WO2003095788A1 - Installation de liaison fond-surface d'une conduite sous-marine reliee a un riser par un element de conduite soude maintenu par une embase - Google Patents

Installation de liaison fond-surface d'une conduite sous-marine reliee a un riser par un element de conduite soude maintenu par une embase Download PDF

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WO2003095788A1
WO2003095788A1 PCT/FR2003/001384 FR0301384W WO03095788A1 WO 2003095788 A1 WO2003095788 A1 WO 2003095788A1 FR 0301384 W FR0301384 W FR 0301384W WO 03095788 A1 WO03095788 A1 WO 03095788A1
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pipe
platform
resting
sea
connection
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Giovanni Chiesa
Floriano Casola
François-Régis PIONETTI
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Saipem S.A.
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/01—Risers
    • E21B17/015—Non-vertical risers, e.g. articulated or catenary-type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
    • E21B43/0107—Connecting of flow lines to offshore structures

Definitions

  • the present invention relates to a bottom-surface connection installation of at least one submarine pipe installed at great depth of the tour-hybrid type.
  • a floating support generally comprises anchoring means to remain in position despite the effects of currents, winds and swell. It also generally comprises means for storing and processing petroleum as well as means for unloading towards tanker-lifters, the latter being present at regular intervals to carry out the removal of production.
  • the designation of 0 these floating supports is the Anglo-Saxon term "Floating Production Storage Offloading" (meaning “floating means of storage, production and unloading") whose abbreviated term "FPSO" will be used throughout following description.
  • Hybrid Tower The assembly is commonly called “Hybrid Tower”, because it involves two technologies, on the one hand a vertical part, the tower, in which the riser is made up of rigid pipes, on the other hand the upper part of the riser made up of flexible in chain which ensure the connection to the floating support.
  • the assembly is commonly called “Hybrid Tower” because it involves two technologies, on the one hand a vertical part, the tower, in which the riser is made up of rigid pipes, on the other hand the upper part of the riser made up of flexible in chain which ensure the connection to the floating support.
  • French patent FR 2 507 672 published on December 17, 1982 and entitled “riser for great water depths”, which describes such a hybrid tower.
  • the present invention relates more particularly to the known field of type connections comprising a vertical hybrid tower anchored to the bottom and composed of a float located at the top of a vertical riser, the latter being connected by a pipe, in particular a flexible pipe. taking its own weight in the form of a chain from the top of the riser, to a floating support installed on the surface.
  • the advantage of such a hybrid tower lies in the possibility for the floating support to be able to deviate from its normal position by inducing a minimum of stresses in the tower as well as in the portions of conduits in the form of suspended chains, both basically only on the surface.
  • WO 00/49267 describes a tower whose float is at a depth greater than half a water height and whose catenary connection to the surface ship is made at 1 using thick rigid pipes.
  • the tower thus described requires, at its base, flexible connection cuffs making it possible to connect the lower end of the vertical risers of said tower to the underwater pipe resting on the bottom, so as to absorb the movements resulting from the expansions due to the temperature of the fluid transported.
  • the anchoring system comprises a vertical tendon constituted either by a cable, or by a metal bar, or else by a pipe stretched at its upper end by a float.
  • the lower end of the tendon is attached to a base resting on the bottom.
  • Said tendon comprises guide means distributed over its entire length through which said vertical risers pass.
  • Said base can be simply placed on the bottom of the sea and remain in place by its own weight, or remain anchored by means of batteries or any other device capable of holding it in place.
  • the lower end of the vertical riser is capable of being connected to the end of a bent, movable cuff, between a high position and a low position, relative to said base, to which this cuff is suspended and associated with a return means bringing it back to the high position in the absence of the riser.
  • This mobility of the bent cuff makes it possible to absorb variations in the length of the riser under the effects of temperature and pressure.
  • a stop device integral with it, comes to rest on the installed support guide at the head of the float and thus keeps the entire riser in suspension.
  • connection with the underwater pipe resting on the seabed is generally carried out by a section of pipe in the shape of a pigtail or in the shape of an S, said S then being produced in a plane either vertical or horizontal, the connection with said underwater pipe being generally carried out by means of an automatic connector.
  • pipe-in-pipe comprising a pipe conveying the hot fluid installed in an external protective pipe, the space between the two pipes being either simply filled with heat insulation, confined or not vacuum, or simply vacuum.
  • Many other materials have been developed to provide high performance insulation, some of them being resistant to pressure, simply surround the hot pipe and are generally confined within a flexible or rigid outer jacket, in pressure and whose main function is to maintain a substantially constant geometry over time.
  • All these devices conveying a hot fluid within an insulated pipe exhibit, to varying degrees, phenomena of differential expansion.
  • the internal pipe generally made of steel
  • the external envelope very often also made of steel
  • the forces generated on the connecting elements between the internal pipe and the external envelope are considerable and can reach several tens, even several hundred tonnes and the resulting overall elongation is of the order of 1 to 2 m in the case of isolated pipes of 1000 to 1200m in length.
  • the problem posed according to the present invention is to be able to produce and install such bottom-surface connections for underwater pipes at great depths, such as beyond 1000 meters for example, and of the type comprising a vertical tower and the transported fluid must be maintained above a minimum temperature until it reaches the surface, minimizing the components subject to heat loss, avoiding the drawbacks created by the proper thermal or differential expansion of the various components of said tower, so as to withstand the extreme stresses and phenomena of cumulative fatigue over the life of the structure, which commonly exceeds 20 years.
  • Another problem of the present invention is to provide a bottom-surface connection installation of the tower-hybrid type, the anchoring system of which is of great resistance and of low cost, and the method of setting up the different components is simplified and also of low cost.
  • Another problem at the basis of the invention is to provide an installation which makes it possible to intervene inside the underwater pipe resting at the bottom of the sea, by a "coil-tubing" type process from the surface. and from the upper end of the vertical riser.
  • a solution to the problems posed is therefore a bottom-surface connection installation for an underwater pipe resting on the seabed, in particular at great depth, comprising: a) at least one vertical riser connected at its lower end to at least one pipe underwater resting at the bottom of the sea, and at its upper end at least one float, and b) at least one connecting pipe, preferably a flexible pipe, ensuring the connection between a floating support and the upper end of said vertical riser, and c) the connection between the lower end of said vertical riser and a said submarine pipe resting at the bottom of the sea is done by means of an anchoring system comprising a base placed on the bottom.
  • the installation is characterized in that:
  • said base maintains and guides the junction elements between the lower end of said vertical riser and the end of the terminal rectilinear horizontal part of said pipe lying at the bottom of the sea, and
  • junction elements include • a rigid pipe element having an elbow-shaped curvature and A pipe connection element, preferably a single connection element, more preferably a single automatic connector,
  • junction elements - Maintaining and guiding said junction elements being such that said junction elements can only move in a translational movement in a single longitudinal direction YY 'corresponding substantially to the axial direction of said horizontal rectilinear terminal part of said pipe under -marine resting at the bottom of the sea.
  • junction elements which can only move according to a single degree of freedom in linear translation, can thus absorb any movements of expansion and retraction of the pipe resting at the bottom of the sea in said direction, as will be explained more far.
  • the substantially fixed point at altitude is located at the bottom of the tower at the flexible joint, which makes it possible to eliminate the bent connecting cuffs of the prior art, the vertical movements of the riser being absorbed by the float, free to move vertically at the top of said riser.
  • elbow-shaped curvature is understood to mean two short rectilinear sections arranged at 90 °, separated and interconnected by a curved section having a radius of curvature, preferably a large radius of curvature, in particular a radius of curvature greater than 5 m, more particularly on the order of 5 to 10 m, said elbow-shaped pipe portion having an axial plane, comprising the axes of the two said straight pipe sections arranged at 90 °.
  • the curvature is in the form of an arc of a circle.
  • a rigid pipe element in particular of length from 7 to 15 m.
  • Said elbow-shaped pipe portion providing the junction between said vertical riser and said pipe lying horizontally at the bottom of the sea, it is understood that said elbow-shaped pipe portion is arranged so that its said axial plane is in position vertical.
  • vertical riser is used here to account for the theoretical position of the riser when it is at rest, it being understood that the axis of the riser can have angular movements relative to the vertical and move in a cone d angle whose apex corresponds to the fixing point of the lower end of the riser on said base.
  • the term "vertical axial plane” means that this axial plane is in a position perpendicular to the plane of the seabed on which said base rests, which plane is theoretically a horizontal plane, and said axial plane comprises the axis of the rectilinear terminal part of the pipe lying at the bottom of the sea.
  • connection elements consist of a first male or female part which cooperate respectively with a second female or male part.
  • connection elements in particular of the automatic connector type, are known to those skilled in the art and include locking between a male part and a complementary female part, this locking being designed to be done very simply at the bottom of the sea at using a ROV, robot controlled from the surface, without requiring direct manual intervention by personnel.
  • Said connecting pipe between the floating support and the upper end of the vertical riser can be:.
  • said base comprises:
  • controlled movement is understood to mean a movement the amplitude of which is limited by mechanical stops integral with the platform.
  • the platform comprises a structure constituting guide elements such as a barrier or slide which prevent any other movement of the mobile support in a lateral direction XX 'or in height, that is to say in a vertical direction 121.
  • the installation according to the present invention is advantageous because it has a relatively static geometry of said junction elements relative to said base, and more particularly with respect to said mobile support, said junction elements being rigidly held on said mobile support.
  • the lower part of the tower is thus perfectly stabilized and no longer supports any effort, especially at the connection between the vertical riser and the pipe resting at the bottom of the sea, since the longitudinal translation movements of the mobile support creates flexibility the end of the pipe - submarine lying at the bottom of the sea, said flexibility-being capable of absorbing by deformation the elongation or the retraction of the underwater pipe under the effect of temperature and pressure , thus avoiding creating considerable thrust forces within the submarine pipe, these forces being able to reach 100, even 200 tonnes or more, and transmitting them to the foundation structure of the riser tower.
  • said vertical riser comprises in its lower end part a flexible joint, preferably reinforced, which allows angular movements ⁇ of the part of said vertical riser situated above said flexible joint, and said junction elements comprise said flexible joint or a portion of vertical riser located below said flexible joint.
  • a flexible joint allows a significant variation in the angle a between the riser axis and its theoretical vertical position at rest, without generating significant stress in the pipe portions located on either side of said flexible joint: these flexible joints are known to those skilled in the art and can be constituted by a spherical ball joint with seal, or a laminated ball joint made of sandwiches of elastomer sheets and adhered sheet, capable of absorbing significant angular movements by deformation of the elastomers, while retaining a perfect seal due to the absence of friction seal. Said angle ⁇ is generally between 10 and 15 degrees.
  • said flexible joint is hollow to allow the fluid to pass, and its internal diameter is preferably preferably of the same diameter as the adjacent conduits which are connected to it, in particular that of the vertical riser.
  • the term “reinforced flexible joint” is understood here to mean a joint capable of transferring to the mobile support the vertical forces created by the tension generated by the sub-surface float, and the horizontal forces created by the swell, and the current acting on the portion vertical riser, float and flexible connection to the floating support, as well as by the movements of said floating support.
  • the installation according to the invention makes it possible to eliminate all of these drawbacks of the prior art and to provide, at the best cost, a riser tower incorporating the most efficient insulation technologies.
  • the installation comprises:
  • said rigid pipe element having an elbow-shaped curvature is fixed directly under the face of said flexible joint and comprises at its other end a first part, preferably female, of a said connecting element, and
  • connection element preferably female
  • connection element preferably male
  • said pipe element having an elbow-shaped curvature perhaps :
  • said rigid elbow-shaped pipe element has at its free end a first part, male or female of a connection element, and the second complementary female or male part respectively of said connection element is located either the end of the rectilinear terminal pipe element of said pipe lying at the bottom of the sea, ie at the end of said vertical riser, more particularly, just below said flexible joint.
