EP3140494B1 - Tronçon de colonne montante équipée d'une bague de verrouillage disposée entre le tube principal et le tube auxiliaire - Google Patents

Tronçon de colonne montante équipée d'une bague de verrouillage disposée entre le tube principal et le tube auxiliaire Download PDF

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EP3140494B1
EP3140494B1 EP15717858.3A EP15717858A EP3140494B1 EP 3140494 B1 EP3140494 B1 EP 3140494B1 EP 15717858 A EP15717858 A EP 15717858A EP 3140494 B1 EP3140494 B1 EP 3140494B1
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EP
European Patent Office
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studs
section
series
male
ring
Prior art date
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EP15717858.3A
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English (en)
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EP3140494A1 (fr
Inventor
Emmanuel Persent
Navid SAEEDI
Gerard Papon
Eleonore Roguet
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • E21B17/085—Riser connections
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    • E21B17/01—Risers
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    • E21B17/085—Riser connections
    • E21B17/0853—Connections between sections of riser provided with auxiliary lines, e.g. kill and choke lines
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    • 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
    • E21B17/18—Pipes provided with plural fluid passages

Definitions

  • the present invention relates to the field of drilling and oil exploitation of deposit in very deep sea. It concerns a riser section.
  • a riser (or “riser”) is formed by a set of tubular elements of length between 15 and 27 m (50 and 90 feet), assembled by connectors.
  • the tubular elements generally consist of a main tube provided with connectors at each end.
  • Tubular auxiliary pipes also called peripheral pipes commonly called “kill line”, “choke line”, “booster line” and “hydraulic line” allowing the circulation of technical fluids are provided parallel to the main tube.
  • the tubular elements are assembled on the drilling site, from a floating support. The column descends into the water portion as the assembly of the tubular elements, until reaching the wellhead located on the seabed.
  • the need to reduce the assembly time of the risers is all the more critical as the water depth, and therefore the length of the column, are important.
  • the document FR 2526517 describes a riser connector, with an external locking ring.
  • the document WO 2011/104629 describes a riser connector, with a locking ring at the periphery of the flanges.
  • the documents FR 2925105 , FR 2956693 and FR 2956694 describe various solutions including proposing to involve the auxiliary pipes, together with the main tube, the recovery of the longitudinal forces applied to the riser.
  • the attachment of the auxiliary lines relative to the main tube causes tensile forces in the auxiliary lines.
  • the thicknesses of the auxiliary lines are large, which generates an increase in the mass, the size of the floats and consequently the cost of the riser.
  • the connectors proposed in these patents are not not completely removable which makes it difficult to inspect and maintain the riser.
  • the first and second series of tenons comprise two rows of tenons
  • the third and fourth series of tenons comprise a row of tenons.
  • each series of tenons is composed of at least two rows of at least four tenons.
  • a sleeve is fixed inside said male connector element, said sleeve being able to cooperate with the female connector element to form a tight connection.
  • said riser section comprises a locking ring cooperating with the peripheral surfaces of said flanges to assemble said flanges.
  • the inner face of said locking ring is provided with a first set of tenons and the peripheral surface of the flange of said female connector element comprises a second set of tenons.
  • the inner face of said locking ring is provided with a third series of tenons and the peripheral surface of the flange of said male connector element comprises a fourth series of tenons adapted to cooperate with said third series of tenons.
  • said auxiliary tube member is a steel tube shrunk by reinforcing threads, such as glass, carbon, or aramid fibers embedded in a polymer matrix.
  • said auxiliary tube element is integral with the two flanges of said male and female connector elements.
  • said auxiliary tube element is integral with a flange of said male and female connector elements and is connected by a sliding pivot connection with the other flange of said male and female connector elements, said sliding pivot connection allowing a relative translational movement between said main tube member and said auxiliary tube member to a limited distance by game adjustment means placed on said auxiliary tube member.
  • said game adjustment means is formed by a nut or a threaded piece.
  • said auxiliary tube element is extended on the one hand by a female end and on the other hand by a male end equipped with a nut.
  • said auxiliary tube element is extended on the one hand by a female end and on the other by a receptacle, in which is inserted a male pin equipped with a stop.
  • said auxiliary tube element is extended on the one hand by a receptacle, in which is inserted a female pin, and on the other hand by a receptacle, in which is screwed a male threaded pin, said male threaded pin comprising a shoulder.
  • said distance is limited by said clearance adjustment means is from 0 to 31.75 mm, preferably from 2.54 mm to 25.4 mm.
  • the invention relates to a riser comprising at least two riser sections according to the invention, for which the connection between two consecutive sections is carried out by means of said male and female connector elements and said locking ring.
  • said distance of the relative translation movement of said sliding pivot connection is set so as to be positive when connecting at least two sections of said riser, and to be zero when using said riser.
  • the invention also relates to the use of a riser according to the invention for carrying out a well drilling operation at sea.
  • the figure 1 schematically a riser 1 installed at sea.
  • the riser 1 extends the well P and extends from the wellhead 2 to a floating support 3, for example a platform or a boat.
  • the wellhead 2 is provided with shutter commonly called “BOP” or “Blow Out Preventer”.
  • the riser 1 is constituted by the assembly of several sections 4 assembled end to end by connectors 5. Each section is composed of a main tube element 6 provided with at least one auxiliary pipe element 7, also called pipe peripheral.
  • the auxiliary lines called “kill line” or “choke line” are used to ensure the safety of the well during the course of the procedures for controlling the inflow of fluids under pressure in the well.
  • the "choke” line is a safety line that carries fluids (oil, water, gas) from the well during an approach and directs them to the choke manifold and the torch.
  • the line “kill” is a safety line that allows to inject into the well heavy fluids and cements to stop an otherwise uncontrollable eruption.
  • the auxiliary line called “booster line” allows to inject mud into the well in order to increase its speed of ascent and to avoid the sedimentation of the cuttings; it is also used to replace the sludge contained in the riser with water before disconnecting.
  • the pipe called “hydraulic line” allows to control the shutter of the wellhead.
  • the hydraulic lines are used to supply the safety devices of the BOPs (valves and accumulators) with hydraulic fluid (distilled water charged with glycol) under pressure.
  • the figure 2 schematically represents a section 4 of the riser according to one embodiment of the invention.
  • the section 4 comprises a main tube element 6 whose axis is the axis of the riser.
  • the auxiliary tubes 7 constitute lines or auxiliary lines arranged parallel to the axis of the main tube.
  • the auxiliary tube elements 7 have lengths substantially equal to the length of the main tube element 6, generally between 10 and 30 meters.
  • a connector 5 shown on the figure 1 consists of two designated elements, with reference to the figure 2 by the female connector element 8 and the male connector element 9.
  • the connector elements 8 and 9 are mounted at the ends of the main tube element 6.
  • the female connector element 8 is secured to the tube 6, for example to the by means of welding, screwing, crimping or wedging.
  • the male connector element 9 is integral with the tube 6, for example by means of welding, screwing, crimping or a wedge connection.
  • the assembly of the male connector element 9 with a female connector element 8 of another section forms the connector 5 which transmits forces of a riser section to the next section, in particular the longitudinal forces to which the riser is subjected. .
  • the connector 5 can be designed and dimensioned to meet the specifications mentioned by the API 16 R and API 2RD standards published by the American Petroleum Institute.
  • the figure 3 represents a male connector element 9 which is fitted into a female connector element 8. A portion of the male connector element 9 enters the female connector element 8. This engagement is limited by an axial abutment: the end of the element male connector 9 abuts against the axial shoulder formed on the inner surface of the female connector element 8: the axial shoulder formed on the outer surface of the male connector element 9 abuts against the axial shoulder formed on the inner surface of the female connector element 8.
  • the male connector element 9 may comprise a sleeve 10 fixed in the male connector element.
  • the sleeve 10 has a role of centering and sealing male connector elements 9 and female 8.
  • the attachment of the sleeve 10 can be performed by welding, threading, gluing, hooping or any other similar means.
  • non-illustrated alternative embodiments may be envisaged, such as an extension of the main tube element 6 at the male connector element.
  • the connector 5 comprises a locking ring 11 which is mounted on the male connector element 9 and which is positioned between the main tube element 6 and the auxiliary tube element 7: the locking ring 11 is positioned on the outer surface male and female connector elements 8 and 8, and the auxiliary tube element 7 is located outside the locking ring 11.
  • the distance between the axis of the auxiliary tube element 7 and the axis of the main tube 6 is greater than the sum of the outer radius of the locking ring 11 and the radius of the auxiliary pipe element 7.
  • the ring 11 has a diameter smaller than the peripheral diameter (the largest diameter) of the 9 and female connector elements 8.
  • the locking and unlocking of the connector 5 are made by rotation of the ring 11 ( locking bayonet type).
  • the ring 11 may be provided with an operating means, for example a maneuvering bar which can be dismountable. The operating bar makes it possible to rotate the ring 11.
  • the longitudinal forces that is to say which are directed along the axis of the main tube, are transmitted from one section 4 to the adjacent section 4 via the bayonet type connection between the ring 11 and the female connector element 8. More precisely, the longitudinal forces are transmitted from the studs 12 of the ring 11 to the tenons of the female connector element 8.
  • the locking ring 11 is mounted on the male connector element 9.
  • the locking ring 11 comprises on its inner face another series of pins 16 cooperating with a series of tenons located on the outer face of the male connector element 9.
  • the locking ring 11 is fixed to the connector element male, when riser sections are connected.
  • the ring 11 is secured to the male connector element 9 by means of pins (not shown in FIG. figure 3 ).
  • this embodiment of the locking ring 11 allows for a completely removable connector to facilitate the inspection and maintenance of the connector.
  • This embodiment also makes it possible to produce a ring 11 and male connector elements 9 and 8 female quasi-symmetrical, which facilitates their manufacture.
  • the ring 11 is mounted on the outer surface of the male connector element 9. It is held by means of the series of tenons of the ring and the male and female connector elements 9 and 8. Thus, the axial forces pass from the element male connector 9 to the female connector element 8 via the teeth without passing through the sleeve 10.
  • the locking ring 11 is formed in one piece, in order to simplify its assembly and for better mechanical strength.
  • the female connector element 8 and the ring 11 respectively comprise a series of tenons consisting of two rings (or rows) of tenons or lugs, to ensure the axial locking of the connector 5.
  • the tenons preferably extend in directions radials.
  • each ring (row) of tenons comprises at least four tenons.
  • the female connector element 8 comprises a first ring 8A of four tenons and a second ring 8B of four tenons.
  • the ring 11 also comprises a first ring 12A of four tenons and a second ring 12B of four tenons.
  • the figure 4 represents only the lower part of the ring 11, that is to say only the part connected to the female connector element 8.
  • the tenons are angularly offset from one crown to the other and inscribed in cylindrical surfaces of different radii.
  • the first and second rings of the ring 11 are respectively inscribed in cylindrical surfaces of radius r and R (with r ⁇ R).
  • the first and second rings of the female connector element 8 are respectively inscribed in cylindrical surfaces of radius r 'and R' (with r ' ⁇ R').
  • the radius r is slightly greater than the radius R 'so that the tenons of the second ring of the female connector element 8 can slide and rotate freely inside the cylinder formed by the inner surface of the tenons of the first ring of the ring 11.
  • the tenons 12A of the first ring of the ring 11 cooperate with the tenons 8A of the first ring of the female connector element 8 to form a bayonet assembly.
  • the tenons 12B of the second ring of the ring 11 cooperate with the tenons 8B of the second ring of the female connector element 8.
  • the ring 11 is pivoted so that the tenons of the ring 11 are positioned facing the tenons of the female connector element.
  • the tenons 12A of the first ring of the ring 11 are positioned facing the tenons of the first ring of the connector element female 8 and the tenons 12B of the second ring of the ring 11 are positioned opposite the tenons 8B of the second ring of the female connector element 8.
  • the tenons of the ring 11 are in axial abutments with respect to the tenons of the female connector element 8 and translationally block the female connector element 8 relative to the male connector element 9.
  • Each of the two bayonet assembly systems can provide between the tenons of the female element 8 and the tenons of the ring 11 contact over a total angular range that can reach 175 °.
  • the two assembly systems being angularly offset around the axis of the connector, the connector according to the invention allows to distribute the axial loads about 350 ° around the axis.
  • the ring 11 and the female connector element 8 may each comprise only one crown: the tenons of the single ring of the ring 11 cooperate with the tenons of the single ring of the female connector element 8.
  • the number of tenons per ring may vary, in particular depending on the diameters of the inner tube and the forces to be transmitted by the connector.
  • the figure 5 represents a ring 11 according to this embodiment.
  • the locking ring 11 comprises a series of tenons 12 adapted to cooperate with a female connector element 8 to form a bayonet assembly and a series of tenons 16 adapted to cooperate with a male connector element 9 to form a bayonet assembly.
  • Each set of tenons is composed of two crowns with four tenons.
  • the series of tenons 12 comprises a first ring 12A and a second ring 12B cooperating with two rings of the female connector element 8.
  • the series of pins 16 comprises a first ring 16A of tenons and a second ring 16B of tenons.
  • the series of tenons 16 is similar to the series of tenons 12, and the connection of the series of tenons 16 within the male connector element 9 is identical to the connection of the series of tenons 12 within the female connector element 8.
  • the locking ring 11 is substantially symmetrical. Thanks to this assembly, the axial forces pass from the male connector element 9 to the female connector element 8 via the teeth without passing through the sleeve 10.
  • the male connector element 9 comprises a sleeve 10
  • the male connector element 9 can be symmetrical to the female connector element 8.
  • connection ring 11 With respect to the male connector element 9, there can be provided pins supporting the weight of the ring when the connection is unlocked.
  • a locking system makes it possible to lock the ring 11 in rotation.
  • the bayonet assembly on the side of the male connector element comprises a separate angular connection range of the angular connection range on the side of the female connector element, so that the two connections are not simultaneous.
  • at least one tenon, preferably all tenons, third and fourth sets of tenons protrudes over an angular range distinct from the angular range of the tenons of the first and second series of tenons.
  • the angular range of connection of the male element is different from the angular range of connection of the female element. It is then possible to get rid of the mounting pins, because when connecting the female connector element, the pins of the male connector elements remain in contact to ensure the locking side female connector.
  • the bayonet assembly on the side of the male connector element comprises a distinct number of pins of the bayonet assembly on the side of the connector. female connector element.
