FR3076826A1 - Dispositif et procede pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (2) pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, comprenant un cadre (4) destiné à être fixé à un module (6), des pieds (14), et un système hydraulique comprenant des vérins hydrauliques (18) comprenant chacun un corps de vérin, et un piston destiné à être mis en contact avec un pied et mobile à l'intérieur du corps de vérin entre une première butée mécanique correspondant à une position déployée du piston et une seconde butée mécanique correspondant à une position rétractée du piston, le piston séparant le volume interne du corps de vérin en une première chambre et une seconde chambre, la première chambre étant alimentée en fluide hydraulique par deux circuits hydrauliques indépendants comprenant un circuit d'amortissement apte à déplacer le piston entre la première butée mécanique et une butée hydraulique correspondant à une position intermédiaire du piston située entre la position déployée et la position rétractée, et un circuit de descente contrôlée apte à déplacer le piston entre la butée hydraulique et la seconde butée mécanique.
Description
Titre de l'invention
Dispositif et procédé pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général du traitement sous-marin de fluides intervenant lors de la production d'hydrocarbures, par exemple de pétrole et de gaz, ou l'exploitation de ressources minières à grandes profondeurs issus de puits de production sous-marins.
Dans le cadre de la production d'hydrocarbures, il est généralement nécessaire de procéder au traitement des effluents de production et/ou des fluides d'injection (tels que par exemple l'eau de mer). A cet effet, il est connu de recourir à des stations de traitement sous-marin, dites de « subsea processing », dans lesquelles les fluides sont traités dans des équipements placés directement sur le fond marin au lieu d'être situés sur les plateformes de production comme cela est habituellement le cas. Ces stations de traitement sous-marin présentent de nombreux avantages économiques, notamment en ce qu'ils permettent d'éviter d'avoir à acheminer les fluides à la surface. De manière plus générale, ces stations de traitement sous-marin peuvent contribuer à débloquer l'exploitation de nouveaux champs auparavant difficilement exploitables.
Toutefois, cette solution de traitement sous-marin pose certains problèmes. En particulier, ces stations peuvent nécessiter des interventions pour des opérations de maintenance pour lesquelles il est alors nécessaire de remonter des équipements de la station à la surface. Afin de permettre la réalisation de ces opérations de maintenance à l'aide de bateaux de maintenance classiques et de ne pas avoir besoin de recourir à des bateaux de développement de champs qui sont onéreux et peu disponibles, il peut être nécessaire de subdiviser les stations de traitement sous-marins en plusieurs sous-ensembles appelés « modules » contenant chacun une partie des équipements de la station. De la sorte, chacun de ces modules est suffisamment léger pour être remonté à la surface au moyen d'un bateau d'intervention et de maintenance classique.
Avec cette solution, l'architecture de la station de traitement se compose typiquement d'une base structurelle sur laquelle sont posés et connectés les différents modules. L'ensemble formé par la base et les modules constitue la station de traitement complète. Il est également nécessaire de connecter les modules entre eux et/ou avec la base structurelle si les fluides à traiter transitent par elles entre les différents modules (la base structurelle de la station est alors appelée « flowbase »), ces connexions étant réalisées au moyen de connecteurs verticaux ou horizontaux.
L'installation d'un module sur la base structurelle d'une telle station de traitement sous-marin, est généralement réalisée au moyen d'un treuil du bateau de maintenance qui assure la descente du module vers le fond marin. Lors de cette installation, il convient d'éviter les impacts trop importants afin de ne pas abîmer les modules et la base. Dans le cadre d'une connexion verticale (pour le transit des fluides), ce risque est encore plus important. En effet, lors de l'impact, les faces ou d'autres éléments des connecteurs verticaux du module et de la base structurelle pourraient être endommagées, ce qui nécessiterait de remplacer ces éléments critiques et onéreux afin de prévenir toute fuite dans la mer d'effluents lors de l'exploitation de la station de traitement. De plus, la vitesse d'atterrissage sur la base de la station de traitement sousmarin (appelée « flowbase » en anglais) du module est fortement dépendante des états de la mer en surface lors de l'installation et la dynamique du système est amplifiée avec la profondeur d'installation.
Afin de réduire l'impact des modules à leur atterrissage sur la base de la station de traitement sous-marin, il est connu de recourir à des systèmes directement installés sur les treuils des bateaux de maintenance permettant de découpler les mouvements du module lors de la descente des mouvements de surface du bateau. Cependant, ces systèmes de découplage ont leurs limites et peuvent être défaillants.
