WO2019141933A1 - Dispositif et procédé pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin - Google Patents

Dispositif et procédé pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin Download PDF

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WO2019141933A1
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WO
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module
hydraulic
piston
damping
circuit
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/050076
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Inventor
Raymond Hallot
Fabrice BACATI
Thomas DELAPLACE
Original Assignee
Saipem S.A.
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Publication date
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Priority to US16/961,791 priority patent/US11148913B2/en
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/101—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means for containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/62—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means comprising article-engaging members of a shape complementary to that of the articles to be handled
    • B66C1/66—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means comprising article-engaging members of a shape complementary to that of the articles to be handled for engaging holes, recesses, or abutments on articles specially provided for facilitating handling thereof
    • B66C1/663—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means comprising article-engaging members of a shape complementary to that of the articles to be handled for engaging holes, recesses, or abutments on articles specially provided for facilitating handling thereof for containers
    • 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
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0007—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 for underwater installations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/36—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for floating cargo

Definitions

  • the present invention relates to the general field of submarine treatment of fluids involved in the production of hydrocarbons, for example oil and gas, or the exploitation of deep-sea mining resources from subsea production wells. .
  • underwater processing stations In the context of the production of hydrocarbons, it is generally necessary to proceed with the treatment of production effluents and / or injection fluids (such as, for example, seawater).
  • production effluents and / or injection fluids such as, for example, seawater.
  • injection fluids such as, for example, seawater.
  • underwater processing stations called “subsea processing”, in which the fluids are treated in equipment placed directly on the seabed instead of being located on the platforms of production as is usually the case.
  • These underwater treatment stations have many economic advantages, in particular in that they make it possible to avoid having to route the fluids to the surface. In a more general way, these underwater treatment stations can help to unblock the exploitation of new fields previously difficult to exploit.
  • this underwater treatment solution poses some problems.
  • these stations may require interventions for maintenance operations for which it is then necessary to remount equipment from the station to the surface.
  • each of these modules is light enough to be brought to the surface by means of a conventional intervention and maintenance boat.
  • the architecture of the treatment station typically consists of a structural base on which are placed and connected the different modules. The assembly formed by the base and the modules constitutes the complete treatment station. It is also necessary to connect the modules together and / or with the structural base if the fluids to be treated pass through them between the different modules (the structural base of the station is then called "flowbase”), these connections being made using vertical or horizontal connectors.
  • the present invention therefore has the main purpose of providing a device for the installation and maintenance of a module of an underwater treatment station that does not have the aforementioned drawbacks.
  • a device for installing and handling a module of an underwater treatment station comprising a frame intended to be fixed to a module, and a hydraulic system intended to provide damping and controlled descent of the module on the base of the station, the hydraulic system comprising a plurality of hydraulic cylinders each intended to be connected to a foot . able to come in contact with a base of the underwater treatment station, each hydraulic cylinder comprising:
  • a piston intended to be brought into contact with a foot and movable in translation inside the cylinder body between a first mechanical stop corresponding to an extended position of the piston and a second mechanical stop corresponding to a retracted position of the piston, the piston separating the internal volume of the cylinder body into a first chamber and a second chamber which are sealed relative to each other;
  • each hydraulic cylinder being supplied with hydraulic fluid by two independent hydraulic circuits comprising a damping circuit able to move the piston between its deployed position and an intermediate position located between the deployed position and the retracted position and defined by a stop hydraulic, and a controlled descent circuit adapted to move the piston between the intermediate position and its retracted position.
  • the hydraulic system of the device comprises hydraulic cylinders fixed to the frame and whose piston is brought into contact or connected with the feet and having two functions: a damping function of the impacts during the landing of the module on the base of the station during which the piston moves between its deployed position (first mechanical stop) and its intermediate position (hydraulic stop), and a controlled descent function in which the piston can move between its intermediate position and its retracted position ( second mechanical stop).
  • a controlled descent function in which the piston can move between its intermediate position and its retracted position
  • the device according to the invention is thus remarkable, in particular in that it provides for a decoupling between the damping stroke and the controlled descent stroke of the pistons of the hydraulic cylinders, unlike the damping devices of the prior art in which these two phases are implemented at the same time.
  • the damping during the landing of the module takes place without risk of contact between the faces of the vertical connectors, whatever the number of impacts.
  • the final descent of the module is performed independently of the movements of the boat installation and maintenance and can be perfectly controlled.
  • the device of the invention thus minimizes the risks associated with the installation of modules equipped with vertical connectors.
  • the use of multi-stage hydraulic cylinders makes it possible to implement these functions in a compact and as light as possible manner.
