FR2930587A1 - Installation de liaison fond-surface d'une conduite rigide avec une conduite flexible a flottabilite positive et une piece de transition d'inertie - Google Patents

Abstract

Installation de liaisons fond- surface d'au moins deux conduites sous-marines (10a, 10b) reposant au fond de la mer, comprenant :1) une première tour hybride comprenant :a) un riser vertical (1a) ancré (3a) à une première embase et relié à une dite conduite sous-marine (10a) reposant au fond de la mer et dont l'extrémité supérieure est reliée à un premier flotteur (2a) en subsurface, etb) une première conduite de liaison (4a), de préférence une conduite flexible, assurant la liaison entre un support flottant (11) et l'extrémité supérieure du dit riser, et2) au moins une deuxième conduite rigide (1b) remontant depuis le fond de la mer où elle repose (10b) ou depuis une deuxième conduite sous-marine reposant au fond de la mer à laquelle son extrémité inférieure qui n'est pas ancrée au niveau de ladite première embase est reliée, jusqu'en subsurface où son extrémité supérieure est reliée à un deuxième flotteur (2b) situé sensiblement à même profondeur que ledit premier flotteur (2a) et fixé audit premier flotteur à au moins respectivement une deuxième conduite de liaison (2b), flexible, assurant sa liaison avec un même dit support flottant (11).

Description

INSTALLATION DE LIAISON FOND-SURFACE D'UNE CONDUITE RIGIDE AVEC UNE CONDUITE FLEXIBLE A FLOTTABILITE POSITIVE ET UNE PIECE DE TRANSITION D'INERTIE La présente invention concerne une installation de liaison fond- surface entre une conduite sous-marine reposant au fond de la mer et un support flottant en surface, comprenant une tour hybride constituée d'une conduite flexible reliée à une conduite rigide montante, ou riser vertical, dont l'extrémité inférieure comprend une pièce de transition d'inertie permettant son encastrement sur un dispositif d'ancrage comprenant une embase reposant au fond de la mer. Le secteur technique de l'invention est plus particulièrement le domaine de la fabrication et de l'installation de colonnes montantes ( riser ) de production pour l'extraction sous-marine de pétrole, de gaz ou autre matériau soluble ou fusible ou d'une suspension de matière minérale à partir de tête de puits immergé jusqu'à un support flottant, pour le développement de champs de production installés en pleine mer au large des côtes. L'application principale et immédiate de l'invention étant dans le domaine de la production pétrolière. Le support flottant comporte en général des moyens d'ancrage pour rester en position malgré les effets des courants, des vents et de la houle. Il comporte aussi en général des moyens de stockage et de traitement du pétrole ainsi que des moyens de déchargement vers des pétroliers enleveurs, ces derniers se présentant à intervalle régulier pour effectuer l'enlèvement de la production. L'appellation courante de ces supports flottants est le terme anglo-saxon "Floating Production Storage Offloading" (signifiant "moyen flottant de stockage, de production et de déchargement") dont on utilise le terme abrégé "FPSO" dans l'ensemble de la description suivante. On connaît des liaisons fond-surface d'une conduite sous-marine 30 reposant au fond de la mer, liaison du type tour-hybride comprenant : - un riser vertical dont l'extrémité inférieure est ancrée au fond de la mer par le biais d'une articulation flexible, et relié à une dite conduite reposant au fond de la mer, et l'extrémité supérieure est tendue par un flotteur immergé en subsurface auquel elle est reliée, et - une conduite de liaison, en général une conduite de liaison flexible, entre l'extrémité supérieure dudit riser et un support flottant en surface, ladite conduite de liaison flexible prenant, le cas échéant, de par son propre poids la forme d'une courbe en chaînette plongeante, c'est-à-dire descendant largement en dessous du flotteur pour remonter ensuite jusqu'audit support flottant. On connaît également des liaisons fond-surface réalisées en remontant de manière continue jusqu'en subsurface des conduites résistantes et rigides constituées d'éléments tubulaires en acier de forte épaisseur soudés ou vissés entre eux, en configuration de chaînette avec une courbure continûment variable dans toute leur longueur en suspension, communément appelés Steel Catenary Riser (SCRs) signifiant riser en acier en forme de chaînette et aussi communément appelés conduite rigide du type caténaire ou riser du type SCR .

Une telle conduite caténaire peut remonter jusqu'au support flottant en surface ou seulement jusqu'à un flotteur en subsurface qui tensionne son extrémité supérieure, laquelle extrémité supérieure est alors reliée à un support flottant par une conduite de liaison flexible plongeante.

Des risers caténaires à configuration renforcée sont décrits dans WO 03/102350 de la demanderesse. Dans WO 00/49267, on a proposé comme conduite de liaison entre le riser dont le sommet est tensionné par un flotteur immergé en surface et le support flottant, des conduites rigides de type SCR et on installe le flotteur en tête du riser à une distance plus grande de la surface notamment à au moins 300 m de la surface, de préférence au moins 500 m. Dans WO 00/49267 de la demanderesse, on a décrit une tour hybride multiple comportant un système d'ancrage avec un tendon vertical constitué soit d'un câble, soit d'une barre métallique, soit encore d'une conduite tendue à son extrémité supérieure par un flotteur. L'extrémité inférieure du tendon est fixée à une embase reposant au fond. Ledit tendon comporte des moyens de guidage répartis sur toute sa longueur à travers lesquels passe une pluralité de dits risers verticaux. Ladite embase peut être posée simplement sur le fond de la mer et rester en place par son propre poids, ou rester ancrée au moyen de piles ou tout autre dispositif propre à la maintenir en place. Dans WO 00/49267, l'extrémité inférieure du riser vertical est apte à être connectée à l'extrémité d'une manchette coudée, mobile, entre une position haute et une position basse, par rapport à ladite embase, à laquelle cette manchette est suspendue et associée à un moyen de rappel la ramenant en position haute en l'absence du riser. Cette mobilité de la manchette coudée permet d'absorber les variations de longueur du riser sous les effets de la température et de la pression. En tête du riser vertical, un dispositif de butée, solidaire de celui-ci, vient s'appuyer sur le guide support installé en tête du flotteur et maintient ainsi la totalité du riser en suspension. La liaison avec la conduite sous-marine reposant sur le fond de la mer est en général effectuée par une portion de conduite en forme de queue de cochon ou en forme de S, ledit S étant alors réalisé dans un plan soit vertical soit horizontal, la liaison avec ladite conduite sous-marine étant en général réalisée par l'intermédiaire d'un connecteur automatique. Ce mode de réalisation comprenant une multiplicité de risers maintenus par une structure centrale comportant des moyens de guidage est relativement coûteux et complexe à installer. D'autre part, l'installation doit être préfabriquée à terre avant d'être remorquée en mer, puis une fois sur site, cabanée en vue d'être mise en place. En 3 outre, sa maintenance requiert également des coûts d'exploitation relativement élevés. De plus, le pétrole brut cheminant sur de très grandes distances, plusieurs kilomètres, on doit leur fournir un niveau d'isolation extrême coûteux pour, d'une part minimiser l'augmentation de viscosité qui conduirait à une réduction de la production horaire des puits, et d'autre part d'éviter le blocage du flot par dépôt de paraffine, ou formation d'hydrates dès lors que la température descend aux alentours de 30-40°C. Ces derniers phénomènes sont d'autant plus critiques, particulièrement en Afrique de l'Ouest, que la température du fond de la mer est de l'ordre de 4°C et que les pétroles bruts sont de type paraffiniques. Il est donc souhaitable que les liaisons fond-surface soient de longueurs réduites et donc que l'encombrement des différentes liaisons 15 reliées à un même support flottant soient limités. C'est pourquoi on cherche à fournir des installations aptes à exploiter depuis un même support flottant une pluralité de liaisons fond-surface de type tour-hybride d'encombrement réduit et plus simple à poser et pouvant être fabriquée en mer depuis un navire de pose de 20 conduite. Dans WO 02/066786 et WO 2003/095788, on a décrit des installations de tours hybrides nécessitant la mise en oeuvre d'articulations flexibles entre le riser vertical et l'embase car les variations angulaires, engendrées par les mouvements du FPSO et par 25 l'action de la houle et du courant sur les conduites et sur le flotteur tensionnant la portion verticale de conduite, sont importantes, atteignant 5 à 10° et ces variations empêchent l'utilisation de liaison rigide encastrée dans ladite embase. De telles articulations flexibles sont très délicates et coûteuses à fabriquer car elles sont constituées 30 d'empilements de couches d'élastomère et de renforts acier et doivent résister à la fatigue pendant toute la durée de vie des installations qui dépasse 20-25 ans voire plus. De plus, la présence du flotteur crée une discontinuité de tension au niveau de pièce en col de cygne, à l'interface entre la conduite rigide sensiblement verticale et la conduite flexible en configuration de chaînette, ce qui nuit à la stabilité d'ensemble au niveau dudit interface et affecte la résistance mécanique de l'installation. Dans WO 02/103153, on a cherché à fournir une installation qui puisse être fabriquée intégralement à terre, notamment en ce qui concerne l'assemblage des conduites rigides reposant au fond de la mer et les risers verticaux assurant la liaison fond-surface. D'autre part, dans WO 02/103153, on a cherché à mettre en oeuvre une installation dont la mise en place au fond de la mer ne requiert aucun joint flexible à rotule dans la partie inférieure de la tour. Pour ce faire, la conduite sous-marine reposant au fond de la mer est reliée audit riser vertical par un élément de conduite flexible maintenu par une embase reposant au fond de la mer. L'assemblage de l'extrémité inférieure du riser vertical et l'extrémité de la conduite reposant au fond de la mer, par l'intermédiaire dudit élément de conduite flexible solidaire et maintenu par ladite embase, est préassemblé à terre avant d'être remorqué en mer et déposé au fond de la mer où ladite embase est, ensuite, ancrée. Toutefois, ce mode de réalisation présente certains inconvénients car ce système d'ancrage nécessite, pour la phase de remorquage et de cabanage des éléments de flottabilité considérables pour équilibrer le poids déjaugé de ladite structure embase, et les éléments de liaison flexibles sont soumis à une fatigue importante pendant toute la durée de vie des installations qui atteint et dépasse 25-30 ans. En outre, dans toutes les installations décrites dans la technique antérieure mentionnée ci-dessus, le riser vertical est tensionné par un flotteur en subsurface et la liaison entre le riser vertical et le support flottant se fait par une conduite flexible en configuration de chaînette plongeante, dont l'extrémité est reliée à l'extrémité supérieure dudit riser vertical par un dispositif en col de cygne. Ce mode de liaison de l'extrémité supérieure du riser vertical avec le support flottant présente certains inconvénients en termes de résistance mécanique, au niveau de la discontinuité de tension crée par la pièce de liaison en col de cygne, et du fait du tensionnement du riser vertical par un flotteur de très gros volume, ce dernier est soumis à l'action des courants et de la houle, ce qui engendre, pour ce type de liaison des variations angulaires du sommet du riser, très importantes, ces dernières se répercutant en pied de riser, au niveau de l'articulation flexible ainsi fortement sollicitée. Un but de la présente invention est donc de fournir une installation de liaisons fond-surface avec des tours hybrides, d'encombrement réduit, simple à poser et pouvant être fabriqué en mer depuis un navire de pose de conduite, mais dont le système d'ancrage est d'une grande résistance et d'un faible coût, et dont les procédés de fabrication et mise en place des différents éléments constitutifs sont simplifiés et également d'un faible coût, et peuvent être réalisés en mer, également, depuis un navire de pose. Un autre but est de fournir une installation qui ne requiert pas la mise en oeuvre d'articulations flexibles, notamment à la base du riser vertical.