Une autre solution connue pour amortir l'impact des modules d'une station à leur atterrissage sur la base de la station consiste à placer des amortisseurs sous le module lors de son atterrissage, ces amortisseurs se présentant sous forme de vérins hydrauliques alimentés par l'eau de mer environnante. Lorsque le module atterrit, les pieds de ces amortisseurs (qui sont formés par la tige des vérins) rentrent dans leur chambre en chassant l'eau de mer vers l'extérieur. Pour sortir, l'eau de mer passe au travers d'orifices de tailles spécifiques et l'énergie d'atterrissage du module est dissipée via la perte de charge de l'eau sortant de la chambre lorsque les tiges des vérins s'enfoncent.
Cette solution qui est fonctionnelle et relativement efficace pour amortir l'impact du module lors de son atterrissage présente cependant certains inconvénients. Notamment, dans le cas de connecteurs verticaux, ces amortisseurs n'empêchent pas l'impact entre deux faces des connecteurs verticaux, ils ne font que le ralentir. Il en résulte que la vitesse d'impact finale n'est pas parfaitement contrôlée et dépend des mouvements du bateau de maintenance en surface (qui dictent la vitesse initiale d'impact). De plus, s'il existe une différence d'amortissement entre plusieurs vérins, cela conduit à induire un déséquilibre du module lors de l'atterrissage vu que chacun des amortisseurs fonctionne de façon indépendante. En outre, ces amortisseurs sont dimensionnés et installés pour chaque module particulier, ce qui les rend difficiles (voire impossibles) à être réutilisés pour d'autres modules. Enfin, les opérations de maintenance sur les connecteurs (changement de joint par exemple) sont dépendantes du treuil du bateau et donc de ses mouvements dus à la houle. Le module doit en effet être remonté à l'aide du treuil afin que le ou les robots d'intervention sous-marins (dits ROV) puisse intervenir sur les connecteurs. Ces opérations induisent donc une répétition du risque pour les connecteurs verticaux.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de proposer un dispositif pour l'installation et la maintenance d'un module d'une station de traitement sous-marin qui ne présente pas les inconvénients précités.
Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un dispositif pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, comprenant un cadre destiné à être fixé à un module, des pieds destinés à venir en contact avec une base de la station de traitement sous-marin, et un système hydraulique destiné à assurer un amortissement et une descente contrôlée du module sur la base de la station, le système hydraulique comprenant une pluralité de vérins hydrauliques destinés à être connectés chacun à un pied, chaque vérin hydraulique comprenant :
un corps de vérin solidaire du cadre ; et un piston destiné à être mis en contact avec un pied et mobile en translation à l'intérieur du corps de vérin entre une première butée mécanique correspondant à une position déployée du piston et une seconde butée mécanique correspondant à une position rétractée du piston, le piston séparant le volume interne du corps de vérin en une première chambre et une seconde chambre qui sont étanches l'une par rapport à l'autre ;
la première chambre de chaque vérin hydraulique étant alimentée en fluide hydraulique par deux circuits hydrauliques indépendants comprenant un circuit d'amortissement apte à déplacer le piston entre la première butée mécanique et une butée hydraulique correspondant à une position intermédiaire du piston située entre la position déployée et la position rétractée, et un circuit de descente contrôlée apte à déplacer le piston entre la butée hydraulique et la seconde butée mécanique.
Le système hydraulique du dispositif selon l'invention comprend des vérins hydrauliques fixés au cadre et dont le piston est mis en contact ou connecté avec les pieds et présentant deux fonctions : une fonction d'amortissement des impacts lors de l'atterrissage du module sur la base de la station pendant laquelle le piston se déplace entre sa position déployée (première butée mécanique) et sa position intermédiaire (butée hydraulique), et une fonction de descente contrôlée dans laquelle le piston peut se déplacer entre sa position intermédiaire et sa position rétractée (seconde butée mécanique). Ces fonctions sont mises en œuvre au moyen de deux circuits hydrauliques indépendants, à savoir un circuit d'amortissement et un circuit de descente contrôlée pour l'ensemble des vérins hydrauliques.
Le dispositif selon l'invention est ainsi remarquable notamment en ce qu'il prévoit un découplage entre la course d'amortissement et la course de descente contrôlée des pistons des vérins hydrauliques contrairement aux dispositifs à amortisseurs de l'art antérieur dans lesquels ces deux phases sont mises en œuvre en même temps. De la sorte, l'amortissement lors de l'atterrissage du module s'effectue sans risque de contact entre les faces des connecteurs verticaux, quel que soit le nombre d'impacts. La descente en position finale du module est réalisée indépendamment des mouvements du bateau d'installation et de maintenance et peut donc être parfaitement contrôlée. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de minimiser les risques liés à l'installation de modules équipés de connecteurs verticaux. Par ailleurs, le recours à des vérins hydrauliques multi-étages permet de mettre en œuvre ces fonctions d'une manière compacte et la plus légère possible.
