1 Méthode de pose d'une tour hybride 1 Method of laying a hybrid tower
L'invention se rapporte au domaine des installations de liaison fond surface du type tour hybride ( hybrid tower en anglais) permettant d'acheminer les fluides d'une tête de puits à une installation de surface. Communément, ces tours hybrides sont constituées d'une partie de conduit rigide montant s'étendant du fond marin jusqu'à une profondeur proche de la surface. Cette conduite montante est maintenue dans sa position verticale to par un système d'ancrage de sa base au fond marin et en tête de conduite montante par un élément de flottabilité, par exemple une bouée. Ces tours hybrides comportent également un élément de conduit flexible s'étendant en caténaire de manière à assurer une liaison entre l'installation de surface et la partie supérieure de la conduite montante rigide. L'ensemble de connexion ts entre la conduite rigide et la conduite flexible ( top riser assembly en anglais) est complexe et comprend au moins : - une jonction ayant classiquement la forme d'un col cygne ( gooseneck en anglais) ; celle-ci assurera la communication entre la conduite rigide montante et la conduite tubulaire flexible ; et 20 - un ensemble de verrouillage de l'extrémité de la conduite flexible à la partie supérieure de la conduite montante rigide. L'installation en mer de ces tours hybrides consiste à installer la conduite rigide montante dans sa position verticale munie de ses moyens d'ancrage au sol et de ses moyens de flottabilité en tête de colonne montante. Puis, la 25 conduite flexible est déployée en mer et son extrémité est raccordée à la conduite rigide montante au niveau de l'ensemble de connexion situé sur la partie supérieure de la conduite montante. On se référera au brevet US4102146 illustrant une telle méthode d'installation. Cependant l'ensemble de connexion est relativement complexe. 30 Il est également connu des méthodes de guidage suivi d'une étape de pivotement pour connecter en milieu immergé en grande profondeur une conduite de transport d'hydrocarbure à une structure ancrée sur le fond marin tel qu'un collecteur ou une tête de puits par exemple. Selon cette méthode, 2 l'extrémité de la conduite est munie d'élément de guidage. L'installation de fond sur laquelle la conduite doit être raccordée est pourvue d'un réceptacle formant crochet, destiné à coopérer avec l'élément de guidage de la conduite. Ce réceptacle est orientable au moyen d'une articulation. La conduite à raccorder est alors déployée en mer à la verticale de la structure de fond jusqu'à ce que les moyens de guidage de la conduite s'engagent dans le réceptacle de la structure de fond. Lorsque l'extrémité de la conduite est engagée dans son réceptacle, le réceptacle pivote permettant à la conduite de passer d'une position verticale à une position horizontale de telle sorte qu'elle repose sur le io fond marin. Cette méthode consistant à guider puis à faire pivoter la conduite est connue sous le nom anglais de stab and hinge over method . On se référera notamment aux brevets US5320175 et US4541753 décrivant de telle méthode. Cette méthode est particulièrement adaptée pour les grandes profondeurs qui ne sont pas soumises au mouvement de houle. Mais cette 15 méthode n'est pas adaptée pour les connexions à faible profondeur à cause des mouvements de houle. Un premier but de l'invention est de proposer une nouvelle méthode de connexion de la conduite flexible à un ensemble de connexion situé en partie supérieure de conduite montante rigide pour l'installation de tour hybride. La 20 méthode consiste à déployer la conduite flexible à la verticale, d'opérer un basculement de celle-ci selon la méthode de stab and hinge over de sorte que l'extrémité de la conduite flexible se trouve dans sa position finale, prête à être fixer à l'ensemble de connexion situé en tête de conduite montante. Un second but de l'invention est de proposer un ensemble de connexion 25 qui soit de conception plus simple et minimisent les efforts imposés sur le système de verrouillage hydraulique de la conduite flexible. L'invention est décrite dans la suite du texte en référence avec : - La figure 1 est une vue schématique d'une tour hybride de l'art antérieur. - La figure 2 est une vue schématique de l'extrémité de la conduite flexible 30 à raccorder selon l'invention. - La figure 3 est une vue en coupe transversale de l'ensemble de connexion et de l'extrémité de la conduite flexible selon l'invention 3 - La figure 4 est une vue en coupe transversale d'un élément de l'ensemble de connexion. - La figure 5 est une vue en coupe transversale de l'extrémité de la conduite flexible connectée à l'ensemble de connexion. -Les figures 6 a, 6 b, 6c montrent les étapes principales d'une connexion d'une conduite