  • the stops may be provided to limit the rotations of the ring.
  • the stops may be made by a block integral with the locking ring and disposed on the outer surface of the locking ring, and parts protruding from the male flange, against which the block of the ring can come to bear.
  • Three protruding parts can be made: a first serving as locking stop, a second serving as unlocking stop of the female element, and a third serving as unlocking stop of the male element (after removing the second stop) .
  • the first and second series of tenons comprise at least one row of four tenons and the third and fourth series of tenons (male connector element side) comprise at least one row of three tenons.
  • the four pins of the connection with the female connector element extend over an angular range of about 45 ° and the three pins of the connection with the male connector element extend over an angular range of about 60 °.
  • the figure 12 represents the inner circumference of a locking ring for such a configuration, with a first series of tenons 12, composed of two rows of four tenons having an angular range of 45 °, and the third series of tenons 16 consisting of two series three studs with an angular range of 60 °.
  • the locking on both sides is done on 360 °.
  • the ring rests on the male connector element by three sectors of 15 °. Turning the ring a quarter of a turn (45 °) will match all the rows of tenons (male connector element side and female connector element side).
  • the series of tenons can all (male connector side and female connector side) comprise the same number of rows of pins, preferably two or more.
  • the series of tenons on the side of the male connector may comprise a number of distinct rows, preferably less than the number of rows of pins on the female connector side.
  • the first and second series of tenons comprise two rows of tenons and the third and fourth series of tenons (male connector element side) comprise a single row of tenons.
  • the auxiliary pipe element 7 is integrally connected at each of its ends to the main pipe 6.
  • the riser section 4 comprises at each at its ends fixing means, which make it possible to axially link an auxiliary pipe element 7 to the main pipe 6.
  • the fastening means make it possible to transmit longitudinal forces from the main pipe 6 to the auxiliary pipe elements 7
  • these fixing means make it possible to distribute the tensioning forces applying to each of the sections of the riser between the main tube 6 and the auxiliary pipe elements 7.
  • the main tube 6 is extended by a shoulder or a flange 23 having a cylindrical passage in which the auxiliary pipe element 7 can slide.
  • the auxiliary tube element 7 comprises a stop, for example a nut or a shoulder for axially position the auxiliary tube element 7 with respect to the flange 23.
  • the main tube 6 is extended by a shoulder or flange 24 having a cylindrical passage in which the auxiliary pipe element 7 can slide.
  • the auxiliary pipe element 7 comprises a stop, for example a nut or a shoulder, for axially positioning the auxiliary pipe element 7 with respect to the flange 24.
  • the flanges 23 and 24 have forms of revolution around the axis of the main tube.
  • the flanges 23 and 24 extend the main tube members 6 by increasing the thickness and the outer section of the tube, to form respectively shoulders.
  • the outer section of the flanges 23 and 24 varies progressively along the axis of the main tube, so as to avoid a sudden variation in section between the main tube 6 and the shoulders which would weaken the mechanical strength of the connector 5.
  • 23, 24 flanges are arranged on either side of the locking ring 11: the spacing between the flanges 23 and 24 is greater than the height of the locking ring 11.
  • the outer diameter of the flanges 23, 24 is greater to the diameter of the locking ring 11.
  • the flanges 24 and 23 form one-piece pieces respectively with the male connector element 9 and the female connector element 8.
  • the fixing means made up of the abutments make it possible to block the axial translations of an auxiliary tube element 7 in both directions with respect to the main tube 6.
  • the combination of the fastening means makes it possible to completely secure the auxiliary tube element. 7 with respect to the main tube element 6.
  • the auxiliary tube elements 7 participate, together with the main tube element 6 in the recovery of the longitudinal forces applied to the column 1.
  • the shape and, in particular, the thickness of the flanges 23 and 24 are determined to support the longitudinal forces transmitted to the auxiliary pipe elements 7.
  • a connector may consist of a spigot end located at one end of the auxiliary tube element 7 and a spigot end located at the other end of the auxiliary tube element 7.
  • the spigot end cooperates with Sealed with the female end of another auxiliary tube element 7.
  • the male member of the connector is a tubular portion which fits into another tubular portion of the socket.
  • the inner surface of the female end is fitted to the outer surface of the male end. Seals are mounted in machined grooves on the inner surface of the female member to seal the connection. The coupling allows axial displacement of one of the auxiliary tube elements 7 relative to the other, while maintaining the sealed connection between the two elements.
  • the auxiliary tube elements 7 may be provided with a device for compensating the differences in length between the main tube 6 and the auxiliary tube elements 7 due to manufacturing tolerances.
  • the auxiliary pipe element 7 is integrally bonded with a recess connection (without relative movement between the parts) at one end of the main pipe 6 and is connected by a sliding pivot connection with the other end of the main pipe.
  • a sliding pivot connection designates a bond which links a first solid to a second solid, the first solid being able to translate with respect to the second solid in the direction of an axis and the first solid that can pivot relative to the second solid. around this same axis.
  • the auxiliary pipe element 7 can slide and pivot in its axial direction relative to the main pipe 6, the auxiliary pipe element 7 is not free of movement in the radial and tangential directions, that is to say say in the directions of a plane perpendicular to the figure 3 .
  • the riser section 4 comprises at each of its ends connecting means, schematized on the figure 3 which on one side axially link an auxiliary pipe element 7 to the main pipe 6 and on the other side form the sliding pivot connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe 6.
  • the recess connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe element 6 is formed at the female connector element 8, and the sliding pivot connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe 6 is formed at the male connector element 9.
  • the recess connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe element 6 is formed at the male connector element 9
  • the sliding pivot connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe element 6 is formed at the female connector element 8. Only this first variant is described in the following description, the second variant being deduced by symmetry.
  • the main tube 6 is extended by a shoulder or flange 23 having a cylindrical passage in which the auxiliary pipe element 7 can slide.
  • the auxiliary pipe element 7 comprises a stop, for example a nut or a shoulder for positioning axially the element 7 relative to the flange 23.
  • the main tube 6 is extended by a shoulder or flange 24 having a cylindrical passage in which the auxiliary pipe element 7 can slide and pivot.
  • the auxiliary pipe element 7 comprises a clearance adjusting means 15 (or adjustable stop) for limiting the relative movement between the auxiliary pipe element 7 and the flange 24.
  • the clearance adjusting means 15 form a stop arranged at an adjustable distance J of the flange 24.
  • the female connector elements 8 and male 9 have forms of revolution around the axis of the main tubular element.
  • the flanges 23 and 24 may comprise reinforcements positioned in line with certain auxiliary lines (for example "choke line” and "kill line”).
  • the connector elements 8 and 9 extend the main tube element 6 by increasing the thickness and the outer section of the tube, to form respectively the shoulders or flanges 23 and 24.
  • the outer section of the elements connectors 8 and 9 varies gradually along the axis 8, so as to avoid a sudden change in section between the tube 6 and the shoulders 23 and 24 which would weaken the mechanical strength of the connector 5.
  • the flanges 23 and 24 form holidays.
  • the auxiliary tubes 7 are subjected to axial compression forces generated by the internal / external pressure difference which generates a "bottom effect" which applies to the ends of tubes (for example the auxiliary lines may be subjected to pressure of the order of 1034 bar or 15000 psi). Under these pressures, the elements of the main tube elongate and the elements of the auxiliary tubes are shortened until the clearance J is zero. When the set J becomes zero, all the lines lengthen identically. The elements of the main tube 6 are able to lengthen because they have to support all or partially, firstly the weight of the riser and the weight of the drilling mud, and secondly, the tension forces imposed on the riser to keep it substantially vertical.
  • the main tube elements at the top of the riser undergo the maximum tension forces, so the maximum elongation.
  • the elements of the auxiliary tubes 7 are may be shortened by the difference between the internal pressure and the external pressure due to the fluid they contain. Indeed, the fluid applies a pressure on the ends of the auxiliary tube elements 7 by imposing compression forces on the auxiliary tube elements 7.
  • the radial deformation of the tube due to the difference between the internal pressure and the external pressure causes a shortening of the tube.
  • the elements 4 at the bottom of the riser that is to say near the seabed, undergo the maximum internal / external pressure difference, thus the maximum shortening.
  • the auxiliary tube element 7 and the main tube element 6 at the same height can vary in length independently of one another.
  • the clearance J becomes zero, that is to say when the clearance adjusting means 15 is in contact with the flange 24, the auxiliary tube element 7 and the corresponding main tube element 6 form an assembly.
  • the auxiliary tube element 7 is integral with the main tube element 6 on the one hand at fastening means, and on the other hand at the stop which is in contact with the flange 24.
  • connections make it possible to distribute the tensioning forces applying to each of the sections of the riser, between the main tube 6 and the auxiliary pipe elements 7.
  • the integration according to the invention via the installation of the play J makes it possible to increase the contribution of the main tube and consequently to reduce the axial forces in the peripheral lines.
  • the reduction of the axial forces in the peripheral lines thanks to this integration has a benefit on the dimensioning of the end pieces and on the dimensioning of the thicknesses of the auxiliary tubes.
  • the game J is chosen as a function of the length of the section, in fact the deformations of the different lines depends on the length thereof.
  • clearance J is set between 0 and 1.5 inches (0 and about 38.1 mm).
  • the clearance J is chosen between 0.1 and 1 inch, (2.54 and 25.4 mm) for an optimal distribution of the forces in the lines, making it possible to generate a decrease in the mass of the riser.
  • the clearance J is selected between 0.1 and 0.25 inches (2.54 and 6.35 mm).
  • the clearance J is selected between 0.25 and 1 inch (6.35 mm and 25.4 mm).
  • a preferred solution with a good compromise is a clearance of about 0.5 inches (12.7 mm) or an inch (25.4 mm).
  • the clearance adjusting means 15 is made by a nut or by a threaded element.
  • the clearance J is adjusted (before connection of the sections) as a function of the forces and pressures applied on the main tube elements 6 and the tube elements Auxiliary 7.
  • the presence of play has a benefit on the sizing of the tips of the peripheral lines and on the sizing of the thicknesses of the peripheral lines.
  • FIGS. 8 to 10 illustrate three embodiments of auxiliary tube element 7 equipped with game adjustment means.
  • the elements 7 of auxiliary lines are connected end to end by means of connections.
  • a connector is composed of a male end 14 located at one end of the element 7 and a female end 13 located at the other end of the element 7.
  • a male end 14 cooperates sealingly with the endpiece female 13 of another element 7.
  • the male end 14 of the connector is a tubular portion which fits into another tubular portion 13.
  • the inner surface of the female end 13 is fitted to the outer surface of the male end 14. Seals are mounted in grooves machined on the inner surface of the female end 13 to seal the connection.
  • the connection allows axial movement of one of the elements 7 relative to each other, while maintaining the sealed connection between the two elements.
  • the male end 14 and female 13 are fixed for example by welding or crimping to a central tube having substantially the same length as the main pipe element 6 which is attached to the auxiliary pipe element 7.
  • the game adjustment means is formed by a nut 15 positioned on the spigot end 14 on a threaded portion which is not intended to be inserted into a socket 13.
  • the elements 7 of auxiliary lines are connected end to end by means of connections.
  • a connector is composed of a male pin 18 inserted into a receptacle 17 at one end of the element 7 and a female end 13 located at the other end of the element 7.
  • the male pin 18 cooperates sealingly with the female end piece 13 of another element 7.
  • the male pin 18 of the connector is a tubular portion which fits into another tubular portion 13.
  • the inner surface of the female endpiece 13 is adjusted to the outer surface of the male pin 18. Seals are mounted in grooves machined on the inner surface of the female end 13 to seal the connection.
  • the connection allows axial movement of one of the elements 7 relative to each other, while maintaining the sealed connection between the two elements.
  • the female end piece 13 is fixed for example by welding or crimping to a central tube having substantially the same length as the main pipe element 6 to which is attached the auxiliary pipe element 7.
  • the receptacle 17 is fixed for example by welding or crimping to the central tube.
  • the male pin 18 is fixed to the receptacle 17 in particular by screwing.
  • the male pin 18 is a wear part that can be changed during the maintenance of the column uplink.
  • the clearance adjustment means is formed by a nut 15 positioned on the male pin 18 on a threaded portion that is not intended to be inserted into a socket 13.
  • the elements 7 of auxiliary lines are connected end to end by means of connections.
  • a connector is composed of a male pin 21 inserted into a receptacle 17 at one end of the element 7 and a female pin 19 inserted in a receptacle 20 at the other end of the element 7.
  • the male pin 21 cooperates sealingly with the female pin 19 of another element 7.
  • the male pin 21 of the connector is a tubular portion which is inserted into another tubular portion 19.
  • the inner surface of the female pin 19 is fitted to the outer surface of the pin 21. Seals are mounted in grooves machined on the inner surface of the female pin 19 to seal the connection.
  • the connection allows axial movement of one of the elements 7 relative to each other, while maintaining the sealed connection between the two elements.
  • the receptacle 20 is fixed for example by welding or crimping to a central tube having substantially the same length as the main pipe element 6 to which is attached the auxiliary pipe element 7.
  • the female pin 19 is fixed to the receptacle 20 in particular by screwing.
  • the receptacle 17 is fixed for example by welding or crimping to the central tube.
  • the male pin 21 is fixed to the receptacle 17 in particular by screwing.
  • the male pin 21 and female 19 are wear parts that can be changed during maintenance of the riser.
  • the game adjustment means is formed by the pin 21 which is threaded in the receptacle and which has a shoulder 22 providing the stop.
  • the auxiliary tube elements 7 are tubes shrunk by reinforcing threads, such as glass, carbon, or aramid fibers embedded in a polymer matrix.
  • the resistance and the weight of the auxiliary lines are optimized.
  • the present invention is particularly suitable for the fretted auxiliary tube elements which have the advantage of reducing the thickness of steel and therefore the weight of the riser.
  • the disadvantage of hooping to have a lower stiffness in bending is compensated by the clearance that limits the buckling of the auxiliary lines.
  • the main tube and auxiliary tube elements may be composed of aluminum alloy or titanium alloy.
