FR2497265A1 - Colonne montante souple a ensemble de raccordement pour exploitation au large des cotes - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE COLONNE MONTANTE POUR EXPLOITATION PETROLIERE. ELLE SE RAPPORTE A UNE COLONNE MONTANTE AYANT UN TRONCON INFERIEUR FIXE 21 ET UN TRONCON SUPERIEUR SOUPLE 22. CHAQUE CONDUITE SOUPLE DE RACCORDEMENT 70 A UNE EXTREMITE PROCHE D'UN TRONCON A FLOTTEUR 26 QUI EST RETENUE PAR UNE POUTRE DE RACCORDEMENT 83 QUI MAINTIENT LES CONDUITES SOUS FORME D'UN ARRANGEMENT LINEAIRE. DES BRAS DISTANTS 34 PORTENT CETTE POUTRE ET DES TIGES PERMETTENT LA LIBERATION DE LA POUTRE EN CAS D'URGENCE. APPLICATION A L'EXPLOITATION PETROLIERE AU LARGE DES COTES.

Description

La présente invention concerne une colonne mon-

tante marine souple, c'est-a-dire un système destiné à

permettre la communication des fluides entre une instal-

lation de surface et une tète de puits ou-un système col-

lecteur placé sous l'eau. Au cours de l'exploitation des hydrocarbures fluides des gisements marins de pétrole et de gaz en eaux profondes,il faut qu'un système de communication de fluide soit formé entre le fond de la mer et la surface lorsqu'une installation de production a été établie. Un tel système,

couramment appelé "colonne de production", comprend habi-

tuellement plusieurs conduits dans lesquels divers fluides

produits sont transportés vers la surface, comprenant no-

tamment des canalisations de production de pétrole et de gaz ainsi que des canalisationsde commande hydraulique et

de service et des canalisations électriques multiples.

Dans de nombreuses zones de production au large des côtes, on peut utiliser une installation flottante comme plate-forme de production et/ou de stockage. Comme l'installation est exposée aux conditions existant à la

surface et au-dessous de celle-ci, elle subit divers mou-

vements, par exemple de soulèvement, de roulis, de tangage et de dérive. Le fonctionnement satisfaisant d'une colonne de montage de production avec une telle installation nécessite que cette colonne soit suffisamment souple pour compenser ces mouvements sur de longues périodes de fonctionnement,

sans défaillance.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 182 584 décrit une telle colonne montante. Celle-ci comporte un

tronçon rigide placé entre le fond de la mer et une posi-

tion fixe qui se trouve juste au-dessous de la zone de turbulence qui existe à proximité de la surface de l'eau, et un tronçon souple comportant des conduites souples d'écoulement placées entre la partie supérieure du tronçon rigide et un navire flottant en surface, à travers la zone de turbulence. Un flotteur immergé est fixé à la partie supérieure du tronçon rigide afin qu'il maintienne celui-ci avec une attitude sensiblement verticale. Dans le cas des colonnes-de ce type, des difficultés se présentent souvent dans l'installation et l'entretien des conduites souples d'écoulement qui sont fixées au tronçon rigide, l'extrémité adjacente à la partie rigide n'ayant pas l'inclinaison normale d'une chaînette. Cette disposition peut provoquer l'apparition de contraintes localisées, conduisant à une

usure indésirable de la conduite souple, au niveau de l'ap-

pareillage terminal. Lorsque la conduite prend une forme naturelle de chaînette, elle se rapproche du tronçon de position fixe en direction ascendante presque verticale à

son point de suspension.

Un autre inconvénient potentiellement plus impor-

tant de la colonne montante décrite précédemment est qu'elle ne permet pas une libération rapide d'urgence des conduites souples par rapport au tronçon rigide. Il peut apparaître des cas dans lesquels cette libération d'urgence peut être

essentielle afin que le système immergé ne soit pas dété-

rioré et évite la dispersion des fluides produits, par

exemple à la suite d'une panne d'appareillage, d'une colli-

sion ou d'un incendie, ou lorsque les conditions en surface,

par exemple des tempêtes importantes, empêchent l'instal-

lation de surface de rester au même emplacement.