Un autre but de la présente invention est de fournir une installation de liaison fond-surface telle que décrit ci-dessus, qui requiert la mise en oeuvre d'un unique élément de raccordement, notamment d'un unique connecteur automatique, entre l'extrémité inférieure du riser vertical et l'extrémité de la conduite reposant au fond de la mer. Pour ce faire, la présente invention fournit une installation de liaison fond-surface, notamment à grande profondeur de plus de 1 000 m, comprenant : a- au moins une conduite rigide montante, sensiblement verticale, 30 dénommée riser vertical, fixée à son extrémité inférieure à un dispositif d'ancrage au fond de mer, et b- au moins une conduite de liaison flexible (assurant la liaison entre un support flottant et l'extrémité supérieure dudit riser vertical, caractérisée en ce que : 1/ une extrémité de ladite conduite flexible est directement raccordée, de préférence par un système de brides, à l'extrémité supérieure dudit riser vertical, une partie terminale de la conduite flexible, du coté de sa jonction à l'extrémité supérieure dudit riser, présentant une flottabilité positive, et au moins la partie supérieure dudit riser vertical présentant également une flottabilité positive, de sorte que les flottabilités positives de ladite partie terminale de la conduite flexible et de ladite partie supérieure dudit riser vertical permettent le tensionnement dudit riser en position sensiblement verticale et l'alignement ou la continuité de courbure entre l'extrémité de ladite partie terminale de la conduite flexible et la partie supérieure dudit riser vertical au niveau de leur raccordement, et 2/ l'extrémité inférieure dudit riser vertical comprend un élément de conduite terminal formant une pièce de transition d'inertie dont la variation de l'inertie est telle que l'inertie dudit élément de conduite terminal , à son extrémité supérieure, soit sensiblement identique à celle de l'élément de conduite de la partie courante du riser vertical auquel elle est reliée, ladite inertie de l'élément de conduite terminal augmentant progressivement jusqu'à l'extrémité inférieure de ladite pièce de transition d'inertie, comprenant une première bride de fixation permettant l'encastrement de l'extrémité inférieure dudit riser vertical au niveau dudit dispositif d'ancrage au fond de la mer. On utilise ici le terme "riser vertical" pour rendre compte de la position théorique du riser lorsque celui-ci est au repos étant entendu que l'axe du riser peut connaître des mouvements angulaires par rapport à la verticale et se mouvoir dans un cône d'angle a dont le sommet correspond au point de fixation de l'extrémité inférieure du riser sur ladite embase.

On entend ici par "inertie", le moment d'inertie dudit élément de conduite de transition d'inertie par rapport à un axe perpendiculaire à l'axe dudit élément de conduite de transition d'inertie, lequel reflète la raideur en flexion dans chacun des plans perpendiculaires à l'axe XX' de symétrie dudit élément de conduite, ce moment d'inertie étant proportionnel au produit de la section de matière par le carré de son éloignement par rapport au dit axe de l'élément de conduite. On entend par "continuité de courbure" entre l'extrémité supérieure du riser vertical et la partie du flexible présentant une flottabilité positive, que ladite courbure ne présente pas de point singulier, tel une variation brusque de l'angle d'inclinaison de sa tangente ou un point d'inflexion. De préférence, la pente de la courbe formée par la conduite flexible est telle que l'inclinaison de sa tangente par rapport à l'axe Z1Z'1 de la partie supérieure dudit riser vertical augment continûment et progressivement depuis le point de raccordement entre l'extrémité supérieure du riser vertical et l'extrémité de ladite partie terminale de conduite flexible de flottabilité positive, sans point d'inflexion et sans point d'inversion de courbure.

L'installation selon la présente invention permet donc d'éviter le tensionnement du riser vertical par un flotteur en surface ou subsurface, auquel son extrémité supérieure serait suspendue, d'une part, et, d'autre part, d'éviter la liaison à ladite conduite flexible plongeante par l'intermédiaire d'un dispositif de col de cygne, tel que mis en oeuvre dans la technique antérieure. Il en résulte non seulement une plus grande fiabilité intrinsèque en termes de résistance mécanique dans le temps de la liaison entre le riser vertical et la conduite flexible, car les dispositifs de type col de cygne sont fragiles. Mais surtout, ce type d'installation confère une stabilité accrue en termes de variation angulaire (y) de l'angle d'excursion de l'extrémité supérieure du riser vertical par rapport à une position théorique de repos vertical, car cette variation angulaire est réduite en pratique à un angle maximal ne dépassant pas 5°, en pratique de l'ordre de 1 à 4° avec l'installation selon l'invention, alors que, dans les modes de réalisation de la technique antérieure, l'excursion angulaire pouvait atteindre 5 à 10°, voire plus.

Un autre avantage de la présente invention tient en ce que, du fait de cette faible variation angulaire de l'extrémité supérieure du riser vertical, il est possible de mettre en oeuvre, au niveau de son extrémité inférieure, un encastrement rigide sur une embase reposant au fond de la mer, sans avoir recours à une pièce de transition d'inertie de dimension trop importante et donc trop coûteuse. Il est donc possible d'éviter la mise en oeuvre d'une articulation flexible, notamment du type rotule sphérique flexible, pour autant que la jonction entre l'extrémité inférieure du riser et ledit encastrement comprenne une pièce de transition d'inertie.

Les flottabilités positives du riser et de la conduite flexible peuvent être apportées de façon connue par des flotteurs périphériques coaxiaux entourant lesdites conduites, ou, de préférence, s'agissant de la conduite rigide du riser vertical, d'un revêtement en matériau de flottabilité positive, de préférence constituant également un matériau isolant, tel que de la mousse syntactique, sous forme de coquille enveloppant ladite conduite. De tels éléments de flottabilité résistant à de très fortes pressions, c'est-à-dire à des pressions d'environ 1OMPa par tranche de 1000m d'eau, sont connues de l'homme de l'art et sont disponibles auprès de la Société BALMORAL (UK).