  • said movable support comprises a central cavity open on the top by an upper orifice capable of receiving said rigid pipe element having an elbow-shaped curvature when the latter is lowered from the surface within said support mobile.
  • said upper orifice cooperates with blocking elements, preferably a wedge system, making it possible to block said reinforced flexible joint which is thus rigidly and fixedly secured to said movable support, and the horizontal end part of said pipe resting at the bottom. sea is fixedly held on the bottom of said movable support, preferably using a collar system.
  • blocking elements preferably a wedge system
  • junction elements are fixedly fixed relative to said movable support and any expansion or retraction of the pipe which may occur in said axial longitudinal direction of the terminal part.
  • horizontal of said pipe resting at the bottom of the sea generates a displacement of said mobile support with said junction elements by translation in the same longitudinal direction.
  • said upper orifice has a peripheral internal wall in the form of a funnel with a large upper base and said corners allowing the blocking of said reinforced flexible joint consist of frustoconical corners,
  • said platform comprises elements for guiding and holding said mobile support so that said mobile support can only move on said platform by sliding in translation in a said longitudinal direction YY ′, preferably using sliding pads,
  • movable support is held laterally between two lateral guide barriers of said platform, and said lateral guide barriers cooperate with movable blocking elements which in retracted release position allow the descent of said movable support from the surface to a position between the two said lateral barriers over said platform, and in the advanced locking position cooperate with the external shape of said mobile support so that the vertical movement 121 in height thereof is controlled,
  • said base comprises a platform resting at the bottom of the sea, which cooperates with stabilizing elements comprising dead bodies placed over said platform or suction anchors passing through said platform to be sunk into the ground and / or spade-like projecting elements arranged on the underside of said platform and sunk into the sea bottom to prevent any sliding of said platform at the bottom of the sea.
  • the surface support being subjected not only to swell and current, but also to the effects of the wind, the overall movements create at the singular point that constitutes the junction between riser and flexible pipe, considerable efforts in the various mechanical components.
  • the float exerts a vertical traction upwards which can vary from a few tens of tonnes to several hundred tonnes or even beyond 1000 tonnes, depending on the water depth which can reach 1500m, even 3000m, and depending on the diameter internal of the pipe which can vary from 6 "to 14", even 16 ".
  • an installation according to the present invention advantageously comprises at least one float.
  • Another problem according to the present invention is to allow easy intervention inside said riser from the surface, in particular to allow inspection or cleaning of said vertical riser, by introduction of a rigid tube from the upper end of the float. , passing through said connecting device between float and vertical riser.
  • these bottom-surface connections convey a multiphase fluid, that is to say a fluid composed of crude oil, water and gas.
  • a multiphase fluid that is to say a fluid composed of crude oil, water and gas.
  • the local pressure decreases and the gas bubbles then increase in volume, creating phenomena of instability of the fluid stream which can lead to significant jolts.
  • the gas is found in the upper part and the oil-water mixture is trapped in the low points, that is to say in the lower part of the zone of the flexible chain, as well as in the lower part of the substantially vertical section of the riser or even beyond the bend located at the foot of the vertical riser, in the horizontal part of the underwater pipe resting on the bottom of the sea.
  • the multiphase mixture consisting of crude oil, water and gas, tends, when the temperature drops below a value between 30 and 40 ° C, to create two types of plugs which may block production.
  • a first type of plug is due to the formation of hydrates from the gas phase in the presence of water, another type is due to the freezing of paraffin contained in variable proportion in the crude oil of certain petroleum fields, particularly in West Africa.
  • coiled-tubing consisting in pushing a rigid tube of small diameter, generally 20 to 50mm, through the pipe.
  • Said rigid tube is stored wound by simple bending on a drum, then untwisted when it is unwound.
  • Said tube can measure several thousand meters in a single length.
  • the end of the tube located at the barrel of the storage drum is connected via a rotating joint to a pumping device capable of injecting a high pressure liquid and at high temperature.
  • a pumping device capable of injecting a high pressure liquid and at high temperature.
  • connection device between said float and the upper end of said riser comprising:
  • connection of said second flexible pipe to the upper end of said riser is done by means of a swan neck device, which swan neck device also ensures the connection between said riser and a said connecting pipe with the floating support, preferably a so-called flexible pipe,
  • said second flexible pipe is preferably extended through said float by a rigid tubular pipe passing right through the float, so that one can intervene inside said vertical riser from the top of the float through said rigid tubular pipe, then said connecting device made up of said second flexible pipe and through said swan-neck device, so as to access the interior of said riser and clean it by injection of liquid and / or by scraping the internal wall of said riser, then of said underwater pipe resting on the bottom of the sea.
  • Said vertical riser comprises in its upper part above said flexible joint a system of insulated pipes consisting of a set of two coaxial pipes comprising an internal pipe and an external pipe, a fluid or insulating material, preferably a change material live from paraffin type, a gelled insulating compound, or a combination of the two, being preferably placed between the two said pipes, or by maintaining a high vacuum between two pipes.
  • Another advantage of the installation according to the invention is that all the elements can be prefabricated on the ground before being installed. They can thus be mounted "blank" to verify that all the elements cooperate correctly, including the locking means; thus, installation assembly is greatly simplified and the operational time of installation vessels minimized.
  • the submarine conduits were laid and then, after installation of the risers, elbow connection cuffs were manufactured on the basis of a metrology of high precision carried out thanks to ROVs.
  • the cuff, prefabricated on land or on site can measure several tens of meters and must then be installed by the same ROV, which represents a considerable operational time, therefore a very high cost due to the sophistication of specialized installation vessels.
  • the gain achieved by the device and the method according to the invention is calculated in several days of installation vessel as well as in the elimination of the automatic connectors essential at each end of the prefabricated cuff, which represents a reduction in cost. considerable.
  • the objectives of the present invention are therefore also obtained by a method of setting up an installation which comprises the steps in which:
  • a so-called base is installed at the bottom of the sea
  • said platform is placed at the bottom of the sea, and said mobile support on said platform, and said latches are actuated to control and prevent the displacement in height of said mobile support relative to said platform forms while leaving free the movement of controlled translation of said movable support in said longitudinal direction YY ', and
  • the mobile support is assembled on the surface within the platform, then the assembly is then lowered and put in place on the seabed.
  • said junction elements are such that: a) said underwater pipe resting on the seabed is equipped at its end with a said rigid pipe element having an elbow-shaped curvature, said elbow-shaped pipe element having at its upper end a said first part of a connection element, and b) said vertical riser is equipped at its lower end with a said flexible joint and of a said second part of connection element on the underside of said flexible joint.
  • Figure 1 is a side view of the top of a hybrid tower connected to a floating support of the FPSO type, with a ship 2 carrying out an intervention operation vertical to said tower.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the lower part of the installation according to the invention, after connection of the vertical riser with said underwater pipe resting on the bottom of the sea.
  • FIG. 3 represents a top view at the level of the upper orifice of the mobile support 14 of FIG. 2 with a frustoconical wedge system 17.
  • Figure 4 is a sectional side view of the lower part of the installation, after connection.
  • Figure 5 is a sectional view of the base before installation of said movable support and said pipes to be connected.
  • Figure 6 is a side view of the base comprising the platform and the movable support put in place before the establishment of the pipes to be connected.
  • Figure 7 is a sectional view of the installation in its lower part showing the establishment of the pipe element having a curvature in the form of an elbow descending inside said movable support.
  • Figure 8 is a sectional view of the lower part of the installation in the installation step subsequent to the step of Figure 7 in which, after installation of the elbow-shaped pipe element , it descends, inside said movable support, the lower end of said riser equipped with a flexible seal and a female part of a connection element.
  • FIG. 9 represents a sectional view of the lower part of the installation after connection of the pipes on the underside of the flexible joint.
  • FIG. 10 represents a side view in section of FIG. 9.
  • FIG. 11 represents a top view of a base according to the invention comprising a movable support which can slide in translation on a platform 15 supporting guide barriers 16 ⁇ , said translation being controlled by a termination stop 16 3 .
  • FIG. 12 shows a side view in section of an alternative embodiment of the connection of pipes of the installation according to the invention.
  • the FPSO 1 is anchored on an oil field by 1500m of water height, by an anchoring system not shown and has at its plating a support system 2 ⁇ flexible pipes 3 of effluents tankers in chain configuration going up towards a device in the form of a swan neck 4- ⁇ , itself secured to the upper end of a vertical riser 5.
  • the whole is kept in tension by said float 6 installed at the head of the riser vertical 5 by means of a flexible pipe 7.
  • Said float 6 is crossed by a pipe 8 in continuity with said flexible 7 to lead to an orifice closed by a valve 9.
  • An intervention vessel 2 situated vertically above said float can perform a maintenance operation by coil-tubing through the float 6, so as to push in the vertical part of the pipe, a rigid pipe, not shown, of small diameter, generally 50mm, intended to clean the interior of the pipeline as it progresses.
  • Coil-tubing devices being known to those skilled in the art in the field of interventions on oil wells will not be developed in more detail here.
  • FIGs 2 to 4, and 6 to 12 there is shown the lower part of an installation according to the invention in which the connection between the lower end of said vertical riser 5 and said underwater pipe 10 resting at the bottom of the sea is done through an anchoring system comprising a base 4 placed on the bottom.
  • Said base 4 includes:
  • movable support 14 being able to move in a controlled manner on said platform in a said translation in a said longitudinal direction
  • the platform 15 comprises a structure constituting guide elements 16 ⁇ such as barrier or slide which prevent any other movement of the mobile support in a lateral direction XX 'or in height, that is to say in a vertical direction 121.
  • Said base 4 rigidly maintains and guides the junction elements 11-13 between the lower end of said vertical riser 5 and the end of the rectilinear terminal horizontal part of said pipe lying at the bottom of the sea 10, and said elements junction 11-13 comprise a pipe element having an elbow-shaped curvature 11 and a pipe connection element 12, preferably a single connection element, more preferably, a single automatic connector, maintaining and guiding the said elements junction elements 11-13 being such that said junction elements 11-13 can only move in a translational movement in a single longitudinal direction YY 'corresponding to the axial direction of said part horizontal rectilinear terminal of said underwater pipe lying at the bottom of the sea 10.
  • FIGS 2 and 9 show sections in front view of an installation according to the invention after installation of all the junction elements and pipes to be connected.
  • Figures 4 and 10 show side views of an installation according to the invention, after installation of the junction elements and the pipes to be connected.
  • FIGS. 5 to 8, as well as 11 and 12 represent views of different constituent elements of the installation according to the invention during the different phases of the installation procedure.
  • FIG 5 there is shown the platform 15 surmounted by the lateral guide barriers 16 ⁇ which guide in the sliding in longitudinal translation in the direction YY 'of the movable support element whose lower part is maintained between said guide barriers 16 ⁇ .
  • a stop element I6 3 has been shown which makes it possible to control the sliding in translation and prevents excessive sliding of the movable support 14 inside the guide barriers I6 1 over the platform 15
  • This sliding in translation in the direction..YY ' is made possible by means of sliding pads 14- ⁇ , arranged below said movable support 14, on its sides and on top. It is also possible to use rollers or any other device aimed at reducing friction during longitudinal displacements in the direction YY '.
  • FIG 6 there is shown the movable support 14 lowered from the surface using cables not shown, inserted between the elevated structures constituting the guide barriers I6 1 disposed above the guide platform 15.
  • This movable support 14 can move along a longitudinal axis YY 'thanks to the sliding pads 14 ⁇ but can neither move laterally along the axis XX', nor upward along the axis 12.
  • the upper part of the barriers guide 16 1 cooperates with movable blocking elements consisting of a wedge system 16, which can be engaged so that the external shape of the lower part of the movable support at a shoulder 14 4 on which rests sliding pads 14- ⁇ , abut against said engaged corners 16 2 preventing the elevation of the movable support 14.