L'invention concerne une colonne montante souple dans laquelle la libération d'urgence des conduites souples d'écoulement provenant de la partie fixe de colonne montante,

peut être réalisée même en cas de panne partielle de l'appa-

reillage utilisé pour cette libération.

Plus précisément, l'invention concerne une colonne montante marine souple destinée à relier une base placée au fond de la mer à une installation placée en surface, la

colonne comprenant un tronçon de colonne à plusieurs con-

duits remontant de la base jusqu'à une tronçon immergé à

flotteur, et plusieurs conduites souples d'écoulement rac-

cordées entre l'installation de surface et le tronçon à flotteur, la colonne comprenant:

une poutre de raccordement qui retient les con-

duites souples sous forme d'un arrangement linéaire dans lequel les conduites sont distantes, à proximité du tronçon à flotteur,

deux bras distants dépassant du tronçon à flot-

teur et sur lesquels la poutre de raccordement est montée, deux axes rétractables placés chacun entre la poutre de raccordement et un bras, les axes étant disposés

de part et d'autre d'une fente formée dans le bras et sup-

portant un organe qui dépasse de la poutre de raccordement, et un dispositif destiné à retirer les axes afin qu'ils permettent le passage des organes en saillie dans les fentes et permettent ainsi à la poutre de raccordement

de tomber librement depuis le tronçon à flotteur.

Le dispositif de retrait est avantageusement com-

mandé hydrauliquement et il est de préférence monté, avec

les tiges rétractables, sur la poutre de raccordement.

Selon une caractéristique importante de l'inven-

tion, la libération d'une seule tige rétractable suffit pour provoquer la libération de la poutre de raccordement des bras puisque, lorsqu'une extrémité de la poutre tombe,

l'autre est tirée hors du bras correspondant sans libéra-

tion de la tige rétractable. Cette disposition présente

l'avantage de permettre la libération de la poutre de rac-

cordement par rapport au tronçon à flotteur malgré la panne

partielle du mécanisme de libération, si bien qu'une dété-

riotation possible des conduites souples par suspension de la poutre de raccordement à une extrémité seulement, est évitée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement une colonne montante marine souple; la figure 2 est une vue en plan du tronçon à flotteur de la colonne; la figure 3 est une élévation latérale du tronçon à flotteur; la figure 4 est une vue en plan du tronçon a flotteur, avec un ensemble associé de connexion; la figure 5 est une coupe verticale du tronçon à flotteur; la figure 6 est une vue en plan d'un ensemble de raccordement du tronçon souple de conduite au tronçon à flotteur

la figure 7 est une élévation frontale de l'en-

semble de raccordement; la figure 8 est une élévation détaillée d'une poutre de raccordement et de son bras de support;

la figure 9 est une élévation frontale d'un tron-

çon à flotteur et d'un ensemble de raccordement pendant la libération de celui-ci;

la figure 10 représente schématiquement le tron-

çon souple et l'ensemble de raccordement après libération du tronçon de colonne; et

la figure 11 représente schématiquement une tech-

nique de manutention destinée à régler le tronçon souple

libéré à partir de l'installation de surface.

Dans la description qui suit, faite en référence

aux dessins, certaines parties de la colonne montante sou-

ple sont représentées uniquement à titre illustratif, sous forme d'un exemple de colonne. Cependant, des modifications et variantes peuvent être apportées à ces parties, dans la plupart des cas. Ainsi, l'installation de surface n'est pas

obligatoirement un navire de production puisque les ensem-

bles semi-submersibles ou des plate-formes flottantes cons-

tituent d'autres structures utilisables avec les colonnes

montantes comme décrit dans le bravet des Etats-Unis d'Amé-

rique no 4 098 333. De manière analogue, la structure parti-

culière de la connexion réalisée au fond de la mer peut être adaptée à une tête de puits unique, à un système de rassemblement et de production de plusieurs puits et/ou à

un collecteur destiné à recevoir et manutentionner du pé-

trole et du gaz. De manière analogue, le tronçon inférieur vertical immergé de colonne ne comprend pas obligatoirement des conduits rigides puisque des tuyauteries souples et

des tubes souples mis sous tension par des flotteurs peu-

vent être maintenus en position fixe tout en étant fixés

au fond de l'océan comme décrit dans le brevet des Etats-

Unis d'Amérique n0 3 911 688 et le brevet français nô 2 370 219. Une excursion limitée du tronçon inférieur de colonne est aussi permise, mais le tronçon supérieur en forme de chainette est utilisé afin qu'il permette une excursion horizontale importante des variations importantes

de hauteur de l'installation de surface.