flexible à un ensemble de connexion selon l'invention La figure 1 montre schématiquement une tour hybride (1) comportant une conduite rigide montante (10) fixée au sol au moyen d'un système d'ancrage (11) et connectée en sa partie supérieure à une bouée (12) de capacité lo suffisante pour maintenir la conduite rigide dans sa position verticale. Un ensemble de connexion (13) placé entre la bouée et la conduite rigide montante (10) permet de relier la conduite rigide montante à la conduite flexible (14), laquelle s'étend en caténaire entre l'installation de surface et l'ensemble de connexion (13). is La figure 2 montre l'extrémité (20) libre de la conduite flexible. Elle se termine par une section conique évasée (21) et comporte des moyens de guidage (22), formant par exemple un étrier, et un double système de verrouillage (23) destiné à verrouiller l'extrémité de la conduite flexible sur un ensemble de connexion situé au niveau de la partie supérieure de la conduite 20 montante rigide et que l'on détaillera dans la suite de la description. Les moyens de guidage (22) sont munis d'une charnière (24) autorisant la rotation des moyens de guidage (22) selon un axe perpendiculaire à l'axe de la conduite. Les moyens de guidage sont préférentiellement un ensemble de deux bras télescopiques montés articulés sur la conduite flexible, et qui se rejoignent 25 à l'extrémité opposée de leur articulation. La figure 3 illustre en détail l'ensemble de connexion (30) selon l'invention, monté sur la partie supérieure de la conduite montante rigide. L'ensemble de connexion (30) est constitué d'une structure métallique (31) et comprend notamment un réceptacle (32), formant crochet, destiné à recevoir 30 les moyens de guidage (22) de la conduite flexible, et notamment les extrémités réunies ensemble des deux bras télescopiques. Ce réceptacle est positionné sur la partie supérieure de l'ensemble de connexion. Il est de forme 4 évasée afin de faciliter l'engagement des moyens de guidage de la conduite flexible. La structure métallique comprend également une pièce tronconique (41) destinée à venir en prise avec l'extrémité de la conduite flexible et dans laquelle est ménagé un espace annulaire dont l'embouchure libre est dirigée vers le bas et forme un angle d'environ 13 à 15° avec l'axe principale X-X' de l'ensemble de connexion (30). Cet espace annulaire communique avec un alésage percé dans la structure métallique (31). Cet alésage est dimensionné pour recevoir une jonction tubulaire (35) ayant la forme un col de cygne ( gooseneck en ~o anglais). Cette jonction tubulaire permet de connecter la conduite rigide montante ( riser en anglais) à la conduite flexible. La jonction tubulaire est ainsi partiellement encastrée dans la structure métallique et fait saillie de la pièce tronconique (41) au-delà de l'embouchure. Une butée (36) est aussi présente sur la partie basse de l'élément de connexion (31) et contribue à 15 faciliter le positionnement final de l'extrémité (20) de la conduite flexible. Un agrandissement de la pièce tronconique (41) est montré sur la figure 4. Sur la figure 4, on peut voir la section tronconique (41) de la structure (31) destinée à recevoir l'extrémité libre de la conduite flexible. Sa forme tronconique complémentaire à l'extrémité conique évasée (21) de l'extrémité 20 libre (20) de la conduite flexible permet de faciliter l'engagement et le positionnement de l'extrémité de la conduite avec l'extrémité (43) de la jonction tubulaire (35). Une rainure (42) est également ménagée sur la pièce tronconique (41) et permet de recevoir le système de verrouillage mécanique. L'extrémité (43) de la jonction tubulaire en col cygne (35) fait saillie de la 25 pièce tronconique (41), au-delà de l'embouchure et comporte un épaulement (44) destiné à coopérer avec un système de verrouillage hydraulique assurant l'étanchéité de la jonction entre le col de cygne et la conduite flexible. La figure 5 présente le double système de verrouillage (23) engagé avec la section tronconique (41) dans sa position finale. Le double système de 30 verrouillage est constitué d'une structure métallique (51) comportant des moyens de verrouillage mécanique (53) et des moyens de verrouillage hydraulique (54) actionnable indépendamment. The invention relates to the field of hybrid surface tower type connection facilities (hybrid tower in English) for conveying fluids from a wellhead to a surface installation. Commonly, these hybrid towers consist of a rising rigid pipe portion extending from the seabed to a depth close to the surface. This riser is maintained in its vertical position to by a system of anchoring its base to the seabed and the rising pipe head by a buoyancy element, for example a buoy. These hybrid towers also include a flexible