  • the guide barriers I6 1 arranged pa r above the platform 15 are spaced so as to provide a sufficient clearance, for example 1 cm, on either side of the movable support when the latter is placed on the platform between said guide barriers 16 ⁇ to avoid possible jamming during movements along the axis YY 'of the movable support 14 over the platform 15.
  • the platform 15 is held in position on the seabed 20 either by its own weight, or by adding dead bodies 15 2 , or via dark suction anchors 15 3 across the platform, or again by a combination of these methods. Spades 15 ⁇ are advantageously provided on the underside of the platform 15 to avoid any sliding or horizontal displacement of the platform whatever the direction.
  • FIGs 2, 6 7, 8 and 12 there is shown the mobile support which rests on its lower pads 14 ⁇ on the platform 15. More specifically, the lower pads 14- ⁇ rest on a notch at the base of the barriers guide 16 ⁇ . This type of position occurs when the upper float 6 of FIG. 1 is not completely deballasted and keeps the riser 5 in tension, and the self-weight of the mobile support 14 is such that said mobile support nevertheless rests on its pads lower 14- ⁇ .
  • the platform 15 can have a length of 10 to 12 m and a width of 6 m, capable of receiving dead bodies 15 2 from 25 to 50 tonnes.
  • the mobile support 14 can have a mass of 40 tonnes corresponding to the tension minimum required at the riser base, that is to say at the flexible joint 13.
  • Said movable support 14 can measure approximately 1.5 m wide and 4 m long.
  • the mobile support 14 is positioned substantially in the middle of the platform, which allows a relative displacement ⁇ of plus or minus 3 m, along the axis XX ', displacement generated by the expansion or the thermal shrinkage, as well as underwater pipe 10, as well as by the internal pressure of the underwater pipe 10 resting on the bottom.
  • a mobile support 14 has been shown having a central cavity 18, the upper part of which comprises a peripheral internal wall which is flared in the form of a funnel, said cavity 18 being open in its upper part by a orifice 18 ⁇ corresponding to said large base of the upper part in the form of a funnel of the cavity 18.
  • a cradle-shaped base 14 3 makes it possible to receive and support the rigid pipe element having a elbow-shaped curvature 11 which is arranged inside said movable support 14 as shown in FIGS. 2 and 9.
  • the mobile support has an internal cavity also open at its base, so that one can set up the underwater pipe by temporarily installing it on the platform 15, then lower the support mobile over the underwater pipe insofar as the central cavity of the mobile support authorizes the passage of the elbow element 11 and the automatic connector 12, and finally, the underwater pipe is secured to the mobile support, the base 14 3 and said locking means 19-19 ⁇ are located on the wall of the internal cavity of the movable support located above said pipe initially installed on the platform 15.
  • the pipe underwater 10 resting at the bottom of the sea ends in a rigid pipe element having an elbow-shaped curvature 11, ending at its upper part turned upwards by a first part 12- ⁇ of an element connection 12, namely here, a male part.
  • the horizontal rectilinear terminal part of the underwater pipe resting on the seabed 10 located before said elbow-shaped pipe element 11, is supported by the cradle 14 3 on the bottom of said mobile support 14, and it is locked by a device 19 ensures the locking of a ferrule 19 ⁇ welded to the outside of the underwater pipe 10.
  • the mobile support 14 created by the expansion of the underwater pipe 10 resting on the ground under the effect of the temperature and the internal pressure, the said mobile support 14 will slide within the anchored platform 15-16- ⁇ -16 2 between the barriers of lateral guide 16 ⁇ .
  • the forces transmitted to said anchored base are radically reduced, as well as the compression forces within the underwater pipe resting on the bottom, and the risks of buckling and degradation of said underwater pipe are thus eliminated.
  • the vertical riser comprises at its lower end a flexible joint 13, itself- integral with the underside of the second part 12 2 of the automatic connector 12, intended to cooperate with the first part 12 1 to make the connection of the connection element 12 consisting of an automatic connector.
  • the internal passage of the flexible seal 13, as well as of the automatic connector 12 has an internal diameter preferably identical to that of the riser 5.
  • the flexible seal 13 is reinforced by an external reinforcement structure which makes it possible to ensure its embedding in the orifice upper 18 ⁇ of the cavity 18 of the mobile support 14 to ensure the rigidity of the assembly when a system of frustoconical corners 17 comes to lock it in the final position in the cavity 18 at the upper orifice 18 ⁇ of the mobile support 14, as illustrated in the figures.
  • the waterproof flexible joint can be of the mechanical ball joint type or of the elastomer flexible joint type, or even correspond to a limited length of flexible pipe capable of providing the same angular displacement relative to the vertical of the riser 5, in particular in a corner cone. ⁇ up to 15 degrees.
  • the pipe element having an elbow-shaped curvature 11 has a curvature comprising an arc of a circle with a large radius of curvature, in particular a radius of curvature greater than 5 m, more particularly of the order of 5 to 10 m produced by a curved pipe element measuring from 7 to 15 m.
  • the platform 15 is anchored using different anchoring means such as dead bodies 15 2 which are lowered using cables or suction anchors 15 3 , and 3. a said mobile support 14 that Your inserts between the guide barriers 16 ⁇ over the platform 15 and Your activates the locking latches 16 2 which prevent the upward movement in the direction 121 of the mobile support 14 while leaving free the sliding in translation in the longitudinal direction YY 'of the mobile support 14, said sliding in translation in the direction YY' being controlled by the elements abutment I6 3 -I6 4 resting on the platform 15, and
  • said elbowed rigid pipe element 11 is deposited at the bottom of the cavity 18 so that the horizontal rectilinear terminal part of the underwater pipe resting on the seabed rests on the cradle base 14 3 , and said part is secured horizontal terminal of the underwater pipe resting at the bottom of the sea 10 with a locking system 19, 19 ⁇ of the collar type, and
  • a vertical riser 5 is lowered equipped at its lower end with a flexible flexible joint 13 and with the second female complementary part 12 2 of said automatic connector 12 on the underside of said reinforced flexible joint 13, then
  • said reinforced flexible joint or a portion of terminal pipe at the lower end of said riser is blocked below said reinforced flexible joint 13, inside the upper orifice I81 comprising a peripheral wall of flared shape, using a wedge system which locks between said funnel-shaped peripheral wall of said upper opening I8 1 and said reinforced flexible joint 13 or said portion of end pipe below said joint flexible 13.
  • Corners 17 shown in Figures 6 to 8 in the released position relative to said wall of the upper orifice I8 1 are actuated by a ROV by means of hydraulic cylinders not shown to then come to engage inside the 'upper orifice I8 1 against its flared peripheral wall as shown in Figures 4, 9, 10 and 12.
  • the frustoconical corners 17 abut in abutment on the reinforcing structure of said reinforced flexible joint 13 and keep it in fixed position relative to mobile support 14.
  • Complementary locks 14 2 are then actuated by a device not shown, thus making it possible to transfer to the movable support 14 all of the vertical load created by the riser 5 kept in tension by the upper float 6 of FIG. 1.
  • Figure 3 is a sectional view from above relating to the upper orifice 18 ⁇ showing three frustoconical corners 17, one of which is shown in the retracted upward position, and the other two in the jamming position engaged downwardly. inside the hole 18- ⁇ .
  • the installation according to the invention has been described in FIGS. 2 to 11 with a reinforced flexible joint 13 situated above a part 12 2 of automatic connector 12.
  • said rigid pipe element having an elbow-shaped curvature 11 is pre-installed on the underside of said reinforced flexible joint 13, said elbow-shaped pipe element 11 having its free lower end, a first part 12 2 of connection element of the automatic connector type 12.
  • said first part 12 2 of connection element has its axis disposed horizontally slightly above the bottom of the cavity 18 of the movable support 14, once the flexible seal 13 is locked in place in the upper opening 18 ⁇ of the movable support 14 using the corners 17.
  • the connection is then made with the underwater pipe resting at the bottom of the sea 10, the horizontal rectilinear end part of which rests on a carriage 21 sliding on the platform 15 at the using sliding shoes 22, said rectilinear horizontal end portion of the underwater pipe resting at the bottom of the sea 10 being held by cradles 14 3 on the bottom of said movable carriage 21 and integral with said carriage 21 by a collar of lock 19-19 ⁇ .
  • the connection is made by displacement, in said longitudinal direction YY ', of said movable carriage 21 between said sliding barriers 16 ⁇ on the platform 15. Finally, the carriage 21 is secured to the movable support 14 by means not shown.
  • the installation comprises a connecting device 4- ⁇ , 7 between said float 6 and the upper end of said riser 5, comprising: a second flexible pipe 7, the ends of which are embedded at the level respectively of the underside of said float 6 and of the upper end of the riser 5,
  • connection of said second flexible pipe 7 to the upper end of said riser 5 is made by means of a device in the form of a swan neck
  • Said second flexible pipe 7 has at its ends elements of progressive variation of inertia of section 7 ⁇ , 7 2 at the level respectively of the underside of the float 6 and of the upper end of the swan neck.
  • the swan-neck device comprises an upper straight part which provides the junction between said vertical riser and said second flexible pipe connected to said float.
  • a curved elbow-shaped branch allows the junction between the end of said vertical riser and the end of said flexible pipe itself connected to said floating support.
  • the ends of said curve being substantially tangent to the curve of the chain formed by said flexible pipe which provides the connection to the floating support, and substantially tangent with said straight part of the device in the form of a swan neck.

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Abstract

Installation de liaison fond-surface pour conduite sous-marine (10) reposant au fond de la mer, notamment à grande profondeur, comprenant au moins un riser vertical (5) relié à son extrémité inférieure à au moins une conduite sousmarine (10) reposant au fond de la mer par l'intermédiaire d'un système d'ancrage comprenant une embase (4) posée sur le fond. Selon la présente invention, ladite embase (4) assure le maintien et le guidage des éléments de jonction (11-13) entre ledit riser vertical (5) et ladite conduite reposant au fond de la mer (10), et lesdits éléments de jonction (11-13) comprennent un élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude (11). Le maintien et le guidage desdits éléments de jonction (11-13) étant tels qu'ils ne peuvent se déplacer que dans un mouvement de translation dans une unique direction longitudinale (YY') sensiblement correspondant à la direction axiale de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer (10).

Description

INSTALLATION DE LIAISON FOND-SURFACE D ' UNE CONDUITE SOUS-MARINE RELIEE A UN RIS ER PAR UN ELEMENT DE CONDUITE SOUDE MAINTENU PAR UNE EMBASE
5 La présente invention a pour objet une installation de liaison fond-surface d'au moins une conduite sous-marine installée à grande profondeur du type tour- hybride.
Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication et de l'installation de colonnes montantes de production pour l'extraction sous-marine de 0 pétrole, de gaz ou autre matériau soluble ou fusible ou d'une suspension de matière minérale à partir de tête de puits immergé 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. 5 Un 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 de 0 ces supports flottants est le terme anglo-saxon "Floating Production Storage Offloading" (signifiant "moyen flottant de stockage, de production et de déchargement") dont on utilisera le terme abrégé "FPSO" dans l'ensemble de la description suivante.
En raison de la multiplicité des lignes existant sur ce type d'installation, on a 5 été amené à mettre en œuvre des liaisons fond-surface de type tour-hybride dans lesquelles des conduites rigides sensiblement verticales appelées ici "riser vertical", assurent la liaison entre les conduites sous-marines reposant au fond de la mer et remontent le long d'une tour jusqu'à une profondeur proche de la surface, profondeur à partir de laquelle des conduites flexibles assurent la liaison entre le sommet de la tour et le support flottant. La tour est alors munie de moyens de flottabilité pour rester en position verticale et les risers sont reliés, en pied de tour, aux conduites sous-marines par des manchettes souples qui absorbent les mouvements angulaires de la tour. L'ensemble est communément appelé "Tour Hybride", car il fait intervenir deux technologies, d'une part une partie verticale, la tour, dans laquelle le riser est constitué de conduites rigides, d'autre part la partie haute du riser constituée de flexibles en chaînette qui assurent la liaison au support flottant. On connaît le brevet français FR 2 507 672 publié le 17 Décembre 1982 et intitulé "colonne montante pour les grandes profondeurs d'eau", qui décrit une telle tour hybride.
