting device for lifting at least a portion of the system 1.
  • the system comprises two rows of fluid storage tanks 20, the latter being each provided with fastening means 201 between them and the frame of the storage system 1.
  • the module 11 of the figure 4 includes two removable storage bins.
  • the armature of the module 11 is configured to facilitate the insertion of the fluid storage tanks 20 on the storage system 1 and to ensure the stability of the storage bins 20 in the module 11.
  • the module 11 comprises on its armature the conduits 71, required for fluid transfers, connected to a distributor 710.
  • This distributor 710 makes it possible to switch between the injection of the utility fluid 30 from a refueling tank 270 through the receptacle 211, and the injection of the utility fluid 30 from a storage tank 20 to the installation 100.
  • the storage system 1 may include only one fluid storage bin 20 for a given type of utility fluid.
  • the armature 11 can also be an integral part of such a fluid storage tank 20.
  • the storage tanks can be maintained at the bottom of the water in the event of interruption of the exploitation of a deposit, to then be reused quickly during a resumption of operation.
  • the shape of the fluid storage tanks may not be cylindrical, in particular with a view to optimizing the storage of the bins, to optimize the use of space within a module 11 and to facilitate the installation of the bins. storage at the bottom of the water.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention se rapporte aux techniques de stockage et d'injection de fluides utilitaires dans des installations sous-marines.
    • ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
  • Ces techniques sont notamment utilisables pour injecter des produits chimiques, comme par exemple des désémulsifiants, des biocides, des inhibiteurs de corrosion, des inhibiteurs de formation d'hydrates, des inhibiteurs de dépôts ou encore des fluides hydrauliques de contrôle sur des sites offshore d'exploitation de gisements d'hydrocarbures.
  • Dans le cas d'une exploitation sous-marine d'un gisement d'hydrocarbures les produits chimiques sont transportés jusqu'aux têtes de puits et autres équipements sous-marins par des conduits ombilicaux depuis une plate-forme, un navire situé en surface ou bien une installation située à terre.
  • Du fait de la profondeur importante de certains gisements sous-marins, pouvant aller au-delà de 3000 mètres, et dans la mesure où ces installations comprennent parfois des sites satellites répartis sur une large surface, le transport des fluides utilitaires au moyen de conduits ombilicaux peut engendrer des coûts de fabrication et de maintien importants en raison des longueurs et sections des ombilicaux. En effet, un conduit ombilical comprend généralement à la fois un système de câblage pour l'alimentation électrique de l'installation sous-marine, des conduits d'acheminement de fluides hydrauliques de contrôle, des conduits d'acheminement de produits chimiques, et également des câbles de communication, contrôle et alimentation des appareils situés en eaux profondes.
  • Outre un coût de fabrication et de maintien important, de tels conduits ombilicaux sont soumis aux contraintes environnementales des fonds marins, par exemple des contraintes thermiques et des contraintes de pression, appelant une surveillance régulière.
  • Les conduits ombilicaux doivent en outre être raccordés à l'installation, et requièrent la présence d'une plate-forme ou d'un navire en surface pour assurer l'injection et la réception de fluides. Par ailleurs, le stockage, sur un navire, de produits chimiques tels le méthanol, les désémulsifiants, les biocides ou les produits empêchant la corrosion ou la formation de dépôts dans les conduits de l'installation, présente un risque environnemental non négligeable.
  • Il est donc recherché des alternatives aux conduits ombilicaux pour acheminer des fluides, notamment des produits chimiques, dans une installation sous-marine.
  • Des dispositifs et procédés d'extraction et stockage d'hydrocarbures à partir d'installations sous-marines ont été proposés. Par exemple, FR 2 776 274 A1 et DE 25 38 419 A1 proposent des bacs de stockage sous-marins comprenant un réservoir déformable en élastomère situé au fond de l'eau, relié à une installation sous-marine d'une part, et à un navire situé en surface à l'aide d'un ombilical d'autre part. Le document US 2012/0085276 A1 propose également un bac de stockage sous-marin à parois déformables situé au fond de l'eau. Ces documents ne proposent cependant aucune méthode permettant de se passer d'un conduit ombilical relié à la surface pour acheminer des fluides utilitaires vers l'installation sous-marine, et ne proposent aucune solution permettant un stockage sûr de ces fluides au fond de l'eau pendant une durée d'exploitation de plusieurs mois. Aucune méthode permettant l'injection sure et contrôlée de ces fluides n'est proposée.