Plus particulièrement, ladite conduite flexible présente une flottabilité positive sur une longueur correspondant à 30 à 60%, de sa longueur totale, de préférence environ la moitié de la longueur totale de la conduite flexible, de sorte la conduite flexible présente une configuration en S, avec une première portion de conduite flexible du coté dudit support flottant présentant une courbure concave de chaînette à configuration de chaîne plongeante et la portion terminale restante de ladite conduite flexible présentant une courbure convexe de chaînette inversée de par sa flottabilité positive, l'extrémité de ladite portion terminale de conduite flexible, au niveau de l'extrémité supérieure dudit riser, étant située au dessus et sensiblement dans l'alignement de l'axe Z1Z'1 dudit riser à son extrémité supérieure.

La partie de conduite flexible plongeante, c'est-à-dire de flottabilité négative pourra être d'autant plus courte que l'ancrage du support flottant en surface sera raide. Dans un mode préféré de réalisation d'une installation de liaison fond-surface, celle-ci comprend les caractéristiques suivantes, selon 10 lesquelles : - ledit riser vertical est relié à son extrémité inférieure à au moins une conduite reposant au fond de la mer, et - ledit dispositif d'ancrage comprend un dispositif de support et de raccordement fixé sur une embase posée et ancrée au fond de la mer, et 15 - ladite conduite reposant au fond de la mer comprend un premier élément de conduite rigide terminal solidaire de ladite embase reposant au fond de la mer et ledit premier élément de conduite terminal est et maintenu fixement par rapport à ladite embase, avec, à son extrémité, une première partie d'élément de raccordement, de préférence un 20 élément mâle ou femelle d'un connecteur automatique, et - ladite première bride de fixation à l'extrémité inférieure de ladite pièce de transition d'inertie est fixée à une deuxième bride de fixation à l'extrémité d'un deuxième élément de conduite rigide coudé, solidaire dudit dispositif de support et de raccordement fixé sur ladite embase et 25 supportant, de façon fixe et rigide, ledit deuxième élément de conduite rigide coudé, dont l'autre extrémité comprend une deuxième partie d'élément de raccordement complémentaire de ladite première partie d'élément de raccordement et raccordée à celle-ci lorsque ledit élément de support et de raccordement est fixé à ladite embase.

On comprend que la géométrie statique dudit premier élément de conduite rigide en terminaison de ladite conduite reposant au fond de la mer, par rapport à ladite embase, et la géométrie statique dudit deuxième élément de conduite rigide coudé, par rapport audit dispositif de support et raccordement fixé à ladite embase, permettent de positionner les extrémités respectives desdits premier et deuxième éléments de conduites rigides, de manière à faciliter le raccordement des parties complémentaires de connecteurs automatiques une fois que le dispositif de support est raccordement est fixé à ladite embase.

De préférence encore, l'installation de liaison fond-surface présente les caractéristiques selon lesquelles - ladite embase est ancrée au fond de la mer par un premier pieu tubulaire passant à travers un orifice traversant de ladite embase, ledit premier pieu étant enfoncé dans le sol au fond de la mer, et sa partie supérieure coopérant avec l'embase de manière à permettre l'ancrage de ladite embase, et - ledit dispositif de support et raccordement supportant ledit deuxième d'élément de conduite rigide coudé comporte un deuxième pieu tubulaire, dénommé insert tubulaire d'ancrage, inséré à l'intérieur dudit premier pieu tubulaire d'ancrage de ladite embase, ladite embase comprenant un dispositif de blocage retenant ledit insertùtubulaire d'ancrage à l'intérieur dudit premier pieu tubulaire en cas de traction dudit deuxième pieu tubulaire vers le haut. De préférence, lesdits premier et deuxième pieux sont des assemblages d'éléments unitaires standards de conduites rigides ou des portions d'élément unitaire de conduites rigides, ledit deuxième pieu étant plus court que ledit premier pieu. Ce système d'ancrage de l'embase et de fixation dudit dispositif de support et de raccordement, à l'extrémité inférieure de ladite pièce de transition d'inertie sur ladite embase, est particulièrement avantageux pour les raisons suivantes.

Tout d'abord, la combinaison du premier pieu et de l'insert tubulaire d'ancrage constitue un système de guidage, qui permet de faire coïncider lesdites premières parties d'élément de raccordement et deuxième partie d'élément de raccordement aux extrémités, d'une part, de l'élément de conduite terminal de la conduite reposant au fond de la mer qui est positionné fixement par rapport à ladite embase, et, d'autre part, de l'extrémité dudit élément de conduite rigide positionné fixement par rapport audit dispositif support. Les efforts transversaux ou efforts tranchants résultant du moment de flexion se produisant au niveau du fond de la mer, au niveau de l'encastrement de l'extrémité inférieure du riser vertical au niveau de ladite embase, résultant des variations angulaires du riser à son extrémité supérieure, ne sont pas transmis à ladite embase mais audit premier pieu d'ancrage, lequel s'étend profondément au fond de la mer sur une longueur de 30 à 70 m. Ainsi il est possible de mettre en oeuvre une dite embase de volume et de poids relativement réduits, ce qui permet de pouvoir la descendre relativement aisément depuis la surface, solidaire dudit premier élément de conduite terminal de la conduite reposant au fond de la mer.

Plus particulièrement, ledit insert tubulaire d'ancrage est positionné dans l'axe de ladite pièce de transition d'inertie et ledit deuxième élément de conduite rigide supporté par ledit dispositif de support et de raccordement est incurvé ou coudé de manière à ce que ladite première partie d'élément de raccordement du type connecteur automatique soit dégagée latéralement par rapport au reste dudit dispositif de support et de raccordement, et ladite deuxième partie d'élément de raccordement du type connecteur automatique, à l'extrémité dudit premier élément de conduite rigide terminal de ladite conduite reposant au fond de la mer, solidaire de ladite embase, soit également dégagée par rapport à l'orifice de ladite embase et par rapport audit dispositif de support et raccordement dont ledit insert d'ancrage est inséré à l'intérieur dudit premier pieu d'ancrage.

Dans ce mode de réalisation, ledit premier élément de conduite terminal de ladite conduite reposant au fond de la mer peut, de préférence, être également coudé pour bien coïncider avec l'extrémité dudit deuxième élément de conduite rigide coudé et permettre un raccordement aisé par un automate sous-marin de type ROV au fond de la mer. Plus particulièrement encore, ledit élément de conduite de transition d'inertie présente une forme cylindro-conique dont : - l'extrémité supérieure la plus mince de la pièce de transition présente un diamètre intérieur et une épaisseur sensiblement égaux aux diamètre intérieur et épaisseur de l'extrémité inférieure dudit riser vertical, auquel elle est fixée, et - l'extrémité inférieure de la pièce de transition, du coté de ladite première bride de fixation, présente un diamètre intérieur sensiblement égal à celui de l'extrémité inférieure dudit riser vertical, mais une épaisseur supérieure à, de préférence égale à 3 à 10 fois, celle de l'extrémité inférieure dudit riser vertical. De tels éléments de conduite de transition d'inertie peuvent mesurer de 15 à 50 m de longueur. Plus particulièrement, la partie cylindrique s'étendant sur une longueur de 3 à 5 m et la partie conique sur une longueur de 10 à 47 m. Ces pièces sont très coûteuses à fabriquer, car elles doivent être réalisées à l'aide de conduites très épaisses, mais d'épaisseurs variables, assemblées entre elles, puis usinées sur un tour de très grandes dimensions pour obtenir la forme conique. De telles pièces sont très coûteuses à réaliser, car pour obtenir un bon résultat, il faut que la conduite assemblée par soudage avant usinage soit parfaitement rectiligne, et de plus les tours capables d'usiner avec précision des pièces de 20 à 30m de longueur sont difficiles à trouver et d'un coût opérationnel très élevé.