De plus, le dispositif selon l'invention peut permettre de remonter le module pour effectuer des opérations de maintenance sur les connecteurs (changement de joint par exemple) sans utiliser le treuil du bateau de maintenance. Enfin, contrairement aux dispositifs à amortisseurs de l'art antérieur, le dispositif selon l'invention peut être récupéré en surface après l'installation d'un module, ce qui permet d'effectuer sa maintenance pour la prochaine opération.
Le piston de chaque vérin hydraulique peut présenter, au niveau d'une extrémité située à l'intérieur du corps du vérin, une ouverture communiquant avec la première chambre et une collerette venant en contact étanche avec une paroi interne du corps de vérin.
Dans ce cas, le corps de vérin de chaque vérin hydraulique peut être muni d'un doigt faisant saillie à l'intérieur de la première chambre, le doigt ayant un diamètre externe correspondant sensiblement au diamètre interne du piston de manière à coopérer avec l'ouverture du piston pour former la butée hydraulique correspondant à la position intermédiaire du piston. Le doigt comprend avantageusement un conduit d'évacuation du circuit hydraulique de descente contrôlée qui débouche à l'intérieur du piston lorsque celui-ci se trouve dans la position intermédiaire de manière à permettre de déplacer le piston entre la position intermédiaire et la position rétractée.
Par ailleurs, l'intérieur du corps de vérin de chaque vérin hydraulique peut comprendre des portées contre lesquelles la collerette du piston est apte à venir en contact pour former la première et la seconde butée mécanique.
Chaque vérin hydraulique peut comprendre en outre une tige de guidage reliant le doigt au piston et un ressort monté autour de la tige de guidage pour aider au déploiement du piston.
La seconde chambre de chaque vérin hydraulique peut être alimentée en fluide hydraulique par un circuit hydraulique de montée. Dans ce cas, le circuit hydraulique de montée de chaque vérin hydraulique peut comprendre des rainures pratiquées dans une paroi externe du piston qui s'ouvrent à l'extérieur du dispositif et débouchent dans la seconde chambre.
De préférence, les circuits d'amortissement et de descente contrôlée comprennent chacun une vanne qui est apte à être pilotée par un véhicule sous-marin téléguidé depuis la surface, et un clapet antiretour en parallèle de la vanne pour permettre d'augmenter le débit de fluide entrant lors du déploiement des vérins.
De préférence également, les circuits d'amortissement et de descente contrôlée comprennent chacun au moins une soupape de limitation de pression en aval des vérins hydrauliques. Les circuits d'amortissement et de descente contrôlée peuvent être alimentés en eau de mer.
L'invention a également pour objet un procédé d'installation et de manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, dans lequel le cadre d'un dispositif tel que défini précédemment est attaché sur un module, le procédé comprenant, lors des phases de descente et d'atterrissage du module sur une base de la station de traitement sousmarin, les étapes de :
déploiement des pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif, d'ouverture du circuit d'amortissement et de fermeture du circuit de descente contrôlée pour amortir les impacts du module sur la base de la station ; et une fois que le module a atterri sur la base de la station, l'ouverture du circuit de descente contrôlée en maintenant le circuit d'amortissement ouvert pour permettre la descente finale de la station du module sur la base de la station.
De préférence, le procédé comprend en outre, lors d'une phase de relevage du module, une étape de pompage du fluide pour l'injecter dans les circuits d'amortissement et de descente contrôlée pour déployer les pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif.
De préférence également, le procédé comprend en outre, lors d'une phase de récupération en surface du dispositif après installation du module sur la base de la station de traitement sous-marin, la fermeture du circuit de descente contrôlée et l'ouverture de connexions mécaniques entre le dispositif et le module afin de procéder au relevage en surface du dispositif à l'aide d'un treuil d'un bateau d'installation et de maintenance.
De préférence encore, le procédé comprend en outre une phase de récupération du module en surface avec le dispositif récupéré en surface, la phase de récupération comprenant les étapes de :
descente du dispositif sous l'eau depuis la surface par le bateau d'installation et de manutention, jusqu'au module ;
fixation mécanique du dispositif au module ;
fermeture de la vanne du circuit de descente contrôlée ;
pompage du fluide pour l'injecter dans les circuits d'amortissement et de descente contrôlée pour déployer les pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif et remonter le module en position intermédiaire, sur la butée hydraulique ; et récupération du module et du dispositif à l'aide du treuil du bateau d'installation et de maintenance.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention monté sur un module d'une station de traitement sous-marin ;
- la figure 2 illustre un exemple d'architecture de circuits hydrauliques du dispositif de la figure 1 ;
- la figure 3 montre de façon schématique un exemple de réalisation d'un vérin hydraulique du dispositif de la figure 1 ;
- les figures 4A à 4D montrent les différentes positions du vérin de la figure 3 selon les fonctions du dispositif ;
- la figure 5 est une vue en perspective d'un vérin hydraulique du dispositif selon une variante de réalisation de l'invention ; et
- la figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5.