  • Par conséquent, il est recherché un procédé permettant le stockage et l'injection efficaces et sûrs de fluides utilitaires, comme des produits chimiques, dans des installations sous-marines à partir de bacs situés au fond de l'eau.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Pour répondre aux problèmes exposés ci-avant, la présente invention propose un procédé d'injection de fluide dans une installation sous-marine ayant les caractéristiques de la revendication 1. Le procédé comprend:
    • descendre un système de stockage de fluide au fond de l'eau, le système de stockage de fluide comprenant au moins un bac de stockage à parois rigides contenant un fluide utilitaire; et
    • injecter une partie au moins du fluide utilitaire dans l'installation sous-marine ; et
    • remonter en surface au moins une partie du système de stockage de fluide, la partie comprenant le bac de stockage.
  • Ce procédé présente notamment l'avantage de ne pas nécessiter de conduit ombilical et de plate-forme ou navire en surface pour injecter un fluide utilitaire. Ce fluide utilitaire est stocké à proximité de l'installation dans un bac à parois rigides maintenu au fond de l'eau pendant toute la durée d'injection du fluide. Le procédé est particulièrement avantageux pour l'exploitation d'installations possédant de nombreux champs satellites, dans lesquels les longueurs de conduits ombilicaux nécessaires au raccord des différentes têtes de puits peuvent atteindre plusieurs dizaines de km, augmentant considérablement les coûts d'exploitation.
  • Le procédé permet également de maintenir un bac de stockage de fluide pendant une durée de plusieurs mois au fond de l'eau, le système de stockage de fluide comprenant des bacs à parois rigides, résistant mieux aux contraintes des fonds marins et aux contraintes de compatibilité chimique avec les fluides utilitaires que des bacs en élastomère.
  • L'invention peut également comprendre une pluralité de bacs de stockage de fluide contenant le même fluide utilitaire. L'utilisation d'au moins deux bacs de stockage contenant le même fluide utilitaire, à savoir un premier bac et un second bac, permet un fonctionnement en continu de l'installation. En effet, en n'injectant le fluide utilitaire que d'un seul bac de stockage de fluide à la fois, lorsque le fluide utilitaire du premier bac est épuisé, le bac supplémentaire peut constituer une réserve de fluide utilitaire assurant l'injection continue du fluide dans l'installation pendant que le premier bac est re-rempli.
  • La descente et la remontée du système de stockage peut avantageusement s'effectuer au moyen d'une grue ou tout autre dispositif de levage depuis une plate-forme ou un navire situé en surface.
  • L'expression « fluide utilitaire » peut désigner aussi bien un gaz qu'un liquide, par exemple des hydrocarbures ou bien un produit chimique tel qu'un désémulsifiant, un biocide, un inhibiteur de corrosion, un inhibiteur de formation d'hydrates, un inhibiteur de dépôts ou encore un fluide hydraulique de contrôle.
  • De manière avantageuse, le bac de stockage peut comprendre une cloison formant piston mobile séparant le fluide utilitaire du milieu marin, et l'injection du fluide utilitaire peut comprendre une translation de la cloison.
  • En ne maintenant qu'une simple cloison mobile entre le milieu marin et le fluide utilitaire, le procédé objet de l'invention peut présenter l'avantage de pouvoir être effectué dans une configuration hydrostatique. En effet, lorsque la cloison mobile est à l'arrêt, la pression dans la portion du bac contenant le fluide utilitaire peut être égale à la pression régnant dans le milieu marin. De cette manière, il est possible de fabriquer un bac de stockage de fluide comprenant des parois rigides plus légères, ne nécessitant pas une résistance à des différences de pression supérieures à quelques milliers de hPa.