Dans certains cas extrêmes, les pièces de transition cylindroconiques ne peuvent pas être réalisées en acier, et nécessitent l'utilisation de titane, ce qui augmente encore le coût et la complexité. Selon une autre caractéristique originale de la présente invention, ledit élément de conduite terminal de transition d'inertie comprend un élément de conduite rigide principale et au moins une, de préférence une pluralité n d'éléments de conduite de renfort coaxiaux disposés coaxialement au dit élément de conduite principale, chaque dit élément de conduite de renfort présentant un diamètre interne supérieur au diamètre externe de l'élément de conduite principal et le cas échéant au(x) autre(s) élément(s) de conduite de renfort qu'il contient, les différents éléments de conduite principale et élément(s) de conduite de renfort étant positionné(s) avec une de leur extrémités située au même niveau selon la direction de l'axe de symétrie Z1Z'1 desdits éléments de conduite, et chaque dit élément de conduite de renfort présentant une longueur (h;, avec i = 2 à n) inférieure à celle de h1 de l'élément de conduite principale et le cas échéant celle des autres éléments de conduite de renfort (hi_1) qu'il contient, l'espace annulaire (D;ûd;+1) entre les différents éléments de conduite étant remplis d'un matériau de remplissage solide, et les différents éléments de conduite principale et conduite de renfort coaxiaux (8b-8d) sont fixés à une même platine inférieure constituée d'une dite première bride de fixation. On comprend que ledit matériau de remplissage solide doit présenter une résistance à la compression de manière à transférer les efforts tranchants vers l'élément de conduite de renfort d'ordre supérieur i+1 de manière proportionnelle à la déformation d'un dit élément coaxial qu'il contient d'ordre i sous l'effet d'un effort de flexion subi. En pratique le matériau de remplissage solide doit présenter un coefficient de Poisson de 0.3 à 0.49, de préférence de 0.4 à 0.45. Ce matériau de remplissage peut être du ciment seul ou en combinaison avec du sable, ou encore tout autre matériau réticulable, tel un matériau thermoplastique ou thermodurcissable, ou encore un élastomère tel un caoutchouc ou un polyuréthane. Dans le cas d'un élastomère polyuréthane, on utilise avantageusement un composé présentant une dureté shore comprise entre A50 et D70. On comprend que ce type d'élément de conduite de transition d'inertie est avantageux de par sa simplicité de fabrication et donc beaucoup moins coûteux que les éléments de conduite présentant une pièce de transition cylindro-conique à paroi d'épaisseur variable de la technique antérieure. Selon d'autres caractéristiques particulières dudit élément de conduite terminal de transition d'inertie de la présente invention : - ledit élément de conduite de transition d'inertie est recouvert d'un matériau résistant à la corrosion, de préférence constitué par ledit matériau solide de remplissage, ledit élément de conduite terminal de transition d'inertie présentant une forme sensiblement cylindro-conique, - ledit matériau solide de remplissage se présente sous forme de 15 matériau particulaire de préférence du sable et/ou un liant hydraulique tel que du ciment, - ledit matériau solide de remplissage est constitué par un matériau élastomère de préférence à base de polyuréthanne, présentant une dureté shore supérieure ou égale à A50, de préférence encore de

20 A50 à D70, - la différence entre le diamètre interne dudit élément de conduite principal et le diamètre externe dudit élément de conduite de renfort de plus grand diamètre est égale à 3 à 10 fois, l'épaisseur dudit élément de conduite principale, et le nombre desdits éléments de renfort coaxiaux

25 est n = 2 à 4, - la différence de longueur entre les différents éléments de conduite de renfort coaxiaux (hiùhi+1) est sensiblement constante et égale à (hi x 1), n - l'espace annulaire entre deux desdits éléments de conduite est supérieur ou égal à l'épaisseur dudit élément de conduite de plus petite épaisseur et inférieur ou égal à deux fois l'épaisseur dudit élément de conduite de plus grande épaisseur délimitant ledit espace annulaire, - la longueur dudit élément de conduite principale est de 10 à 50 m de préférence de 20 à 30 m et il comprend 2 ou 3 desdits éléments de renfort coaxiaux, - lesdits élément de conduite principale et éléments de conduite de renforts coaxiaux sont constitués chacun de tout ou partie d'un élément unitaire de conduite standard, notamment conduite sous-marine standard en acier, ou constitué chacun de plusieurs éléments unitaires de conduite standard assemblés bout à bout et de préférence maintenus coaxialement par, des cales de centrage réparties régulièrement le long de leur direction longitudinale et sur la section circulaire dans leurs espaces annulaires. Un avantage important de l'installation de liaison fond-surface de la présente invention réside également dans la simplicité de sa mise en place au fond de la mer. La présente invention fournit donc également un procédé de mise en place au fond de la mer d'une installation de liaison fond-surface selon l'invention, comprenant les étapes successives suivants dans lesquelles : 1/ on descend, au fond de la mer, un dit dispositif d'ancrage, et 2/- on descend une conduite rigide formant un riser vertical, directement fixée, à son extrémité supérieure, à une extrémité de ladite conduite flexible présentant une portion terminale de flottabilité positive, l'autre extrémité de ladite conduite flexible étant suspendue à un flotteur en subsurface, et 3/- on fixe l'extrémité inférieure de ladite pièce de transition par encastrement au niveau dudit dispositif d'ancrage, et 4/- on déplace l'extrémité de ladite conduite flexible suspendue audit flotteur et on la fixe ou relie à un dit support flottant.

De préférence, un procédé de mise en place d'une installation de liaison fond-surface selon l'invention, comprend les étapes successives suivants dans lesquelles : 1/- on descend, au fond de la mer, une dite embase solidaire d'un dit premier élément de conduite rigide, ladite embase comprenant un 10 orifice traversant, et 2/- on descend au fond de la mer un dit premier pieu tubulaire d'ancrage que l'on enfonce au fond de la mer à travers ledit orifice de l'embase, pour ancrer ladite embase au fond de la mer, et 3/- on descend au fond de la mer, depuis un navire de surface, 15 ladite conduite rigide constituant ledit riser vertical, directement fixée à son extrémité supérieure à une dite conduite flexible, ladite pièce de transition à l'extrémité inférieure dudit riser étant fixée à un dit dispositif de support et de raccordement, supportant un dit deuxième élément de conduite rigide coudé ainsi qu'un dit insert d'ancrage, et 20 4/- on fixe ledit dispositif de support et de raccordement sur ladite embase en insérant ledit insert d'ancrage à l'intérieur dudit premier pieu tubulaire, et 5/- de préférence, on verrouille ledit insert d'ancrage à l'intérieur dudit premier pieu tubulaire à l'aide d'un dispositif de blocage, et 25 6/- on réalise le raccordement desdits premier élément de conduite rigide coudé et deuxième élément de conduite rigide coudé, et 7/- on finit de descendre ladite conduite flexible présentant une portion terminale de flottabilité positive, avec l'autre extrémité de ladite conduite flexible suspendue à un flotteur en subsurface, et 8/- on déplace puis on fixe ou relie l'autre extrémité de ladite 5 conduite flexible à un dit support flottant. Ce procédé selon l'invention est particulièrement simple et donc avantageux à mettre en place. Cette simplicité résulte du fait que la fonction d'ancrage sur ladite embase est remplie par ledit insert d'ancrage, en sous face dudit dispositif de support et de raccordement, 10 et que les moments de flexion subis par la pièce de transition d'inertie sont repris par le premier pieu d'ancrage enfoncé au fond de la mer et non par ladite embase, de sorte qu'il est possible de mettre en oeuvre une embase relativement de faible poids et faible volume. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 15 ressortiront mieux à la lumière de la description détaillée qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'une installation de liaison fond-surface 1 selon l'invention comportant une conduite rigide 9 de type 20 Riser encastrée en partie basse dans un premier pieu 6 traversant une embase 4 et reliée à son extrémité supérieure 9b à une conduite flexible 10 flottante sur une partie terminale 10a de sa longueur, l'autre extrémité de la conduite étant reliée à un FPSO ("Floating Production Storage Offloading") 12, 25 - la figure 2A est une vue de côté de l'installation de la liaison fond-surface dans son embase en cours de mise en place à partir d'un navire de travail 20, la figure 2B est une vue de côté de la mise en place d'un dit premier pieu d'ancrage 6 dans une embase supportant l'extrémité d'un 30 conduite sous-marine reposant sur le fond de la mer, - la figure 2C est une vue de côté de l'extrémité inférieure du riser 9 avec une pièce de transition d'inertie 8 au niveau de son raccordement avec un dispositif de support et de raccordement 5 comprenant un insert tubulaire d'ancrage 5e à l'intérieur dudit pieu d'ancrage 6, - la figure 3 est une vue de côté de l'installation de la liaison fond-surface, en cours de mise en place, après engagement de l'insert d'ancrage 5e dans le pieu d'ancrage 6, - les figures 3A et 3B représentent en vue de côté et en coupe deux variantes d'embase du raccordement à une conduite reposant au fond de la mer d'une installation de liaison fond-surface selon l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe et en vue de côté d'une pièce de transition 8 massive en acier, de forme conique, installée à l'extrémité inférieure du riser 9, - les figures 5A-5B-5C sont des vues en coupe et en vue de côté, d'une version préférée de réalisation d'une pièce de transition constituée d'empilements de conduites acier coaxiales, les interstices étant remplis de matériaux plastiques sur les figures 5B et 5C, - la figure 6 est un diagramme illustrant la variation de l'inertie 20 des pièces de transition selon la figure 5C. Dans la figure 1 on a représenté une installation de liaison fond-surface 1 reliant une conduite sous-marine 2 reposant sur le fond de la mer 3 à un support flottant de type FPSO 12 en surface amarré par des lignes d'ancre 12a. 25 Une installation selon l'invention comprend depuis le support 12 en surface jusqu'à une embase 4 au fond de la mer, les éléments suivants : a) une conduite flexible 10 comprenant une première partie 10b concave qui s'étend depuis l'extrémité 10e de la conduite flexible fixée au support flottant 12 jusqu'à environ la moitié de la conduite flexible sous forme d'une configuration en chaînette plongeante de par sa flottabilité négative jusqu'à un point d'inflexion en 10d sensiblement à la moitié de longueur de la conduite flexible, la partie terminale 10a s'étendant depuis le point central d'inflexion 10d jusqu'à l'extrémité 10c de la conduite flexible présentant une flottabilité positive de par une pluralité de flotteurs 10f de préférence régulièrement espacés le long et autour de ladite portion terminale 10a de conduite flexible, et b) une conduite rigide montante en acier 9 ou riser vertical équipée de moyens de flottabilité, non représentés, tels des demi-coquilles de mousse syntactique réparties de préférence de manière uniforme sur tout ou partie de la longueur de ladite conduite rigide, et comprenant à son extrémité inférieure une pièce de transition d'inertie 8 équipé d'une première bride de fixation 9a à son extrémité inférieure. La première bride de fixation 9a est fixée sur une deuxième bride de fixation 5a constituant la partie supérieure d'un dispositif de support et de raccordement 5, lui-même ancré sur le premier pieu 6 solidaire de l'embase 4 reposant au fond de la mer, ledit dispositif de support et raccordement 5 permettant le raccordement de l'extrémité inférieure du riser 9 à une conduite 2 reposant au fond de la mer, comme explicité ci-après. La conduite flexible présente une variation de courbure continue, d'abord concave dans la partie configuration de chaîne plongeante 10b, puis convexe dans la portion terminale de flottabilité positive 10a avec un point d'inflexion 10d entre les deux, formant ainsi un S disposé dans un plan sensiblement vertical. En opération, tel que représenté sur la figure 1, lorsque la partie supérieure de la conduite rigide 9 est inclinée selon une inclinaison y par rapport à la verticale ZZ', l'extrémité 10c de la portion terminale de la flottabilité positive 10a de la conduite flexible reste sensiblement dans l'alignement axial Z'1Z' de l'extrémité supérieure 9b de la conduite rigide 9, et en tout état de cause en continuité de courbure avec celle- ci. Ceci confère une meilleure résistance mécanique à la fixation étanche 11 entre les deux conduites et permet d'éviter la mise en oeuvre d'un dispositif col de cygne tel que mis en oeuvre dans la technique antérieure.