duct element extending catenary so as to provide a connection between the surface installation and the upper part of the rigid riser. The connection assembly ts between the rigid pipe and the flexible pipe (top riser assembly in English) is complex and comprises at least: a junction conventionally having the shape of a swan neck (gooseneck in English); this will ensure communication between the rising rigid pipe and the flexible tubular pipe; and 20 - a locking assembly of the end of the flexible pipe at the upper part of the rigid riser. The offshore installation of these hybrid towers consists in installing the rising rigid pipe in its vertical position provided with its anchoring means on the ground and its buoyancy means at the top of the riser. Then, the flexible pipe is deployed offshore and its end is connected to the rising rigid pipe at the connection assembly located on the upper part of the riser pipe. Reference is made to US Pat. No. 4,102,146 illustrating such a method of installation. However, the connection set is relatively complex. It is also known to guide methods followed by a pivoting step to connect in deep immersion medium a hydrocarbon transport pipe to a structure anchored to the seabed such as a collector or a wellhead by example. According to this method, the end of the pipe is provided with a guide element. The bottom installation on which the pipe is to be connected is provided with a hook receptacle for cooperating with the conduit guide element. This receptacle is adjustable by means of a hinge. The pipe to be connected is then deployed offshore at the vertical of the bottom structure until the guide means of the pipe engage in the receptacle of the bottom structure. When the end of the pipe is engaged in its receptacle, the receptacle pivots allowing the pipe to move from a vertical position to a horizontal position so that it rests on the seabed. This method of guiding and then rotating the pipe is known as stab and hinge over method. Reference will in particular be made to patents US5320175 and US4541753 describing such a method. This method is particularly suitable for large depths that are not subject to wave motion. But this method is not suitable for shallow connections due to wave movements. A first object of the invention is to propose a new method of connecting the flexible pipe to a connection assembly located in the upper part of rigid riser pipe for the installation of hybrid tower. The method consists in deploying the flexible pipe vertically, tilting it in the stab and hinge over manner so that the end of the flexible pipe is in its final position, ready to be attach to the connection assembly at the top of the riser. A second object of the invention is to provide a connection assembly 25 which is of simpler design and minimize the forces imposed on the hydraulic locking system of the flexible pipe. The invention is described in the rest of the text with reference to: FIG. 1 is a schematic view of a hybrid tower of the prior art. - Figure 2 is a schematic view of the end of the flexible pipe 30 to be connected according to the invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the connection assembly and the end of the flexible pipe according to the invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of an element of the connection assembly. . - Figure 5 is a cross-sectional view of the end of the flexible pipe connected to the connection assembly. FIGS. 6a, 6b, 6c show the main steps of a connection of a flexible pipe to a connection assembly according to the invention. FIG. 1 schematically shows a hybrid tower (1) comprising a rising rigid pipe (10). ) fixed to the ground by means of an anchoring system (11) and connected in its upper part to a buoy (12) of sufficient capacity lo to maintain the rigid pipe in its vertical position. A connection assembly (13) placed between the buoy and the rising rigid pipe (10) connects the rising rigid pipe to the flexible pipe (14), which extends catenary between the surface installation and the assembly. connection (13). Figure 2 shows the free end (20) of the flexible pipe. It terminates in a flared conical section (21) and comprises guide means (22), forming for example a stirrup, and a double locking system (23) for locking the end of the flexible pipe on a set of connection located at the upper part of the rigid riser pipe and which will be detailed in the following description. The guide means (22) are provided with a hinge (24) allowing the rotation of the guide means (22) along an axis perpendicular to the axis of the pipe. The guide means are preferably a set of two telescopic arms mounted articulated on the flexible pipe, and which meet at the opposite end of their articulation. Figure 3 illustrates in