  • Selon l'invention, le système de stockage comprend une pompe connectée au bac de stockage par un premier conduit et à ladite installation sous-marine par un second conduit, et l'injection du fluide utilitaire peut comprendre la mise en fonctionnement de la pompe.
  • L'utilisation d'une pompe pour provoquer le déplacement de la cloison mobile du bac de stockage peut permettre de s'affranchir d'un actionneur mécanique exerçant une pression sur la cloison mobile du bac de stockage de fluide. La pompe provoque le déplacement de la cloison mobile et la circulation du fluide utilitaire en créant une différence de pression entre le milieu marin et le fluide utilitaire.
  • L'usage d'une pompe permet de séparer du bac l'élément actionnant le déplacement du piston du bac de stockage de fluide. Notamment, il est possible de prévoir sur le système de stockage plusieurs modules indépendants reliés les uns aux autres. Ainsi, un module peut comprendre les pompes, tandis qu'un autre module peut comprendre les bacs de stockage de fluide. Les pompes possèdent une durée d'exploitation supérieure à celle du cycle d'utilisation des bacs de stockage de fluide. Elles peuvent rester au fond de l'eau pendant plus d'un an, tandis que les bacs de stockage de fluide sont avantageusement remontés à la surface lorsque tout le fluide utilitaire qu'ils contiennent a été épuisé, par exemple au bout de quelques mois.
  • L'utilisation de pompes appelle un affinement supplémentaire de la mise en oeuvre du procédé. Notamment, le système de stockage comprend un bac d'accumulation relié à la pompe et à l'installation sous-marine, et comprend au moins une vanne sur une portion de troisième conduit reliant le bac d'accumulation à l'installation sous-marine. L'injection du fluide utilitaire comprend:
    • remplir le bac d'accumulation avec un volume de fluide utilitaire; et
    • injecter une partie du volume dans l'installation sous-marine en ouvrant la vanne.
  • De cette manière, il est possible de contrôler plus finement la quantité de fluide utilitaire injectée dans l'installation sous-marine, notamment lorsque les quantités à injecter sont inférieures aux volumes injectés par l'actionnement des pompes. Dans ce mode de réalisation, le bac d'accumulation peut servir de réservoir intermédiaire, maintenu à une pression légèrement supérieure, typiquement supérieure de un millibar à une dizaine de bars, à la pression de l'installation sous-marine, et dont le contenu peut être injecté dans l'installation sous-marine à l'aide d'un contrôle précis de l'ouverture et de la fermeture d'une vanne.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'injection du fluide utilitaire peut se dérouler sur une durée comprise entre un mois et un an avant la remontée en surface de ladite partie du système de stockage.
  • Une durée supérieure à un mois présente un avantage considérable en termes de coûts d'entretien et de remplacement de bacs usagés. En effet, si le système de stockage de fluide et les bacs qu'il contient sont aptes à résister aux contraintes régnant au fond de l'eau, l'intervention d'une plate-forme ou d'un navire en surface pour remonter des bacs de stockage de fluide ou d'autres modules du système, peut s'effectuer avec une fréquence moindre.
  • L'injection de fluide utilitaire peut s'effectuer en continu à un rythme de quelques dizaines de litres par heure, pour des produits chimiques tels que par exemple des désémulsifiants, des inhibiteurs de corrosion, des inhibiteurs de formation d'hydrates, des inhibiteurs de dépôts. Par contre, certains autres produits peuvent ne pas être injectés en continu, comme les biocides qui peuvent être injectés de façon sporadique à raison, par exemple, d'environ deux cent litres par heure, cinq heures par semaine.
  • Avantageusement, un système de mesure du fluide utilitaire contenu dans le bac de stockage peut être inclus.