L'intérêt de cette conduite flexible est de permettre de par sa portion initiale 10b plongeante d'amortir les excursions des supports flottants 12 de façon à stabiliser l'extrémité 10c de la conduite flexible reliée à une conduite rigide montante du riser vertical 1. L'extrémité de la portion de la partie terminale flottante 10c de la conduite flexible porte un premier élément de bride de fixation 11 avec l'extrémité supérieure d'une conduite rigide s'étendant depuis le fond de la mer encastrée au niveau d'une embase 4 reposant au fond de la mer. Le riser vertical 9 est tensionné d'une part par la flottabilité de la partie terminale 10a de la conduite flexible, mais d'autre part et surtout, par des flotteurs régulièrement répartis au moins sur la partie supérieure 9b, de préférence, tout le long de la conduite rigide, notamment sous forme de mousse syntactique faisant avantageusement fonction à la fois de système d'isolation et de flottabilité. Ces flotteurs et cette mousse syntactique peuvent être répartis le long et autour de la conduite rigide sur toute sa longueur ou, de préférence, seulement sur une portion de sa partie supérieure. Ainsi, si l'embase 4 se trouve à une profondeur de 2500 mètres, on peut se borner à revêtir la conduite rigide 1 de mousse syntactique sur une longueur de 1000 m à partir de son extrémité supérieure, ce qui permet de mettre en oeuvre une mousse syntactique qui doit résister à une pression moindre que si elle devait résister à des pressions allant jusqu'à 2500 m, et donc d'un coût radicalement réduit par rapport à une mousse syntactique devant résister à ladite profondeur de 2500 m. La conduite rigide 1 selon l'invention est donc tensionnée sans mise en oeuvre d'un flotteur en surface ou en sub-surface comme dans la technique antérieure, ce qui limite les effets du courant et de la houle, et de ce fait réduit radicalement l'excursion de la partie haute du riser vertical et donc les efforts en pied de riser au niveau de l'encastrement. Le système bride de fixation 11 entre l'extrémité supérieure du riser vertical 9 et de la conduite flexible 10, et la connexion des brides de fixation 9a,5a entre l'extrémité inférieure à la pièce de transition d'inertie 8 et du dispositif de support à raccordement 5, réalisent des connexions étanches entre les conduites concernées. L'embase 4 reposant au fond de la mer supporte un premier élément de conduite terminal 2a coudé ou incurvé de ladite conduite reposant au fond de la mer 2. Ce premier élément de conduite terminal coudé ou incurvé 2a comporte à son extrémité une première partie mâle ou femelle d'un connecteur automatique 7b, qui est dégagé latéralement par rapport à un orifice traversant 4a de ladite embase, mais positionné de manière fixe et déterminée par rapport à l'axe ZZ' dudit orifice. Le dispositif de support et de raccordement 5, supporte un deuxième élément de conduite rigide coudé 5b comportant à son extrémité supérieure ladite deuxième bride de fixation 5a et à son extrémité inférieure, une deuxième partie femelle ou mâle d'un connecteur automatique 7a, complémentaire de la partie 7b. Un premier pieu tubulaire d'ancrage 6 est descendu depuis un navire d'installation 20 en surface, puis enfoncé, de préférence battu de manière connue, à travers un orifice 4a traversant verticalement de part en part l'embase 4 jusqu'à ce qu'une excroissance périphérique 6a à l'extrémité supérieure dudit premier pieu 6 vienne coopérer avec une forme complémentaire 4c en partie supérieure dudit orifice 4a de l'embase. L'orifice 4a est légèrement plus grand que le premier pieu 6 pour le laisser librement coulisser. Et lorsque le battage dudit premier pieu est terminé, l'embase 4 se trouve ainsi clouée au sol sans pouvoir se déplacer latéralement ni pivoter autour d'un quelconque axe horizontal.

Eventuellement, on prévoit une pluralité d'orifices et de dits premiers pieux 6. Dans le procédé de mise en place d'une installation de liaison fond-surface selon l'invention, la première étape consiste à descendre au fond de la mer depuis la surface, ladite embase équipée dudit premier élément de conduite terminal 2a de la conduite reposant au fond de la mer. Après ancrage de ladite embase par un dit premier pieu 6, on réalise l'ancrage de la pièce de transition 8 à l'extrémité inférieure du riser vertical par fixation sur le dispositif de support et raccordement 5, lui-même ancré sur ladite embase, formant ainsi un encastrement rigide de l'extrémité inférieure du riser vertical. Le dispositif de support et de raccordement 5 est constitué d'éléments de structure rigide et raidisseur 5c supportant ladite deuxième bride de fixation 5a et ledit deuxième élément de conduite rigide coudée 5b, lesdits éléments de structure rigide 5c assurant également la liaison entre ladite deuxième bride de fixation 5a et une platine inférieure 5d supportant en sous-face un deuxième pieu tubulaire 5e dénommé insert tubulaire d'ancrage. Lorsque l'embase 4 est ancrée au fond de la mer 3 comme représenté sur la figure 2A, on fabrique à bord du navire de surface 20 les divers éléments de liaison fond-surface, notamment l'assemblage des rames constituées d'une pluralité d'éléments de conduites standard, que l'on descend progressivement. On descend tout d'abord ledit dispositif 5 connecté de manière étanche à l'extrémité inférieure du riser vertical 9 par l'intermédiaire de la pièce de transition conique 8, puis l'intégralité du riser vertical équipé de ses éléments de flottabilité, et enfin la conduite de liaison flexible équipé de ses éléments de flottabilité fixée en continuité directe de l'extrémité supérieure du riser vertical 9. L'assemblage et la pose de la conduite rigide 9 se font de façon classique depuis le navire 20 par assemblage d'éléments de conduites unitaires ou rames d'éléments unitaires stockés sur le navire de surface 20, et descendus au fur et à mesure selon une technique connue de l'homme de l'art et décrite notamment dans des demandes de brevets antérieures au nom de la demanderesse, à partir d'un navire de pose en J.