  • the device according to the invention offers an interesting solution for quickly and simply mounting a riser whose tensioning forces are distributed between the auxiliary tube elements and the main tube. Indeed, although the elements of tubes 7 and the main tube element 6 are mounted to jointly support the voltage forces applied to the column, the connection of a riser section 4 to another riser section 4 is performed in a single operation by means of the rotation of the locking ring 11. This connection makes it possible to connect and seal the main tube element 6 of a section 4 with that of the other section 4 and simultaneously to communicating and sealing the auxiliary pipe elements 7 of one of the sections 4 with those of the other section 4.
  • the compact connector according to the invention makes it possible to minimize the bending forces in the flanges 23 and 24, and therefore to reduce the dimensions of the flanges 23 and 24 and to reduce the weight of the connectors.
  • the ring 11 is positioned between the main tube element 6 and the auxiliary tube elements 4 makes it possible to increase the resistance of the connector. Indeed, the ring 11 holds the flanges 23 and 24 and prevents their bending. In addition, this positioning makes it possible to reduce the problem of interference of the connections of the auxiliary lines 7 because the bending moments generated by the off-axis axial forces are of opposite signs. In addition, in the locked position, the tenons of the ring 11 are engaged with the tenons of the female connector element 8 which are positioned on the solid part of the female connector element 8.
  • the combination of the locking ring lock and the existence of play in the connection of the auxiliary tube elements optimizes the weight of the riser.
  • the riser section further comprises a locking ring for the connection of two consecutive sections.
  • This locking ring is said to be external or peripheral because it cooperates with the periphery (the outermost part: with the largest diameter) of the flanges of the male and female connector elements, so as to assemble them.
  • the auxiliary lines are therefore inside the locking ring.
  • the figure 6 illustrates the second embodiment of the invention with a game adjustment means.
  • the elements identical to the first embodiment are designated by the same reference signs.
  • a male connector element 9 is fitted into a female connector element 8.
  • a portion of the male connector element 9 enters into the female connector element 8.
  • This interlocking is limited by an axial stop: the end of the male connector element 9 abuts against the axial shoulder formed on the inner surface of the female connector element 8: the shoulder axial direction formed on the outer surface of the male connector element 9 abuts against the axial shoulder formed on the inner surface of the female connector element 8.
  • the male connector element 9 may comprise a sleeve 10 fixed in the male connector element.
  • the sleeve 10 has a role of centering and sealing male connector elements 9 and female 8.
  • the attachment of the sleeve 10 can be performed by welding, threading, gluing, hooping or any other similar means.
  • non-illustrated alternative embodiments may be envisaged, such as an extension of the main tube element 6.
  • the connector 5 comprises a locking ring 11 which is positioned between the main tube element 6 and the auxiliary tube element 7.
  • a portion of the ring 11 comes into contact with the outer surface of the female connector element 8 so that a series of pins 12 on the inner surface of the ring 11 cooperate with a series of tenons located on the outer face of the element female connector 9.
  • the locking and unlocking of the connector 5 are made by rotation of the ring 11 (bayonet type locking).
  • the locking ring 11 is mounted on the male connector element 9. According to the embodiment illustrated in FIG. figure 3 , the locking ring 11 comprises on its inner face another series of pins 16 cooperating with a series of tenons located on the outer face of the male connector element 9.
  • the locking ring 11 is fixed to the connector element male, when riser sections are connected. In an unlocked situation, the ring 11 is secured to the male connector element 9 by means of pins (not shown in FIG. figure 3 ).
  • this embodiment of the locking ring 11 allows for a completely removable connector to facilitate the inspection and maintenance of the connector. This embodiment also makes it possible to produce a ring 11 and male connector elements 9 and 8 female quasi-symmetrical, which facilitates their manufacture.
  • the ring 11 is mounted on the outer surface of the male connector element 9. It is held by means of the series of tenons of the ring and the male and female connector elements 9 and 8. Thus, the axial forces pass from the element male connector 9 to the female connector element 8 via the teeth without passing through the sleeve 10.
  • the connector 5 further comprises a locking ring 25 which is positioned on the outer (peripheral) surface of the flanges 23 and 24.
  • the auxiliary lines 7 are therefore inside the locking ring 25.
  • the locking ring 25 has a diameter greater than the diameter of the locking ring 11.
  • the ring 25 can be machined in a tube portion.
  • the ring 25 is provided at each of its ends with stops that cooperate respectively with the flanges 23 and 24 to lock in translation along the axis of the main tube the flanges 23 and 24.
  • the locking ring 25 is rotatably mounted on the flange 24, while being locked in translation, in the direction of the axis of the main tube.
  • the ring 25 has at least one cylindrical inner surface portion of radius S and the outer peripheral surface of the flange 23 is cylindrical with a radius slightly smaller than S.
  • the ring 25 is mounted on the flange 24 by centering the cylindrical surface inner ring on the outer cylindrical surface of the flange 24.
  • the ring 25 has a flange which forms a radial recess of the cylindrical inner surface of the ring 25.
  • the ring 25 rests on an axial shoulder performed on the flange 24.
  • the inner surface of the ring 25 has tenons.
  • the flange 23 of the female connector element also has tenons disposed on its outer peripheral surface.
  • peripheral ring 25 allows a high stiffness of the locking system, which limits the deformations (bending) of the flanges.
  • double locking ensures a capacity of the connector to transmit significant efforts.
  • this design with double bayonet connection male connector element side and female connector element side makes it possible to make the connector completely removable for inspection and maintenance and also allows a quasi-symmetry of the flanges, which facilitates their manufacture. .
  • the locking ring 25 further comprises a second series of tenons on its inner surface and the outer peripheral surface of the flange 24 of the male connector element 9 also comprises tenons adapted to cooperate with the tenons of the ring of lock 25.
  • the figure 7 represents a peripheral locking ring.
  • the locking ring 25 comprises a first series of tenons 27 adapted to cooperate with tenons of a flange 23 of a female connector element 8 and a second series of tenons adapted to cooperate with tenons of a flange 24 of a male connector element 9.
  • the locking and unlocking of the connector 5 are made by rotation of the ring 25 and by rotation of the locking ring 11 (locking bayonet type).
  • the ring 25 and the ring 11 are provided with operating means, for example a maneuvering bar which can be dismountable.
  • the operating means make it possible to rotate the ring 25 around the flanges 23 and 24 along the axis of the main tube and, independently or simultaneously, rotate the ring 11 the axis of the main tube.
  • the ring 25 can be secured to the ring 11 by a rigid connection (for example by means of rods or a recessed plate avoiding any interference with the auxiliary lines when rotating the ring / ring lock assembly).
  • Locking and unlocking means in the locked and unlocked position of the ring / ring system may be provided, for example by means of blocks, pins, pins or screws on the flange 24 and the ring 25.
  • the longitudinal forces that is to say the tension forces directed along the axis of the main tube, are transmitted from one section 4 to the adjacent section 4 on the one hand via the bayonet type connection between the ring 25 and the flanges 23 and 24 and secondly via the bayonet type connection between the ring 11 and the male connector elements 9 and female 8.
  • the arrangement of the connector according to the invention makes it possible to transmit almost all the forces in the main tube via the inner ring 11, while the forces in the auxiliary lines are transmitted for a part via the inner ring 11. and for the remaining part via the outer ring 25.
  • the forces go from the flange 24 of the male connector element 9 to the flange 23 of the female connector element 8 via the pins of the ring 11 and the ring 25 without passing through the sleeve 10.
  • the distribution of the forces between the ring 11 and the ring 25 depends on the stiffness and efforts in the lines.
  • the height of the ring 25 can be determined so that the distance between the lower face of the circular collar and the upper face of the studs 26, 27 is equal to the distance between the flanges 23 and 24 increased by one set at least equal to that of the inner ring 11. In addition, a space is required between the two flanges 23 and 24 to accommodate the connections 13, 14 of the auxiliary pipe tubes 7 and the game adjustment means 15. .
  • Openings may be made in the parts of the ring 25 located vertically and circumferentially between the tenons. These openings allow, on the one hand to lighten the room, but also and especially to see the ends of the auxiliary pipe elements 7 at the time of their connection and to avoid damage that may result from a blind approach.
  • the auxiliary pipe element 7 is integrally connected with a recess connection (without relative movement between the parts) at one end of the main pipe 6 and is connected with a sliding pivot connection with the other end of the pipe main.
  • the figure 6 represents the second embodiment with game adjustment means.
  • the second embodiment can be implemented by setting solidarily the auxiliary tube element 7 at both ends of the main tube element 6. Only this first embodiment of the second embodiment (with pivot connection is described).
  • a sliding pivot connection designates a connection which links a first solid to a second solid, the first solid being able to translate relative to the second solid in the direction of an axis and the first solid that can pivot relative to the second solid around it. of this same axis.
  • the auxiliary pipe element 7 can slide and pivot in its axial direction relative to the main pipe 6, the auxiliary pipe element 7 is not free movement in the radial and tangential directions, that is to say -describe in the directions of a plane perpendicular to the figure 3 .
  • the riser section 4 comprises at each of its ends connecting means, schematized on the figure 6 which on one side axially link an auxiliary pipe element 7 to the main pipe 6 and on the other side form the sliding pivot connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe 6.
  • the recess connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe element 6 is formed at the female connector element 8, and the sliding pivot connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe 6 is formed at the male connector element 9.
  • the recess connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe element 6 is formed at the male connector element 9
  • the sliding pivot connection between the auxiliary pipe element 7 and the main pipe element 6 is formed at the female connector element 8. Only this first variant is described in the following description, the second variant being deduced by symmetry.
  • the main tube 6 is extended by a shoulder or flange 23 having a cylindrical passage in which the auxiliary pipe element 7 can slide.
  • the auxiliary pipe element 7 comprises a stop, for example a nut or a shoulder for axially positioning the element 7 with respect to the flange 23.
  • the main tube 6 is extended by a shoulder or flange 24 having a cylindrical passage in which the auxiliary pipe element 7 can slide and pivot.
  • the auxiliary pipe element 7 comprises a clearance adjusting means 15 (or adjustable stop) for limiting the relative movement between the auxiliary pipe element 7 and the flange 24.
  • the means A set clearance 15 forms a stop disposed at an adjustable distance J from the flange 24.
  • the clearance adjusting means 15 is made by a nut or by a threaded element.
  • the clearance J is adjusted (before connection of the sections) according to the forces and pressures applied on the main tube elements 6 and the auxiliary tube elements 7.
  • the presence of play has a benefit on the sizing of the tips of the peripheral lines.
  • the elements 7 of auxiliary lines are connected end to end by means of connections.
  • a connector is composed of a male end 14 located at one end of the element 7 and a female end 13 located at the other end of the element 7.
  • a male end 14 cooperates sealingly with the endpiece female 13 of another element 7.
  • the male end 14 of the connector is a tubular portion which fits into another tubular portion 13.
  • the inner surface of the female end 13 is fitted to the outer surface of the male end 14. Seals are mounted in grooves machined on the inner surface of the female end 13 to seal the connection.
  • the connection allows axial movement of one of the elements 7 relative to each other, while maintaining the sealed connection between the two elements.
  • the male end 14 and female 13 are fixed for example by welding or crimping to a central tube having substantially the same length as the main pipe element 6 which is attached to the auxiliary pipe element 7.
  • the game adjustment means is formed by a nut 15 positioned on the spigot end 14 on a threaded portion which is not intended to be inserted into a socket 13.
  • connections of the driving elements of the auxiliary lines are identical to those of the figures 9 and 10 .
  • Table 1 shows the distribution of forces in the main tube, in the auxiliary tubes: "kill line”, “choke line”, “booster line”, “hydraulic line” according to the J-in-inch game.
  • Table 1 ⁇ / i> - ⁇ i> Distribution of forces in the riser ⁇ / i> Game J (inches) 0 0.25 0.5 1 1.5 2 2.5 Main tube 45% 50% 55% 67% 82% 97% 100% Kill line 20% 18% 16% 12% 7% 1% 0% Choke line 20% 18% 16% 12% 7% 1% 0% Booster line 7% 6% 6% 4% 1% 0% 0% Hydraulic line 4% 3% 2% 1% 0% 0% 0%
  • the figure 11 represents the mass M in ton of the riser as a function of the clearance J in inches for this example.
  • the thicknesses of the main tube and auxiliary lines have been optimized to meet the conditions mentioned above. It is found that the mass is minimal between 0 and 1 inch (25.4 mm) and a mass optimum is obtained for a 0.5 inch (12.7 mm) clearance. Beyond 1.25 inches (31.75 mm) the riser mass increases sharply, resulting in an increase in the riser cost.
  • the game can be adjusted between 0 and 1.25 inches (0 and 31.75 mm) for this example according to the invention.
  • the clearance can be adjusted between 0.1 and 1 inch (2.54 mm and 25.4 mm).
  • the clearance can be adjusted to 0.5 inch (12.7 mm).

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Description

  • La présente invention concerne le domaine du forage et de l'exploitation pétrolière de gisement en mer très profonde. Elle concerne un tronçon de colonne montante.
  • Une colonne montante (ou « riser ») de forage est constituée par un ensemble d'éléments tubulaires de longueur comprise entre 15 et 27 m (50 et 90 feet), assemblés par des connecteurs. Les éléments tubulaires sont généralement constitués d'un tube principal muni de connecteurs à chaque extrémité. Des conduites auxiliaires tubulaires dites également conduites périphériques couramment nommée "kill line", "choke line", "booster line" et "hydraulic line" permettant la circulation de fluides techniques sont prévues parallèlement au tube principal. Les éléments tubulaires sont assemblés sur le lieu de forage, à partir d'un support flottant. La colonne descend dans la tranche d'eau au fur et à mesure de l'assemblage des éléments tubulaires, jusqu'à atteindre la tête de puits située sur le fond marin.
  • Dans l'optique de forer à des profondeurs d'eau pouvant atteindre 3500 m ou plus, le poids de la colonne montante devient très pénalisant. Ce phénomène est aggravé par le fait que, pour une même pression maximale de service, la longueur de la colonne impose un diamètre intérieur des conduites auxiliaires plus grand compte tenu de la nécessité de limiter les pertes de charge.
  • Par ailleurs, la nécessité de diminuer le temps d'assemblage des colonnes montantes est d'autant plus critique que la profondeur d'eau, et donc la longueur de la colonne, sont importantes.
  • Le document FR 2526517 décrit un connecteur de colonne montante, avec une bague de verrouillage externe. Le document WO 2011/104629 décrit un connecteur de colonne montante, avec une bague de verrouillage en périphérie des brides.