  • De cette manière, il est possible de connaître le volume de fluide utilitaire présent dans le bac de stockage de fluide ce qui permet d'anticiper un remplacement ou un remplissage de ce dernier. Il est ainsi également possible d'assurer un contrôle de la quantité de fluide utilitaire injectée dans l'installation sous-marine.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de stockage de fluide peut comprendre au moins un conduit de ravitaillement du bac de stockage, et le procédé peut comprendre en outre:
    • descendre un bac de ravitaillement contenant du fluide utilitaire au niveau du conduit de ravitaillement, et
    • remplir le bac de stockage avec le fluide utilitaire du bac de ravitaillement, et
    • remonter en surface le bac de ravitaillement.
  • De cette manière, il peut ne plus être nécessaire de remonter les bacs de stockage de fluide à la surface. L'utilisation d'un bac de ravitaillement permet d'alléger la structure à manipuler depuis une plate-forme ou un navire pour remplir le bac de stockage de fluide.
  • Selon un mode de réalisation, le système de stockage de fluide peut comprendre au moins un ombilical de ravitaillement connecté au bac de stockage d'une part, et à un réservoir de fluide utilitaire en surface d'autre part, l'ombilical de ravitaillement effectuant un remplissage du bac de stockage.
  • Ce mode de réalisation permet de maintenir un contrôle permanent sur la quantité de fluide utilitaire contenue dans le bac de stockage. Un remplissage du bac de stockage depuis la surface permet de maintenir ce dernier plus longtemps au fond de l'eau, et de ne le remonter en surface que pour des opérations de maintenance.
    • DESCRIPTIF DES FIGURES
  • Le procédé objet de l'invention, sera mieux compris à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisations présentés à titre illustratif, aucunement limitatifs, et à l'observation des dessins ci-après sur lesquels :
    • la figure 1 est une représentation en perspective schématique d'un système de stockage en sous-marin à proximité d'un puits de production d'hydrocarbures en eau profonde; et
    • la figure 2 est une représentation schématique en vue de dessus d'un système de stockage et injection de fluide selon un mode de réalisation; et
    • la figure 3 est une représentation schématique en vue de dessus d'un module comprenant un bac de stockage et injection de fluide; et
    • la figure 4 est une représentation schématique en coupe d'un bac de stockage et injection de fluide; et
    • la figure 5 est une représentation schématique en vue de face d'une portion d'un système de stockage et injection de fluide selon un mode de réalisation.
  • Pour des raisons de clarté, les dimensions des différents éléments représentés sur ces figures ne sont pas nécessairement en proportion avec leurs dimensions réelles. Sur les figures, des références identiques correspondent à des éléments identiques.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE
  • Suivant l'invention, un procédé d'injection de fluide dans une installation sous-marine comprend une première étape, consistant à descendre un système de stockage et d'injection de fluide au fond de l'eau. L'objectif du procédé étant d'injecter un fluide utilitaire, le système de stockage et d'injection comprend au moins un bac de stockage rempli, initialement, d'un fluide utilitaire. Ce bac de stockage de fluide est relié par l'intermédiaire d'un conduit à une installation. Typiquement, cette installation consiste en une tête de puits d'exploitation d'hydrocarbures. Toutefois d'autres installations peuvent bénéficier de l'invention présentée ici.
  • Une fois le système descendu et installé au fond de l'eau, une phase d'exploitation peut avoir lieu, au cours de laquelle le fluide utilitaire contenu dans le bac de stockage est injecté, de manière continue ou intermittente, dans l'installation. Différents moyens peuvent être mis en oeuvre pour injecter le fluide utilitaire. Il peut notamment être envisagé d'utiliser une pompe, reliant le bac de stockage de fluide à l'installation.
  • La figure 1 représente un exemple de système de stockage en sous-marin à proximité d'un puits de production d'hydrocarbures en eau profonde. Une tête de puits 100 située au fond de l'eau est alimentée par des conduits 6 en fluide utilitaire issus d'un système de stockage et injection de fluides 1. Ce système de stockage et injection de fluides 1 se compose entre autres de bacs de stockage 21. Les hydrocarbures extraits peuvent typiquement être acheminés en surface depuis la tête de puits 100 par un conduit 106.