Lorsque l'intégralité de la conduite rigide 9 a été fabriquée et descendue au fond de la mer, on connecte de manière connue, par exemple au moyen de brides 11 l'extrémité supérieure de la conduite 9 à l'extrémité d'une conduite flexible 10, laquelle au fur et à mesure de son dévirage depuis le navire de pose 20 se présente tout d'abord sous forme verticale comme représenté sur la figure 2A de par par le fait qu'elle est rendue flottante au moins dans sa partie terminale 10a par les éléments de flottabilité 10f régulièrement répartis sur la portion terminale 10a. On notera également que la conduite rigide en acier 9 peut être de manière connue une conduite de type Pipe-in-Pipe comportant un système d'isolation dans l'espace annulaire entre les deux conduites coaxiales constituant le riser 9 et en outre un système d'isolation tel que de la mousse syntactique faisant office de système de flottabilité comme décrit ci-dessus.

Lorsque l'extrémité inférieure de l'insert tubulaire d'ancrage 5e, de préférence présentant une forme légèrement conique 5f est positionnée à proximité et à l'aplomb de l'orifice 4a de l'embase 4, on dirige avantageusement ledit insert tubulaire d'ancrage 5e, plus précisément grâce à un sous-marin automatique ou ROV 20a piloté depuis la surface. Ledit insert tubulaire 5e de longueur de 10 à 15 m rentre alors naturellement de par son propre poids dans ledit premier pieu tubulaire d'ancrage enfoncé au fond de la mer sur une profondeur de 30 à 70 m. Le diamètre externe de l'insert tubulaire d'ancrage 5e peut être légèrement inférieur au diamètre interne du premier pieu 6, par exemple inférieur de 5 cm, ce qui facilite le guidage de l'insert tubulaire 5 à l'intérieur dudit premier pieu 6, tout en empêchant les mouvements transversaux dans un plan horizontal une fois que l'insert tubulaire 5 est complètement inséré comme représenté sur la figure 3. A ce moment, un verrou 4b représenté en position rétractée sur la figure 2A est déplacé en position engagée comme sur les figures 1 et 3 de manière à venir bloquer la platine supérieure 5d de l'insert tubulaire 5e, à l'intérieur dudit premier pieu 6, empêchant ainsi tout déplacement vers le haut de l'ensemble de liaison fond-surface 1 qui se trouve encastré par l'intermédiaire du dispositif de support de raccordement 5 dans le premier pieu 6 solidaire de ladite embase 4. Après avoir engagé le verrou 4b, on termine le dévirage de la conduite flexible comme représenté sur la figure 3 et l'on connecte l'extrémité supérieure de la conduite flexible à une bouée provisoire de sub-surface 21, elle-même reliée à un corps mort 21b reposant au fond de la mer par un câble 21a. En procédant ainsi, on pré-installe avantageusement l'intégralité de la liaison fond-surface 1 avant la mise en place du FPSO 12, ce qui facilite grandement les opérations. Une fois le support flottant 12 positionné en surface, on récupère l'extrémité 10e de la conduite flexible 10 que l'on vient alors connecter au dit support flottant FPSO 12 comme représenté sur la figure 1, et l'on récupère la bouée provisoire 21 ainsi que son corps mort 21b et son câble d'ancrage 21a. L'insert tubulaire 5e transmet au dit premier pieu tubulaire 6, les 25 moments de flexion dus aux efforts tranchants et transversaux subis au niveau de l'encastrement de la pièce 8 sur le dispositif 5. Le système de fixation de l'extrémité supérieure de la conduite rigide 9 avec la conduite flexible 10 et le tensionnement desdites conduites confère une plus grande stabilité à l'extrémité supérieure de 30 la conduite rigide 9 avec une variation angulaire y ne dépassant pas en opération les 5°C. Ainsi, il a été possible selon la présente invention de réaliser un encastrement rigide de l'extrémité inférieure de la conduite rigide en acier 9 sur l'embase 4 à l'aide du dispositif de support de raccordement 5. Pour ce faire, l'élément de conduite terminal inférieur de la conduite rigide 9 comprend une pièce de transition conique 8 dont l'inertie en section transversale augmente progressivement depuis une valeur sensiblement identique à l'inertie de l'élément de conduite du riser 9 auquel il est relié, dans la partie haute effilée de la pièce de transition 8, jusqu'à une valeur de 3 à 10 fois supérieure au niveau de sa partie basse reliée à ladite première bride de fixation 9a. Le coefficient de variation d'inertie dépend essentiellement du moment de flexion que doit supporter le riser vertical au niveau de ladite pièce de transition, ledit moment étant fonction de l'excursion maximale de la partie supérieure de la conduite rigide en acier 9, donc de l'angle y. Pour réaliser cette pièce de transition 8 on utilise des aciers à haute limite élastique et dans les cas extrêmes de contrainte, on peut être amené à fabriquer des pièces de transition 8 en titane. Sur la figure 4, on a représenté une pièce de transition cylindra- conique 8 présentant une épaisseur variable augmentant progressivement depuis la partie haute effilée 81 jusqu'à la partie basse plus épaisse 82 avec un diamètre interne constant correspondant au diamètre interne d'une conduite rigide standard et en tout état de cause, au diamètre interne dudit deuxième élément de conduite rigide 6.

Dans une version préférée de l'invention, représentée en coupe et en vue de côté sur les figures 5A-5B-5C, la pièce de transition 8 est constituée d'un élément de conduite principal en acier 8a, de préférence de diamètre interne dl identique à celui de la partie courante de la conduite 9, et de préférence d'épaisseur égale ou légèrement supérieure à celle de ladite partie courante de ladite conduite 9, et de préférence d'épaisseur égale à celle dudit deuxième élément de conduite coudé 5b. Pour obtenir une augmentation de l'inertie au fur et à mesure que 26 l'on se rapproche de la bride d'encastrement 9a, on dispose d'une succession d'éléments de conduites coaxiaux (8b-8d) de hauteurs (h2,h3,h4) décroissantes, chacun des desdits éléments de conduites coaxiaux ayant un diamètre interne (d2-d4) supérieur au diamètre externe D1-D3 de l'élément de conduite coaxial précédent qu'il contient et une longueur ou hauteur inférieure à la longueur de l'élément de conduite précédent, c'est-à-dire l'élément de conduite qu'il contient ou qu'il recouvre, et une épaisseur fonction de l'augmentation de raideur recherchée.