Description détaillée de l'invention
L'invention s'applique à la maintenance de modules composant une station de traitement sous-marin utilisée dans le cadre de la production d'hydrocarbures ou l'exploitation de ressources minières à grandes profondeurs pour le traitement des effluents de production et/ou des fluides d'injection (tels que l'eau de mer).
La figure 1 représente un dispositif 2 selon un mode de réalisation (non limitatif) de l'invention qui est utilisé pour réaliser une telle maintenance.
Le dispositif 2 selon l'invention comprend un cadre 4 qui est destiné à être fixé (de façon temporaire ou permanente) sur la face supérieure d'un module 6 de la station de traitement sous-marin.
Plus précisément, le cadre 4 du dispositif comprend une structure 8, par exemple de forme rectangulaire, sur laquelle sont montés des dispositifs de fixation au module et sur laquelle sont également montés des attaches 10 pour permettre de fixer les élingues 12 attachées à l'extrémité d'un câble mu par un treuil du bateau de maintenance.
Le module 6 de la station de traitement sous-marin comprend des pieds 14 (au nombre de quatre) qui coulissent dans des fourreaux (ici intégrés au module mais pouvant être de façon alternative intégrés au cadre du dispositif) et qui sont destinés à venir en contact avec la base de la station de traitement sous-marin (appelée « flowbase » en anglais) lors de l'atterrissage du module. De cette manière, les efforts verticaux exercés sur les pieds 14 par la base de la station lors de l'atterrissage du module sont transmis aux pistons des vérins.
Le cadre 4 du dispositif comprend également un système hydraulique 16 qui est destiné à assurer un amortissement et une descente contrôlée du module sur la base de la station.
Ce système hydraulique 16 comprend une pluralité de vérins hydrauliques 18 qui sont chacun destinés à être connectés à l'un des pieds 14 du module. Ainsi, sur l'exemple de réalisation de la figure 1, le système hydraulique comprend quatre vérins hydrauliques 18 positionnés au niveau des quatre coins de la structure 8 du cadre, ces vérins étant en contact avec les pieds 14 qui coulissent à travers les fourreaux le long du module.
La figure 2 représente un exemple d'architecture du système hydraulique 16 équipant le dispositif selon l'invention.
Comme indiqué précédemment, ce système hydraulique 16 comprend quatre vérins hydrauliques 18. Ces vérins hydrauliques sont des vérins à double étages qui sont alimentés en fluide (typiquement de l'eau de mer) par deux circuits hydrauliques indépendants, à savoir un même circuit d'amortissement 22 (pour l'ensemble des vérins) et un même circuit de descente contrôlée 24 (pour l'ensemble des vérins).
Le circuit d'amortissement 22 comprend, en aval de chaque vérin hydraulique (dans le sens d'écoulement du fluide vers un échappement commun 26), une soupape de limitation de pression 28. Ces soupapes ont notamment pour fonction de limiter la pression dans les chambres des vérins hydrauliques en libérant seulement le débit de fluide nécessaire. Ceci permet d'obtenir un effort d'amortissement des vérins (directement lié à la pression dans les chambres des vérins) qui soit constant au début de la phase d'amortissement et ainsi d'éviter toute décélération trop brutale au départ. Bien entendu, cette fonction pourrait être obtenue grâce à une même soupape de limitation de pression commune à l'ensemble des vérins hydrauliques du circuit d'amortissement.
Le circuit d'amortissement 22 comprend également, en aval des soupapes de limitation de pression 28, une vanne 30 qui est commune à l'ensemble des vérins hydrauliques et qui est apte à être pilotée par un véhicule sous-marin téléguidé (ou ROV pour « Remote Operated Vehicle », non représenté sur les figures) depuis la surface. Le pilotage de cette vanne 30 sera détaillé ultérieurement.
En aval de la vanne 30, le circuit d'amortissement 22 comprend encore un orifice de restriction 32 qui permet de définir le profil de la phase d'amortissement du dispositif. Plus précisément, cet orifice de restriction 32 est calibré pour contrôler l'amortissement souhaité et donc la vitesse finale d'impact.