  • Une fois que l'injection du fluide utilitaire a été réalisée, que l'injection n'est plus nécessaire ou bien lorsque le bac de stockage de fluide a été vidé de son contenu, une étape finale consiste à remonter en surface le système de stockage ou une partie de celui-ci comprenant au moins le bac de stockage de fluide.
  • Il va à présent être décrit plus en détail les différents éléments participant à la mise en oeuvre de ce procédé d'injection de fluide utilitaire.
  • Dans un mode de réalisation particulier de l'invention représenté sur la figure 2, le système de stockage et injection de fluides 1 comprend plusieurs modules 11. Dans cet exemple, on distingue huit modules 11 comprenant chacun un bac de stockage de fluide 21-24, et quatre modules comprenant chacun deux pompes 5.
  • L'agencement de ces différents modules 11 peut différer de celui représenté sur la figure 2, notamment en vue de rapprocher les pompes 5 des bacs de stockage de fluide 21-24, ou pour s'adapter à la configuration du fond marin à proximité de l'installation 100. Il se peut également qu'un module 11 ne contienne qu'une seule pompe 5.
  • Un exemple de module 11 est représenté à la figure 3, représentant un bac de stockage 21 muni d'un élément de raccord 70 à un conduit. Le module 11 comprend des moyens d'accroche 14 à un dispositif de levage. Ces moyens d'accroche 14 peuvent par exemple se présenter sous la forme d'ouvertures réalisées dans une armature métallique, destinées à recevoir un crochet, un mousqueton ou tout autre système d'accroche, par exemple au câble d'une grue ou à un treuil.
  • De manière avantageuse, le système de stockage et injection 1 comprend au moins deux bacs de stockage de fluide pour un même type de fluide utilitaire 30, de manière à pouvoir remplacer un bac de stockage vide sans avoir à interrompre l'injection dudit fluide dans l'installation 100.
  • Des premiers conduits 7 reliant les bacs de stockage de fluide 21-24 aux pompes 5 sont prévus. La connexion de ces premiers conduits 7 s'effectue par des techniques bien connues, et peut par exemple faire intervenir un robot télécommandé.
  • Des seconds conduits 6 sont prévus pour relier les pompes 5 à l'installation sous-marine 100. Les longueurs des premiers 7 et seconds 6 conduits sont réduites de manière à réduire les risques d'endommagement de ces conduits 6, 7. Ces conduits 6 et 7 peuvent être soit de type rigide, soit de type flexible.
  • Comme représenté sur la figure 2, un module 11 contenant deux pompes 5 comprend un collecteur 260 prévu sur une armature du système de stockage 1. Le second conduit 6 s'étend depuis le collecteur 260 jusqu'à l'installation sous-marine 100. Le raccord entre la pompe 5 et le collecteur 260 s'effectue au moyen d'un conduit intermédiaire 60. Ce conduit intermédiaire 60 peut être soit de type rigide, soit de type flexible.
  • De cette manière, le système de stockage 1 permet de réduire l'interaction directe avec les éléments de l'installation sous-marine 100. L'utilisation d'un conduit intermédiaire 60 couplé à un collecteur 260 permet de remonter en surface pour maintenance une pompe 5 défectueuse sans avoir à déconnecter le second conduit 6 de l'installation 100. Comme représenté sur la figure 2, il est prévu un bac d'accumulation 8, relié au second conduit 6 d'une part, et à un troisième conduit 16 d'autre part, de section plus petite, reliant le bac d'accumulation 8 à l'installation 100. Une vanne 9, par exemple une électrovanne, est placée sur le troisième conduit 16.
  • De cette manière, la vanne 9 étant fermée, la pompe 5 est utilisée dans un premier temps pour remplir le bac d'accumulation 8. Ce bac d'accumulation 8 est apte à résister à une pression extérieure élevée, par exemple une pression dépassant cent mille hPa. Ensuite, le contrôle du débit de fluide utilitaire 30 injecté dans l'installation 100 s'effectue en contrôlant l'ouverture de la vanne 9.