  • Les documents FR 2925105 , FR 2956693 et FR 2956694 décrivent différentes solutions proposant notamment de faire participer les conduites auxiliaires, conjointement avec le tube principal, à la reprise des efforts longitudinaux appliqués à la colonne montante. Toutefois pour les systèmes décrits dans ces brevets, la fixation des lignes auxiliaires par rapport au tube principal entraîne des efforts de traction dans les lignes auxiliaires. Afin de résister à ces efforts de traction, les épaisseurs des lignes auxiliaires sont importantes, ce qui génère une augmentation de la masse, de la taille des flotteurs et par conséquent du coût de la colonne montante. De plus, les connecteurs proposés dans ces brevets ne sont pas entièrement démontables ce qui rend difficile l'inspection et la maintenance de la colonne montante.
  • De manière avantageuse, les première et deuxième séries de tenons comportent deux rangées de tenons, et les troisième et quatrième séries de tenons comportent une rangée de tenons.
  • Selon l'invention, chaque série de tenons est composé d'au moins deux rangées d'au moins quatre tenons.
  • Avantageusement, un manchon est fixé à l'intérieur dudit élément connecteur mâle, ledit manchon étant apte à coopérer avec l'élément connecteur femelle pour former une liaison étanche.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit tronçon de colonne montante comprend un anneau de verrouillage coopérant avec les surfaces périphériques desdites brides pour assembler lesdites brides.
  • De préférence, la face intérieure dudit anneau de verrouillage est munie d'une première série de tenons et la surface périphérique de la bride dudit élément connecteur femelle comprend une deuxième série de tenons.
  • Selon une variante de réalisation de l'invention, la face intérieure dudit anneau de verrouillage est munie d'une troisième série de tenons et la surface périphérique de la bride dudit élément connecteur mâle comprend une quatrième série de tenons apte à coopérer avec ladite troisième série de tenons.
  • Selon un aspect de l'invention, ledit élément de tube auxiliaire est un tube en acier fretté par des fils de renfort, telles que des fibres de verre, de carbone, ou en aramide enrobées dans une matrice polymère.
  • Selon une variante de réalisation de l'invention, ledit élément de tube auxiliaire est solidaire des deux brides desdits éléments connecteurs mâle et femelle.
  • Alternativement, ledit élément de tube auxiliaire est solidaire d'une bride desdits éléments connecteurs mâle et femelle et est connecté par une liaison pivot glissant avec l'autre bride desdits éléments connecteurs mâle et femelle, ladite liaison pivot glissant autorisant un mouvement de translation relatif entre ledit élément de tube principal et ledit élément de tube auxiliaire sur une distance limitée par un moyen de réglage de jeu placé sur ledit élément de tube auxiliaire.
  • Avantageusement, ledit moyen de réglage de jeu est formé par un écrou ou une pièce filetée.
  • Selon un premier aspect, ledit élément de tube auxiliaire est prolongé d'une part par un embout femelle et d'autre part par un embout mâle équipé d'un écrou.
  • Selon un deuxième aspect, ledit élément de tube auxiliaire est prolongé d'une part par un embout femelle et d'autre part par un réceptacle, dans lequel est insérée une goupille mâle équipée d'une butée.
  • Selon un troisième aspect, ledit élément de tube auxiliaire est prolongé d'une part par un réceptacle, dans lequel est insérée une goupille femelle, et d'autre part par un réceptacle, dans lequel est vissée une goupille filetée mâle, ladite goupille filetée mâle comprenant un épaulement.
  • De préférence, lequel ladite distance est limitée par ledit moyen de réglage de jeu est comprise entre 0 et 31,75 mm, de préférence entre 2,54 mm et 25,4 mm.
  • En outre, l'invention concerne une colonne montante comportant au moins deux tronçons de colonne montante selon l'invention, pour lesquels la connexion entre deux tronçons consécutifs est réalisée au moyen desdits éléments connecteurs mâle et femelle et de ladite bague de verrouillage.
  • Avantageusement, ladite distance du mouvement de translation relatif de ladite liaison pivot glissant est réglée de telle sorte à être positive lors de la connexion d'au moins deux tronçons de ladite colonne montante, et à être nulle lors de l'utilisation de ladite colonne montante.
  • L'invention concerne également l'utilisation d'une colonne montante selon l'invention pour effectuer une opération de forage de puits en mer.
    • Présentation succincte des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
    • La figure 1 schématise une colonne montante selon l'invention.
    • La figure 2 illustre un tronçon de colonne montante selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 3 illustre la connexion de deux tronçons de colonne montante selon un premier mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 4 illustre une vue éclatée avant connexion de la bague de verrouillage et l'élément connecteur femelle selon une variante de réalisation de l'invention.
    • La figure 5 illustre une bague de verrouillage selon une variante de réalisation de l'invention.
    • La figure 6 illustre la connexion de deux tronçons de colonne montante selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 7 illustre un anneau de verrouillage pour le deuxième mode de réalisation de l'invention.
    • Les figures 8 à 10 représentent trois variantes de réalisation selon l'invention d'une ligne auxiliaire.
    • La figure 11 est une courbe représentant la masse de la colonne montante en fonction du jeu pour un exemple selon l'invention.
    • La figure 12 représente les tenons d'une bague de verrouillage selon une variante de réalisation de l'invention.
    Description détaillée de l'invention
  • La figure 1 schématise une colonne montante 1 installée en mer. La colonne montante 1 prolonge le puits P et s'étend depuis la tête de puits 2 jusqu'à un support flottant 3, par exemple une plateforme ou un bateau. La tête de puits 2 est munie d'obturateur couramment nommé "B.O.P." ou "Blow Out Preventer". La colonne montante 1 est constituée par l'assemblage de plusieurs tronçons 4 assemblés bout à bout par des connecteurs 5. Chaque tronçon est composé d'un élément de tube principal 6 muni d'au moins un élément de conduite auxiliaire 7, également appelée conduite périphérique. Les conduites auxiliaires dénommées "kill line" ou "choke line" sont utilisées pour assurer la sécurité du puits pendant le déroulement des procédures de contrôle des venues de fluides sous pression dans le puits. La ligne "choke" est une ligne de sécurité véhiculant des fluides (huile, eau, gaz) en provenance du puits lors d'une venue et les dirigeant vers le manifold de duses et la torche. La ligne "kill" est une ligne de sécurité qui permet d'injecter dans le puits des fluides lourds et des ciments permettant de stopper une éruption incontrôlable autrement. La conduite auxiliaire dénommée "booster line" permet d'injecter de la boue dans le puits afin d'augmenter sa vitesse de remontée et d'éviter la sédimentation des déblais ; elle sert aussi pour remplacer la boue contenue dans le riser par de l'eau avant une déconnexion. La conduite dénommée "hydraulic line" permet de commander l'obturateur de la tête de puits. Les lignes hydrauliques permettent d'alimenter les organes de sécurité des BOP (vannes et accumulateurs) en fluide hydraulique (eau distillée chargée en glycol) sous pression.
  • La figure 2 représente schématiquement un tronçon 4 de la colonne montante selon un mode de réalisation de l'invention. Le tronçon 4 comporte un élément de tube principal 6 dont l'axe constitue l'axe de la colonne montante. Les tubes auxiliaires 7 constituent des lignes ou conduites auxiliaires disposées parallèlement à l'axe du tube principal. Les éléments de tube auxiliaire 7 ont des longueurs sensiblement égales à la longueur de l'élément de tube principal 6, en général compris entre 10 et 30 mètres. Il y a au moins une ligne 7 disposée à la périphérie du tube principal. Sur la figure 2, deux lignes 7 sont schématisées.
  • Un connecteur 5 représenté sur la figure 1 est constitué de deux éléments désignés, en référence à la figure 2, par l'élément connecteur femelle 8 et l'élément connecteur mâle 9. Les éléments connecteurs 8 et 9 sont montés aux extrémités de l'élément de tube principal 6. L'élément connecteur femelle 8 est solidaire du tube 6, par exemple au moyen d'un soudage, d'un vissage, d'un sertissage ou d'une liaison par coincement. L'élément connecteur mâle 9 est solidaire du tube 6, par exemple au moyen d'un soudage, d'un vissage, d'un sertissage ou d'une liaison par coincement. L'assemblage de l'élément connecteur mâle 9 avec un élément connecteur femelle 8 d'un autre tronçon forme le connecteur 5 qui transmet des efforts d'un tronçon de colonne montante au tronçon suivant, notamment les efforts longitudinaux auxquels est soumise la colonne montante.
  • Le connecteur 5 peut être conçu et dimensionné pour satisfaire les spécifications mentionnées par les normes API 16 R et API 2RD éditées par l'American Petroleum Institute (Institut Américain du Pétrole).
  • La figure 3 représente un élément connecteur mâle 9 qui est emboîté dans un élément connecteur femelle 8. Une portion de l'élément connecteur mâle 9 pénètre dans l'élément connecteur femelle 8. Cet emboîtement est limité par une butée axiale : l'extrémité de l'élément connecteur mâle 9 vient en butée contre l'épaulement axial pratiqué sur la surface intérieure de l'élément connecteur femelle 8 : l'épaulement axial pratiqué sur la surface extérieure de l'élément connecteur mâle 9 vient en butée contre l'épaulement axial pratiqué sur la surface intérieure de l'élément connecteur femelle 8. Tel que représenté sur les figures 2 et 3, l'élément connecteur mâle 9 peut comprendre un manchon 10 fixé dans l'élément connecteur mâle. Le manchon 10 a un rôle de centrage et d'étanchéité des éléments connecteurs mâle 9 et femelle 8. La fixation du manchon 10 peut être réalisée par soudure, filetage, collage, frettage ou tout autre moyen analogue. A la place du manchon 10, des variantes de réalisation non représentées peuvent être envisagées, tel qu'un prolongement de l'élément de tube principal 6 au niveau de l'élément connecteur mâle.
  • Le connecteur 5 comporte une bague de verrouillage 11 qui est montée sur l'élément connecteur mâle 9 et qui positionnée entre l'élément de tube principal 6 et l'élément de tube auxiliaire 7 : la bague de verrouillage 11 est positionnée sur la surface extérieure des éléments connecteurs mâle 9 et femelle 8, et l'élément de tube auxiliaire 7 est situé à l'extérieur de la bague de verrouillage 11. En d'autres termes, la distance entre l'axe de l'élément de tube auxiliaire 7 et l'axe du tube principal 6 est supérieure à la somme du rayon extérieur de la bague de verrouillage 11 et du rayon de l'élément de conduite auxiliaire 7. La bague 11 a un diamètre inférieur au diamètre périphérique (le plus grand diamètre) des éléments connecteurs mâle 9 et femelle 8. Lorsque l'élément connecteur mâle 9 est emboîté dans un élément connecteur femelle 8, une partie de la bague 11 vient en contact avec la surface externe de l'élément connecteur femelle 8 de manière à ce qu'une série de tenons 12 située sur la surface intérieure de la bague 11 coopèrent avec une série de tenons située sur la face extérieure de l'élément connecteur femelle 9. Le verrouillage et le déverrouillage du connecteur 5 sont réalisés par rotation de la bague 11 (verrouillage du type à baïonnette). La bague 11 peut être munie d'un moyen de manoeuvre, par exemple une barre de manoeuvre qui peut être démontable. La barre de manoeuvre permet de faire tourner la bague 11. Les efforts longitudinaux, c'est-à-dire qui sont dirigés selon l'axe du tube principal, sont transmis d'un tronçon 4 au tronçon adjacent 4 par l'intermédiaire de la connexion de type baïonnette entre la bague 11 et l'élément connecteur femelle 8. Plus précisément, les efforts longitudinaux sont transmis des tenons 12 de la bague 11 aux tenons de l'élément connecteur femelle 8.
  • La bague de verrouillage 11 est montée sur l'élément connecteur mâle 9. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 3, la bague de verrouillage 11 comprend sur sa face intérieure une autre série de tenons 16 coopérant avec une série de tenons située sur la face extérieure de l'élément connecteur mâle 9. Ainsi, la bague de verrouillage 11 est fixée à l'élément connecteur mâle, lorsque que des tronçons de colonne montante sont connectés. En situation non verrouillée, la bague 11 est solidaire de l'élément connecteur mâle 9 au moyen de pions (non représentés sur la figure 3). De plus, cette réalisation de la bague de verrouillage 11 permet de réaliser un connecteur entièrement démontable pour faciliter l'inspection et la maintenance du connecteur. Ce mode de réalisation permet également de réaliser une bague 11 et des éléments connecteur mâle 9 et femelle 8 quasi symétriques, ce qui facilite leur fabrication.
  • En référence à la figure 3, la bague 11 est montée sur la surface extérieure de l'élément connecteur mâle 9. Elle est maintenue au moyen des séries de tenons de la bague et des éléments connecteurs mâle 9 et femelle 8. Ainsi, les efforts axiaux passent de l'élément connecteur mâle 9 à l'élément connecteur femelle 8 via les dentures sans transiter par le manchon 10.
  • La bague de verrouillage 11 est formée d'une seule pièce, afin de simplifier son montage et pour une meilleure résistance mécanique.
  • En référence aux figures 3 et 4, l'élément connecteur femelle 8 et la bague 11 comportent respectivement une série de tenons constituée de deux couronnes (ou rangées) de tenons ou ergots, permettant d'assurer le verrouillage axial du connecteur 5. Les tenons s'étendent préférentiellement selon des directions radiales. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque couronne (rangée) de tenons comporte au moins quatre tenons. Sur la figure 4, l'élément connecteur femelle 8 comporte une première couronne 8A de quatre tenons et une deuxième couronne 8B de quatre tenons. La bague 11 comporte également une première couronne 12A de quatre tenons et une deuxième couronne 12B de quatre tenons. La figure 4 représente uniquement la partie inférieure de la bague 11, c'est-à-dire seulement la partie en connexion avec l'élément connecteur femelle 8.
  • Les tenons sont décalés angulairement d'une couronne à l'autre et inscrits dans des surfaces cylindriques de rayons différents. Par exemple, les première et deuxième couronnes de la bague 11 sont respectivement inscrites dans des surfaces cylindriques de rayon r et R (avec r<R). Les première et deuxième couronnes de l'élément connecteur femelle 8 sont respectivement inscrites dans des surfaces cylindriques de rayon r' et R' (avec r'<R'). Le rayon r est légèrement supérieur au rayon R' de manière à ce que les tenons de la deuxième couronne de l'élément connecteur femelle 8 puissent coulisser et tourner librement à l'intérieur du cylindre formé par la surface intérieure des tenons de la première couronne de la bague 11.