Un clapet anti-retour 34 est également ajouté dans le circuit d'amortissement et de l'orifice de restriction 32 en parallèle de la vanne 30 pour permettre d'augmenter le débit de fluide entrant dans les chambres lors du déploiement des vérins (phase de réarmement du dispositif).
En aval, le circuit d'amortissement 22 se termine par un échappement 26 qui est commun avec le circuit de descente contrôlée 24.
Un filtre 36 peut être ajouté en amont de l'échappement commun 26 afin d'empêcher l'introduction de particules solides ou d'organismes dans les circuits hydrauliques.
Le circuit de descente contrôlée 24 comprend, en aval des quatre vérins hydrauliques, une soupape de limitation de pression 38. Cette soupape est commune pour l'ensemble des vérins hydrauliques et permet d'augmenter la sécurité du dispositif en cas de montée accidentelle en pression dans le circuit de descente contrôlée.
Le circuit de descente contrôlée 24 comprend également, en aval de la soupape de limitation de pression 38, une vanne 40 qui est commune à l'ensemble des vérins hydrauliques et qui est apte à être pilotée par le véhicule sous-marin téléguidé depuis la surface. Le pilotage de cette vanne 40 sera détaillé ultérieurement.
En aval de la vanne 40, le circuit de descente contrôlée comprend encore un orifice de restriction 42 qui permet de contrôler le débit d'échappement du circuit de descente contrôlée et donc la vitesse de descente du module lors de la phase de descente du dispositif.
Un clapet anti-retour 44 est également ajouté dans le circuit de descente contrôlée en parallèle de la vanne 40 et de l'orifice de restriction 42 pour permettre d'augmenter le débit de retour du fluide et d'aider à la sortie des vérins en diminuant les pertes de charge hydrauliques.
En liaison avec les figures 3, 5 et 6, on décrira maintenant des exemples de réalisation d'un vérin hydraulique 18 équipant le système hydraulique 16 du dispositif selon l'invention.
Chaque vérin hydraulique 18 du système hydraulique 16 du dispositif selon l'invention est un vérin à double étage. Il comprend notamment un corps de vérin 46 qui est solidaire (de façon temporaire ou permanente) du cadre du dispositif, et un piston 48 dont l'extrémité libre 50 est destinée à être mise en contact (en étant connectée ou par appui simple) avec l'un des pieds du module.
Le piston 48 est mobile à l'intérieur du corps de vérin 46 et sépare le volume interne du corps de vérin en une première chambre 52 et une seconde chambre (voir les figures 4B à 4D) qui sont étanches l'une par rapport à l'autre.
Au niveau de son extrémité située à l'intérieur du corps du vérin (opposée à son extrémité libre 50), le piston 48 présente une ouverture qui communique avec la chambre de descente 52, ainsi qu'une collerette 58 qui vient en contact étanche avec une paroi interne du corps de vérin lors du déplacement du piston à l'intérieur de celui-ci.
Lors du déplacement du piston 48 à l'intérieur du corps du vérin, la collerette 58 est apte à venir en butée mécanique contre des portées ménagées dans le corps du vérin.
Plus précisément, dans sa partie inférieure, le corps de vérin comprend une portée inférieure 60 contre laquelle la collerette 58 du piston vient en contact pour former une première butée mécanique correspondant à une position déployée du piston (cas des figures 3 et 4A).
Dans sa partie supérieure opposée, le corps de vérin comprend une portée supérieure 62 contre laquelle la collerette 58 du piston vient en contact pour former une seconde butée mécanique correspondant à une position rétractée du piston (cas de la figure 4D).
Par ailleurs, le corps de vérin 46 du vérin hydraulique est ici sensiblement cylindrique et il est muni d'un doigt cylindrique 64 faisant saillie à l'intérieur de la première chambre 52.
Ce doigt est centré sur un axe de révolution X-X du vérin et présente un diamètre externe D qui est sensiblement égal au diamètre interne d de l'ouverture 56 pratiqué à l'extrémité du piston 48. Il permet de définir une butée hydraulique du piston correspondant à une position intermédiaire du piston située entre la position déployée et la position rétractée.
Comme détaillé précédemment, chaque vérin hydraulique 18 du système hydraulique du dispositif selon l'invention est alimenté en fluide par le circuit d'amortissement 22 et le circuit de descente contrôlée 24.
A cet effet, le corps du vérin 46 présente, au niveau de sa portée supérieure 62, un ou plusieurs conduits d'évacuation 66 s'ouvrant dans la chambre de descente 52 et débouchant vers le circuit d'amortissement 22 décrit précédemment. Le circuit d'amortissement permet de déplacer le piston du vérin entre la première butée mécanique et la butée hydraulique.