  • L'injection du fluide utilitaire 30 s'effectue d'ordinaire par actionnement d'une pompe 5, créant alors une dépression dans le fluide utilitaire 30 du bac de stockage de fluide 21-24 auquel la pompe 5 est reliée. Cependant, le débit de fluide utilitaire 30 injecté est difficilement contrôlable et dépend essentiellement de la puissance et du mode de fonctionnement de la pompe 5. Pour des applications nécessitant une plus grande finesse dans le contrôle du débit de fluide utilitaire 30 injecté, l'ajout du bac d'accumulation 8 décrit plus haut autorise l'injection de fluide utilitaire 30 avec un faible débit.
  • Lorsque le niveau de fluide utilitaire 30 contenu dans un bac de stockage de fluide 21-24 atteint un niveau critique ou lorsque le fluide est épuisé, trois options sont envisagées pour remplacer le fluide utilitaire manquant dans le bac de stockage en question.
  • Une première possibilité consiste à remonter le bac de stockage de fluide 21-24 vide à la surface à l'aide d'une grue ou de tout autre dispositif de levage prévu sur une plate-forme ou un navire. Pour ce faire, les moyens d'accroche 14 sont disposés sur les quatre coins d'un module amovible du système 1 comme représenté sur les figures 2 et 3.
  • De cette manière, il est possible d'assurer une stabilité du système de stockage et injection 1 lors de la manipulation par le dispositif de levage.
  • Une seconde possibilité consiste à utiliser un bac de ravitaillement 270 descendu par un dispositif de levage tel que, par exemple, une grue depuis une plate-forme ou un navire. Pour les petits volumes, ce bac de ravitaillement 270 peut également être fixé à un robot télécommandé. Ce bac de ravitaillement 270, peut contenir un volume de fluide utilitaire inférieur à celui d'un bac de stockage de fluide 21-24, et peut servir à remplir au moins partiellement un bac de stockage vide. Comme représenté sur la figure 2, le bac de ravitaillement comprend avantageusement un système d'accroche 271 à un réceptacle 211 prévu sur le système de stockage 1. Le système d'accroche 271 s'emboite avantageusement dans le réceptacle 211, et des conduits, non représentés, permettent de transvaser le contenu du bac de ravitaillement 270 au bac de stockage de fluide 21-24. Il est possible de prévoir un réceptacle 211 sur chaque module comprenant un bac de stockage de fluide 21-24.
  • Un tel moyen pour remplir un bac de stockage de fluide sans le remonter peut s'avérer avantageux lorsque le bac de stockage en question n'est présent qu'en un seul exemplaire dans le système de stockage 1. Il peut également présenter l'avantage de ne pas nécessiter une déconnexion des premiers conduits 7.
  • Une troisième possibilité consiste à déployer, depuis un navire de ravitaillement, un ombilical de ravitaillement se connectant au réceptacle 211. Le ravitaillement en produit est alors réalisé en transférant directement le produit depuis le navire de ravitaillement vers le bac de stockage de fluide 21-24 au moins partiellement vide via l'ombilical de ravitaillement. Cette méthode permet le transfert de larges volumes de produits. L'ombilical de ravitaillement possède soit une ligne dédiée à chaque produit, soit une seule ligne commune à tous les produits. Dans ce dernier cas, cette ligne peut être vidangée et nettoyée entre le ravitaillement de chaque produit.
  • La figure 4 représente un exemple de bac de stockage de fluide 20 contenant un fluide utilitaire 30. Différentes formes sont envisageables pour le bac de stockage 20, une forme cylindrique étant particulièrement avantageuse. Tel que représenté sur la figure 4, le bac de stockage de fluide 20 possède une surface supérieure 202 présentant des orifices 203.Cette surface supérieure 202 permet au milieu marin 3 de pénétrer dans le bac de stockage 20 jusqu'à une cloison mobile 40. La présence d'une telle surface perforée 202 solidaire du bac de stockage de fluide 20 permet notamment de faciliter sa manipulation en bornant le mouvement de la cloison mobile 40, et facilite l'installation d'un capteur 204 destiné à mesurer le volume de fluide utilitaire 30 présent dans le bac de stockage de fluide 20.