Ainsi, sur la figure 5A, on a représenté une pièce de transition 8 comportant un premier élément de conduite interne 8a et trois élément de conduite de renfort coaxiaux 8b-8c-8d de diamètres d2-d3-d4 croissants et de longueurs h2-h3-h4 décroissantes, chacun desdits éléments de conduite coaxiaux étant solidaire à son extrémité inférieure de la même dite première bride 9a. Pour assurer une variation sensiblement continue de l'inertie entre la partie haute de faible inertie de la pièce de transition 8, et la partie basse de forte inertie située au raccordement avec la bride 9a, on injecte avantageusement dans les espaces annulaires entre lesdits éléments de conduites coaxiaux, un matériau thermoplastique ou thermodurcissable 8e, de préférence un élastomère tel un polyuréthanne, dont on ajuste la dureté shore pour obtenir la variation de raideur recherchée, notamment une dureté shore de A50 à D70. On peut se contenter d'injecter ledit matériau rigide 8e seulement dans les interstices annulaires entre les éléments de conduite coaxiaux, comme représenté sur la figure 5C. Mais, avantageusement on installe un moule de manière à obtenir une pièce cylindro-conique telle que représentée sur la figure 5B, ce qui permet d'effectuer en une seule opération le renforcement de la pièce de transition et sa protection vis- à-vis de l'agression du milieu extérieur par un revêtement externe lui conférant ainsi une forme cylindro-conique. On aura pris soin de ne pas recouvrir de résine thermodurcissable la partie supérieure de la pièce de transition sur une longueur de 20 à 50cm de manière à pouvoir l'assembler à bord du navire d'installation 20, par soudage à l'extrémité inférieure de la conduite rigide 9. On comprend que pour fabriquer la pièce de transition 8 selon 5 l'invention, on procède comme suit : - on soude l'extrémité inférieure du premier élément de conduite principale 8a de plus grande longueur sur la bride 9a, et - on insère autour dudit premier élément de conduite principal 8a un premier élément de conduite de renfort 8b coaxial dont on soude 10 l'extrémité inférieure sur la même bride 9a, et - on insère la deuxième conduite de renfort 8c autour du premier élément de conduite de renfort 8b, et on soude son extrémité inférieure sur la bride 9a, et - on insère un troisième élément de conduite de renfort 8d de plus 15 petite hauteur autour du deuxième élément de conduite de renfort 8c, et on soude son extrémité inférieure sur la bride 9a, et - on injecte un matériau thermoplastique ou thermodurcissable entre les divers éléments de conduites, et le cas échéant on revêt leur surface externe à l'aide d'un un moule cylindro-conique pour obtenir la 20 rigidité et variation d'inertie et protection contre la corrosion recherchées. Sur la figure 6, on a représenté le diagramme de variation de l'inertie I en ordonnée entre la bride 9 et l'extrémité supérieure de la pièce de transition 8 des figures 5B et 5C. L'escalier 30 en pointillé 25 représente la variation de la section d'acier en l'absence de matériau de remplissage au niveau de chacun des éléments de conduites de renfort. Les courbes 31-32-33 représentent la variation de l'inertie (EEI) de la pièce de transition 8 de la figure 5C en fonction de sa longueur, selon le type de matériau de remplissage. La courbe 33, de forme parabolique est obtenue avec un matériau de remplissage de type polyuréthane de dureté shore A90 ou A95, et constitue une version préférée de l'invention. La courbe 31 est obtenue avec un matériau beaucoup plus raide, tel un ciment à très hautes performances, seul ou en combinaison avec une charge pulvérulente, telle un sable. A titre d'exemple, une pièce de transition de 18m de longueur hi est réalisée à l'aide d'une bride 9a de 200 mm d'épaisseur sur laquelle on soude un élément de conduite principale 8a de diamètre externe di = 323.85mm, d'épaisseur 20.6mm et de longueur hi = 18m, d'un premier renfort coaxial 8b de diamètre externe d2 =457.20mm, d'épaisseur 12.7mm et de longueur h2 = 12m, d'un second renfort coaxial 8c de diamètre externe d3 =609.6mm, d'épaisseur 6mm et de longueur h3 = 6m. Puis on surmoule le tout, soit en position verticale, soit en position oblique avec une pente de 5 à 30% pour faciliter le remplissage et éviter les vides, à l'aide d'une résine polyuréthanne 8e de dureté shore A90 ou A95. L'espace entre la première conduite 8a et le premier renfort 8b est de 53.98mm, et l'espace entre le second renfort et le premier renfort est de 70.2mm. L'augmentation de l'inertie est sensiblement d'un facteur k=3 au niveau du premier renfort 8b, et d'un facteur k=5 au niveau du second renfort 8c. Lors de la coulée, on effectue avantageusement des cycles de dépression dans le moule en cours de remplissage de manière à éliminer au maximum les bulles d'air indésirables. En effet, du fait que la pièce de transition a pour vocation d'être installée à très grande profondeur, la pression hydrostatique peut avoir des effets préjudiciables sur le fonctionnement mécanique d'ensemble suite à un effondrement sur elle-même desdites bulles due à ladite pression qui est sensiblement de 1OMPa par tranche de 1000m d'eau. Sur la figure 3A, on a décrit l'invention avec une embase 4 posée en même temps que la conduite sous-marine reposant sur le fond, ladite embase étant stabilisée par un premier pieu 6 la traversant. Mais on reste dans l'esprit de l'invention en considérant comme sur la figure 3B une embase 4 constituée par une ancre à succion, présentant un orifice, de préférence circulaire intégré à ladite ancre à succion et jouant le rôle de pieu 6 et capable de recevoir l'insert d'ancrage 5e. Ainsi, le dispositif de support et de raccordement 5 à l'extrémité inférieure de la liaison fond-surface se trouve encastré directement dans l'ancre à succion dont le poids atteint 25 à 50 tonnes pour un diamètre de 3 à 5m et une hauteur de 20-25m. Dans cette configuration, la conduite sous-marine 2 est posée de manière indépendante et nécessite de ce fait une conduite de jonction 7 fabriquée à la demande après installation de la liaison fond-surface et de la conduite sous-marine 2. Ladite conduite de jonction 7 nécessite alors deux connecteurs automatiques 7a-7a1,7b1-7b, un à chacune de ses extrémités, alors que la version décrite en référence à la figure 3A ne nécessite qu'un seul connecteur automatique 7a-7b. L'invention a été décrite dans une version préférée fabriquée et simultanément installée sur site à partir d'un navire de pose 20, mais on reste dans l'esprit de l'invention avec une préfabrication de l'ensemble complet sur un chantier à terre, l'ensemble étant ensuite remorqué sensiblement à l'horizontale jusqu'au site, puis enfin cabané en vue de l'insertion de l'insert d'ancrage 5e dans le premier pieu tubulaire 6.20

Claims (19)