La présente invention concerne plus particulièrement le domaine connu des liaisons de type comportant une tour hybride verticale ancrée sur le fond et composée d'un flotteur situé au sommet d'un riser vertical, celui-ci étant relié par une conduite, notamment une conduite flexible prenant par son propre poids la forme d'une chaînette depuis le sommet du riser, jusqu'à un support flottant installé en surface. L'intérêt d'une telle tour hybride réside dans la possibilité pour le support flottant de pouvoir s'écarter de sa position normale en induisant un minimum de contraintes dans la tour ainsi que dans les portions de conduites en forme de chaînettes en suspension, tant au fond qu'en surface.
On connaît le brevet au nom de la présente demanderesse, WO 00/49267 qui décrit une tour dont le flotteur se trouve à une profondeur supérieure à la demi- hauteur d'eau et dont la liaison caténaire vers le navire de surface est réalisée à l'aide de conduites rigides de forte épaisseur. La tour ainsi décrite, nécessite au niveau de son embase, des manchettes de liaison souple permettant de raccorder l'extrémité inférieure des risers verticaux de ladite tour à la conduite sous-marine reposant sur le fond, de manière à absorber les mouvements résultant des dilatations dus à la température du fluide transporté.
Plus particulièrement, dans WO 00/49267, le système d'ancrage comporte 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 passent lesdits 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'une connecteur automatique.
De plus, le- pétrole brut cheminant sur de très grandes distances, plusieurs kilomètres, on cherche à leur fournir un niveau d'isolation extrême 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. On connaît de nombreux systèmes d'isolation thermique qui permettent d'atteindre le niveau de performances requis et de résister à la pression du fond de la mer qui est de l'ordre de 150 bars à 1500m de profondeur. On cite entre autres les concepts de type "pipe-in-pipe", comprenant une conduite véhiculant le fluide chaud installée dans une conduite de protection externe, l'espace entre les deux conduites étant, soit simplement rempli d'un calorifuge, confiné ou non sous vide, soit simplement tiré au vide. De nombreux autres matériaux ont été développés pour assurer une isolation à hautes performances, certains d'entre eux étant résistants à la pression, entourent simplement la conduite chaude et sont en général confinés au sein d'une enveloppe extérieure souple ou rigide, en equipression et dont la fonction principale est de maintenir dans le temps une géométrie sensiblement constante.
Tous ces dispositifs véhiculant un fluide chaud au sein d'une conduite isolé présentent, à des degrés divers, des phénomènes de dilatation différentielle. En effet la conduite interne, en général en acier, se trouve à une température que l'on cherche à maintenir le plus élevé possible, par exemple 60 ou 80°C, alors que l'enveloppe externe, bien souvent elle aussi en acier, se trouve à la température de l'eau de mer, c'est à dire aux alentours de 4°C. Les efforts engendrés sur les éléments de liaison entre conduite interne et enveloppe externe sont considérables et peuvent atteindre plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de tonnes et l'elongation globale résultante est de l'ordre de 1 à 2 m dans le cas de conduites isolées de 1000 à 1200m de longueur. Le problème posé selon la présente invention est de pouvoir réaliser et installer de telles liaisons fond-surface pour conduites sous-marines à grandes profondeurs, telles qu'au delà de 1 000 mètres par exemple, et de type comportant une tour verticale et dont le fluide transporté doit être maintenu au dessus d'une température minimale jusqu'à son arrivée en surface, en réduisant au minimum les composants sujets à déperdition thermique, en évitant les inconvénients créés par l'expansion thermique propre, ou différentielle, des divers composants de ladite tour, de manière à résister aux contraintes extrêmes et aux phénomènes de fatigue cumulée sur la durée de vie de l'ouvrage, qui dépasse couramment 20 années. Un autre problème de la présente invention est de fournir une installation de liaison fond-surface du type tour-hybride dont le système d'ancrage soit d'une grande résistance et d'un faible coût, et dont le procédé de mise en place des différents éléments constitutifs soit simplifié et également d'un faible coût.
Un autre problème à la base de l'invention est de fournir une installation qui permette d'intervenir à l'intérieur de la conduite sous-marine reposant au fond de la mer, par un procédé de type "coil-tubing" depuis la surface et à partir de l'extrémité supérieure du riser vertical.
Une solution aux problèmes posés est donc une installation de liaison fond- surface pour conduite sous-marine reposant au fond de la mer, notamment à grande profondeur, comprenant : a) au moins un riser vertical relié à son extrémité inférieure à au moins une conduite sous-marine reposant au fond de la mer, et à son extrémité supérieure à au moins un flotteur, et b) au moins une conduite de liaison, de préférence une conduite flexible, assurant la liaison entre un support flottant et l'extrémité supérieure dudit riser vertical, et c) la liaison entre l'extrémité inférieure dudit riser vertical et une dite conduite sous-marine reposant au fond de la mer se fait par l'intermédiaire d'un système d'ancrage comprenant une embase posée sur le fond. Selon l'invention l'installation est caractérisée en ce que :
- ladite embase assure le maintien et le guidage des éléments de jonction entre l'extrémité inférieure dudit riser vertical et l'extrémité de la partie horizontale rectiligne terminale de ladite conduite reposant au fond de la mer, et
- lesdits éléments de jonction comprennent • un élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude et • un élément de raccordement de conduite, de préférence un unique élément de raccordement, de préférence encore, un unique connecteur automatique,
- le maintien et le guidage desdits éléments de jonction étant tels que lesdits éléments de jonction ne peuvent se déplacer que dans un mouvement de translation dans une unique direction longitudinale YY' correspondant sensiblement à la direction axiale de ladite partie terminale rectiligne horizontale de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer.
On comprend que lesdits éléments de jonction ne pouvant se mouvoir que selon un seul degré de liberté en translation linéaire, peuvent ainsi absorber les mouvements éventuels de dilatation et rétractation de la conduite reposant au fond de la mer dans ladite direction, comme il sera explicité plus loin.
Lesdits éléments de jonction ne sont donc autorisés à aucun autre mouvement de translation ou de rotation, et notamment, ne peuvent pas se déplacer latéralement ou en hauteur. Ainsi, selon la présente invention, le point sensiblement fixe en altitude se trouve en bas de la tour au niveau du joint flexible, ce qui permet de supprimer les manchettes coudées de raccordement de la technique antérieure, les mouvements verticaux du riser étant absorbés par le flotteur, libre de se déplacer verticalement au sommet dudit riser. On entend par "courbure en forme de coude", deux courtes sections rectilignes disposées à 90°, séparées et reliées entre elles par une section courbe présentant un rayon de courbure, de préférence un grand rayon de courbure, notamment un rayon de courbure supérieur à 5 m, plus particulièrement de l'ordre de 5 à 10 m, ladite portion de conduite en forme de coude présentant un plan axial, comprenant les axes des deux dites sections rectilignes de conduite disposées à 90°. En général, la courbure se présente sous la forme d'un arc de cercle. On peut utiliser pour réaliser cette élément de conduite présentant une courbure, un élément de conduite rigide, notamment de longueur de 7 à 15 m.
Ladite portion de conduite en forme de coude assurant la jonction entre ledit riser vertical et ladite conduite reposant horizontalement au fond de la mer, on comprend que ladite portion de conduite en forme de coude est disposée de sorte que son dit plan axial se trouve en position verticale.
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 dont le sommet correspond au point de fixation de l'extrémité inférieure du riser sur ladite embase.
En ce qui concerne le plan axial de l'élément de conduite en forme de coude, on entend par "plan axial vertical" que ce plan axial est en position perpendiculaire par rapport au plan du fond de la mer sur lequel repose la dite embase, lequel plan est théoriquement un plan horizontal, et ledit plan axial comprend l'axe de la partie terminale rectiligne de la conduite reposant au fond de la mer.
Lesdits éléments de raccordement sont constitués d'une première partie mâle ou femelle qui coopèrent respectivement avec une deuxième partie femelle ou mâle.
Lesdits éléments de raccordement, notamment du type connecteurs automatiques, sont connus de l'homme de l'art et comprennent le verrouillage entre une partie mâle et une partie femelle complémentaire, ce verrouillage étant conçu pour se faire très simplement au fond de la mer à l'aide d'un ROV, robot commandé depuis la surface, sans nécessiter une intervention directe manuelle de personnel.
Ladite conduite de liaison entre le support flottant et l'extrémité supérieure du riser vertical peut être : .
- une conduite flexible ou à rigidité réduite si le flotteur de tête se trouve proche de la surface, ou
- une conduite rigide si le flotteur de tête se trouve à grande profondeur. Dans un mode de réalisation avantageux, ladite embase comprend :
- une plate-forme reposant sur le fond de la mer, et
- un support mobile auquel lesdits éléments de jonction sont fixés, et - ledit support mobile étant apte à se déplacer, de préférence de façon contrôlée, sur ladite plate-forme selon une dite translation dans une dite direction longitudinale YY' correspondant sensiblement à la direction axiale de la partie terminale horizontale de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer.
On entend par "déplacement contrôlé", un déplacement dont l'amplitude est limitée par des butées mécaniques solidaires de la plate-forme.
La plate-forme comprend une structure constituant des éléments de guidage tels que barrière ou glissière qui empêchent tout autre déplacement du support mobile dans une direction latérale XX' ou en hauteur, c'est à dire dans une direction verticale 121. L'installation selon la présente invention est avantageuse car elle présente une géométrie relativement statique desdits éléments de jonction par rapport à ladite embase, et plus particulièrement par rapport audit support mobile, lesdits éléments de jonction étant maintenus de façon rigide sur ledit support mobile. La partie basse de la tour se trouve ainsi parfaitement stabilisée et ne supporte plus aucun effort, notamment au niveau du raccordement entre le riser vertical et la conduite reposant au fond de la mer, puisque les mouvements de translation longitudinale du support mobile crée une flexibilité à l'extrémité de la conduite - sous-marine reposant au fond de la mer, ladite flexibilité-étant capable d'absorber par déformation l'allongement ou la rétractation de la conduite sous-marine sous l'effet de la température et de la pression, évitant ainsi de créer des efforts de poussée considérables au sein de la conduite sous-marine, ces efforts pouvant atteindre 100, voire 200 tonnes ou plus, et de les transmettre à la structure fondation de la tour riser.
Dans un mode préféré de réalisation, ledit riser vertical comprend dans sa partie terminale inférieure un joint flexible, de préférence renforcé, lequel permet des mouvements angulaires α de la partie dudit riser vertical située au dessus dudit joint flexible, et lesdits éléments de jonction comprennent ledit joint flexible ou une portion de riser vertical située au dessous dudit joint flexible.
Un joint flexible autorise une variation importante de l'angle a entre l'axe du riser et sa position théorique verticale au repos, sans engendrer de contrainte significative dans les portions de conduite situées de part et d'autre dudit joint flexible : ces joints flexibles sont connus de l'homme de l'art et peuvent être constitués par une rotule sphérique avec joint d'étanchéité, ou une rotule lamifiée constituée de sandwichs de feuilles d'élastomère et de tôle adhérisée, capable d'absorber des mouvements angulaires importants par déformation des élastomères, tout en conservant une étanchéité parfaite en raison de l'absence de joint de frottement. Ledit angle α est en général compris entre 10 et 15 degrés.