  • the device according to the invention can make it possible to reassemble the module to carry out maintenance operations on the connectors (change of joint for example) without using the winch of the maintenance boat.
  • the device according to the invention can be recovered on the surface after the installation of a module, which makes it possible to carry out its maintenance for the next operation.
  • each hydraulic cylinder may have, at an end located inside the cylinder body, an opening communicating with the first chamber and a collar coming into sealing contact with an inner wall of the cylinder body.
  • each hydraulic cylinder may be provided with a finger protruding inside the first chamber, the finger having an outer diameter corresponding substantially to the internal diameter of the piston so as to cooperate with the opening of the piston to form the hydraulic stop corresponding to the intermediate position of the piston.
  • the finger advantageously comprises a discharge duct of the controlled descent hydraulic circuit which opens into the piston when the latter is in the intermediate position so as to allow the piston to move between the intermediate position and the retracted position.
  • each hydraulic cylinder may include bearings against which the collar of the piston is adapted to come into contact to form the first and the second mechanical stop.
  • Each hydraulic cylinder may further comprise a guide rod connecting the finger to the piston and a spring mounted around the guide rod to assist the deployment of the piston.
  • the second chamber of each hydraulic cylinder can be supplied with hydraulic fluid by a hydraulic circuit rise.
  • the hydraulic lifting circuit of each hydraulic cylinder may comprise grooves formed in an outer wall of the piston which open outside the device and open into the second chamber.
  • the damping and controlled descent circuits each comprise a valve which is adapted to be driven by an underwater vehicle remote-controlled from the surface, and a non-return valve in parallel with the valve to make it possible to increase the flow of fluid entering during the deployment of the cylinders.
  • the damping and controlled descent circuits each comprise at least one pressure limiting valve downstream of the hydraulic cylinders.
  • the damping and controlled descent circuits can be supplied with seawater.
  • the invention also relates to a method for installing and handling a module of an underwater treatment station, in which the frame of a device as defined above is attached to a module, the method comprising during the phases of descent and landing of the module on a base of the underwater treatment station, the steps of:
  • the opening of the descent circuit controlled by maintaining the damping circuit open to allow the final descent of the station of the module on the basis of the station.
  • the method further comprises, during a lifting phase of the module, a step of pumping the fluid to inject it into the damping and controlled descent circuits to deploy the respective pistons of the hydraulic cylinders of the device.
  • the method further comprises, during a recovery phase at the surface of the device after installation of the module based on the underwater treatment station, closing the controlled descent circuit and opening mechanical connections between the device and the module in order to lift the surface of the device using a winch a boat installation and maintenance.
  • the method further comprises a module recovery phase at the surface with the device recovered at the surface, the recovery phase comprising the steps of:
  • FIG. 1 is a perspective view of a device according to the invention mounted on a module of an underwater treatment station;
  • FIG. 2 illustrates an exemplary hydraulic circuit architecture of the device of FIG. 1;
  • FIG. 3 schematically shows an exemplary embodiment of a hydraulic jack of the device of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a perspective view of a hydraulic cylinder of the device according to an alternative embodiment of the invention.
  • the invention applies to the maintenance of modules constituting an underwater treatment plant used for the production of hydrocarbons or the exploitation of deep-sea mining resources for the treatment of production effluents and / or injection fluids (such as seawater).
  • FIG. 1 represents a device 2 according to one embodiment (non-limiting) of the invention which is used to carry out such maintenance.
  • the device 2 comprises a frame 4 which is intended to be fixed (temporarily or permanently) on the upper face of a module 6 of the underwater treatment station.
  • the frame 4 of the device comprises a structure 8, for example of rectangular shape, on which are mounted fasteners to the module and on which are also mounted fasteners 10 to allow to fix the slings 12 attached to the end a cable moved by a winch from the maintenance boat.
  • the module 6 of the underwater treatment station comprises feet 14 (four in number) which slide in sleeves (here integrated into the module but can be alternatively integrated into the frame of the device) and which are intended to come into operation. contact with the base of the underwater treatment station (called "flowbase” in English) during the landing of the module. In this way, the vertical forces exerted on the feet 14 by the base of the station during the landing of the module are transmitted to the pistons of the cylinders.
  • the frame 4 of the device also comprises a hydraulic system 16 which is intended to ensure damping and controlled descent of the module on the basis of the station.
  • This hydraulic system 16 comprises a plurality of hydraulic cylinders 18 which are each intended to be connected to one of the feet 14 of the module.