  • Les tenons 12A de la première couronne de la bague 11 coopèrent avec les tenons 8A de la première couronne de l'élément connecteur femelle 8 pour former un assemblage à baïonnette. Les tenons 12B de la deuxième couronne de la bague 11 coopèrent avec les tenons 8B de la deuxième couronne de l'élément connecteur femelle 8.
  • Plus précisément lors de l'engagement de l'élément connecteur femelle 8 dans la bague 11, l'élément connecteur femelle 8 suit un mouvement de translation dans la direction de l'axe du tube principal selon les étapes successives :
    • la première couronne 8A de l'élément connecteur femelle 8 passe à l'intérieur de la deuxième couronne 12B de la bague 11, puis
    • les tenons 8A de la première couronne de l'élément connecteur femelle 8 s'engagent entre les tenons 12A de la première couronne de la bague 11 et simultanément les tenons 8B de la deuxième couronne de l'élément connecteur femelle 8 s'engagent entre les tenons 12B de la deuxième couronne de la bague 11, puis
    • lorsque la bague 11 arrive en butée, les tenons 12B de la deuxième couronne de la bague 11 se logent dans une rainure (schématisée sur les figures 3 et 4) pratiquée dans l'élément connecteur femelle 8 entre la première couronne 8A et la deuxième couronne 8B de l'élément connecteur femelle 8 et les tenons 12A de la première couronne de la bague 11 se logent dans une rainure (schématisée sur les figures 3 et 4) pratiquée dans l'élément connecteur femelle 8 sous la première couronne 8A de l'élément connecteur femelle 8.
  • Puis lorsque la bague 11 est en butée contre l'élément connecteur femelle 8, on fait pivoter la bague 11 de manière à ce que les tenons de la bague 11 soient positionnés face aux tenons de l'élément connecteur femelle. Les tenons 12A de la première couronne de la bague 11 sont positionnés face aux tenons de la première couronne de l'élément connecteur femelle 8 et les tenons 12B de la deuxième couronne de la bague 11 sont positionnés face aux tenons 8B de la deuxième couronne de l'élément connecteur femelle 8. Ainsi, les tenons de la bague 11 sont en butées axiales par rapport aux tenons de l'élément connecteur femelle 8 et bloquent en translation l'élément connecteur femelle 8 par rapport à l'élément connecteur mâle 9.
  • Chacun des deux systèmes d'assemblage à baïonnette peut permettre d'assurer entre les tenons de l'élément femelle 8 et les tenons de la bague 11 un contact sur une plage angulaire totale qui peut atteindre 175°. De préférence, les deux systèmes d'assemblage étant angulairement décalés autour de l'axe du connecteur, le connecteur selon l'invention permet de répartir les charges axiales sur environ 350° autour de l'axe.
  • Alternativement, selon l'invention, la bague 11 et l'élément connecteur femelle 8 peuvent ne comporter chacun qu'une seule couronne : les tenons de l'unique couronne de la bague 11 coopèrent avec les tenons de l'unique couronne de l'élément connecteur femelle 8.
  • Le nombre de tenons par couronne peut varier, notamment en fonction des diamètres du tube intérieur et des efforts à transmettre par le connecteur.
  • Selon le mode de réalisation représenté à la figure 3, le système de verrouillage par baïonnette de la bague 11 dans l'élément connecteur mâle 9 aux moyens de la série de tenons 16 est similaire au système de verrouillage par baïonnette de la bague 11 dans l'élément connecteur femelle 8 :
    • l'élément connecteur mâle 9 et la bague 11 comportent respectivement deux couronnes (ou rangées) de tenons ou ergots, permettant d'assurer le verrouillage axial du connecteur 5,
    • les tenons s'étendent préférentiellement selon des directions radiales,
    • les relations entre les rayons r, r', R, et R' sont également vérifiées afin de pouvoir insérer la bague 11 dans l'élément connecteur mâle 9,
    • selon un mode de réalisation préférentiel, chaque couronne (rangée) de tenons comporte quatre tenons...
  • La figure 5 représente une bague 11 selon ce mode de réalisation. La bague de verrouillage 11 comporte une série de tenons 12 apte à coopérer avec un élément connecteur femelle 8 pour former un assemblage à baïonnette et une série de tenons 16 apte à coopérer avec un élément connecteur mâle 9 pour former un assemblage à baïonnette. Chaque série de tenons est composée de deux couronnes comportant quatre tenons. Telle que décrite en référence à la figure 4, la série de tenons 12 comprend une première couronne 12A et une deuxième couronne 12B coopérant avec deux couronnes de l'élément connecteur femelle 8. La série de tenons 16 comprend une première couronne 16A de tenons et une deuxième couronne 16B de tenons. Avantageusement, la série de tenons 16 est similaire à la série de tenons 12, et la connexion de la série de tenons 16 au sein de l'élément connecteur mâle 9 est identique à la connexion de la série de tenons 12 au sein de l'élément connecteur femelle 8. Ainsi, la bague de verrouillage 11 est sensiblement symétrique. Grâce à cet assemblage, les efforts axiaux passent de l'élément connecteur mâle 9 à l'élément connecteur femelle 8 via les dentures sans transiter par le manchon 10.
  • Dans ce cas, pour lequel l'élément connecteur mâle 9 comprend un manchon 10, alors l'élément connecteur mâle 9 peut être symétrique à l'élément connecteur femelle 8.
  • Dans la liaison bague 11 par rapport à l'élément connecteur mâle 9, il peut être prévu des pions supportant le poids de l'anneau lorsque la connexion est déverrouillée.
  • Un système de verrouillage permet de bloquer en rotation la bague 11.
  • Selon une variante de réalisation de l'invention, l'assemblage à baïonnette du côté de l'élément connecteur mâle comporte une plage angulaire de connexion distincte de la plage angulaire de connexion du côté de l'élément connecteur femelle, de manière à ce que les deux connexions ne soient pas simultanées. Ainsi, au moins un tenon, de préférence tous les tenons, des troisième et quatrième séries de tenons est en saillie sur une plage angulaire distincte de la plage angulaire des tenons des première et deuxième séries de tenons. Ainsi, la plage angulaire de connexion de l'élément mâle est différente de la plage angulaire de connexion de l'élément femelle. Il est alors possible de s'affranchir des pions de montage, car lorsqu'on connecte l'élément connecteur femelle, les tenons de l'éléments connecteur mâle restent en contact afin d'assurer le verrouillage coté connecteur femelle. Par exemple dans le cas d'une répartition régulière des tenons sur la circonférence des moyens de connexion, l'assemblage à baïonnette du côté de l'élément connecteur mâle comporte un nombre distinct de tenons de l'assemblage à baïonnette du côté de l'élément connecteur femelle.
  • Pour cette variante de réalisation des butées peuvent être prévues pour limiter les rotations de l'anneau. Par exemple, les butées peuvent être réalisées par un bloc solidaire de la bague de verrouillage et disposé sur la surface extérieure de la bague de verrouillage, et de pièces en saillie de la bride mâle, contre lesquelles le bloc de la bague peut venir en appui. Trois pièces en saillie peuvent être réalisées : une première servant de butée de verrouillage, une deuxième servant de butée de déverrouillage de l'élément femelle, et une troisième servant de butée de déverrouillage de l'élément mâle (après avoir retiré la deuxième butée).
  • Selon un exemple de cette variante de réalisation, les première et deuxième séries de tenons (côté élément connecteur femelle) comportent au moins une rangée de quatre tenons et les troisième et quatrième séries de tenons (côté élément connecteur mâle) comportent au moins une rangée de trois tenons. De préférence, les quatre tenons de la connexion avec l'élément connecteur femelle s'étendent sur une plage angulaire d'environ 45° et les trois tenons de la connexion avec l'élément connecteur mâle s'étendent sur une plage angulaire d'environ 60°. La figure 12 représente la circonférence interne d'une bague de verrouillage pour une telle configuration, avec une première série de tenons 12, composée de deux rangées de quatre tenons ayant une plage angulaire de 45°, ainsi que la troisième série de tenons 16 composé de deux séries de trois tenons ayant une plage angulaire de 60°. Ainsi, le verrouillage des deux côtés est réalisé sur 360°. Dans la position déverrouillée, la bague repose sur l'élément connecteur mâle par trois secteurs de 15°. La rotation de la bague d'un quart de tour (45°) va mettre en coïncidence toutes les rangées de tenons (côté élément connecteur mâle et côté élément connecteur femelle). Pour réaliser le démontage de la bague, il suffit d'effectuer une premier rotation de 15° de la bague, de la faire coulisser longitudinalement jusqu'à libérer la première rangée de tenons, puis de faire une seconde rotation de 60° dans l'autre sens pour finir par un e translation longitudinale qui libère la bague de verrouillage de l'élément connecteur mâle du côté du manchon. Alternativement, d'autres plages angulaires sont envisageables : par exemple des tenons respectivement de 15 et 20°, des tenons respectivement de 60 et 90°...
  • En outre, en combinaison ou non avec la variante de réalisation décrite ci-dessus, les séries de tenons peuvent toutes (côté connecteur mâle et côté connecteur femelle) comprendre le même nombre de rangées de tenons, de préférence deux ou plus.
  • Alternativement, les séries de tenons du côté du connecteur mâle peuvent comprendre un nombre de rangées distinct, de préférence inférieur, au nombre de rangées de tenons du côté du connecteur femelle. Ainsi, la conception, le montage et le démontage de la bague de verrouillage et de l'élément connecteur mâle sont simplifiés. Selon un exemple, les première et deuxième séries de tenons (côté élément connecteur femelle) comportent deux rangées de tenons et les troisième et quatrième séries de tenons (côté élément connecteur mâle) comportent une seule rangée de tenons.
  • Pour ces variantes de réalisation avec un nombre de tenons distincts de part et d'autre de la connexion, on peut réaliser dans un premier temps le montage de la bague de verrouillage sur l'élément connecteur mâle par mise en concordance des tenons de la bague de verrouillage et de l'élément connecteur mâle, au moyen de rotation et de déplacement longitudinal de la bague de verrouillage par rapport à l'élément connecteur mâle. Ce montage peut être réalisé en usine ou à terre.
  • Puis, la connexion de deux tronçons par la bague de verrouillage peut être réalisée par les étapes suivantes :
    • rotation de la bague de verrouillage (par exemple jusqu'à une butée) de manière à conserver le verrouillage côté de l'élément connecteur mâle (secteur angulaire en contact) et à préparer la connexion du côté de l'élément connecteur femelle,
    • déplacement longitudinal de l'élément connecteur mâle avec la bague de verrouillage pour insertion de l'élément connecteur femelle, et
    • verrouillage de la connexion par rotation (par exemple jusqu'à une butée) de manière à ce que les tenons des deux éléments connecteurs reposent intégralement sur les tenons de la bague de verrouillage, et optionnellement sécurisation de la bague au moyen d'une broche et d'un bloc.
  • Ces étapes peuvent se faire en mer, par exemple sur un bateau.
  • Pour ces variantes de réalisation avec un nombre de tenons distincts de part et d'autre de la connexion, la déconnexion de deux tronçons par la bague de verrouillage peut être réalisée par les étapes suivantes :
    • déverrouillage de la connexion par rotation (par exemple jusqu'à une butée) de manière à ce que les tenons de l'élément connecteur femelle ne soient plus en contact avec les tenons de la bague de verrouillage, alors que les tenons de l'élément connecteur mâle restent en contact avec les tenons de la bague de verrouillage sur une plage angulaire,
    • déplacement longitudinal de l'élément connecteur mâle avec la bague de verrouillage pour retirer l'élément connecteur femelle, et
    • rotation de la bague de verrouillage (par exemple jusqu'à une butée) de manière à ce que les tenons de l'élément connecteur mâle ne soient plus en contact avec les tenons de la bague de verrouillage
  • Par la suite, on peut réaliser le démontage de la bague de verrouillage de l'élément connecteur mâle par déplacement longitudinal de la bague de verrouillage par rapport à l'élément connecteur mâle.
  • Selon une première variante de réalisation de l'invention (non représentée), l'élément de conduite auxiliaire 7 est solidairement lié à chacune de ses extrémités au tube principal 6. En d'autres termes, le tronçon de colonne montante 4 comporte à chacune de ses extrémités des moyens de fixation, qui permettent de lier axialement un élément de conduite auxiliaire 7 au tube principal 6. Selon cette variante de réalisation, les moyens de fixation permettent de transmettre des efforts longitudinaux du tube principal 6 aux éléments de tube auxiliaire 7. Ainsi, ces moyens de fixation permettent de répartir les efforts de tension, s'appliquant sur chacun des tronçons de la colonne montante, entre le tube principal 6 et les éléments de conduite auxiliaire 7.
  • Par exemple, au niveau de l'extrémité du tronçon munie de l'élément connecteur femelle 8, le tube principal 6 est prolongé par un épaulement ou une bride 23 comportant un passage cylindrique dans lequel l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser. L'élément de tube auxiliaire 7 comporte une butée, par exemple un écrou ou un épaulement pour positionner axialement l'élément de tube auxiliaire 7 par rapport à la bride 23. Lors du montage de l'élément de tube auxiliaire 7 sur le tube principal 6, la butée de l'élément de tube auxiliaire 7 vient en appui sur la bride 23, par exemple contre un épaulement axial pratiqué dans le passage cylindrique de sorte à former une liaison rigide.
  • Au niveau de l'extrémité du tronçon munie de l'élément connecteur mâle 9, le tube principal 6 est prolongé par un épaulement ou bride 24 comportant un passage cylindrique dans lequel l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser. L'élément de conduite auxiliaire 7 comporte une butée, par exemple un écrou ou un épaulement, pour positionner axialement l'élément de conduite auxiliaire 7 par rapport à la bride 24. Lors du montage de l'élément de conduite auxiliaire 7 sur le tube principal 6, la butée de l'élément de conduite auxiliaire 7 vient en appui sur la bride 24, par exemple contre un épaulement axial pratiqué dans le passage cylindrique, de sorte à former une liaison rigide.