Dans tous les cas, ledit joint flexible est creux pour laisser passer le fluide, et son diamètre intérieur est, de préférence sensiblement de même diamètre que les conduites adjacentes qui y sont raccordées, notamment celle du riser vertical. On entend ici par "joint flexible renforcé", un joint capable de transférer au support mobile les efforts verticaux créés par la tension engendrée par le flotteur de sub-surface, et les efforts horizontaux créés par la houle, et le courant agissant sur la portion verticale du riser, du flotteur et de la liaison flexible vers le support flottant, ainsi que par les déplacements dudit support flottant. Lorsque lesdits éléments de jonction comprennent le dit joint flexible, ledit joint flexible est donc maintenu fixement par rapport audit support mobile. Ledit joint flexible correspond alors à un élément terminal des éléments de jonction assurant la jonction avec ledit riser vertical.
De par la présence dudit joint flexible, et de la liaison flexible vers le support flottant située en tête de riser vertical, le déplacement horizontal de la base du riser vertical qui se trouve à un point sensiblement fixe en altitude, n'engendre pas d'effort significatif dans l'ensemble articulé constitué dudit support mobile, dudit joint flexible, dudit riser et de ladite liaison vers le-support de surface, sous l'effet des déplacements dudit support mobile au sein de ladite plate-forme embase, déplacement qui n'excèdent en général pas 5m. Un autre avantage de la présente invention est aussi la réduction considérable du coût global, résultant de la suppression des manchettes utilisées dans la technique antérieure pour relier le riser vertical et la conduite sous-marine reposant sur le fond de la mer.
L'installation selon l'invention permet d'éliminer tous ces inconvénients de l'art antérieur et de fournir au meilleur coût, une tour riser intégrant les technologies d'isolation les plus performantes.
Selon une première variante de réalisation de l'invention, l'installation comprend :
- une première partie, de préférence mâle d'un dit élément de raccordement, et solidaire dudit joint flexible, disposée juste dessous celui-ci, et
- ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer se termine par un dit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude présentant à son extrémité une deuxième partie, de préférence femelle, d'un dit élément de raccordement, apte à coopérer avec ladite première partie pour former ledit élément de raccordement.
Selon une autre variante de réalisation de l'installation de l'invention :
- ledit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude est fixé directement en sous face dudit joint flexible et comprend à son autre extrémité une première partie, de préférence femelle, d'un dit élément de raccordement, et
- ladite première partie de l'élément de raccordement, de préférence femelle, coopère avec une deuxième partie d'élément de raccordement, de préférence mâle, à l'extrémité d'une partie horizontale terminale d'une conduite sous-marine reposant au fond de la mer pour former un dit élément de raccordement.
Ainsi, ledit élément de conduite présentant une courbure en forme de coude peut être :
- soit pré-installé à l'extrémité de la conduite sous-marine reposant au fond de la mer et en constituer l'élément de conduite terminal,
- soit pré-installé à l'extrémité inférieure du dit riser vertical, plus particulièrement dessous ledit joint flexible.
Dans les deux cas, ledit élément de conduite rigide en forme de coude présente à son extrémité libre une première partie, mâle ou femelle d'un élément de raccordement, et la deuxième partie complémentaire respectivement femelle ou mâle dudit élément de raccordement se situe soit à l'extrémité de l'élément de conduite terminal rectiligne de ladite conduite reposant au fond de la mer, soit à l'extrémité dudit riser vertical, plus particulièrement, juste dessous ledit joint flexible.
Pour des raisons de mise en place de l'installation au fond de la mer, comme il sera explicité ci-après, il est préféré de pré-installer ledit élément de conduite rigide en forme de coude à l'extrémité de la conduite reposant au fond de la mer et de faire coopérer la première partie mâle dudit élément de raccordement à l'extrémité dudit élément de courbure en forme de coude avec une deuxième partie complémentaire femelle de l'élément de raccordement située en sous-face dudit joint flexible. Bien évidemment, il est possible d'envisager une courte portion de riser rectiligne assurant la jonction entre ledit joint flexible et, ladite deuxième partie de l'élément de raccordement.
Dans un mode de réalisation avantageux, ledit support mobile comprend une cavité centrale ouverte sur le dessus par un orifice supérieur apte à recevoir ledit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude lorsque celui-ci est descendu depuis la surface au sein dudit support mobile. Ce mode de réalisation décrit ci-dessus, permet de rendre plus aisée la mise en place de l'installation et le raccordement du riser vertical et de la conduite sous- marine reposant au sol lors de la mise en place de l'installation.
Plus particulièrement, ledit orifice supérieur coopère avec des éléments de blocage, de préférence un système de coins, permettant de bloquer ledit joint flexible renforcé lequel est ainsi maintenu rigidement et fixement solidaire dudit support mobile, et la partie terminale horizontale de ladite conduite reposant au fond de la mer est maintenue fixement sur le fond dudit support mobile, de préférence à l'aide d'un système de collier.
Ainsi, l'ensemble desdits éléments de jonction se trouve maintenu fixement par rapport audit support mobile et toute dilatation ou rétractation de la conduite pouvant survenir dans la dite direction longitudinale axiale de la partie terminale horizontale de ladite conduite reposant au fond de la mer engendre un déplacement dudit support mobile avec lesdits éléments de jonction par translation dans la même direction longitudinale.
Les autres caractéristiques suivantes prises séparément ou en combinaison sont également avantageuses :
- ledit orifice supérieur présente une paroi interne périphérique en forme d'entonnoir avec une grande base supérieure et lesdits coins permettant le blocage dudit joint flexible renforcé sont constitués par des coins tronconiques,
- ladite plate-forme comprend des éléments de guidage et maintien dudit support mobile de sorte que ledit support mobile ne peut se mouvoir sur ladite plate-forme que par coulissement en translation dans une dite direction longitudinale YY', de préférence à l'aide de patins de glissement,
- ledit support mobile est maintenu latéralement entre deux barrières latérales de guidage de ladite plate-forme, et lesdites barrières latérales de guidage coopèrent avec des éléments mobiles de blocage qui en position rétractée de dégagement permettent la descente dudit support mobile depuis la surface jusqu'à une position entre les deux dites barrières latérales par dessus ladite plateforme, et en position avancée de blocage coopèrent avec la forme extérieure dudit support mobile de manière à ce que le déplacement vertical 121 en hauteur de celui-ci soit contrôlé,
- ladite embase comprend une plate-forme reposant au fond de la mer, laquelle coopère avec des éléments de stabilisation comprenant des corps morts posés par dessus ladite plate-forme ou des ancres à succion traversant ladite plate-forme pour être enfoncés dans le sol et/ou des éléments en saillie de type bêches disposés en sous face de ladite plate-forme et enfoncés dans le fond de la mer pour éviter tout glissement de ladite plate-forme au fond de la mer.
Les jonctions entre les différentes composantes de l'ensemble flotteur, conduite flexible et riser vertical étant situées non loin de la surface, sont soumises aux effets combinés de la houle et du courant. De plus, le support de surface étant soumis non seulement à la houle et au courant, mais aussi au effets du vent, les mouvements d'ensemble créent au niveau du point singulier que constitue la jonction entre riser et conduite flexible, des efforts considérables dans les divers constituants mécaniques. En effet, le flotteur exerce une traction verticale vers le haut pouvant varier de quelques dizaines de tonnes à plusieurs centaines de tonnes voire même au delà de 1000 tonnes, selon la profondeur d'eau qui peut atteindre 1500m, voire 3000m, et selon le diamètre interne de la conduite qui peut varier de 6" à 14", voire 16". Ainsi les efforts à transmettre sont considérables et les mouvements d'ensemble sont cadencés, entre autres, au rythme de la houle, c'est à dire avec une période variant typiquement, en période agitée, entre 8 et 20 secondes. Les cycles de fatigue cumulés sur la durée de vie du champ atteignent ainsi des valeurs dépassant plusieurs dizaines de millions de cycles. C'est pourquoi une installation selon la présente invention comprend avantageusement au moins un flotteur.
Un autre problème selon la présente invention est de permettre une intervention aisée à l'intérieur dudit riser depuis la surface, notamment de permettre l'inspection ou le nettoyage dudit riser vertical, par introduction d'un tube rigide depuis l'extrémité supérieure du flotteur, passant à travers ledit dispositif de liaison entre flotteur et riser vertical.
En effet, ces liaisons fond-surface véhiculent un fluide polyphasique, c'est à dire un fluide composé de pétrole brut, d'eau et de gaz. Or, lors de la remontée du fluide, la pression locale diminue et les bulles de gaz augmentent alors de volume, créant des phénomènes d'instabilité de la veine fluide pouvant conduire à des à- coups importants. Lors d'arrêts de production, le gaz se retrouve dans la partie haute et le mélange huile-eau se trouve piégé dans les points bas, c'est à dire dans la partie basse de la zone du flexible en chaînette, ainsi que dans la partie basse de la section sensiblement verticale du riser ou encore au delà du coude situé en pied de riser vertical, dans la partie horizontale de la conduite sous-marine reposant sur le fond de la mer.
Le mélange polyphasique, constitué de pétrole brut, d'eau et de gaz, a tendance, lorsque la température descend en dessous d'un valeur située entre 30 et 40°C, à créer deux types de bouchons qui risquent de bloquer la production. Un premier type de bouchon est dû à la formation d'hydrates à partir de la phase gazeuse en présence d'eau, un autre type est dû au figeage de la paraffine contenue en proportion variable dans le pétrole brut de certains champs pétroliers, particulièrement en Afrique de l'Ouest. On connaît la méthode d'intervention à l'intérieur des canalisations, dite
"coiled-tubing", consistant à pousser un tube rigide de petit diamètre, en général 20 à 50mm, à travers la conduite. Ledit tube rigide est stocké enroulé par simple cintrage sur un tambour, puis détordu lorsqu'on le débobine. Ledit tube peut mesurer plusieurs milliers de mètres en une seule longueur. L'extrémité du tube située au fût du tambour de stockage est reliée par l'intermédiaire d'un joint tournant à un dispositif de pompage capable d'injecter un liquide à haute pression et à haute température . Ainsi, en poussant le tube fin à travers la conduite, en maintenant le pompage et la contre-pression, cette conduite est nettoyée grâce à l'injection d'un produit chaud capable de dissoudre les bouchons . Cette méthode d'intervention est couramment utilisée lors des interventions sur puits verticaux ou sur des conduites obstruées par des formations de paraffine ou d'hydrates, phénomènes courants et redoutés dans toutes les installations de production de pétrole brut. Le~procédé de "coiled-tubing" est dénommé ci-après par "nettoyage par tubage continu" ou NTC.
L'installation selon l'invention comprend un dispositif de liaison entre ledit flotteur et l'extrémité supérieure dudit riser comprenant :
- une deuxième conduite souple dont les extrémités sont encastrées au niveau respectivement dudit flotteur et de l'extrémité supérieure du riser,
- la liaison de ladite deuxième conduite souple à l'extrémité supérieure dudit riser se faisant par l'intermédiaire d'un dispositif en forme de col de cygne, lequel dispositif en forme de col de cygne assure aussi la liaison entre ledit riser et une dite conduite de liaison avec le support flottant, de préférence une dite conduite flexible,
- ladite deuxième conduite, souple étant, de préférence, prolongée à travers ledit flotteur par une conduite tubulaire rigide traversant le flotteur de part en part, de sorte que l'on peut intervenir à l'intérieur dudit riser vertical à partir de la partie supérieure du flotteur à travers ladite conduite tubulaire rigide, puis ledit dispositif de liaison constitué de ladite deuxième conduite souple et à travers ledit dispositif en forme de col de cygne, de façon à accéder à l'intérieur dudit riser et le nettoyer par injection de liquide et /ou par raclage de la paroi interne dudit riser, puis de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer.