  • the hydraulic system comprises four hydraulic cylinders 18 positioned at the four corners of the structure 8 of the frame, these jacks being in contact with the feet 14 which slide through the sleeves on along the module.
  • FIG. 2 represents an exemplary architecture of the hydraulic system 16 equipping the device according to the invention.
  • this hydraulic system 16 comprises four hydraulic cylinders 18. These hydraulic cylinders are double-stage cylinders which are fed with fluid (typically seawater) by two independent hydraulic circuits, namely the same circuit. damping 22 (for all the cylinders) and the same controlled descent circuit 24 (for all the cylinders).
  • the damping circuit 22 comprises, downstream of each hydraulic cylinder (in the direction of flow of the fluid towards a common exhaust 26), a pressure limiting valve 28.
  • These valves have the particular function of limiting the pressure in the chambers hydraulic cylinders by releasing only the required fluid flow. This makes it possible to obtain a damping force of the cylinders (directly related to the pressure in the chambers of the cylinders) which is constant at the beginning of the damping phase and thus to avoid any too sudden deceleration at the start. Of course, this function could be obtained through the same pressure limiting valve common to all the hydraulic cylinders of the damping circuit.
  • the damping circuit 22 also comprises, downstream of the pressure-limiting valves 28, a valve 30 which is common to all the hydraulic cylinders and which is adapted to be driven by a remote-controlled underwater vehicle (or ROV for "Remote Operated Vehicle", not shown in the figures) from the surface.
  • a remote-controlled underwater vehicle or ROV for "Remote Operated Vehicle", not shown in the figures
  • the damping circuit 22 Downstream of the valve 30, the damping circuit 22 further comprises a restriction orifice 32 which makes it possible to define the profile of the damping phase of the device. More specifically, this restriction orifice 32 is calibrated to control the desired damping and thus the final impact speed.
  • a check valve 34 is also added in the damping circuit and the restriction orifice 32 in parallel with the valve 30 to make it possible to increase the flow rate of fluid entering the chambers during the deployment of the jacks. rearming the device).
  • damping circuit 22 terminates in an exhaust 26 which is common with the controlled descent circuit 24.
  • a filter 36 may be added upstream of the common exhaust 26 to prevent the introduction of solid particles or organisms into the hydraulic circuits.
  • the controlled descent circuit 24 comprises, downstream of the four hydraulic cylinders, a pressure limiting valve 38. This valve is common for all the hydraulic cylinders and increases the safety of the device in case of accidental pressure rise. in the controlled descent circuit.
  • the controlled descent circuit 24 also comprises, downstream of the pressure limiting valve 38, a valve 40 which is common to all the hydraulic cylinders and which is adapted to be driven by the underwater vehicle remote-controlled from the surface .
  • the control of this valve 40 will be detailed later.
  • the controlled descent circuit Downstream of the valve 40, the controlled descent circuit further comprises a restriction orifice 42 which makes it possible to control the escape rate of the controlled descent circuit and therefore the rate of descent of the module during the descent phase of the device.
  • a check valve 44 is also added in the controlled descent circuit in parallel with the valve 40 and the restriction orifice 42 in order to increase the return flow rate of the fluid and to assist the outlet of the cylinders. reducing hydraulic head losses.
  • Each hydraulic cylinder 18 of the hydraulic system 16 of the device according to the invention is a double-stage cylinder. It comprises in particular a cylinder body 46 which is secured (temporarily or permanently) to the frame of the device, and a piston 48 whose free end 50 is intended to be brought into contact (by being connected or by simple support) with one of the feet of the module.
  • the piston 48 is movable inside the cylinder body 46 and separates the internal volume of the cylinder body into a first chamber 52 and a second chamber (see FIGS. 4B to 4D) which are sealed relative to one another. 'other.
  • the piston 48 has an opening 56 which communicates with the descent chamber 52, and a flange 58 which comes into sealing contact with an inner wall of the cylinder body during movement of the piston inside thereof.
  • the flange 58 is able to come into mechanical abutment against the surfaces formed in the body of the jack.
  • the cylinder body comprises a lower bearing surface 60 against which the flange 58 of the piston comes into contact to form a first mechanical stop corresponding to an extended position of the piston (as in FIGS. 3 and 4A).
  • the cylinder body comprises an upper bearing surface 62 against which the collar 58 of the piston comes into contact to form a second mechanical stop corresponding to a retracted position of the piston (case of FIG. 4D).
  • the cylinder body 46 of the hydraulic cylinder is here substantially cylindrical and is provided with a cylindrical pin 64 projecting inside the first chamber 52.