detail the connection assembly (30) according to the invention, mounted on the upper part of the rigid riser. The connection assembly (30) consists of a metal structure (31) and comprises in particular a receptacle (32) forming a hook for receiving the guide means (22) of the flexible pipe, and in particular the ends joined together the two telescopic arms. This receptacle is positioned on the upper part of the connection assembly. It is 4 flared shape to facilitate the engagement of the guide means of the flexible pipe. The metal structure also comprises a frustoconical piece (41) intended to engage with the end of the flexible pipe and in which is formed an annular space whose free mouth is directed downwards and forms an angle of about 13 mm. at 15 ° with the main axis XX 'of the connection assembly (30). This annular space communicates with a bore pierced in the metal structure (31). This bore is sized to receive a tubular junction (35) having the shape of a gooseneck (~ English gooseneck). This tubular junction makes it possible to connect the rigid riser pipe (riser in English) to the flexible pipe. The tubular junction is thus partially embedded in the metal structure and protrudes from the frustoconical piece (41) beyond the mouth. An abutment (36) is also present on the lower part of the connecting element (31) and contributes to facilitating the final positioning of the end (20) of the flexible pipe. An enlargement of the frustoconical piece (41) is shown in Figure 4. In Figure 4, we can see the frustoconical section (41) of the structure (31) for receiving the free end of the flexible pipe. Its frustoconical shape complementary to the conical flared end (21) of the free end (20) of the flexible pipe makes it easier to engage and position the end of the pipe with the end (43) of the tubular junction (35). A groove (42) is also provided on the frustoconical piece (41) and allows to receive the mechanical locking system. The end (43) of the swan neck tubular junction (35) protrudes from the frustoconical piece (41) beyond the mouth and has a shoulder (44) for cooperating with a hydraulic lock system. sealing the junction between the gooseneck and the flexible pipe. Figure 5 shows the double locking system (23) engaged with the frustoconical section (41) in its final position. The double locking system consists of a metal structure (51) having mechanical locking means (53) and independently operable hydraulic locking means (54).
L'installation de la tour hybride selon l'invention consiste à venir connecter la conduite flexible sur la conduite montante rigide préalablement installée et fixée dans sa position verticale. Ainsi, la conduite montante rigide est fixée classiquement au fond marin au moyen d'un ancrage du type connu et elle est 5 maintenue dans sa position verticale grâce à l'élément de flottabilité connecté en tête de conduite assurant la mise en tension de la conduite montante. L'ensemble de connexion a été pré-installé entre l'élément de flottabilité et la partie supérieure de la conduite montante rigide. La connexion de l'extrémité de la conduite flexible s'opère selon les étapes suivantes en référence à la figure 6 : - La conduite flexible est déployée verticalement à distance de l'élément de flottabilité connecté à la conduite rigide montante. Le bras articulé (22) de l'extrémité de la conduite flexible est orienté dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de la conduite flexible ; - La conduite flexible est ensuite dirigée de façon à permettre l'approche puis l'engagement du bras articulé dans le réceptacle situé sur l'élément de connexion comme le montre la figure 6 a ; - L'articulation du bras de guidage est alors déverrouillée et la conduite flexible est déployée selon une courbe prédéterminée, ou encore une course prédéfinie, de sorte à imposer à l'extrémité de la conduite flexible un mouvement de rotation schématisé par la flèche sur la figure 6b. Ce mouvement de rotation de l'extrémité de la conduite flexible permet d'amener celle-ci dans l'axe de l'embouchure tronconique de l'élément de connexion. La parfaite orientation de la conduite flexible dans l'axe de l'embouchure de l'élément de connexion est obtenue lorsque qu'un point de contact est obtenu entre la butée et la conduite flexible. La figure 6 c montre en effet le positionnement adéquat de l'extrémité de la conduite flexible dans l'axe de l'embouchure tronconique de l'ensemble de connexion (30) lorsque la conduite a établi une zone de contact avec la butée (36) ; -L'extrémité de la conduite flexible est alors engagée avec l'embouchure tronconique de l'ensemble de connexion par un mouvement de traction. Ce mouvement de traction est assuré par les bras articulés télescopiques de l'élément de guidage (22) qui