L'installation selon la présente invention est plus particulièrement encore avantageuse lorsque :
- deux dites conduites sous-marines reposant sur le fond de la mer sont assemblées en faisceau au sein d'une même enveloppe de protection souple permettant de confiner un matériau isolant, de préférence un matériau à changement de phase du type de la paraffine, un composé isolant gélifié, ou une combinaison des deux, entourant lesdites conduites, et
- ledit riser vertical comprend dans sa partie supérieure au-dessus dudit joint flexible un système de conduites isolées constitué d'un ensemble de deux conduites coaxiales comprenant une conduite interne et une conduite externe, un fluide ou matériau isolant, de préférence un matériau à changement de phase de type paraffine, un composé isolant gélifié, ou une combinaison des deux, étant placé de préférence entre les deux dites conduites, ou encore en maintenant un vide poussé entre deux conduites.
Un autre avantage de l'installation selon l'invention est que tous les éléments peuvent être préfabriqués à terre avant d'être installés. Ils peuvent ainsi être montés "à blanc" pour vérifier que tous les éléments coopèrent correctement, y compris les moyens de verrouillage ; ainsi, l'assemblage de installation est considérablement simplifié et le temps opérationnel des navires d'installation réduit au minimum. Dans l'art antérieur, les conduites sous-marines étaient posées puis, après installation des risers, des manchettes coudées de raccordement étaient fabriquées sur la base d'une métrologie de grande précision réalisée grâce aux ROVs. La manchette, préfabriquée à terre ou sur site peut mesurer plusieurs dizaines de mètres et doit ensuite être installée par le même ROV, ce qui représente un temps opérationnel considérable, donc un coût très élevé en raison de la sophistication des navires d'installation spécialisés. Le gain réalisé par le dispositif et le procédé selon l'invention, se chiffre en plusieurs journées de navire d'installation ainsi qu'en la suppression des connecteurs automatiques indispensables à chacune des extrémités de la manchette préfabriquée, ce qui représente une réduction de coût considérable. Les objectifs de la présente invention sont donc également obtenus par un procédé de mise en place d'une installation qui comprend les étapes dans lesquelles :
1. on met en place au fond de la mer une dite embase, et
2. on descend au fond de la mer, une dite conduite sous-marine reposant sur le fond de la mer avec à son extrémité au moins une partie desdits éléments de jonction comprenant à leur extrémité une première partie d'élément de raccordement, et
3. on solidarise la partie horizontale rectiligne terminale de ladite conduite reposant sur le fond de la mer sur ladite embase, et 4. on descend ledit riser vertical comprenant à son extrémité au moins l'autre partie desdits éléments de jonction, comprenant à leur extrémité inférieure au moins une dite deuxième partie d'élément de raccordement, et
5. on réalise le raccordement de ladite première partie et de ladite deuxième partie pour former ledit élément de raccordement, et 6. on bloque lesdits éléments de jonction sur ladite embase.
Plus particulièrement, dans le procédé de l'invention dans lequel ladite embase comprend une dite plate-forme et au moins un dit support mobile, on réalise les étapes dans lesquelles :
1. on met en place au fond de la mer ladite plate-forme, et ledit support mobile sur ladite plate-forme, et l'on actionne lesdits verrous pour contrôler et empêcher le déplacement en hauteur dudit support mobile par rapport à ladite plate-forme tout en laissant libre le mouvement de translation contrôlée dudit support mobile dans ladite direction longitudinale YY', et
2. on descend et met en place au fond de la mer une dite conduite sous- marine équipée à son extrémité d'au moins une partie desdits éléments de jonction comprenant à leur extrémité au moins une dite première partie d'élément de raccordement, et
3. on solidarise sur le fond dudit support mobile, la partie rectiligne horizontale terminale de ladite conduite reposant a fond de la mer, et
4. on descend un dit riser vertical équipé à son extrémité inférieure d'au moins l'autre partie desdits éléments de jonction comprenant à leur extrémité une dite deuxième partie complémentaires d'éléments de raccordement, et
5. on rapproche les dites première et deuxième parties d'éléments de raccordement et on réalise le raccordement, et
6. on réalise le blocage desdits éléments de jonction sur ledit support mobile.
Dans une variante de réalisation du procédé, le support mobile est assemblé en surface au sein de la plate-forme, puis l'ensemble est alors descendu et mis en place sur le fond de la mer.
Pour mettre en œuvre une version préférée de réalisation du procédé de l'invention lesdits éléments de jonction sont tels que : a) ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer est équipée à son extrémité d'un dit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude, ledit élément de conduite en forme de coude présentant à son extrémité supérieure une dite première partie d'un élément de raccordement, et b) le dit riser vertical est équipé à son extrémité inférieure d'un dit joint flexible et d'une dite deuxième partie d'élément de raccordement en sous-face dudit joint flexible.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée des modes de réalisation qui va suivre, en référence aux figures 1 à 12.
La figure 1 est une vue de côté de la partie supérieure d'une tour hybride reliée à un support flottant de type FPSO, avec un navire 2 effectuant une opération d'intervention à la verticale de ladite tour.
La figure 2 représente une vue en coupe de la partie inférieure de l'installation selon l'invention, après raccordement du riser vertical avec ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer.
La figure 3 représente une vue de dessus au niveau de l'orifice supérieur du support mobile 14 de la figure 2 avec un système de coin tronconique 17.
La figure 4 est une vue de côté en coupe de la partie inférieure de l'installation, après raccordement. La figure 5 est une vue en coupe de l'embase avant installation du dit support mobile et desdites conduites à raccorder.
La figure 6 est une vue de côté de l'embase comprenant la plate-forme et le support mobile mis en place avant la mise en place des conduites à raccorder.
La figure 7 est une vue en coupe de l'installation dans sa partie inférieure montrant la mise en place de l'élément de conduite présentant une courbure en forme de coude descendant à l'intérieur dudit support mobile.
La figure 8 est une vue en coupe de la partie inférieure de l'installation dans l'étape de mise en place postérieure à l'étape de la figure 7 dans laquelle, après mise en place de l'élément de conduite en forme de coude, on descend, à l'intérieur dudit support mobile, l'extrémité inférieure dudit riser équipé d'un joint flexible et d'une partie femelle d'un élément de raccordement.
La figure 9 représente une vue en coupe de la partie inférieure de l'installation après raccordement des conduites en sous-face du joint flexible.
La figure 10 représente une vue de côté en coupe de la figure 9. La figure 11 représente une vue de dessus d'une embase selon l'invention comprenant un support mobile pouvant coulisser en translation sur une plate-forme 15 supportant des barrières de guidage 16ι , la dite translation étant contrôlée par une butée de terminaison 163.
La figure 12 représente une vue de côté en coupe d'une variante de réalisation du raccordement de conduites de l'installation selon l'invention.
Dans la figure 1 , le FPSO 1 est ancré sur un champ pétrolier par 1 500m de hauteur d'eau, par un système d'ancrage non représenté et comporte au niveau de son bordé un système de supportage 2ι de conduites flexibles 3 d'effluents pétroliers en configuration de chaînette remontant vers un dispositif en forme de col de cygne 4-ι, lui-même solidaire de l'extrémité supérieure d'un riser vertical 5. L'ensemble est maintenu en tension par ledit flotteur 6 installé en tête du riser vertical 5 par l'intermédiaire d'une conduite flexible 7. Ledit flotteur 6 est traversé par une conduite 8 en continuité dudit flexible 7 pour déboucher sur un orifice obturé par une vanne 9. Un navire d'intervention 2 situé à la verticale dudit flotteur peut effectuer une opération de maintenance par coil-tubing à travers le flotteur 6, de manière à pousser dans la partie verticale de la conduite, une conduite rigide, non représentée, de faible diamètre, en général 50mm, destinée à nettoyer l'intérieur de la canalisation au fur et à mesure -de sa progression. Les dispositifs de coil-tubing étant connus de l'homme de l'art dans le domaine des interventions sur puits pétroliers ne seront pas développés plus en détails ici. Sur les figures 2 à 4, et 6 à12, on a représenté la partie inférieure d'une installation selon l'invention dans laquelle la liaison entre l'extrémité inférieure dudit riser vertical 5 et ladite conduite sous-marine 10 reposant au fond de la mer se fait par l'intermédiaire d'un système d'ancrage comprenant une embase 4 posée sur le fond. Ladite embase 4 comprend :
- une plate-forme 15 reposant sur le fond de la mer, et
- un support mobile 14 auquel lesdits éléments de jonction 11-13 sont fixés, et
- ledit support mobile 14 étant apte à se déplacer de façon contrôlée sur ladite plate-forme selon une dite translation selon une dite direction longitudinale
YY" correspondant à la direction axiale de la partie terminale horizontale de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer 10.
La plate-forme 15 comprend une structure constituant des éléments de guidage 16ι tels que barrière ou glissière qui empêchent tout autre déplacement du support mobile dans une direction latérale XX' ou en hauteur, c'est à dire dans une direction verticale 121.
Ladite embase 4 assure le maintien rigide et le guidage des éléments de jonction 11-13 entre l'extrémité inférieure dudit riser vertical 5 et l'extrémité de la partie horizontale terminale rectiligne de ladite conduite reposant au fond de la mer 10, et lesdits éléments de jonction 11-13 comprennent un élément de conduite présentant une courbure en forme de coude 11 et un élément de raccordement de conduite 12, de préférence un unique élément de raccordement, de préférence encore, un unique connecteur automatique, le maintien et le guidage desdits éléments de jonction 11-13 étant tels que lesdits éléments de jonction 11-13 ne peuvent se déplacer que dans un mouvement de translation dans une unique direction longitudinale YY' correspondant à la direction axiale de ladite partie terminale rectiligne horizontale de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer 10.
Les figures 2 et 9 représentent des coupes en vue de face d'une installation selon l'invention après mise en place de tous les éléments de jonction et des conduites à raccorder.
Les figures 4 et 10, représentent des vues de côté d'une installation selon l'invention, après mise en place des éléments de jonction et des conduites à raccorder.
En revanche les figures 5 à 8, ainsi que 11 et 12 représentent des vues de différents éléments constitutifs de l'installation selon l'invention au cours des différentes phases de la procédure de mise en place.
Ainsi, sur la figure 5, on a représenté la plate-forme 15 surmontée des barrières de guidage latérales 16ι qui assurent le guidage dans le coulissement en translation longitudinale selon la direction YY' de l'élément de support mobile dont la partie inférieure est maintenue entre lesdites barrières de guidage 16ι.
Sur les figures 10 et 11 , on a représenté un élément de butée I63 qui permet de contrôler le coulissement en translation et empêche un coulissement excessif du support mobile 14 à l'intérieur des barrières de guidage I61 par dessus la plate-forme 15. Ce coulissement en translation dans la direction..YY' est rendu possible à l'aide de patins de glissement 14-ι, disposés dessous ledit support mobile 14, sur ses côtés et sur le dessus. On peut également utiliser des rouleaux ou tout autre dispositif visant à réduire le frottement lors des déplacements longitudinaux dans la direction YY'.