De même, au niveau du doigt 64, le corps de vérin comprend un conduit d'évacuation 68 s'ouvrant dans la première chambre 52 et débouchant vers le circuit de descente contrôlée 24. Le circuit de descente contrôlée permet de déplacer le piston entre la butée hydraulique et la seconde butée mécanique.
En liaison avec les figures 4A à 4D, on décrira maintenant le fonctionnement du dispositif selon l'invention.
Lors de l'installation d'un module de la station de traitement sous-marin, il est nécessaire de descendre celui-ci vers le fond marin. A cet effet, le dispositif selon l'invention est monté sur le module et relié au bateau d'installation et de maintenance en surface par l'intermédiaire du câble d'un treuil. Le treuil déroule le câble pour descendre le module vers la base de la station de traitement sous-marin.
Lors de cette phase de descente et d'atterrissage du module sur la base de la station, les pistons 48 respectifs des vérins hydrauliques 18 du dispositif sont en position déployée comme représenté sur les figures 3, 4A et 6 (la collerette 58 du piston vient en contact contre la portée inférieure 60 du corps de vérin).
De plus, avant la descente du module, la vanne 30 du circuit d'amortissement 22 est ouverte et la vanne 40 du circuit de descente contrôlée est fermée en surface à bord du bateau d'installation et de maintenance afin d'amortir les impacts du module sur la base de la station, notamment dus à la houle qui peut en générer plusieurs.
Lors de l'impact des pieds du module sur la base de la station, l'énergie du module en mouvement vient pousser sur les pieds reliés mécaniquement à l'extrémité libre 50 des pistons des vérins hydrauliques. Ceci a pour effet de chasser l'eau présente dans la première chambre 52 vers le circuit d'amortissement en empruntant les conduits d'évacuation 66 au fur et à mesure que le piston se rétracte à l'intérieur du corps du vérin.
Parallèlement, au cours de cette phase d'amortissement, la seconde chambre 54 se remplit d'eau de mer, par exemple en transitant par des rainures 70 pratiquées dans une paroi externe du piston qui s'ouvrent à l'extérieur du dispositif et qui débouchent dans la seconde chambre (voir la figure 5).
La fin de la phase d'amortissement est définie par le moment où le doigt 64 du corps du vérin vient boucher l'ouverture 56 du piston (figure 4C). A partir de cette position du piston, l'eau présente à l'intérieur du piston (dans la chambre secondaire 72 créée lors du passage de la figure 4B à 4C par le déplacement du piston et représentée sur la figure
4C), ne peut plus s'échapper, ce qui arrête la rétractation du piston (celuici se trouve ainsi en butée hydraulique dans sa position intermédiaire). A la fin de la phase d'amortissement (en amont de la seconde butée mécanique), la pression dans le circuit d'amortissement redescend en dessous de la valeur définie par les soupapes de limitation de pression 28. Au début de l'amortissement, la pression dans les vérins et le circuit hydraulique est limitée par les soupapes 28 qui limitent ainsi également la décélération maximale vue par le module. Quand le module a suffisamment ralenti, la pression dans les vérins retombe et les soupapes 28 se referment, la fin de l'amortissement et la décélération associée diminuent depuis le plateau de pression des soupapes pour tomber à zéro quand le module a atteint la vitesse constante souhaitée, ce avant la butée hydraulique.
On notera que le doigt 64 peut présenter au niveau de son extrémité libre un chanfrein 64a afin de lisser l'arrêt du piston en position intermédiaire. On notera également que le dimensionnement de l'orifice de restriction 32 du circuit d'amortissement permet de contrôler l'amortissement souhaité lors de cette phase et de contrôler la vitesse finale d'impact du piston avant son arrêt en position intermédiaire.
On notera encore qu'après un impact, il est possible qu'à cause de la houle, le module redécolle. Dans ce cas, il est nécessaire que le système hydraulique du dispositif se réarme (c'est-à-dire que les pistons se redéployent) pour amortir un nouvel impact. A cet effet, comme représenté sur la figure 6, il peut être prévu de positionner un ressort 74 autour d'une tige de guidage 76 reliant le doigt 64 au piston 48, ce ressort permet d'aider au déploiement du piston. On notera que la tige de guidage 76 peut être formée de deux tiges percées et creuses et coulissant l'une à l'intérieur de l'autre, à savoir une tige 76a fixée au doigt 64 et une autre tige 76b fixée sur le piston 48.
Par ailleurs, le clapet anti-retour 34 du circuit d'amortissement permet d'augmenter le débit de retour d'eau dans le circuit et donc d'aider également au redéploiement des pistons en diminuant les pertes de charge hydrauliques.