Sur les dessins, la figure 1 représente une colonne montante marine souple 10 en position de fonctionnement, à un emplacement au large. La colonne a un tronçon rigide inférieur 21 et un tronçon supérieur souple 22. Le tronçon 21 est fixé à la base 24 placée au fond 23 de la mer et remonte jusqu'en un point qui se trouve juste au-dessous de la zone 25 de turbulence qui est la zone dont l'eau se trouve au-dessous de la surface et est normalement affectée par les conditions en surface, par exemple les courants,

les vents de surface et les vagues. Un tronçon 26 à flot-

teur comprenant des chambres 31 de flottaison est placé A la partie supérieure du tronçon 21 afin qu'il maintienne celui-ci sous tension en position verticale. Le tronçon souple 22 a plusieurs conduites souples 70 d'écoulement

et des poutre 75 d'écartement, les conduites étant raccor-

dées lors du fonctionnement à des passages correspondants formés dans le tronçon rigide 21, au niveau du tronçon à

flotteur 26. Le tronçon souple 22 dépasse à partir du tron-

çon 26 à flotteur suivant un trajet en chatnette avant de

remonter vers la surface à laquelle il est raccordé à l'ins-

tallation flottante 22a.

Comme indiqué sur la figure 1, la partie 24 de

base est placée au fond de la mer et des conduites immer-

gées d'écoulement provenant des puits particuliers peuvent

y aboutir. La base 24 peut être une tête de puits, un or-

gane de complètement de plusieurs puits, un centre collec-

teur immergé, ou une structure sous-marine analogue. Chaque conduite immergée aboutit à la base 24 et a de préférence un raccord commandé à distance, par exemple un raccord "emboitable fixé à son extrémité inférieure. Comme l'indiquent les figures l à 5, le tronçon rigide 21 peut avoir une enveloppe

27 qui a un raccord (non représenté) à son extrémité infé-

rieure, destiné à coopérer avec un dispositif de montage de la base 24 afin que l'enveloppe 27 soit fixée à cette base. Comme l'indique la figure 2, plusieurs conduites individuelles rigides d'écoulement ou conduits 30, pouvant avoir le même diamètre ou des diamètres différents, passent dans des-guides à l'intérieur de l'enveloppe 27 ou fixés à l'extérieur de cette enveloppe, d'une manière connue. Les conduites sont fixées par des raccords emboîtables ou à

visser sur la base 24 et elles forment des trajets indivi-

duels de circulation du fond 23 de la mer en un point adja-

cent au tronçon à flotteur, à la partie supérieure de

l'enveloppe 27.

Le tronçon 26 à flotteur a deux chambroe3 de flot-

taison fixées à des côtés diamétralement'opposés de l'enve-

loppe 27. Comme l'indiquent les figures 2 et 3, une poutre

33 est disposée entre les chambres 31 près de leurs extré-

mités supérieures et y est fixée. Des bras latéraux 34 de support, destinés à loger un ensemble de raccordement, sont fixés aux bords externes des chambres 31 et en dépassent horizontalement vers l'extérieur. Une fente 34a ou partie encochée formée au bord interne du bras est placée entre la structure flottante principale et l'extrémité de chaque bras 34. Ces fentes sont destinées à supporter un organe intermédiaire de l'ensemble de raccordement comme décrit

dans la suite du présent mémoire.