se rétractent jusqu'à assurer l'encastrement de 6 l'extrémité de la conduite flexible avec l'ensemble de connexion (31). L'encastrement est alors grandement facilité par les formes complémentaires de l'embouchure (41) et de l'extrémité de la conduite flexible (21). La figure 5 montre en détail la connexion de la conduite flexible à l'ensemble de connexion (30). Dans sa position finale l'extrémité conique évasée (21) de la conduite flexible épouse l'embouchure conique (41) de l'ensemble de connexion grâce à leurs formes complémentaires. En position finale, le double connecteur (23) se positionne tel que le système de verrouillage mécanique (53) s'engage avec la rainure (42) de la pièce lo tronconique (41). Le système de verrouillage hydraulique (54) s'engage parfaitement avec l'extrémité (43) de la jonction tubulaire en col de cycle ( gooseneck en anglais). Ce système de double verrouillage est d'une grande fiabilité. Le poids de la conduite flexible et l'environnement induisent des efforts importants au 15 niveau des connexions de la conduite flexible (14) avec la jonction tubulaire (35). Les efforts mécaniques sont alors repris par le système de verrouillage mécanique et la pièce tronconique (41) et transmis à la structure métallique (31) de l'ensemble de connexion (30) du fait de la différence de raideur entre le col de cygne (35, 43,) et la pièce métallique (41). 20 The installation of the hybrid tower according to the invention consists in connecting the flexible pipe to the rigid riser previously installed and fixed in its vertical position. Thus, the rigid riser is conventionally fastened to the seabed by means of an anchorage of the known type and is maintained in its vertical position thanks to the buoyancy element connected at the head of the pipe ensuring the tensioning of the pipe. uplink. The connection assembly has been pre-installed between the buoyancy element and the upper part of the rigid riser. The connection of the end of the flexible pipe takes place according to the following steps with reference to FIG. 6: the flexible pipe is deployed vertically away from the buoyancy element connected to the rising rigid pipe. The articulated arm (22) of the end of the flexible pipe is oriented in a plane substantially perpendicular to the axis of the flexible pipe; - The flexible pipe is then directed to allow the approach and then the engagement of the articulated arm in the receptacle on the connection element as shown in Figure 6a; - The articulation of the guide arm is then unlocked and the flexible pipe is deployed according to a predetermined curve, or a predefined stroke, so as to impose at the end of the flexible pipe a rotational movement schematized by the arrow on the Figure 6b. This rotational movement of the end of the flexible pipe makes it possible to bring it into the axis of the frustoconical mouth of the connection element. The perfect orientation of the flexible pipe in the axis of the mouth of the connection element is obtained when a point of contact is obtained between the stop and the flexible pipe. FIG. 6 c shows the proper positioning of the end of the flexible pipe in the axis of the frustoconical mouth of the connection assembly (30) when the pipe has established a zone of contact with the abutment (36). ); -The end of the flexible pipe is then engaged with the frustoconical mouth of the connection assembly by a traction movement. This pulling motion is provided by the telescopic articulated arms of the guide member (22) which retract to ensure that the end of the flexible pipe is embedded with the connection assembly (31). The embedding is then greatly facilitated by the complementary shapes of the mouth (41) and the end of the flexible pipe (21). Figure 5 shows in detail the connection of the flexible pipe to the connection assembly (30). In its final position, the flared conical end (21) of the flexible pipe matches the conical mouth (41) of the connection assembly by virtue of their complementary shapes. In the final position, the double connector (23) is positioned such that the mechanical locking system (53) engages with the groove (42) of the frustoconical piece (41). The hydraulic locking system (54) engages perfectly with the end (43) of the tubular tubular collar (gooseneck in English). This double locking system is highly reliable. The weight of the flexible pipe and the environment induce significant forces at the connections of the flexible pipe (14) with the tubular joint (35). The mechanical forces are then taken up by the mechanical locking system and the frustoconical piece (41) and transmitted to the metal structure (31) of the connection assembly (30) due to the difference in stiffness between the gooseneck ( 35, 43,) and the metal piece (41). 20