Sur la figure 6, on a représenté le support mobile 14 descendu depuis la surface à l'aide de câbles non représentés, inséré entre les structures en élévation constituant les barrières de guidage I61 disposées par dessus la plate-forme de guidage 15. Ce support mobile 14 peut se déplacer selon un axe longitudinal YY' grâce aux patins de glissement 14ι mais ne peut se déplacer ni latéralement selon l'axe XX', ni vers le haut selon l'axe 12. En effet, la partie supérieure des barrières de guidage 161 coopère avec des éléments de blocage mobile consistant en un système de coin 16 , lesquels peuvent être engagés de manière à ce que la forme extérieure de la partie inférieure du support mobile au niveau d'un épaulement 144 sur laquelle repose des patins de glissement 14-ι, viennent buter contre lesdits coins engagés 162 en empêchant l'élévation du support mobile 14. Sur les figures 2, 10 et 11 , on montre que les barrières de guidage I61 disposées par dessus la plate-forme 15, sont espacées de manière à ménager un jeu suffisant, par exemple de 1 cm, de part et d'autre du support mobile lorsque celui-ci est mis en place sur la plate-forme entre lesdites barrières de guidage 16ι pour éviter d'éventuels coincements lors des déplacements selon l'axe YY' du support mobile 14 par dessus la plate-forme 15. La plate-forme 15 est maintenue en position sur le fond de la mer 20 soit par son propre poids, soit par rajout de corps morts 152, soit par l'intermédiaire d'ancres à succion 153 foncées à travers la plate-forme, soit encore par une combinaison de ces méthodes. Des bêches 15ι sont avantageusement prévues en sous-face de la plate-forme 15 pour éviter tout glissement ou déplacement horizontal de la plate-forme quelle que soit la direction.
Dans les figures 2, 6 7, 8 et 12, on a représenté le support mobile qui repose sur ses patins inférieurs 14ι sur la plate-forme 15. Plus précisément, les patins inférieurs 14-ι reposent sur une échancrure à la base des barrières de guidage 16ι. Ce type de position se produit lorsque le flotteur supérieur 6 de la figure 1 n'est pas complètement déballasté et maintient le riser 5 en tension, et que le poids propre du support mobile 14 est tel que ledit support mobile repose quand même sur ses patins inférieurs 14-ι.
En revanche, sur la figure 9, lorsque le flotteur supérieur 6 a été complètement déballasté, le support mobile 14 se trouve alors en suspension mais ne peut s'élever en raison du contact des patins supérieurs 14ι avec les éléments de blocage 162 qui coopèrent à la partie supérieure des barrières de guidage 161 de manière à retenir ledit support mobile 14 de par la forme extérieure de sa partie inférieure notamment au niveau d'un épaulement 144 qui rentre en contact par l'intermédiaire des patins supérieurs 14ι avec les coins de blocage 162. En ajustant la flottabilité du flotteur supérieur 6, il est possible d'équilibrer la charge de manière à réduire les efforts de contact positifs ou négatifs, c'est à dire dirigés vers le haut ou vers le bas, entre le support mobile 14 et la structure ancrée comprenant la plate-forme 15 et les barrières de guidage 16ι Ceci a pour effet de réduire l'usure des patins de contact 14-] et surtout de minimiser les efforts F transmis par la conduite sous-marine 10 à l'embase ancrée de la tour riser, ainsi que les efforts de compression interne à la dite conduite sous-marine 10, source potentielle de phénomènes de flambage pouvant conduire à la ruine de l'installation.
A titre d'exemple, la plate-forme 15 peut avoir une longueur de 10 à 12 m et une largeur de 6 m, capable de recevoir des corps morts 152 de 25 à 50 tonnes. Le support mobile 14 peut avoir une masse de 40 tonnes correspondant à la tension minimum requise en pied de riser, c'est à dire au niveau du joint flexible 13. Ledit support mobile 14 peut mesurer environ 1 ,5 m de large et 4 m de longueur. Lors de l'installation, le support mobile 14 est positionné sensiblement a milieu de la plateforme, ce qui autorise un déplacement relatif Δ de plus ou moins 3 m, le long de l'axe XX', déplacement engendré par l'expansion ou la rétractation thermique, ainsi que de la conduite sous-marine 10, ainsi que par la pression interne de la conduite sous-marine 10 reposant sur le fond.
Sur les figures 4 et 6 à 12, on a montré un support mobile 14 présentant une cavité centrale 18 dont la partie supérieure comprend une paroi interne périphérique qui est évasée en forme d'entonnoir, ladite cavité 18 étant ouverte dans sa partie supérieure par un orifice 18ι correspondant à ladite grande base de la partie supérieure en forme d'entonnoir de la cavité 18. Au fond de la cavité 18, un socle en forme de berceau 143 permet de recevoir et de supporter l'élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude 11 qui est disposé à l'intérieur dudit support mobile 14 comme représenté sur les figures 2 et 9.
Dans une variante de réalisation, le support mobile présente une cavité interne ouverte également à sa base, de sorte que l'on peut mettre en place la conduite sous-marine en l'installant provisoirement sur la plate-forme 15, puis descendre le support mobile par-dessus la conduite sous-marine dans la mesure où la cavité centrale du support mobile autorise le passage de l'élément coudé 11 et du connecteur automatique 12, et enfin, on solidarise la conduite sous-marine avec le support mobile dont le socle 143 et lesdits moyens de verrouillage 19-19ι sont situés sur la paroi de la cavité interne du support mobile situé au-dessus de ladite conduite initialement installée sur la plate-forme 15. Dans les figures 4, 10 et 11 , la conduite sous-marine 10 reposant au fond de la mer se termine par un élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude 11 , se terminant à sa partie supérieure tournée vers le haut par une première partie 12-ι d'un élément de raccordement 12, à savoir ici, une partie mâle. La partie terminale rectiligne horizontale de la conduite sous-marine reposant sur le fond de la mer 10 située avant ledit élément de conduite en forme de coude 11 , est supportée par le socle-berceau 143 sur le fond dudit support mobile 14, et elle est verrouillée par un dispositif 19 assure le verrouillage d'une virole 19ι soudée à l'extérieure de la conduite sous-marine 10. Lors du déplacement du support mobile 14 créé par l'expansion de la conduite sous-marine 10 reposant sur le sol, sous l'effet de la température et de la pression interne, le dit support mobile 14 glissera au sein de la plate-forme ancrée 15-16-ι-162 entre les barrières de guidage latérales 16ι. Ainsi on réduit de manière radicale les efforts transmis à ladite embase ancrée, ainsi que les efforts de compression au sein de la conduite sous-marine reposant sur le fond, et on supprime ainsi les risques de flambage et de dégradation de ladite conduite sous-marine 10. Dans le mode de réalisation des figures 2 à11 , notamment tel que représenté dans la figure 8, le riser vertical comprend à son extrémité inférieure un joint flexible 13, lui-même- solidaire en sous-face de la seconde partie 122 du connecteur automatique 12, destiné à coopérer avec la première partie 121 pour réaliser le raccordement de Télément de raccordement 12 consistant en un connecteur automatique. Le passage interne du joint flexible 13, ainsi que du connecteur automatique 12 présente un diamètre intérieur de préférence identique à celui du riser 5. Le joint flexible 13 est renforcé par une structure externe de renfort qui permet d'assurer son encastrement dans l'orifice supérieur 18ι de la cavité 18 du support mobile 14 pour assurer la rigidité de l'ensemble lorsque un système de coins tronconiques 17 vient le verrouiller en position définitive dans la cavité 18 au niveau de l'orifice supérieur 18ι du support mobile 14, comme illustré sur les figures. Le joint flexible étanche peut être de type rotule mécanique ou de type joint flexible élastomère, ou encore correspondre à une longueur limitée de conduite flexible capable de fournir le même déplacement angulaire par rapport à la verticale du riser 5, notamment dans un cône d'angle α pouvant atteindre 15 degrés.
L'élément de conduite présentant une courbure en forme de coude 11 présente une courbure comprenant un arc de cercle avec un grand rayon de courbure, notamment un rayon de courbure supérieur à 5 m, plus particulièrement de Tordre de 5 à 10 m réalisé par un élément de conduite courbe mesurant de 7 à 15 m.
Dans le procédé de mise en place d'une installation selon l'invention, on peut réaliser les étapes successives suivantes :
1. on met en place a fond de la mer, ladite plate-forme 15 surmontée de la structure de guidage constituée par les barrières 16ι coopérant avec les éléments de blocage ou système de coin 162 dans leur partie supérieure, et
2. on ancre la plate-forme 15 à l'aide de différents moyens d'ancrage tels que des corps morts 152 que Ton descend à l'aide de câbles ou d'ancres à succion 153 , et 3. on descend un dit support mobile 14 que Ton insère entre les barrières de guidage 16ι par dessus la plate-forme 15 et Ton actionne les verrous de blocage 162 qui empêchent le déplacement vers le haut dans la direction 121 du support mobile 14 tout en laissant libre le coulissement en translation dans la direction longitudinale YY' du support mobile 14, ledit coulissement en translation dans la direction YY' étant contrôlé par les éléments de butée I63-I64 reposant sur la plate- forme 15, et
4. on installe au fond de la cavité 18 dudit support mobile, en le descendant à travers l'orifice supérieur 18-ι, un élément de conduite rectiligne constitutif de la partie terminale horizontale de la conduite sous-marine reposant au fond de la mer 10, ladite partie terminale horizontale étant équipée à son extrémité d'un dit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude 11 , lequel élément coudé 11 présente à son extrémité supérieure une première partie mâle 12ι d'un connecteur automatique 12, et
5. on dépose ledit élément de conduite rigide coudé 11 au fond de la cavité 18 de sorte que la partie horizontale rectiligne terminale de la conduite sous-marine reposant au fond de la mer repose sur le socle berceau 143, et on solidarise ladite partie terminale horizontale de la conduite sous-marine reposant au fond de la mer 10 avec un système de verrouillage 19, 19ι de type collier, et
6. on descend un riser vertical 5 équipé à son extrémité inférieure d'un joint flexible 13 renforcé et de la deuxième partie complémentaire femelle 122 dudit connecteur automatique 12 en sous-face du dit joint flexible renforcé 13, puis
7. après approche des dites première et deuxième parties 121 et 122 complémentaires dudit élément de raccordement 12, on réalise ledit raccordement, et
8. une fois le raccordement effectué, on réalise le blocage dudit joint flexible renforcé ou d'une portion de conduite terminale à l'extrémité inférieure dudit riser dessous le dit joint flexible renforcé 13, à l'intérieur de l'orifice supérieur I81 comportant une paroi périphérique de forme évasée, à l'aide d'un système de coin venant se bloquer entre ladite paroi périphérique en forme d'entonnoir de ladite ouverture supérieure I81 et ledit joint flexible renforcé 13 ou ladite portion de conduite terminale dessous ledit joint flexible 13.
Des coins 17 représentés sur les figures 6 à 8 en position dégagée par rapport à ladite paroi de l'orifice supérieur I81, sont actionnés par un ROV au moyen de vérins hydrauliques non représentés pour venir ensuite s'engager à l'intérieur de l'orifice supérieur I81 contre sa paroi périphérique évasée comme représenté sur les figures 4, 9, 10 et 12. Les coins tronconiques 17 viennent buter en appui sur la structure de renfort dudit joint flexible renforcé 13 et le maintenir en position fixe par rapport a support mobile 14.
Des verrous complémentaires 142 sont alors actionnés par un dispositif non représenté permettant ainsi de transférer au support mobile 14 l'intégralité de la charge verticale créée par le riser 5 maintenue en tension par le flotteur supérieur 6 de la figure 1.
La figure 3 est une coupe en vue de dessus relative à l'orifice supérieur 18ι montrant trois coins tronconiques 17 dont l'un est représenté en position rétractée vers le haut, et le deux autres en position de coincement engagé vers le bas à l'intérieur de l'orifice 18-ι. L'installation selon l'invention a été décrite sur les figures 2 à 11 avec un joint flexible renforcé 13 situé au dessus d'une partie 122 de connecteur automatique 12.
Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 12, ledit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude 11 est pré-installé en sous-face dudit joint flexible renforcé 13, ledit élément de conduite en forme de coude 11 présentant à son extrémité inférieure libre, une première partie 122 d'élément de raccordement du type connecteur automatique 12.