  • Le capteur 204 peut avantageusement être un dispositif de type sonar, mesurant la position de la cloison mobile 40 dans le bac de stockage de fluide 20, permettant ainsi d'en déduire le volume de fluide utilitaire 30 restant.
  • Par ailleurs, la surface 202 comprend des moyens de fixation 201 à une armature du système de stockage et injection 1. Ces moyens peuvent par exemple être des ouvertures ou des encoches prévues pour s'emboîter sur des éléments de forme complémentaire sur le système de stockage 1.
  • La cloison mobile 40 possède avantageusement une hauteur suffisante pour garantir une translation sans risque d'inclinaison de la cloison 40 dans le bac de stockage 20. À titre d'exemple, une hauteur de cinquante centimètres répond à ce critère. La hauteur de la cloison mobile 40 peut être plus petite. Par exemple, lorsque le bac de stockage possède une forme cylindrique, la cloison mobile 40 présente moins de risque de subir un arcboutement en coulissant dans le bac. Une hauteur de moins de quarante centimètres pour la cloison mobile 40 peut alors être prévue.
  • La cloison 40 comprend au moins un système de guidage 41. Ces systèmes de guidage 41 ont une forme qui épouse celle de la section transversale du bac de stockage de fluide 20. Sur la figure 4, le système de guidage 41 représenté est un joint, en contact avec la paroi du bac de stockage 20.
  • Le système de guidage 41 permet de favoriser un déplacement rectiligne de la cloison 40 dans le bac de stockage 20.
  • La cloison mobile 40 comprend au moins un joint d'étanchéité 42, en un matériau compatible avec la nature du fluide utilitaire 30 stocké dans le bac 20. Ce joint d'étanchéité peut jouer le rôle de système de guidage.
  • Ce joint d'étanchéité 42 empêche le fluide utilitaire 30 de se mélanger avec le milieu marin 3 malgré le déplacement de la cloison 40. Il assure ainsi l'étanchéité du bac de stockage 20, et sépare efficacement le milieu marin 3 du fluide utilitaire 30.
  • Le bac de stockage de fluide 20 représenté sur la figure 4 fonctionne dans une configuration quasi-hydrostatique, c'est-à-dire que la pression dans le fluide utilitaire 30 est égale ou bien voisine de celle du milieu marin 3. La différence de pression entre les deux milieux ne dépasse pas, par exemple, le millier d'hPa.
  • Comme représenté sur la figure 4, le bac de stockage de fluide 20 comprend, dans sa partie inférieure, une ouverture et un élément de raccord 70. Tel que représenté sur la figure 5, le raccord 70 est destiné à être connecté à un conduit 71. En plaçant une telle ouverture dans la partie inférieure du bac de stockage de fluide 20, le fluide utilitaire 30 peut s'échapper du bac de stockage 20 par l'élément de raccord 70 jusqu'à ce que la cloison mobile 40 arrive en butée contre la surface inférieure du bac de stockage de fluide 20.
  • La figure 5 représente schématiquement en vue de face un exemple de réalisation du système de stockage et d'injection de fluide 1, comprenant notamment un module 11 comportant une armature rigide munie de moyens d'attache 14 à un dispositif de levage permettant de soulever au moins une partie du système 1. Sur cette représentation schématique, le système comporte deux rangées de bacs de stockage de fluide 20, ces derniers étant munis chacun de moyens de fixation 201 entre eux et à l'armature du système de stockage 1. Le module 11 de la figure 4 comprend deux bacs de stockage 20 amovibles.
  • L'armature du module 11 est configurée pour faciliter l'insertion des bacs de stockage de fluide 20 sur le système de stockage 1 et assurer la stabilité des bacs de stockage 20 dans le module 11.
  • Le module 11 comprend sur son armature les conduits 71, requis pour les transferts de fluide, reliés à un répartiteur 710.