Plusieurs structures 35 de support sont montées sur l'enveloppe 27 et sont fixées à la poutre 33 du tronçon à flotteur afin qu'elles logent et retiennent des conduits en U retourné (conduits en col de cygne). Bien que, par raison dé clarté, les figures 2, 3 et 5 ne représentent qu'une seule structure 35, il faut noter que le tronçon à flotteur comprend des structures analogues 35 pour chaque conduit rigide 30 placé dans l'enveloppe 27. Comme l'indique la figure 5, un exemple de structure 35 de support comprend un châssis vertical 37 ayant un élément inférieur 38 de montage fixé à la poutre 33, et une rigole 39 fixée à sa face supérieure. La rigole 39 est suffisamment grande pour

qu'elle loge un conduit correspondant 36 en col de cygne.

Des montants 40 de guidage sont fixés aux chambres 31 et dépassent audessus de celles-ci (comme indiqué sur les figures 2, 3 et 4) afin que le montage des conduits en col

de cygne soit facilité.

Les figures 1 et 4 représentent un exemple d'en-

semble de connexion comprenant un conduit 36 en col de cy-

gne. Ces conduits comportent un tronçon de conduit rigide

41 qui est courbé vers le bas aux deux extrémités et for-

ment un trajet de circulation en U retourné. Un raccord

(par exemple un raccord à bague de serrage commandé hydrau-

liquement) est fixé à une première extrémité du conduit 41 et est destiné à raccorder le conduit 41 au conduit rigide correspondant 30 lorsque le col de cygne 36 est abaissé en position de travail. Les conditions extrêmes imposées aux systèmes de manutention sous-marins peuvent provoquer des pannes fréquentes des appareillages et peuvent poser des problèmes de réparation et des vannes de sécurité sont

habituellement utilisées dans toutes les conduites d'écou-

lement afin qu'elles réduisent au minimum la pollution et

la perte de produit. Des connecteurs et organes hydrauli-

ques de mise en action redondants sont aussi souhaitables

étant donné les pannes occasionnelles de l'appareillage.

Une vanne d'arrêt d'urgence 43 est donc incorporée au con-

duit 41, juste au-dessus de son autre extrémité (figure 7).

Le tronçon souple 22 (représenté sur la figure 1) a plusieurs conduites souples 70 d'écoulement en forme de

chaînette destinées chacune a être raccordées à l'instal-

lation de surface et au conduit correspondant 36 en-col de cygne dutronçon 26 à flotteur. L'extrémité supérieure de chaque conduite 70 est fixée à l'installation flottante 22a par tout dispositif convenable, par exemple un bouchon rotatif 101 disposé dans un puits. Les conduites souples

d'écoulement sont avantageusement des conduits gainés mul-

ticouches "Coflexip". Il s'agit de conduits circulaires ayant un revêtement protecteur externe d'une matière à faible coefficient de frottement. Les conduites sont disponibles dans le commerce avec diverses dimensions et peuvent avoir des extrémités amovibles. Le faisceau de conduites, sous forme d'un ruban, empêche un contact important des conduites souples et laisse un jeu suffisant au niveau des poutres d'écartement 75 pour que leur déplacement longitudinal ne soit pas perturbé. Les conduites souples 70 sont retenues

sous forme d'un alignement parallèle ou d'un ruban prati-

quement sur toute leur longueur. Plusieurs conduites de

même longueur peuvent être retenues sous cette forme paral-

lèle par plusieurs poutres transversales 75 d'écartement espacées le long des conduites 70. Cependant, dans un mode de réalisation avantageux, l'extrémité du faisceau qui se trouve du côté de la surface est raccordée à un bouchon rotatif 101 placé dans un puits formé dans le navire 22a

de surface, les conduites individuelles 70 formant un arran-

gement compact non linéaire, par exemple circulaire.

Un ensemble de raccordement 82 (figures 6 et 7) permet le montage et le raccordement du tronçon souple 22 au tronçon 26 à flotteur. L'ensemble 82 de raccordement a un support horizontal allongé 83. Celui-ci peut être sous forme d'une poutre d'acier en caisson ayant plusieurs cavités distantes 84 qui logent des conduites souples 70 correspondantes sous forme d'un arrangement linéaire. Un dispositif de chargement et de blocage, par exemple des portillons 85 articulés au niveau des cavités 84, maintient les parties terminales des conduites 70 sur l'ensemble de raccordement. Des vérins hydrauliques 86 commandent des portillons 85 latéralement entre une position ouverte (représentée en traits interrompus sur la figure 6) et

une position fermée de verrouillage. Les vérins hydrau-

liques 86 peuvent être fixés en permanence sur la poutre 83 ou peuvent être montés de façon amovible afin qu'un plongeur les y monte au moment opportun.