Dans ce cas, ladite première partie 122 d'élément de raccordement a son axe disposé horizontalement légèrement au dessus du fond de la cavité 18 du support mobile 14, une fois que le joint flexible 13 est bloqué en place dans l'ouverture supérieure 18ι du support mobile 14 à l'aide des coins 17. On réalise ensuite le raccordement avec la conduite sous-marine reposant au fond de la mer 10 dont la partie terminale rectiligne horizontale repose sur un chariot 21 coulissant sur la plate-forme 15 à l'aide de patins de glissement 22, ladite partie terminale horizontale rectiligne de la conduite sous-marine reposant au fond de la mer 10 étant tenue par des berceaux 143 sur le fond du dit chariot mobile 21 et solidaire dudit chariot 21 par un collier de verrouillage 19-19ι. On effectue le raccordement par déplacement, dans ladite direction longitudinale YY', dudit chariot mobile 21 entre lesdites barrières de glissement 16ι sur la plate-forme 15. On solidarise enfin le chariot 21 au support mobile 14 par des moyens non représentés.
En raison de sa complexité, on préfère installer la partie femelle 122 d'un connecteur automatique 12 sur l'équipement manipulé en dernier, mais on peut inverser les dites première et deuxième parties mâle et femelle 12-ι-122 de Télément de raccordement. Sur la figure 1 , l'installation comprend un dispositif de liaison 4-ι, 7 entre ledit flotteur 6 et l'extrémité supérieure dudit riser 5, comprenant : - une deuxième conduite souple 7 dont les extrémités sont encastrées au niveau respectivement de la sous-face dudit flotteur 6 et de l'extrémité supérieure du riser 5,
- la liaison de ladite deuxième conduite souple 7 à l'extrémité supérieure dudit riser 5 se faisant par l'intermédiaire d'un dispositif en forme de col de cygne
4-ι, lequel dispositif en forme de col de cygne 4-ι assure aussi la liaison entre ledit riser 5 et une dite-conduite flexible 3 avec le support flottant,
- ladite deuxième conduite souple 7 étant prolongée à travers ledit flotteur 6 par une conduite tubulaire rigide 8 traversant le flotteur de part en part, de sorte que Ton peut intervenir à l'intérieur dudit riser vertical 5 à partir de la partie supérieure du flotteur 6 à travers ladite conduite tubulaire rigide 8, puis ledit dispositif de liaison constitué de ladite deuxième conduite souple 7 et à travers ledit dispositif en forme de col de cygne 4-ι, de façon à accéder à l'intérieur dudit riser 5 et le nettoyer par injection de liquide et /ou par raclage de la paroi interne dudit riser 5, puis de ladite conduite sous-marine 10 reposant au fond de la mer.
Ladite deuxième conduite souple 7 présente à ses extrémités des éléments de variation progressive d'inertie de section 7ι, 72 au niveau respectivement de la sous-face du flotteur 6 et de l'extrémité supérieure du col de cygne.
Le dispositif en forme de col de cygne comprend une partie droite supérieure qui assure la jonction entre ledit riser vertical et ladite deuxième conduite souple reliée audit flotteur. Sur cette dite partie droite du dispositif en forme de col de cygne, une dérivation courbe en forme de coude, permet la jonction entre l'extrémité dudit riser vertical et l'extrémité de ladite conduite flexible elle-même reliée audit support flottant. Les extrémités de ladite courbe étant sensiblement tangente avec la courbe de la chaînette constituée par ladite conduite flexible qui assure la liaison au support flottant, et sensiblement tangente avec ladite partie droite du dispositif en forme de col de cygne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de liaison fond-surface pour conduite sous-marine (10) reposant au fond de la mer, notamment à grande profondeur, comprenant : a) au moins un riser vertical (5) relié à son extrémité inférieure à au moins1 une conduite sous-marine (10) reposant au fond de la- mer, et à son extrémité supérieure à au moins un flotteur (6), et b) au moins une conduite de liaison (3), de préférence une conduite flexible, assurant la liaison entre un support flottant (1) et l'extrémité supérieure (4) dudit riser vertical (5), et c) la liaison entre l'extrémité inférieure dudit riser vertical (5) et une dite conduite sous-marine (10) reposant au fond de la mer se fait par l'intermédiaire d'un système d'ancrage comprenant une embase (4) posée sur le fond, caractérisée en ce que ladite embase (4) assure le maintien et le guidage des éléments de jonction (11-13) entre l'extrémité inférieure dudit riser vertical (5) et l'extrémité de la partie horizontale rectiligne terminale de ladite conduite reposant au fond de la mer (10), et lesdits éléments de jonction (11-13) comprennent un élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude (11) et un élément de raccordement de conduite (12), de préférence un unique élément de raccordement, de préférence encore, un unique connecteur automatique, le maintien et le guidage desdits éléments de jonction (11 -13) étant tels que lesdits éléments de jonction (11-13) ne peuvent se déplacer que dans un mouvement de translation dans une unique direction longitudinale YY' sensiblement correspondant à la direction axiale de ladite partie terminale rectiligne horizontale de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer (10).
2. Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite embase (4) comprend :
- une plate-forme (15) reposant sur le fond de la mer, et
- un support mobile (14) auquel lesdits éléments de jonction (11-13) sont fixés, et
- ledit support mobile (14) étant apte à se déplacer, de préférence de façon contrôlée, sur ladite plate-forme selon une dite translation dans une dite direction longitudinale YY' correspondant à la direction axiale de la partie terminale horizontale de ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer (10).
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit riser vertical (5) comprend dans sa partie terminale inférieure un joint flexible (13), de préférence renforcé, lequel permet des mouvements angulaires (α) de la partie dudit riser vertical (5) située au dessus dudit joint flexible (13), et lesdits éléments de jonction (11-13) comprennent ledit joint flexible (13) ou une portion de riser vertical située au dessous dudit joint flexible (13).
4. Installation selon Tune des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que :
- une première partie (12-ι), de préférence mâle d'un dit élément de raccordement (12) est solidaire dudit joint flexible (13), et disposée juste dessous celui-ci, et
- ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer (10) se termine par un dit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude (1 ) présentant à son extrémité une deuxième partie (122), de préférence femelle, d'un dit élément de raccordement (12), apte à coopérer avec ladite première partie pour former ledit élément de raccordement (12).
5. Installation selon Tune des revendications 1 à 3 , caractérisée en ce que :
- ledit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude (11) est fixé directement en sous face dudit joint flexible (13) et comprend à son autre extrémité une première partie (12ι), de préférence femelle, d'un dit élément de raccordement (12), et
- ladite première partie (12ι) de élément de raccordement, de préférence femelle, coopère avec une deuxième partie (122) d'élément de raccordement, de préférence mâle, à l'extrémité d'une partie horizontale terminale d'une conduite sous-marine reposant au fond de la mer (10) pour former un dit élément de raccordement (12).
6. Installation selon Tune des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que ledit support mobile (14) comprend une cavité centrale (18) ouverte sur le dessus par un orifice supérieur (18-ι) apte à recevoir ledit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude (11) lorsque celui-ci est descendu depuis la surface au sein dudit support mobile (14).
7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit orifice supérieur (18-ι) coopère avec des éléments de blocage, de préférence un système de coin (17), permettant de bloquer ledit joint flexible renforcé (13) lequel est ainsi maintenu rigidement et fixement solidaire dudit support mobile (14), et la partie terminale horizontale de ladite conduite reposant au fond de la mer (10) est maintenue fixement sur le fond dudit support mobile, de préférence à l'aide d'un système de collier (19-19-ι).
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit orifice supérieur (18ι) présente une paroi interne périphérique, en forme d'entonnoir avec une grande base supérieure et lesdits coins (17) permettant le blocage dudit joint flexible renforcé (13) sont constitués par des coins tronconiques (17).
-- 9:" Installation selon Tune des revendication 2 à 8, caractérisée en ce que ladite plate-forme comprend des éléments de guidage et maintien (I61-I63) dudit support mobile (14) de sorte que ledit support mobile (14) ne peut se mouvoir sur ladite plate-forme (15) que par coulissement en translation dans une dite direction longitudinale YY', de préférence à l'aide de patins de glissement (1 .
10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit support mobile (14) est maintenu latéralement entre deux barrières latérales de guidage (161) de ladite plate-forme, et lesdites barrières latérales de guidage (I61) coopèrent avec des éléments mobiles de blocage (162) qui en position rétractée de dégagement permettent la descente dudit support mobile (14) depuis la surface jusqu'à une position entre les deux dites barrières latérales (I61) par dessus ladite plate-forme (15), et en position avancée de blocage coopèrent avec la forme extérieure (144) dudit support mobile (14) de manière à ce que le déplacement vertical 12 en hauteur de celui-ci soit contrôlé.
11. Installation selon Tune des revendication 1 à 10, caractérisée en ce que ladite embase (4) comprend une plate-forme (15) reposant au fond de la mer, laquelle coopère avec des éléments de stabilisation comprenant des corps morts (152) posés par dessus ladite plate-forme (15) ou des ancres à succion (153) traversant ladite plate-forme pour être enfoncés dans le sol et/ou des éléments en saillie de type bêches (15ι) disposés en sous face de ladite plate- forme et enfoncés dans le fond de la mer pour éviter tout glissement de ladite plate-forme au fond de la mer.
12. Procédé de mise en place d'une installation selon Tune des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend les étapes dans lesquelles :
1. on met en place au fond de la mer (20) une dite embase (4), et
2. on descend au fond de la mer, une dite conduite sous-marine reposant sur le fond de la mer (10) avec à son extrémité au moins une partie desdits éléments de jonction (11-13) comprenant à leur extrémité une première partie (12^ d'élément de raccordement, et
3. on solidarise la partie horizontale rectiligne terminale de ladite conduite reposant sur le fond de la mer (10) sur ladite embase, et
4. on descend ledit riser vertical comprenant à son extrémité au moins l'autre partie desdits éléments de jonction (11-13),! comprenant à leur extrémité inférieure au moins une dite deuxième partie (122) d'élément de raccordement, et
5. on réalise le raccordement de ladite première partie (12ι) et de ladite deuxième partie (122) pour former ledit élément de raccordement (12), et
6. on bloque lesdits éléments de jonction (13) sur ladite embase (4).
13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel ladite embase comprend une dite plate-forme (15) et au moins un dit support mobile (14) et on réalise les étapes dans lesquelles :
1. on met en place au fond de la mer (20) ladite plate-forme (15), et ledit support mobile (14) sur ladite plate-forme (15), et Ton actionne lesdits verrous (162) pour contrôler et empêcher le déplacement en hauteur dudit support mobile par rapport à ladite plate-forme tout en laissant libre le mouvement de translation contrôlée dudit support mobile dans ladite direction longitudinale YY', et 2. on descend et met en place au fond de la mer (20) une dite conduite sous-marine (10) équipée à son extrémité d'au moins une partie desdits éléments de jonction (11 -13) comprenant à leur extrémité au moins une dite première partie (12-ι) d'élément de raccordement, et
3. on solidarise sur le fond (143) dudit support mobile (14), la partie rectiligne horizontale terminale de ladite conduite reposant a fond de la mer (10), et
4. on descend un dit riser vertical (5) équipé à son extrémité inférieure d'au moins Tautre partie desdits éléments de jonction (11-13) comprenant à leur extrémité une dite deuxième partie (122) complémentaires d'éléments de raccordement (12), et 5. on rapproche les dites première et deuxième parties (12^ et (122) d'éléments de raccordement (12) et on réalise le raccordement, et
6. on réalise le blocage desdits éléments de jonction (11-13) sur ledit support mobile.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que : a) ladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer (10) est équipée à son extrémité d'un dit élément de conduite rigide présentant une courbure en forme de coude (11), ledit élément de conduite en forme de coude présentant à son extrémité supérieure une dite première partie (12-ι) d'un élément de raccordement (12), et b) le dit riser vertical (5) est équipé à son extrémité inférieure d'un dit joint flexible (13) et d'une dite deuxième partie (122) d'élément de raccordement (12) en sous-face dudit joint flexible (13).
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