Une fois que le module a complètement atterri sur la base de la station de traitement sous-marin, le câble du treuil du bateau d'installation et de maintenance est détendu et le module n'est plus lié aux mouvements du bateau. Il est alors en position intermédiaire, les vérins étant en butée hydraulique.
Le véhicule sous-marin téléguidé se connecte alors au système hydraulique du dispositif pour ouvrir la vanne 40 du circuit de descente contrôlée en maintenant ouverte la vanne 30 du circuit d'amortissement 22 (figure 4D). Cette action permet de libérer l'eau contenue dans la chambre secondaire 72 afin de contrôler la descente finale du module.
Au cours de cette phase de contrôle de la descente, l'eau présente dans la chambre secondaire 72 est chassée vers le circuit de descente contrôlée en empruntant le conduit d'évacuation 68 pratiqué dans le doigt 64, tandis que l'eau présente dans la première chambre 52 continue à être chassée vers le circuit d'amortissement en empruntant les conduits d'évacuation 66.
On notera que l'orifice de restriction 42 du circuit de descente contrôlée permet de contrôler le débit d'échappement et donc la vitesse de descente du module. La position finale en hauteur du module est déterminée par les butées des connecteurs et du module lui-même. La longueur totale du vérin peut donc être pensée pour que la seconde butée mécanique définie par la portée supérieure 62 « arrive » après la butée des connecteurs lors de la descente du module en position finale.
On notera également qu'une fois que le module est arrivé en position finale, le véhicule sous-marin téléguidé peut fermer les connecteurs entre le module et la base du dispositif. Il effectue alors des tests de vérification d'étanchéité des connecteurs. En cas de mauvaise étanchéité, il peut intervenir directement sur ces connecteurs pour changer les joints d'étanchéité par exemple. A cet effet, il suffit que le véhicule sous-marin téléguidé ferme les deux vannes 30 et 40 des circuits hydrauliques 22 et 24, se connecte à l'échappement 26 des circuits hydrauliques 22, 24 et pompe l'eau dans ces circuits pour faire déployer les pistons des vérins et ainsi remonter le module en position haute. L'eau pompée passant par les clapets anti-retour des deux circuits, et comme les vannes 30, 40 sont fermées, le module reste en position haute même quand le véhicule sous-marin téléguidé arrête de pomper l'eau. De la sorte, un véhicule sous-marin téléguidé permet de manœuvrer le module et de changer les joints des connecteurs. Une fois l'intervention de maintenance terminée, le véhicule sous-marin téléguidé revient ouvrir les vannes des circuits hydrauliques et le module redescend en position basse.
On notera également qu'une fois que le module a été installé et est en position finale sur la base de la station de traitement sous-marin, et que les tests ont montré qu'il n'y avait pas besoin d'intervention supplémentaire sur les connecteurs, le dispositif peut être récupéré. A cet effet, la vanne 40 du circuit de descente contrôlée est fermée, puis les connexions mécaniques entre le dispositif et le module sont ouvertes (il peut s'agir de vérins hydrauliques qui libèrent les oreilles de levage par exemple, actionnées par le ROV). Le dispositif n'est ainsi plus connecté au module. Le bateau d'installation et de maintenance peut alors rembobiner le câble de son treuil et le dispositif être récupéré en surface tandis que le module reste en place sur la base de la station.
Enfin, on notera qu'une fois le dispositif récupéré en surface, le procédé peut comprendre en outre une phase de récupération du module en surface avec le dispositif récupéré en surface. Cette phase de récupération comprend les étapes successives de descente du dispositif sous l'eau depuis la surface par le bateau d'installation et de manutention, jusqu'au module, de fixation mécanique du dispositif au module, de fermeture de la vanne du circuit de descente contrôlée, de pompage du fluide pour l'injecter dans les circuits d'amortissement et de descente contrôlée pour déployer les pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif et remonter le module en position intermédiaire, sur la butée hydraulique, et de récupération du module et du dispositif à l'aide du treuil du bateau d'installation et de maintenance.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (2) pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, comprenant un cadre (4) destiné à être fixé à un module (6), des pieds (14) destinés à venir en contact avec une base de la station de traitement sous-marin, et un système hydraulique (16) destiné à assurer un amortissement et une descente contrôlée du module sur la base de la station, le système hydraulique comprenant une pluralité de vérins hydrauliques (18) destinés à être connectés chacun à un pied, chaque vérin hydraulique comprenant :un corps de vérin (46) solidaire du cadre (4) ; et un piston (48) destiné à être mis en contact avec un pied (14) et mobile en translation à l'intérieur du corps de vérin entre une première butée mécanique correspondant à une position déployée du piston et une seconde butée mécanique correspondant à une position rétractée du piston, le piston séparant le volume interne du corps de vérin en une première chambre (52) et une seconde chambre (54) qui sont étanches l'une par rapport à l'autre ;la première chambre (52) de chaque vérin hydraulique étant alimentée en fluide hydraulique par deux circuits hydrauliques indépendants comprenant un circuit d'amortissement (22) apte à déplacer le piston entre la première butée mécanique et une butée hydraulique correspondant à une position intermédiaire du piston située entre la position déployée et la position rétractée, et un circuit de descente contrôlée (24) apte à déplacer le piston entre la butée hydraulique et la seconde butée mécanique.