  • Les brides 23 et 24 ont des formes de révolution autour de l'axe du tube principal. Les brides 23 et 24 prolongent les éléments de tube principal 6 en augmentant l'épaisseur et la section externe du tube, pour former respectivement des épaulements. De préférence, la section extérieure des brides 23 et 24 varie progressivement le long de l'axe du tube principal, de manière à éviter une variation brusque de section entre le tube principal 6 et les épaulements qui fragiliserait la tenue mécanique du connecteur 5. Les brides 23, 24 sont disposées de part et d'autre de la bague de verrouillage 11 : l'écartement entre les brides 23 et 24 est supérieure à la hauteur de la bague de verrouillage 11. Le diamètre extérieur des brides 23, 24 est supérieur au diamètre de la bague de verrouillage 11. Selon un mode de réalisation de l'invention, les brides 24 et 23 forment des pièces monoblocs respectivement avec l'élément connecteur mâle 9 et l'élément connecteur femelle 8.
  • Les moyens de fixation composés des butées permettent de bloquer les translations axiales d'un élément de tube auxiliaire 7 dans les deux sens par rapport au tube principal 6. Ainsi, la combinaison des moyens de fixation permet de solidariser complètement l'élément de tube auxiliaire 7 par rapport à l'élément de tube principal 6. Ainsi, les éléments de tube auxiliaire 7 participent, conjointement avec l'élément de tube principal 6 à la reprise des efforts longitudinaux appliqués à la colonne 1.
  • La forme et, en particulier, l'épaisseur des brides 23 et 24 sont déterminées pour supporter les efforts longitudinaux transmis aux éléments de conduite auxiliaire 7.
  • Les éléments 7 de lignes auxiliaires sont raccordés bout à bout au moyen de raccords. Un raccord peut être composé d'un embout mâle situé à une extrémité de l'élément de tube auxiliaire 7 et d'un embout femelle situé à l'autre extrémité de l'élément de tube auxiliaire 7. L'embout mâle coopère de façon étanche avec l'embout femelle d'un autre élément de tube auxiliaire 7. Par exemple, l'élément mâle du raccord est une partie tubulaire qui s'insère dans une autre partie tubulaire de l'embout femelle. La surface intérieure de l'embout femelle est ajustée à la surface extérieure de l'embout mâle. Des joints sont montés dans des gorges usinées sur la surface intérieure de l'élément femelle afin d'assurer l'étanchéité de la liaison. Le raccord autorise un déplacement axial d'un des éléments de tube auxiliaire 7 par rapport à l'autre, tout en maintenant la liaison étanche entre les deux éléments.
  • Les éléments de tube auxiliaire 7 peuvent être munis d'un dispositif de rattrapage des différences de longueur entre le tube principal 6 et les éléments de tube auxiliaire 7 dues à des tolérances de fabrication.
  • Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention illustrée aux figures 2, 3, 8 à 10, l'élément de conduite auxiliaire 7 est solidairement lié avec une liaison encastrement (sans mouvement relatif entre les pièces) à une seule extrémité du tube principal 6 et est connecté par une liaison pivot glissant avec l'autre extrémité du tube principal. Dans la présente demande, une liaison pivot glissant désigne une liaison qui lie un premier solide à un deuxième solide, le premier solide pouvant translater par rapport au deuxième solide dans la direction d'un axe et le premier solide pouvant pivoter par rapport au deuxième solide autour de ce même axe. Ainsi l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser et pivoter selon sa direction axiale par rapport au tube principal 6, l'élément de conduite auxiliaire 7 n'est pas libre de mouvement dans les directions radiale et tangentielle, c'est-à-dire dans les directions d'un plan perpendiculaire à la figure 3.
  • En d'autres termes, le tronçon de colonne montante 4 comporte à chacune de ses extrémités des moyens de liaison, schématisés sur la figure 3, qui permettent d'un côté de lier axialement un élément de conduite auxiliaire 7 au tube principal 6 et de l'autre côté de former la liaison pivot glissant entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et le tube principal 6.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 3, la liaison encastrement entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur femelle 8, et la liaison pivot glissant entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur mâle 9. Alternativement, la liaison encastrement entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur mâle 9, et la liaison pivot glissant entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur femelle 8. Seule cette première variante est décrite dans la suite de la description, la deuxième variante se déduisant par symétrie.
  • Au niveau de l'extrémité du tronçon munie de l'élément connecteur femelle 8, le tube principal 6 est prolongé par un épaulement ou bride 23 comportant un passage cylindrique dans lequel l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser. L'élément de conduite auxiliaire 7 comporte une butée, par exemple un écrou ou un épaulement pour positionner axialement l'élément 7 par rapport à la bride 23. Lors du montage de l'élément de conduite auxiliaire 7 sur le tube principal 6, une butée de l'élément 7 vient en appui sur la bride 23, par exemple contre l'épaulement axial pratiqué dans le passage cylindrique de sorte à former une liaison encastrement sans mouvement relatif entre les pièces.
  • Au niveau de l'extrémité du tronçon munie de l'élément connecteur mâle 9, le tube principal 6 est prolongé par un épaulement ou bride 24 comportant un passage cylindrique dans lequel l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser et pivoter. L'élément de conduite auxiliaire 7 comporte un moyen de réglage de jeu 15 (ou butée réglable) permettant de limiter le mouvement relatif entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et la bride 24. Le moyen de réglage de jeu 15 forme une butée disposée à une distance ajustable J de la bride 24. Ainsi, lors du montage un jeu J est réglé par le moyen de réglage de jeu 15. Puis lorsque la colonne montante est mise sous tension, le mouvement relatif ou la déformation de l'élément de conduite auxiliaire 7 ou de l'élément de tube principal 6 est limitée d'une distance J, au-delà d'une certaine tension, le jeu devient nul et l'élément de conduite auxiliaire 7 est en butée dans la bride 24.
  • Les éléments connecteurs femelle 8 et mâle 9 ont des formes de révolution autour de l'axe de l'élément tubulaire principal. Selon une possibilité de réalisation de l'invention, les brides 23 et 24 peuvent comporter des renforts positionnés au droit de certaines lignes auxiliaires (par exemple « choke line » et « kill line »). Selon l'invention, les éléments connecteurs 8 et 9 prolongent l'élément de tube principal 6 en augmentant l'épaisseur et la section externe du tube, pour former respectivement les épaulements ou brides 23 et 24. De préférence, la section extérieure des éléments connecteurs 8 et 9 varie progressivement le long de l'axe 8, de manière à éviter une variation brusque de section entre le tube 6 et les épaulements 23 et 24 qui fragiliserait la tenue mécanique du connecteur 5. Par exemple, en référence à la figure 2, les brides 23 et 24 forment des congés.
  • Les tubes auxiliaires 7 sont soumis à des efforts de compression axiale engendrés par la différence de pression interne/externe qui génère un « effet de fond » qui s'applique sur les extrémités de tubes (par exemple les lignes auxiliaires peuvent être soumises à des pressions de l'ordre de 1034 bar soit 15000 psi). Sous ces pressions, les éléments du tube principal s'allongent et les éléments des tubes auxiliaires se raccourcissent jusqu'à ce que le jeu J soit nul. Lorsque que le jeu J devient nul, toutes les lignes s'allongent de manière identique. Les éléments du tube principal 6 sont susceptibles de s'allonger car ils doivent supporter en totalité ou partiellement, d'une part le poids de la colonne montante et le poids de la boue de forage, et d'autre part, les efforts de tension imposés à la colonne montante pour la maintenir sensiblement verticale. En général, les éléments de tube principal en tête de la colonne montante, c'est-à-dire proches de la surface de la mer, subissent les efforts de tension maximum, donc l'allongement maximum. Les éléments des tubes auxiliaires 7 sont susceptibles de se raccourcir sous l'effet de la différence entre la pression interne et la pression externe due au fluide qu'ils contiennent. En effet, le fluide applique une pression sur les extrémités des éléments de tube auxiliaire 7 en imposant des efforts de compression aux éléments de tube auxiliaire 7. De plus, la déformation radiale du tube dû à la différence entre la pression interne et la pression externe entraîne un raccourcissement du tube. En général, les éléments 4 en pied de colonne montante, c'est-à-dire à proximité du fond marin, subissent la différence de pression interne/externe maximum, donc le raccourcissement maximum.
  • Tant que le jeu J est positif, l'élément de tube auxiliaire 7 et l'élément de tube principal 6 situés à la même hauteur peuvent varier de longueur indépendamment les uns par rapport aux autres. En revanche quand le jeu J devient nul c'est-à-dire lorsque le moyen de réglage de jeu 15 est en contact avec la bride 24, l'élément de tube auxiliaire 7 et l'élément de tube principal 6 correspondant forment un ensemble hyperstatique : l'élément de tube auxiliaire 7 est solidaire à l'élément de tube principal 6 d'une part au niveau de moyen de fixation, et d'autre part au niveau de la butée qui est en contact avec la bride 24. Par conséquent, l'élément de tube principal 6 induit des efforts de tension dans l'élément de tube auxiliaire 7, et réciproquement.
  • Ainsi, ces liaisons permettent de répartir les efforts de tension, s'appliquant sur chacun des tronçons de la colonne montante, entre le tube principal 6 et les éléments de conduite auxiliaire 7. L'intégration selon l'invention via la mise en place du jeu J permet d'augmenter la contribution du tube principal et par conséquent de réduire les efforts axiaux dans les lignes périphériques. La réduction des efforts axiaux dans les lignes périphériques grâce à cette intégration présente un bénéfice sur le dimensionnement des embouts et sur le dimensionnement des épaisseurs des tubes auxiliaires.
  • Avantageusement, le jeu J est choisi en fonction de la longueur du tronçon, en effet les déformations des différentes lignes dépend de la longueur de celles-ci. Pour un tronçon de colonne montante classique de 75 ou 90 ft (22,86 m et 27,43 m), le jeu J est réglé entre 0 et 1,5 pouce (0 et environ 38,1 mm). De préférence, le jeu J est choisi entre 0,1 et 1 pouce, (2,54 et 25,4 mm) pour une répartition optimale des efforts dans les lignes, permettant d'engendrer une diminution de la masse de la colonne montante. Alternativement, le jeu J est choisi entre 0,1 et 0,25 pouce (2,54 et 6,35 mm). Selon une alternative le jeu J est choisi entre 0,25 et 1 pouce (6,35 mm et 25,4 mm). Une solution préférentielle présentant un bon compromis est un jeu d'environ 0,5 pouce (12,7 mm) ou un pouce (25,4 mm).
  • Selon l'invention, le moyen de réglage de jeu 15 est réalisé par un écrou ou par un élément fileté. Le jeu J est réglé (avant connexion des tronçons) en fonction des efforts et des pressions appliqués sur les éléments de tube principal 6 et les éléments de tube auxiliaire 7. La présence de jeu présente un bénéfice sur le dimensionnement des embouts des lignes périphériques et sur le dimensionnement des épaisseurs des lignes périphériques.
  • Les figures 8 à 10 illustrent trois variantes de réalisation d'élément de tube auxiliaire 7 équipé de moyens de réglage de jeu.
  • Selon une première variante de réalisation des moyens de réglage de jeu illustrée sur les figures 2, 3, 6 et 8, les éléments 7 de lignes auxiliaires sont raccordés bout à bout au moyen de raccords. Un raccord est composé d'un embout mâle 14 situé à une extrémité de l'élément 7 et d'un embout femelle 13 situé à l'autre extrémité de l'élément 7. Un embout mâle 14 coopère de façon étanche avec l'embout femelle 13 d'un autre élément 7. Par exemple, l'embout mâle 14 du raccord est une partie tubulaire qui s'insère dans une autre partie tubulaire 13. La surface intérieure de l'embout femelle 13 est ajustée à la surface extérieure de l'embout mâle 14. Des joints sont montés dans des rainures usinées sur la surface intérieure de l'embout femelle 13 afin d'assurer l'étanchéité de la liaison. Le raccord autorise un déplacement axial d'un des éléments 7 par rapport à l'autre, tout en maintenant la liaison étanche entre les deux éléments. Les embouts mâle 14 et femelle 13 sont fixés par exemple par soudure ou sertissage à un tube central ayant sensiblement la même longueur que l'élément de conduite principal 6 auquel est rattaché l'élément de conduite auxiliaire 7. Pour cette variante de réalisation de l'invention, le moyen de réglage de jeu est formé par un écrou 15 positionné sur l'embout mâle 14 sur une portion filetée non destinée à être insérée dans un embout femelle 13.
  • Selon une deuxième variante de réalisation des moyens de réglage de jeu illustrée sur la figure 9, les éléments 7 de lignes auxiliaires sont raccordés bout à bout au moyen de raccords. Un raccord est composé d'une goupille mâle 18 insérée dans un réceptacle 17 à une extrémité de l'élément 7 et d'un embout femelle 13 situé à l'autre extrémité de l'élément 7. La goupille mâle 18 coopère de façon étanche avec l'embout femelle 13 d'un autre élément 7. Par exemple, la goupille mâle 18 du raccord est une partie tubulaire qui s'insère dans une autre partie tubulaire 13. La surface intérieure de l'embout femelle 13 est ajustée à la surface extérieure de la goupille mâle 18. Des joints sont montés dans des rainures usinées sur la surface intérieure de l'embout femelle 13 afin d'assurer l'étanchéité de la liaison. Le raccord autorise un déplacement axial d'un des éléments 7 par rapport à l'autre, tout en maintenant la liaison étanche entre les deux éléments. L'embout femelle 13 est fixé par exemple par soudure ou sertissage à un tube central ayant sensiblement la même longueur que l'élément de conduite principal 6 auquel est rattaché l'élément de conduite auxiliaire 7. Le réceptacle 17 est fixé par exemple par soudure ou sertissage au tube central. La goupille mâle 18 est fixée au réceptacle 17 notamment par vissage. Ainsi, la goupille mâle 18 est une pièce d'usure pouvant être changée lors de la maintenance de la colonne montante. Pour cette variante de réalisation de l'invention, le moyen de réglage de jeu est formé par un écrou 15 positionné sur la goupille mâle 18 sur une portion filetée non destinée à être insérée dans un embout femelle 13.