Des ensembles 87 à tiges de raccordement, comman-

dés hydrauliquement, sont montés aux extrémités opposées de la poutre 83 et sont destinés à supporter et bloquer la poutre horizontale 83 sur les bras 34 lorsque l'ensemble

82 de raccordement est en position sur le tronçon 26 à flot-

teur. L'ensemble 82 de raccordement est fixé aux bras 34 de support du tronçon fixe de colonne, avec des mécanismes amovibles 87 de support placés aux extrémités opposées de la poutre 83. Cette fixation temporaire comprend des organes rétractables 87c placés en regard, destinés à être retenus près des fentes 34a des bras, sur toute la largeur des fentes. Une configuration de barre en D et un arrangement de coopération des extrémités de la poutre des bras 34 de support permettent à la totalité de l'ensemble de raccordement

de tomber à distance du tronçon à flotteur et empêcher ain-

si la déformation angulaire et la détérioration des con-

duites souples d'écoulement en cas de panne de fixation ou

d'un seul dispositif de retrait.

L'ensemble de raccordement peut être fixé ini-

tialement aux bras 34 de support, par support de l'ensemble, auquel les conduites 70 sont fixées ou non, par des câbles 110. L'ensemble de raccordement est manoeuvré au-dessous des bras 34 le long du tronçon 26 et est guidé vers le haut par des lignes 110 jusqu'à ce qua l'organe inférieur de guidage soit tiré dans des patins 115 de guidage qui empêchent un

déplacement latéral de l'ensemble de raccordement par rap-

port aux bras de support. Un organe 87a formant un prolon-

gement de la poutre, dépassant latéralement, passe dans chaque fente 34a. Un dispositif réversible d'entraînement

87b, commandé hydrauliquement, repousse les tiges rétrac-

tables 87c vers l'extérieur entre les prolongements 87a et les bras 34 afin que l'ensemble de raccordement soit

bloqué sur le tronçon fixe de colonne.

- Une canalisation hydraulique 88 comprend un certain nombre de conduits mis individuellement sous pression et destinés à commander les divers mécanismes de -l'ensemble de raccordement 82, et elle peut être reliée

par un portillon manuel 89.

Un raccord principal 90 (par exemple un raccord à bague de serrage commandé hydrauliquement) peut être

monté à l'extrémité de chaque conduite souple 70 et des-

tiné à raccorder la conduite 70 à une extrémité mâle 45 d'un conduit 41, à distance. Un éventuel raccord redondant secondaire ou de secours 91 peut être placé près du raccord principal 90 afin qu'il assure la libération de la conduite

souple du tronçon 26 à flotteur en cas d'urgence. Des vé-

rins 98 sont placés entre les portillons 85 et les rac-

cords secondaires 91 et sont destinés à déplacer les rac-

cords individuels 90 en position de coopération avec les extrémités mâles 45 des conduits rigides 36. Le raccord 90 est fermé afin qu'il assure la connexion entre le conduit 36 et la conduite 70, et la connexion électrique entre les câbles 41a et 70a est formée afin que l'installation soit terminée.

La figure 8 représente une variante de configu-

ration d'extrémité de poutre et de bras de support. Un bras 134 de support a une section générale en L, la partie

fendue 134a se trouvant dans un prolongement latéral supé-

rieur du bras et débouchant vers l'intérieur, vers l'extré-

mité de la poutre 183. Le prolongement 187a dépasse d'une face supérieure de la poutre 183 au-dessus de la fente 64a,

une tige rétractable 187c étant disposée sur toute la lar-

geur de la fente. La poutre 183 a une partie découpée 183a immédiatement adjacente au prolongement 187 afin qu'elle loge la partie fendue correspondante du bras 134. Une partie inférieure solidaire 183b de la poutre dépasse sous le bras à chaque extrémité de la poutre. En plus de son rôle de