- 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le piston de chaque vérin hydraulique (18) présente, au niveau d'une extrémité située à l'intérieur du corps du vérin, une ouverture (56) communiquant avec la première chambre (52) et une collerette (58) venant en contact étanche avec une paroi interne du corps de vérin.
- 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le corps de vérin de chaque vérin hydraulique est muni d'un doigt faisant saillie à l'intérieur de la première chambre, le doigt ayant un diamètre externe correspondant sensiblement au diamètre interne du piston de manière à coopérer avec l'ouverture du piston pour former la butée hydraulique correspondant à la position intermédiaire du piston.
- 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le doigt comprend un conduit d'évacuation (68) du circuit hydraulique de descente contrôlée (24) qui débouche à l'intérieur du piston lorsque celui-ci se trouve dans la position intermédiaire de manière à permettre de déplacer le piston entre la position intermédiaire et la position rétractée.
- 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l'intérieur du corps de vérin de chaque vérin hydraulique comprend des portées (60, 62) contre lesquelles la collerette (58) du piston est apte à venir en contact pour former la première et la seconde butée mécanique.
- 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel chaque vérin hydraulique (18) comprend en outre une tige de guidage (76) reliant le doigt (64) au piston (48) et un ressort (74) monté autour de la tige de guidage pour aider au déploiement du piston.
- 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la seconde chambre (54) de chaque vérin hydraulique est alimentée en fluide hydraulique par un circuit hydraulique de montée.
- 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le circuit hydraulique de montée de chaque vérin hydraulique comprend des rainures (70) pratiquées dans une paroi externe du piston qui s'ouvrent à l'extérieur du dispositif et débouchent dans la seconde chambre (54).
- 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les circuits d'amortissement (22) et de descente contrôlée (24) comprennent chacun :une vanne (30, 40) qui est apte à être pilotée par un véhicule sous-marin téléguidé depuis la surface ; et un clapet anti-retour (34, 44) en parallèle de la vanne (30, 40) pour permettre d'augmenter le débit de fluide entrant lors du déploiement des vérins.
- 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les circuits (22) d'amortissement et de descente contrôlée (24) comprennent chacun au moins une soupape de limitation de pression (28, 38) en aval des vérins hydrauliques (18).
- 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les circuits d'amortissement et de descente contrôlée sont alimentés en eau de mer.
- 12. Procédé d'installation et de manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, dans lequel le cadre (4) d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 est attaché sur un module, le procédé comprenant, lors des phases de descente et d'atterrissage du module sur une base de la station de traitement sousmarin, les étapes de :déploiement des pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif, d'ouverture du circuit d'amortissement et de fermeture du circuit de descente contrôlée pour amortir les impacts du module sur la base de la station ; et une fois que le module a atterri sur la base de la station, l'ouverture du circuit de descente contrôlée en maintenant le circuit d'amortissement ouvert pour permettre la descente finale du module à vitesse contrôlée sur la base de la station.
- 13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre, lors d'une phase de relevage du module, une étape de pompage du fluide pour l'injecter dans les circuits d'amortissement et de descente contrôlée pour déployer les pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif.
- 14. Procédé selon l'une des revendications 12 et 13, comprenant en outre, lors d'une phase de récupération en surface du dispositif après installation du module sur la base de la station de traitement sous-marin, la fermeture du circuit de descente contrôlée et l'ouverture de connexions mécaniques entre le dispositif et le module afin de procéder au relevage en surface du dispositif à l'aide d'un treuil d'un bateau d'installation et de maintenance.
- 15. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre une phase de récupération du module en surface avec le dispositif récupéré en surface, la phase de récupération comprenant les étapes de :descente du dispositif sous l'eau depuis la surface par le bateau d'installation et de manutention, jusqu'au module ;fixation mécanique du dispositif au module ;fermeture de la vanne du circuit de descente contrôlée ;pompage du fluide pour l'injecter dans les circuits d'amortissement et de descente contrôlée pour déployer les pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif et remonter le module en position intermédiaire, sur la butée hydraulique ; et récupération du module et du dispositif à l'aide du treuil du bateau d'installation et de maintenance.
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