  • Selon une troisième variante de réalisation des moyens de réglage de jeu illustrée sur la figure 10, les éléments 7 de lignes auxiliaires sont raccordés bout à bout au moyen de raccords. Un raccord est composé d'une goupille mâle 21 insérée dans un réceptacle 17 à une extrémité de l'élément 7 et d'une goupille femelle 19 insérée dans un réceptacle 20 situé à l'autre extrémité de l'élément 7. La goupille mâle 21 coopère de façon étanche avec la goupille femelle 19 d'un autre élément 7. Par exemple, la goupille mâle 21 du raccord est une partie tubulaire qui s'insère dans une autre partie tubulaire 19. La surface intérieure de la goupille femelle 19 est ajustée à la surface extérieure de la goupille mâle 21. Des joints sont montés dans des rainures usinées sur la surface intérieure de la goupille femelle 19 afin d'assurer l'étanchéité de la liaison. Le raccord autorise un déplacement axial d'un des éléments 7 par rapport à l'autre, tout en maintenant la liaison étanche entre les deux éléments. Le réceptacle 20 est fixé par exemple par soudure ou sertissage à un tube central ayant sensiblement la même longueur que l'élément de conduite principal 6 auquel est rattaché l'élément de conduite auxiliaire 7. La goupille femelle 19 est fixée au réceptacle 20 notamment par vissage. Le réceptacle 17 est fixé par exemple par soudure ou sertissage au tube central. La goupille mâle 21 est fixée au réceptacle 17 notamment par vissage. Ainsi, les goupilles mâle 21 et femelle 19 sont des pièces d'usure pouvant être changées lors de la maintenance de la colonne montante. Pour ce mode de réalisation de l'invention, le moyen de réglage de jeu est formé par la goupille mâle 21 qui est filetée dans le réceptacle et qui possède un épaulement 22 assurant la butée.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les éléments de tube auxiliaire 7 sont des tubes frettés par des fils de renfort, telles que des fibres de verre, de carbone, ou en aramide enrobées dans une matrice polymère. Ainsi, la résistance et le poids des lignes auxiliaires sont optimisés. En effet, la présente invention est particulièrement adapté pour les éléments de tubes auxiliaires frettés qui présentent l'avantage de réduire l'épaisseur d'acier et donc le poids de la colonne montante. L'inconvénient du frettage de présenter une plus faible raideur en flexion est compensé par le jeu qui permet de limiter le flambage des conduites auxiliaires. Alternativement, les éléments de tube principal et de tubes auxiliaires peuvent être composés en alliage d'aluminium ou en alliage de titane.
  • Le dispositif selon l'invention offre une solution intéressante pour monter rapidement et simplement une colonne montante dont les efforts de tension sont répartis entre les éléments de tubes auxiliaires et le tube principal. En effet, bien que les éléments de tubes auxiliaires 7 et l'élément de tube principal 6 soient montés de manière à supporter conjointement les efforts de tension appliqués à la colonne, la connexion d'un tronçon 4 de colonne montante à un autre tronçon 4 de colonne montante est réalisée en une unique opération au moyen de la rotation de la bague de verrouillage 11. Cette connexion permet de mettre en communication et de rendre étanche l'élément de tube principal 6 d'un tronçon 4 avec celui de l'autre tronçon 4 et, simultanément, de mettre en communication et de rendre étanche les éléments de conduites auxiliaires 7 d'un des tronçons 4 avec ceux de l'autre tronçon 4.
  • Le connecteur compact selon l'invention permet de minimiser les efforts de flexion dans les brides 23 et 24, et donc de réduire les dimensions des brides 23 et 24 et d'alléger le poids des connecteurs.
  • Par ailleurs, le fait que la bague 11 soit positionnée entre l'élément de tube principal 6 et les éléments de tube auxiliaire 4 permet d'augmenter la tenue du connecteur. En effet, la bague 11 maintient les brides 23 et 24 et empêche leurs flexions. En outre, ce positionnement permet de réduire le problème d'interférence des raccords des lignes auxiliaires 7 car les moments de flexion engendrés par les efforts axiaux désaxés sont de signes opposés. De plus, en position verrouillée, les tenons de la bague 11 sont en prise avec les tenons de l'élément connecteur femelle 8 qui sont positionnés sur la partie massive de l'élément connecteur femelle 8.
  • De plus, la combinaison du verrouillage par bague de verrouillage et l'existence de jeu dans la liaison des éléments de tube auxiliaire permet d'optimiser le poids de la colonne montante.
    • Variante de réalisation
  • Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le tronçon de colonne montante comprend en outre un anneau de verrouillage pour la connexion de deux tronçons consécutifs. Cet anneau de verrouillage est dit externe ou périphérique car il coopère avec la périphérie (la partie la plus extérieure : avec le plus grand diamètre) des brides des éléments connecteurs mâle et femelle, de manière à les assembler. Les lignes auxiliaires sont donc à l'intérieur de l'anneau de verrouillage. Ainsi deux tronçons consécutifs sont assemblés par deux éléments : une bague de verrouillage et un anneau de verrouillage périphérique, afin de transmettre les efforts axiaux.
  • La figure 6 illustre le deuxième de mode de réalisation de l'invention avec un moyen de réglage de jeu. Les éléments identiques au premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes signes de référence. De la même manière que pour le premier mode de réalisation illustré notamment en figure 3, un élément connecteur mâle 9 est emboîté dans un élément connecteur femelle 8. Une portion de l'élément connecteur mâle 9 pénètre dans l'élément connecteur femelle 8. Cet emboîtement est limité par une butée axiale : l'extrémité de l'élément connecteur mâle 9 vient en butée contre l'épaulement axial pratiqué sur la surface intérieure de l'élément connecteur femelle 8 : l'épaulement axial pratiqué sur la surface extérieure de l'élément connecteur mâle 9 vient en butée contre l'épaulement axial pratiqué sur la surface intérieure de l'élément connecteur femelle 8. Tel qu'illustré sur la figure 6, l'élément connecteur mâle 9 peut comprendre un manchon 10 fixé dans l'élément connecteur mâle. Le manchon 10 a un rôle de centrage et d'étanchéité des éléments connecteurs mâle 9 et femelle 8. La fixation du manchon 10 peut être réalisée par soudure, filetage, collage, frettage ou tout autre moyen analogue. A la place du manchon 10, des variantes de réalisation non représentées peuvent être envisagées, tel qu'un prolongement de l'élément de tube principal 6.
  • Le connecteur 5 comporte une bague de verrouillage 11 qui est positionnée entre l'élément de tube principal 6 et l'élément de tube auxiliaire 7. Lorsque l'élément connecteur mâle 9 est emboîté dans un élément connecteur femelle 8, une partie de la bague 11 vient en contact avec la surface externe de l'élément connecteur femelle 8 de manière à ce qu'une série de tenons 12 située sur la surface intérieure de la bague 11 coopèrent avec une série de tenons située sur la face extérieure de l'élément connecteur femelle 9. Le verrouillage et le déverrouillage du connecteur 5 sont réalisés par rotation de la bague 11 (verrouillage du type à baïonnette). La bague de verrouillage 11 est montée sur l'élément connecteur mâle 9. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 3, la bague de verrouillage 11 comprend sur sa face intérieure une autre série de tenons 16 coopérant avec une série de tenons située sur la face extérieure de l'élément connecteur mâle 9. Ainsi, la bague de verrouillage 11 est fixée à l'élément connecteur mâle, lorsque que des tronçons de colonne montante sont connectés. En situation non verrouillée, la bague 11 est solidaire de l'élément connecteur mâle 9 au moyen de pions (non représentés sur la figure 3). De plus, cette réalisation de la bague de verrouillage 11 permet de réaliser un connecteur entièrement démontable pour faciliter l'inspection et la maintenance du connecteur. Ce mode de réalisation permet également de réaliser une bague 11 et des éléments connecteur mâle 9 et femelle 8 quasi symétriques, ce qui facilite leur fabrication.
  • En référence à la figure 6, la bague 11 est montée sur la surface extérieure de l'élément connecteur mâle 9. Elle est maintenue au moyen des séries de tenons de la bague et des éléments connecteurs mâle 9 et femelle 8. Ainsi, les efforts axiaux passent de l'élément connecteur mâle 9 à l'élément connecteur femelle 8 via les dentures sans transiter par le manchon 10.
  • Pour ce deuxième mode de réalisation de l'invention, le connecteur 5 comporte en outre un anneau de verrouillage 25 qui est positionné sur la surface extérieure (périphérique) des brides 23 et 24. Les lignes auxiliaires 7 sont donc à l'intérieur de l'anneau de verrouillage 25. L'anneau de verrouillage 25 a un diamètre supérieur au diamètre de la bague de verrouillage 11. L'anneau 25 peut être usiné dans une portion de tube. L'anneau 25 est muni à chacune de ses extrémités de butées qui coopèrent respectivement avec les brides 23 et 24 pour bloquer en translation selon l'axe du tube principal les brides 23 et 24. L'anneau 25 de verrouillage est monté mobile en rotation sur la bride 24, tout en étant bloqué en translation, selon la direction de l'axe du tube principal. En référence à la figure 6, l'anneau 25 comporte au moins une portion de surface interne cylindrique de rayon S et la surface périphérique extérieure de la bride 23 est cylindrique de rayon légèrement inférieur à S. L'anneau 25 est monté sur la bride 24 en centrant la surface cylindrique intérieure de l'anneau sur la surface cylindrique extérieure de la bride 24. De plus, l'anneau 25 comporte une collerette qui forme un décrochement radial de la surface intérieure cylindrique de l'anneau 25. L'anneau 25 repose sur un épaulement axial pratiqué sur la bride 24. La surface intérieure de l'anneau 25 comporte des tenons. La bride 23 de l'élément connecteur femelle comporte également des tenons disposés sur sa surface périphérique extérieure. Lorsque l'élément connecteur mâle 9 est emboîté dans l'élément connecteur femelle 8, une partie de l'anneau 25 recouvre la bride 23 de manière à ce que les tenons de l'anneau 25 puissent coopérer avec les tenons de la bride 23 de l'élément connecteur femelle 8.
  • L'assemblage par un anneau périphérique 25 permet une forte raideur du système de verrouillage, ce qui permet de limiter les déformations (flexions) des brides. De plus, le double verrouillage assure une capacité du connecteur à transmettre des efforts importants. En outre, cette conception avec double connexion à baïonnette (côté élément connecteur mâle et côté élément connecteur femelle) permet de rendre le connecteur entièrement démontable pour l'inspection et la maintenance et permet également une quasi-symétrie des brides, ce que facilite leur fabrication.
  • Tel qu'illustré sur la figure 6, l'anneau de verrouillage 25 comprend en outre une deuxième série de tenons sur sa surface intérieure et la surface extérieure périphérique de la bride 24 de l'élément connecteur mâle 9 comporte également des tenons aptes à coopérer avec les tenons de l'anneau de verrouillage 25.
  • La figure 7 représente un anneau de verrouillage 25 périphérique. L'anneau de verrouillage 25 comprend une première série de tenons 27 apte à coopérer avec des tenons d'une bride 23 d'un élément connecteur femelle 8 et une deuxième série de tenons apte à coopérer avec des tenons d'une bride 24 d'un élément connecteur mâle 9.
  • Le verrouillage et le déverrouillage du connecteur 5 sont réalisés par rotation de l'anneau 25 et par rotation de la bague de verrouillage 11 (verrouillage du type à baïonnette). L'anneau 25 et la bague 11 sont munis de moyens de manoeuvre, par exemple une barre de manoeuvre qui peut être démontable. Les moyens de manoeuvre permettent de faire pivoter l'anneau 25 autour des brides 23 et 24 selon l'axe du tube principal et, indépendamment ou simultanément, faire pivoter la bague 11 l'axe du tube principal. Pour effectuer la rotation simultanée de l'anneau et de la bague, l'anneau 25 peut être rendu solidaire de la bague 11 par une liaison rigide (par exemple au moyen de tiges ou d'une plaque évidée évitant toute interférence avec les conduites auxiliaires lors de la rotation de l'ensemble de verrouillage bague/anneau).
  • Des moyens de butée en rotation et de blocage en position verrouillée et déverrouillée du système bague/anneau peuvent être prévus, par exemple au moyen de blocs, de pions, de broches ou de vis situés sur la bride 24 et l'anneau 25.
  • Les efforts longitudinaux, c'est-à-dire les efforts de tension dirigés selon l'axe du tube principal, sont transmis d'un tronçon 4 au tronçon adjacent 4 d'une part par l'intermédiaire de la connexion de type baïonnette entre l'anneau 25 et les brides 23 et 24 et d'autre part par l'intermédiaire de la connexion de type baïonnette entre la bague 11 et les éléments connecteurs mâle 9 et femelle 8.
  • L'agencement du connecteur selon l'invention permet de transmettre la quasi-totalité des efforts dans le tube principal par l'intermédiaire de la bague interne 11, alors que les efforts dans les conduites auxiliaires sont transmis pour une partie via la bague interne 11 et pour la partie restante via l'anneau externe 25. En effet, pour ce mode de réalisation, les efforts passent de la bride 24 de l'élément connecteur mâle 9 à la bride 23 de l'élément connecteur femelle 8 via les tenons de la bague 11 et de l'anneau 25 sans transiter par le manchon 10. La répartition des efforts entre la bague 11 et l'anneau 25 dépend de la raideur et des efforts dans les lignes.
  • La hauteur de l'anneau 25 peut être déterminée de manière à ce que la distance entre la face inférieure de la collerette circulaire et la face supérieure des tenons 26, 27 soit égale à la distance entre les brides 23 et 24 augmentée d'un jeu de mise en oeuvre au moins égal à celui de la bague interne 11. De plus, un espace est nécessaire entre les deux brides 23 et 24 pour loger les raccords 13, 14 des tubes de conduites auxiliaires 7 et les moyens de réglage du jeu 15.
  • Des ouvertures peuvent être ménagées dans les parties de l'anneau 25 situées, verticalement et circonférentiellement, entre les tenons. Ces ouvertures permettent, d'une part d'alléger la pièce, mais aussi et surtout de voir les extrémités des éléments de conduites auxiliaires 7 au moment de leur connexion et d'éviter des endommagements qui pourraient résulter d'une approche aveugle.