  • This finger is centered on an axis of revolution XX of the jack and has an outer diameter D which is substantially equal to the internal diameter d of the opening 56 formed at the end of the piston 48. It defines a hydraulic stop of the corresponding piston. at an intermediate position of the piston located between the deployed position and the retracted position.
  • each hydraulic cylinder 18 of the hydraulic system of the device according to the invention is supplied with fluid by the damping circuit 22 and the controlled descent circuit 24.
  • the body of the cylinder 46 has, at its upper reach 62, one or more evacuation conduits 66 opening in the lowering chamber 52 and opening towards the damping circuit 22 described above.
  • the damping circuit moves the piston of the cylinder between the first mechanical stop and the hydraulic stop.
  • the cylinder body comprises a discharge conduit 68 opening in the first chamber 52 and opening to the controlled descent circuit 24.
  • the descent circuit controlled allows to move the piston between the hydraulic stop and the second mechanical stop.
  • the device according to the invention is mounted on the module and connected to the boat installation and maintenance surface by means of the cable of a winch.
  • the winch unrolls the cable to lower the module towards the base of the underwater treatment station.
  • valve 30 of the damping circuit 22 is open and the valve 40 of the controlled descent circuit is closed on the surface aboard the installation and maintenance boat to cushion the impacts of the module based on the station, especially due to the swell that can generate several.
  • the second chamber 54 fills with seawater, for example by passing through grooves 70 formed in an outer wall of the piston which open outside the device and which exit into the second chamber (see Figure 5).
  • the end of the damping phase is defined by the moment when the finger 64 of the cylinder body closes the opening 56 of the piston (FIG. 4C). From this position of the piston, the water present inside the piston (in the secondary chamber 72 created during the passage of Figure 4B to 4C by the displacement of the piston and shown in FIG. 4C), can no longer escape, which stops the retraction of the piston (it is thus in hydraulic stop in its intermediate position).
  • the pressure in the damping circuit falls below the value defined by the pressure limiting valves 28.
  • the pressure in the cylinders and the hydraulic circuit is limited by the valves 28 which also limit the maximum deceleration seen by the module.
  • the finger 64 may have at its free end a chamfer 64a to smooth the stopping of the piston in the intermediate position. It will also be noted that the dimensioning of the restriction orifice 32 of the damping circuit makes it possible to control the damping desired during this phase and to control the final impact speed of the piston before stopping in the intermediate position.
  • non-return valve 34 of the damping circuit makes it possible to increase the water return flow rate in the circuit and thus also to help the redeployment of the pistons by reducing the hydraulic pressure drops.
  • the winch cable of the installation and maintenance boat is relaxed and the module is no longer tied to movements of the boat. It is then in intermediate position, the cylinders being in hydraulic abutment.
  • the remote-controlled underwater vehicle then connects to the hydraulic system of the device to open the valve 40 of the controlled descent circuit by keeping open the valve 30 of the damping circuit 22 (FIG. 4D). This action releases the water contained in the secondary chamber 72 to control the final descent of the module.
  • the water present in the secondary chamber 72 is forced towards the controlled descent circuit by taking the evacuation duct 68 made in the finger 64, while the water present in the first chamber 52 continues to be driven to the damping circuit through the exhaust ducts 66.
  • the restriction orifice 42 of the controlled descent circuit makes it possible to control the exhaust flow rate and therefore the rate of descent of the module.
  • the final height position of the module is determined by the stops of the connectors and the module itself. The total length of the jack can therefore be thought so that the second mechanical stop defined by the upper reach 62 "arrives" after the abutment of the connectors during the descent of the module in the end position.
  • the remote-controlled underwater vehicle can close the connectors between the module and the base of the device. He then carries out leak tests of the connectors. In case of poor sealing, it can intervene directly on these connectors to change the seals for example.
  • the remote-controlled underwater vehicle closes the two valves 30 and 40 of the hydraulic circuits 22 and 24, connects to the exhaust 26 of the hydraulic circuits 22, 24 and pumps the water in these circuits to make deploy the pistons of the cylinders and thus reassemble the module in the up position.
  • the pumped water passing through the check valves of the two circuits, and as the valves 30, 40 are closed the module remains in the high position even when the remote-controlled underwater vehicle stops pumping water. In this way, a remote-controlled underwater vehicle makes it possible to maneuver the module and to change the joints of the connectors. Once the maintenance intervention is complete, the remote-controlled underwater vehicle returns to open hydraulic circuit valves and the module goes back down.
  • the device can be recovered.
  • the valve 40 of the controlled descent circuit is closed, then the mechanical connections between the device and the module are open (it can be hydraulic cylinders which release the lifting lugs for example, actuated by the ROV) .