1. REVENDICATIONS1. Installation de liaison fond-surface, notamment à grande profondeur de plus de 1 000 m, comprenant : a- au moins une conduite rigide montante, sensiblement verticale, 5 dénommée riser vertical (9), fixée à son extrémité inférieure à un dispositif d'ancrage (4, 5, 6) au fond de mer (3), et b- au moins une conduite de liaison flexible (10) assurant la liaison entre un support flottant (12) et l'extrémité supérieure dudit riser vertical (9), 10 caractérisée en ce que : 1/ une extrémité de ladite conduite flexible est directement raccordée, de préférence par un système de brides (11), à l'extrémité supérieure dudit riser vertical (9), une partie terminale (10a) de la conduite flexible, du coté de sa jonction à l'extrémité supérieure dudit 15 riser, présentant une flottabilité positive, et au moins la partie supérieure (9b) dudit riser vertical présentant également une flottabilité positive, de sorte que les flottabilités positives de ladite partie terminale (10a) de la conduite flexible et de ladite partie supérieure (9a) dudit riser vertical (9) permettent le tensionnement dudit riser en position 20 sensiblement verticale et l'alignement ou la continuité de courbure entre l'extrémité de ladite partie terminale (10a) de la conduite flexible et la partie supérieure (9b) dudit riser vertical au niveau de leur raccordement, et 2/ l'extrémité inférieure dudit riser vertical comprend un élément 25 de conduite terminal formant une pièce de transition d'inertie (8) dont la variation de l'inertie est telle que l'inertie dudit élément de conduite terminal , à son extrémité supérieure, soit sensiblement identique à celle de l'élément de conduite de la partie courante du riser vertical auquel elle est reliée, ladite inertie de l'élément de conduite terminal(8) augmentant progressivement jusqu'à l'extrémité inférieure de ladite pièce de transition d'inertie, comprenant une première bride de fixation (9a) permettant l'encastrement (5a-5e) de l'extrémité inférieure dudit riser vertical au niveau dudit dispositif d'ancrage (4, 5, 6) au fonde de la mer.
2. 2. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite conduite flexible (10) présente une flottabilité positive (10a) sur une longueur correspondant à 30 à 60%, de sa longueur totale, de préférence environ la moitié de la longueur totale de la conduite flexible, de sorte la conduite flexible présente une configuration en S, avec une première portion (10b) de conduite flexible du coté dudit support flottant (12) présentant une courbure concave de chaînette à configuration de chaîne plongeante et la portion terminale restante de ladite conduite flexible (10a) présentant une courbure convexe de chaînette inversée de par sa flottabilité positive, l'extrémité (10c) de ladite portion terminale de conduite flexible (10b), au niveau de l'extrémité supérieure dudit riser, étant située au dessus et sensiblement dans l'alignement de l'axe (Z1Z'1) dudit riser à son extrémité supérieure (9b).
3. 3. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que : - ledit riser vertical (9) est relié à son extrémité inférieure à au moins une conduite reposant au fond de la mer (2), et - ledit dispositif d'ancrage (4, 5, 6) comprend un dispositif de 25 support et de raccordement (5) fixé sur une embase (4) posée et ancrée (6) au fond de la mer, et - ladite conduite reposant au fond de la mer (2) comprend un premier élément de conduite rigide terminal (2a) solidaire de ladite embase (4) reposant au fond de la mer (3) et ledit premier élément de 30 conduite terminal est et maintenu fixement par rapport à ladite embase, avec, à son extrémité, une première partie d'élément de raccordement(7b), de préférence un élément mâle ou femelle d'un connecteur automatique, et - ladite première bride de fixation (9a) à l'extrémité inférieure de ladite pièce de transition d'inertie (8) est fixée à une deuxième bride de fixation (5a) à l'extrémité d'un deuxième élément de conduite rigide coudé (5b), solidaire dudit dispositif de support et de raccordement (5a-5e) fixé sur ladite embase (4) et supportant, de façon fixe et rigide, ledit deuxième élément de conduite rigide coudé (5b), dont l'autre extrémité comprend une deuxième partie d'élément de raccordement (7a) complémentaire de ladite première partie d'élément de raccordement (7b) et raccordée à celle-ci lorsque ledit élément de support et de raccordement (5a-5e) est fixé à ladite embase.
4. 4. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 3, caractérisée en ce que : - ladite embase (4) est ancrée au fond de la mer par un premier pieu tubulaire (6) passant à travers un orifice traversant (4a) de ladite embase, ledit premier pieu (6) étant enfoncé dans le sol au fond de la mer, et sa partie supérieure (60) coopérant avec l'embase de manière à permettre l'ancrage de ladite embase, et - ledit dispositif de support et raccordement (5a-5e) supportant ledit deuxième d'élément de conduite rigide coudé (5b) comporte un deuxième pieu tubulaire, dénommé insert tubulaire d'ancrage (5e), inséré à l'intérieur dudit premier pieu tubulaire d'ancrage de ladite embase, ladite embase comprenant un dispositif de blocage (4a) retenant ledit insertûtubulaire d'ancrage (5e) à l'intérieur dudit premier pieu tubulaire (2b) en cas de traction dudit deuxième pieu tubulaire (5e) vers le haut.
5. 5. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits premier et deuxième pieux sont des 30 assemblages d'éléments unitaires standards de conduites rigides ou desportions d'élément unitaire de conduites rigides, ledit deuxième pieu étant plus court que ledit premier pieu.
6. 6. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que ledit insert tubulaire d'ancrage (5e) est positionné dans l'axe de ladite pièce de transition d'inertie (8) et ledit deuxième élément de conduite rigide (6) supporté par ledit dispositif de support et de raccordement (5a-5e) est incurvé ou coudé de manière à ce que ladite première partie d'élément de raccordement (7a) du type connecteur automatique soit également dégagée latéralement par rapport au reste dudit dispositif de support et de raccordement (5), et ladite deuxième partie d'élément de raccordement (7b) du type connecteur automatique, à l'extrémité dudit premier élément de conduite rigide terminal (2a) de ladite conduite reposant au fond de la mer (2), solidaire de ladite embase (4), soit également dégagée par rapport à l'orifice (4a) de ladite embase et par rapport audit dispositif de support et raccordement (5) dont ledit insert d'ancrage est inséré à l'intérieur dudit premier pieu d'ancrage (6).
7. 7. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit élément de conduite terminal de transition d'inertie (8) présente une forme cylindro-conique dont : - l'extrémité supérieure la plus mince de la pièce de transition présente un diamètre intérieur (dl) et une épaisseur sensiblement égaux aux diamètre intérieur et épaisseur de l'extrémité inférieure dudit riser vertical, auquel elle est fixée, et - l'extrémité inférieure de la pièce de transition, du coté de ladite première bride de fixation (9a), présente un diamètre intérieur (di) sensiblement égal à celui de l'extrémité inférieure dudit riser vertical, mais une épaisseur (D4-dl) supérieure, de préférence égale à 3 à 10 fois, celle de l'extrémité inférieure dudit riser vertical.
8. 8. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément de conduite terminal de transition d'inertie (8) s'étend sur une longueur de 15 à 50 mètres.
9. 9. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que ledit élément de conduite terminal de transition d'inertie (8) comprend un élément de conduite rigide principale (8a) et au moins une, de préférence une pluralité (n) d'éléments de conduite de renfort coaxiaux (8b-8d) disposés coaxialement au dit élément de conduite principale (8a), chaque dit élément de conduite de renfort (8b-8d) présentant un diamètre interne (d;+1) supérieur au diamètre externe (D1,Di) de l'élément de conduite principal et le cas échéant au(x) autre(s) élément(s) de conduite de renfort qu'il contient, les différents élément de conduite principale (8a) et élément(s) de conduite de renfort (8b-8d) étant positionné(s) avec une de leur extrémités située au même niveau selon la direction de l'axe de symétrie (Z1Z'1) desdits éléments de conduite, et chaque dit élément de conduite de renfort (8b-8d) présentant une longueur (hi_1, avec i = 2 à n) inférieure à celle de h1 de l'élément de conduite principale et le cas échéant celle des autres éléments de conduite de renfort (h;+1) qu'il contient, l'espace annulaire (D; û d;+1) entre les différents éléments de conduite étant remplis d'un matériau de remplissage solide (8e), et les différents éléments de conduite principale (8a) et conduite de renfort coaxiaux (8b-8d) sont fixés à une même platine inférieure (9a) constituée d'une dite première bride de fixation (9a).
10. 10. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit élément de conduite de transition d'inertie est recouvert d'un matériau résistant à la corrosion, de préférence constitué par ledit matériau solide de remplissage, ledit élément de conduite terminal de transition d'inertie présentant une forme sensiblement cylindro-conique.
11. 11. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit matériau solide de remplissage se présente sous forme de matériau particulaire de préférence du sable et/ou un liant hydraulique tel que du ciment.
12. 12. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit matériau solide de remplissage est constitué par un matériau élastomère de préférence à base de polyuréthanne, présentant une dureté shore supérieure ou égale à A50, de préférence encore de A50 à D70.
13. 13. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que la différence entre le diamètre interne (di) dudit élément de conduite principal (8a) et le diamètre externe (D4) dudit élément de conduite de renfort (8d) de plus grand diamètre est égale à 3 à 10 fois, l'épaisseur dudit élément de conduite principale, et le nombre desdits éléments de renfort coaxiaux est n = 2 à 4.
14. 14. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que la différence de longueur entre les différents éléments de conduite de renfort coaxiaux (h1ùhi+l) est sensiblement constante et égale à (h1x 1). n
15. 15. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que l'espace annulaire entre deux desdits éléments de conduite (D;+1ûd;) est supérieur ou égal à l'épaisseur dudit élément de conduite de plus petite épaisseur et inférieur ou égal à deux fois l'épaisseur dudit élément de conduite de plus grande épaisseur délimitant ledit espace annulaire.
16. 16. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisée en ce que la longueur dudit élémentde conduite principale (8a) est de 10 à 50 m de préférence de 20 à 30 m et il comprend 2 ou 3 desdits éléments de renfort coaxiaux (8b-8d).
17. 17. Installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisée en ce que lesdits éléments de conduite principale (8a) et éléments de conduite de renforts coaxiaux (8b-8d) sont constitués chacun de tout ou partie d'un élément unitaire de conduite standard, notamment conduite sous-marine standard en acier, ou constitué chacun de plusieurs éléments unitaires de conduite standard assemblés bout à bout et de préférence maintenus coaxialement par, des cales de centrage réparties régulièrement le long de leur direction longitudinale et sur la section circulaire dans leurs espaces annulaires.
18. 18. Procédé de mise en place au fond de la mer (3) d'une installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'elle comprend les étapes successives suivants dans lesquelles 1/ on descend, au fond de la mer, un dit dispositif d'ancrage (5), et 2/- on descend une conduite rigide (9) formant un riser vertical, directement fixée, à son extrémité supérieure, à une extrémité (10c) de ladite conduite flexible (10) présentant une portion terminale (10a) de flottabilité positive, l'autre extrémité (10e) de ladite conduite flexible (10) étant suspendue à un flotteur en subsurface (21), et 3/- on fixe l'extrémité inférieure de ladite pièce de transition (8) 25 par encastrement au niveau dudit dispositif d'ancrage (5), et 4/- on déplace l'extrémité (10e) de ladite conduite flexible suspendue audit flotteur et on la fixe ou relie à un dit support flottant (12).
19. 19. Procédé selon la revendication 18, pour mettre en place une installation de liaison fond-surface selon l'une des revendications 3 à 17, caractérisé en ce que l'on réalise les étapes successives suivants dans lesquelles 1/- on descend, au fond de la mer, une dite embase (4) solidaire d'un dit premier élément de conduite rigide (2a), ladite embase (4) comprenant un orifice traversant (4a), et 2/- on descend au fond de la mer un dit premier pieu tubulaire d'ancrage (6) que l'on enfonce au fond de la mer à travers ledit orifice 10 (4a) de l'embase, pour ancrer ladite embase au fond de la mer, et 3/- on descend au fond de la mer, depuis un navire de surface (20), ladite conduite rigide (9) constituant ledit riser vertical, directement fixée à son extrémité supérieure à une dite conduite flexible, ladite pièce de transition (8) à l'extrémité inférieure dudit riser 15 étant fixée à un dit dispositif de support et de raccordement (5), supportant un dit deuxième élément de conduite rigide coudé (5b) ainsi qu'un dit insert d'ancrage (5e), et 4/- on fixe ledit dispositif de support et de raccordement (5) sur ladite embase en insérant ledit insert d'ancrage (5e) à l'intérieur dudit 20 premier pieu tubulaire (6), et 5/- de préférence, on verrouille ledit insert d'ancrage (5e) à l'intérieur dudit premier pieu tubulaire (6) à l'aide d'un dispositif de blocage (4b), et 6/- on réalise le raccordement desdits premier élément de 25 conduite rigide coudé (5b) et deuxième élément de conduite rigide coudé (2a), et 7/- on finit de descendre ladite conduite flexible présentant une portion terminale de flottabilité positive, avec l'autre extrémité (10e) de ladite conduite flexible suspendue à un flotteur en subsurface (21), et8/- on déplace puis on fixe ou relie l'autre extrémité (10e) de ladite conduite flexible à un dit support flottant (12).