  • Selon l'invention, l'élément de conduite auxiliaire 7 est solidairement lié avec une liaison encastrement (sans mouvement relatif entre les pièces) à une seule extrémité du tube principal 6 et est connecté avec une liaison pivot glissant avec l'autre extrémité du tube principal. La figure 6 représente le deuxième mode de réalisation avec des moyens de réglage de jeu. Toutefois, le deuxième mode de réalisation peut être mis en oeuvre en fixant solidairement l'élément de tube auxiliaire 7 aux deux extrémités de l'élément de tube principal 6. Seule cette première variante de réalisation du deuxième mode de réalisation (avec liaison pivot est décrite).
  • On rappelle qu'une liaison pivot glissant désigne une liaison qui lie un premier solide à un deuxième solide, le premier solide pouvant translater par rapport au deuxième solide dans la direction d'un axe et le premier solide pouvant pivoter par rapport au deuxième solide autour de ce même axe. Ainsi, l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser et pivoter selon sa direction axiale par rapport au tube principal 6, l'élément de conduite auxiliaire 7 n'est pas libre de mouvement dans les directions radiale et tangentielle, c'est-à-dire dans les directions d'un plan perpendiculaire à la figure 3.
  • En d'autres termes, le tronçon de colonne montante 4 comporte à chacune de ses extrémités des moyens de liaison, schématisés sur la figure 6, qui permettent d'un côté de lier axialement un élément de conduite auxiliaire 7 au tube principal 6 et de l'autre côté de former la liaison pivot glissant entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et le tube principal 6.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 6, la liaison encastrement entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur femelle 8, et la liaison pivot glissant entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur mâle 9. Alternativement, la liaison encastrement entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur mâle 9, et la liaison pivot glissant entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et l'élément de conduite principale 6 est réalisée au niveau de l'élément connecteur femelle 8. Seule cette première variante est décrite dans la suite de la description, la deuxième variante se déduisant par symétrie.
  • Au niveau de l'extrémité du tronçon munie de l'élément connecteur femelle 8, le tube principal 6 est prolongé par un épaulement ou bride 23 comportant un passage cylindrique dans lequel l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser. L'élément de conduite auxiliaire 7 comporte une butée, par exemple un écrou ou un épaulement pour positionner axialement l'élément 7 par rapport à la bride 23. Lors du montage de l'élément de conduite auxiliaire 7 sur le tube principal 6, une butée de l'élément 7 vient en appui sur la bride 23, par exemple contre l'épaulement axial pratiqué dans le passage cylindrique de sorte à former une liaison encastrement sans mouvement relatif entre les pièces.
  • Au niveau de l'extrémité du tronçon munie de l'élément connecteur mâle 9, le tube principal 6 est prolongé par un épaulement ou bride 24 comportant un passage cylindrique dans lequel l'élément de conduite auxiliaire 7 peut coulisser et pivoter. L'élément de conduite auxiliaire 7 comporte un moyen de réglage de jeu 15 (ou butée réglable) permettant de limiter le mouvement relatif entre l'élément de conduite auxiliaire 7 et la bride 24. Le moyen de réglage de jeu 15 forme une butée disposée à une distance ajustable J de la bride 24. Ainsi, lors du montage un jeu J est réglé par le moyen de réglage de jeu 15 ou 18. Puis lorsque la colonne montante est mise sous tension, le mouvement relatif ou la déformation de l'élément de conduite auxiliaire 7 ou de l'élément de tube principal 6 est limitée d'une distance J, au-delà d'une certaine tension, le jeu devient nul et l'élément de conduite auxiliaire 7 est en butée dans la bride 24.
  • Selon l'invention, le moyen de réglage de jeu 15 est réalisé par un écrou ou par un élément fileté. Le jeu J est réglé (avant connexion des tronçons) en fonction des efforts et des pressions appliqués sur les éléments de tube principal 6 et les éléments de tube auxiliaire 7. La présence de jeu présente un bénéfice sur le dimensionnement des embouts des lignes périphériques.
  • Selon la variante de réalisation illustrée sur la figure 6 (correspondant au mode de réalisation de la figure 8), les éléments 7 de lignes auxiliaires sont raccordés bout à bout au moyen de raccords. Un raccord est composé d'un embout mâle 14 situé à une extrémité de l'élément 7 et d'un embout femelle 13 situé à l'autre extrémité de l'élément 7. Un embout mâle 14 coopère de façon étanche avec l'embout femelle 13 d'un autre élément 7. Par exemple, l'embout mâle 14 du raccord est une partie tubulaire qui s'insère dans une autre partie tubulaire 13. La surface intérieure de l'embout femelle 13 est ajustée à la surface extérieure de l'embout mâle 14. Des joints sont montés dans des rainures usinées sur la surface intérieure de l'embout femelle 13 afin d'assurer l'étanchéité de la liaison. Le raccord autorise un déplacement axial d'un des éléments 7 par rapport à l'autre, tout en maintenant la liaison étanche entre les deux éléments. Les embouts mâle 14 et femelle 13 sont fixés par exemple par soudure ou sertissage à un tube central ayant sensiblement la même longueur que l'élément de conduite principal 6 auquel est rattaché l'élément de conduite auxiliaire 7. Pour cette variante de réalisation de l'invention, le moyen de réglage de jeu est formé par un écrou 15 positionné sur l'embout mâle 14 sur une portion filetée non destinée à être insérée dans un embout femelle 13.
  • Alternativement, les raccords des éléments de conduite des lignes auxiliaires sont identiques à ceux des figures 9 et 10.
    • Exemple d'application
  • Afin de présenter la répartition des efforts et le gain en masse dans une colonne montante selon l'invention, un exemple d'application est présenté.
  • Pour cet exemple conforme à la figure 3, les conditions sont les suivantes :
    • Profondeur d'eau : 12,500 ft (3810 m)
    • Densité maximale de la boue: 14.5 ppg (1.74)
    • Pression de service des lignes auxiliaires : 15,000 psi (1034 bar)
    • Charge maximale de travail du connecteur : 4,000 kips (1814 t)
    • Longueur des tronçons de colonne montante : 75 ft (22.86 m)
    • Architecture de riser « tapered » : 7 sections d'épaisseur variable pour le tube principal.
  • Le tableau 1 présente la répartition des efforts dans le tube principal, dans les tubes auxiliaires : « kill line », « choke line », « booster line », « hydraulic line » en fonction du jeu J en pouce. Tableau 1 - Répartition des efforts dans la colonne montante
    Jeu J (pouces) 0 0,25 0,5 1 1,5 2 2,5
    Tube principal 45 % 50 % 55 % 67 % 82 % 97 % 100 %
    Kill line 20 % 18 % 16 % 12 % 7 % 1 % 0 %
    Choke line 20 % 18 % 16 % 12 % 7 % 1 % 0 %
    Booster line 7 % 6 % 6% 4 % 1 % 0 % 0 %
    Hydraulic line 4 % 4 % 3% 2 % 1 % 0 % 0%
  • On constate que la répartition varie dans le sens d'une plus grande contribution du tube principal lorsque le jeu augmente. Entre un jeu nul et un jeu d'un pouce (25,4 mm) la répartition des efforts entre le tube principal et les lignes périphériques passe respectivement de 45 % - 55 % à 67 % - 33 %. Au-delà de 2 pouces (50,8 mm), on considère qu'il n'y a plus une répartition des efforts entre les différentes lignes, seule la conduite principale participe à la reprise des efforts, ce qui n'est pas souhaitable.
  • La figure 11 représente la masse M en tonne de la colonne montante en fonction du jeu J en pouce pour cet exemple. Pour cette courbe, les épaisseurs du tube principal et des lignes auxiliaires ont été optimisées de manière à répondre aux conditions citées ci-dessus. On constate que la masse est minimale entre 0 et 1 pouce (25,4 mm) et qu'un optimum de masse est obtenu pour un jeu de 0,5 pouce (12,7 mm). Au-delà de 1,25 pouce (31,75 mm) la masse de la colonne montante augmente fortement, ce qui entraîne une augmentation du coût de la colonne montante.
  • Au vu de la répartition des efforts et de la variation de la masse en fonction du jeu, le jeu peut être réglé entre 0 et 1,25 pouce (0 et 31,75 mm) pour cet exemple selon l'invention. De préférence, le jeu peut être réglé entre 0,1 et 1 pouce (2,54 mm et 25,4 mm). De manière optimale, le jeu peut être réglé à 0,5 pouce (12,7 mm).

Claims (22)

  1. Tronçon de colonne montante comportant un élément de tube principal (6) prolongé par un élément connecteur mâle (9) et par un élément connecteur femelle (8), dans lequel une bague de verrouillage (11) est montée sur ledit élément connecteur mâle (9), dans lequel ledit tronçon de colonne montante comprend en outre au moins un élément de tube auxiliaire (7), lesdits éléments connecteurs mâle (9) et femelle (8) prolongeant l'élément de tube principal (6) en augmentant la section et l'épaisseur dudit élément de tube principal (6) pour former des brides (23, 24) pour le passage dudit élément de tube auxiliaire (7), caractérisé en ce que ladite bague de verrouillage (11) est disposée entre ledit élément de tube principal (6) et ledit élément de tube auxiliaire (7), en ce que la surface intérieure de ladite bague de verrouillage (11) comprend une première série de tenons, et la surface extérieure dudit élément connecteur femelle (8) comprenant une deuxième série de tenons, et en ce que ledit élément connecteur mâle (9) comprend une troisième série de tenons sur sa face extérieure, et la surface intérieure de ladite bague de verrouillage (11) comporte une quatrième série de tenons (16) apte à coopérer avec ladite troisième série de tenons.
  2. Tronçon selon la revendication 1, dans lequel au moins un tenon des troisième et quatrième séries de tenons est en saillie sur une plage angulaire distincte de la plage angulaire des tenons des première et deuxième séries de tenons.
  3. Tronçon selon la revendication 2, dans lequel chaque rangée des première et deuxième séries de tenons comporte un nombre de tenons distinct du nombres de tenons de chaque rangée des troisième et quatrième séries de tenons.
  4. Tronçon selon la revendication 3, dans lequel les première et deuxième séries de tenons comportent au moins une rangée de quatre tenons, et les troisième et quatrième séries de tenons comportent au moins une rangée de trois tenons.
  5. Tronçon selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les première et deuxième séries de tenons comportent un nombre de rangée distinct du nombre de rangée des troisièmes et quatrième séries de tenons.
  6. Tronçon selon la revendication 4, dans lequel les première et deuxième séries de tenons comportent deux rangées de tenons, et les troisième et quatrième séries de tenons comportent une rangée de tenons.
  7. Tronçon selon la revendication 1, dans lequel chaque série de tenons est composé d'au moins deux rangées d'au moins quatre tenons.
  8. Tronçon selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un manchon (10) est fixé à l'intérieur dudit élément connecteur mâle (9), ledit manchon (10) étant apte à coopérer avec l'élément connecteur femelle (8) pour former une liaison étanche.
  9. Tronçon selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit tronçon de colonne montante comprend un anneau de verrouillage (25) coopérant avec les surfaces périphériques desdites brides (23, 24) pour assembler lesdites brides (23, 24).
  10. Tronçon selon la revendication 9, dans lequel la face intérieure dudit anneau de verrouillage (25) est muni d'une première série de tenons et la surface périphérique de la bride (23) dudit élément connecteur femelle (8) comprend une deuxième série de tenons.
  11. Tronçon selon la revendication 10, dans lequel la face intérieure dudit anneau de verrouillage (25) est munie d'une troisième série de tenons et la surface périphérique de la bride (24) dudit élément connecteur mâle (9) comprend une quatrième série de tenons apte à coopérer avec ladite troisième série de tenons.
  12. Tronçon selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de tube auxiliaire (7) est un tube en acier fretté par des fils de renfort, telles que des fibres de verre, de carbone, ou en aramide enrobées dans une matrice polymère.
  13. Tronçon selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de tube auxiliaire (7) est solidaire des deux brides (23, 24) desdits éléments connecteurs mâle (9) et femelle (8).
  14. Tronçon selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel ledit élément de tube auxiliaire (7) est solidaire d'une bride desdits éléments connecteurs mâle (9) et femelle (8) et est connecté par une liaison pivot glissant avec l'autre bride desdits éléments connecteurs mâle (9) et femelle (8), ladite liaison pivot glissant autorisant un mouvement de translation relatif entre ledit élément de tube principal (6) et ledit élément de tube auxiliaire (7) sur une distance limitée par un moyen de réglage de jeu (15, 18) placé sur ledit élément de tube auxiliaire (7).
  15. Tronçon selon la revendication 14, dans lequel ledit moyen de réglage de jeu est formé par un écrou (15) ou une pièce filetée (18).
  16. Tronçon selon la revendication 15, dans lequel ledit élément de tube auxiliaire (7) est prolongé d'une part par un embout femelle (13) et d'autre part par un embout mâle (14) équipé d'un écrou (15).
  17. Tronçon selon la revendication 15, dans lequel ledit élément de tube auxiliaire est prolongé d'une part par un embout femelle (13) et d'autre part par un réceptacle (17), dans lequel est insérée une goupille mâle (18) équipée d'une butée (15).
  18. Tronçon selon la revendication 15, dans lequel ledit élément de tube auxiliaire (7) est prolongé d'une part par un réceptacle (20), dans lequel est insérée une goupille femelle (19), et d'autre part par un réceptacle (17), dans lequel est vissée une goupille filetée mâle (21), ladite goupille filetée mâle comprenant un épaulement (22).
  19. Tronçon selon l'une des revendications 14 à 18, dans lequel ladite distance est limitée par ledit moyen de réglage de jeu (15, 18) est comprise entre 0 et 31,75 mm, de préférence entre 2,54 mm et 25,4 mm.
  20. Colonne montante comportant au moins deux tronçons (4) de colonne montante selon l'une des revendications précédentes, pour lesquels la connexion entre deux tronçons consécutifs (4) est réalisée au moyen desdits éléments connecteurs mâle (9) et femelle (8) et de ladite bague de verrouillage (11).
  21. Colonne montante selon la revendication 20 comprenant au moins deux tronçons (4) selon l'une des revendications 14 à 19, dans laquelle ladite distance du mouvement de translation relatif de ladite liaison pivot glissant est réglée de telle sorte à être positive lors de la connexion d'au moins deux tronçons (4) de ladite colonne montante, et à être nulle lors de l'utilisation de ladite colonne montante.
  22. Utilisation d'une colonne montante selon l'une des revendications 20 ou 21 pour effectuer une opération de forage de puits en mer.
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