séparation en toute streté pendant la libération de l'en-

semble de raccordement, cette configuration permet la for-

il

mation d'un point de fixation des lignes liQa et de mon-

tants de-guidage articulés ou amovibles. Dans le cas d'une

panne de libération et de retrait de l'axe 187b à une ex-

trémité de la poutre, un mouvement pivotant tire la tige vers l'intérieur à distance du bras de support. Ainsi, la partie intermédiaire de la poutre 183 comprise entre les prolongements 187a et la fente 134a est tirée au-dessus du bord interne supérieur du bras de support et libère l'autre

qui ne travaille pas.

Les figures 9 à Il représentent la séquence nor-

male de déconnexion permettant l'enlèvement des conduites

souples d'écoulement par rapport au tronçon fixe de colonne.

D'abord, les conduits 36 en col de cygne sont libérés par commande à distance des raccords 90 par l'intermédiaire de lignes individuelles 88 de commande hydraulique. Les conduites souples tombent alors sur la poutre 83 et leur poids est supporté sur les bras 34 par l'intermédiaire du support 87. Habituellement, les deux tiges opposées sont commandées simultanément et l'ensemble de raccordement tombe à distance du tronçon 26 à flotteur comme indiqué

sur la figure 9.

Après libération du tronçon fixe de colonne, le tronçon souple est supporté uniquement par une première extrémité qui se trouve au-niveau de l'installation 22a de surface comme indiqué sur la figure 1-0. L'extrémité de la

conduite souple 22, tournée vers le dispositif de raccorde-

ment, peut être fixée à des lignes d'accrochage et tirée vers le haut, vers le navire flottant 22a comme indiqué sur

la figure 11 afin que les conduites ne puissent pas s'em-

mêlées ou être au contact d'objets sous-marins.

L'ensemble de raccordement constitue un dispositif de déconnexion rapide et à distance de toutes les conduites,

des canalisations de service et des canalisations de com-

mande hydraulique en une seule fois en cas d'urgence. Dans ce cas, un système de déconnexion rapide permet une commande

à distance par une commande électrohydraulique.

La configuration des tiges de retrait du support de raccordement placées entre les fentes des bras rend cette partie de l'ensemble de raccordement relativement

insensible aux influences dynamiques qui pourraient pro-

voquer par inadvertance la libération dans le cas d'un dessin différent de support de charge. Comme les tiges rétractables sont placées entre le prolongement de la poutre et un bras de support, en position de transmission

de charge, les vibrations des organes mobiles et la libé-

ration accidentelle sont évitées.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent - d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs

sans sortir du cadre de l'invention.

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Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Colonne montante marine souple destinée à relier une base placée au fond de la mer à une installation placée en surface, caractérisée en ce qu'elle comprend un tronçon de colonne (21) à plusieurs conduits remontant de la base (24) placée au fond vers un tronçon immergé à flotteur (26), et plusieurs conduites souples d'écoulement (70) montées

entre l'installation de surface (22a) et le tronçon à flot-

teur (26), la colonne montante comprenant en outre: une poutre de raccordement (83) retenant les

conduites souples d'écoulement (70) sous forme d'un arran-

gement linéaire dans lequel les conduites sont espacées, à proximité du tronçon à flotteur (26), deux bras distants (34) dépassant du tronçon à flotteur (26) et sur lesquels la poutre de raccordement (83) est montée, deux tiges rétractables (87) placées chacune entre la poutre de raccordement (83) et un bras et disposées dans

une fente formée dans le bras et supportant un organe dépas-

sant de la poutre de raccordement, et un dispositif (87b) destiné à retirer les tiges afin que les organes en saillie puissent passer dans les fentes et que la poutre de raccordement (83) puisse tomber

librement à distance du tronçon à flotteur (26).

2. Colonne selon la revendication 1, caractériséeen ce que les tiges rétractables (87c) et le dispositif (87b)

destiné à les retirer sont montés sur la poutre de raccor-

dement (83).

3. Colonne selon l'une des revendications 1 et 2,

caractériséeen ce que le dispositif de retrait (87b) est

commandé hydrauliquement.