  • Ce répartiteur 710 permet de basculer entre l'injection du fluide utilitaire 30 depuis un bac de ravitaillement 270 par le réceptacle 211, et l'injection du fluide utilitaire 30 depuis un bac de stockage 20 vers l'installation 100.
  • L'invention ne se limite pas aux modes de réalisations présentés ci-avant à titre d'exemple et peut comprendre d'autres modes de réalisation équivalents.
  • Par exemple, le système de stockage 1 peut ne comprendre qu'un seul bac de stockage de fluide 20 pour un type de fluide utilitaire 30 donné. L'armature 11 peut aussi faire partie intégrante d'un tel bac de stockage de fluide 20. Les bacs de stockage peuvent être maintenus au fond de l'eau en cas d'interruption de l'exploitation d'un gisement, pour ensuite être réutilisés rapidement lors d'une reprise de l'exploitation.
  • La forme des bacs de stockage de fluide peut ne pas être cylindrique, notamment en vue d'optimiser le stockage des bacs, d'optimiser l'utilisation de l'espace au sein d'un module 11 et faciliter l'installation des bacs de stockage au fond de l'eau.
  • Les systèmes de guidage et d'étanchéité décrits ci-avant peuvent se présenter sous d'autres formes que des joints. D'autres moyens peuvent permettre d'assurer les fonctions de guider la cloison mobile coulissant dans le bac de stockage et maintenir une étanchéité entre le fluide utilitaire du bac de stockage et le milieu marin. Par exemple un anneau métallique de diamètre légèrement inférieur au diamètre du bac peut être prévu. Plusieurs roulettes ou patins, par exemple trois ou quatre roulettes, répartis le long du bord du piston peuvent également remplir ces fonctions.

Claims (6)

  1. Procédé d'injection de fluide dans une installation sous-marine (100), le procédé comprenant:
    - descendre un système de stockage (1) de fluide au fond de l'eau, le système de stockage de fluide comprenant au moins un bac de stockage (20-24) à parois rigides contenant un fluide utilitaire (30), le système de stockage (1) comprenant une pompe (5) connectée au bac de stockage (20-24) par un premier conduit (7) et à ladite installation sous-marine (100) par un second conduit (6), le système de stockage (1) comprenant en outre un bac d'accumulation (8) relié à la pompe (5) et à l'installation sous-marine (100), et comprenant au moins une vanne (9) sur une portion de troisième conduit (16) reliant le bac d'accumulation à l'installation sous-marine;
    - remplir le bac d'accumulation (8), la vanne (9) étant fermée, avec un volume de fluide utilitaire (30) en mettant en fonctionnement la pompe (5); et
    - injecter une partie dudit volume dans l'installation sous-marine (100) en ouvrant ladite vanne (9); et
    - remonter en surface au moins une partie du système de stockage de fluide, ladite partie comprenant le bac de stockage.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le bac de stockage (20-24) comprend une cloison (40) formant piston mobile séparant le fluide utilitaire (30) du milieu marin (3), et dans lequel l'injection du fluide utilitaire comprend une translation de ladite cloison (40).
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'injection du fluide utilitaire se déroule sur une durée comprise entre un mois et un an avant remontée en surface de ladite partie du système de stockage.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection du fluide utilitaire comprend :
    - mesurer un volume de fluide utilitaire (30) contenu dans le bac de stockage (20-24).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de stockage de fluide (1) comprend au moins un conduit de ravitaillement du bac de stockage (20-24), le procédé comprenant en outre:
    - descendre un bac de ravitaillement (270) contenant du fluide utilitaire (30) au niveau du conduit de ravitaillement;
    - remplir le bac de stockage (20-24) avec le fluide utilitaire du bac de ravitaillement; et
    - remonter en surface le bac de ravitaillement.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de stockage de fluide (1) comprend au moins un ombilical de ravitaillement connecté au bac de stockage (20-24) d'une part, et à un réservoir de fluide utilitaire en surface d'autre part, le procédé comprenant :
    - remplir le bac de stockage au moyen de l'ombilical de ravitaillement.
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