  • the device is thus no longer connected to the module.
  • the installation and maintenance boat can then rewind its winch cable and the device can be recovered on the surface while the module remains in place on the base of the station.
  • the method may further comprise a module recovery phase at the surface with the device recovered at the surface.
  • This recovery phase comprises the successive steps of descent of the device under water from the surface by the installation and handling vessel, to the module, mechanical fastening of the device to the module, closing of the valve of the circuit. controlled descent, pumping the fluid to inject it into the damping and controlled descent circuits to deploy the respective pistons of the hydraulic cylinders of the device and reassemble the module in the intermediate position, on the hydraulic stop, and recovery module and of the device using the boat's winch installation and maintenance.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (2) pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, comprenant un cadre (4) destiné à être fixé à un module (6), et un système hydraulique comprenant des vérins hydrauliques (18) comprenant chacun un corps de vérin, et un piston destiné à être mis en contact avec un pied et mobile à l'intérieur du corps de vérin entre une première butée mécanique correspondant à une position déployée du piston et une seconde butée mécanique correspondant à une position rétractée du piston, le piston séparant le volume interne du corps de vérin en une première chambre et une seconde chambre, la première chambre étant alimentée en fluide hydraulique par deux circuits hydrauliques indépendants comprenant un circuit d'amortissement apte à déplacer le piston entre la sa position déployée et une position intermédiaire située entre la position déployée et la position rétractée et définie par une butée hydraulique, et un circuit de descente contrôlée apte à déplacer le piston entre la position intermédiaire et sa position rétractée.

Description

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

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (2) pour l'installation et la manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, comprenant un cadre (4) destiné à être fixé à un module (6), et un système hydraulique (16) destiné à assurer un amortissement et une descente contrôlée du module sur la base de la station, le système hydraulique comprenant une pluralité de vérins hydrauliques (18) destinés à être connectés chacun à un pied apte à venir en contact avec une base de la station de traitement sous-marin, chaque vérin hydraulique comprenant :
un corps de vérin (46) solidaire du cadre (4) ; et
un piston (48) destiné à être mis en contact avec un pied (14) et mobile en translation à l'intérieur du corps de vérin entre une première butée mécanique correspondant à une position déployée du piston et une seconde butée mécanique correspondant à une position rétractée du piston, le piston séparant le volume interne du corps de vérin en une première chambre (52) et une seconde chambre (54) qui sont étanches l'une par rapport à l'autre ;
la première chambre (52) de chaque vérin hydraulique étant alimentée en fluide hydraulique par deux circuits hydrauliques indépendants comprenant un circuit d'amortissement (22) apte à déplacer le piston entre sa position déployée et une position intermédiaire située entre la position déployée et la position rétractée et définie par une butée hydraulique, et un circuit de descente contrôlée (24) apte à déplacer le piston entre la position intermédiaire et sa position rétractée.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le piston de chaque vérin hydraulique (18) présente, au niveau d'une extrémité située à l'intérieur du corps du vérin, une ouverture (56) communiquant avec la première chambre (52) et une collerette (58) venant en contact étanche avec une paroi interne du corps de vérin.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le corps de vérin de chaque vérin hydraulique est muni d'un doigt faisant saillie à l'intérieur de la première chambre, le doigt ayant un diamètre externe correspondant sensiblement au diamètre interne du piston de manière à coopérer avec l'ouverture du piston pour former la butée hydraulique correspondant à la position intermédiaire du piston.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le doigt comprend un conduit d'évacuation (68) du circuit hydraulique de descente contrôlée (24) qui débouche à l'intérieur du piston lorsque celui-ci se trouve dans la position intermédiaire de manière à permettre de déplacer le piston entre la position intermédiaire et la position rétractée.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l'intérieur du corps de vérin de chaque vérin hydraulique comprend des portées (60, 62) contre lesquelles la collerette (58) du piston est apte à venir en contact pour former la première et la seconde butée mécanique.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel chaque vérin hydraulique (18) comprend en outre une tige de guidage (76) reliant le doigt (64) au piston (48) et un ressort (74) monté autour de la tige de guidage pour aider au déploiement du piston.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la seconde chambre (54) de chaque vérin hydraulique est alimentée en fluide hydraulique par un circuit hydraulique de montée.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le circuit hydraulique de montée de chaque vérin hydraulique comprend des rainures (70) pratiquées dans une paroi externe du piston qui s'ouvrent à l'extérieur du dispositif et débouchent dans la seconde chambre (54).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les circuits d'amortissement (22) et de descente contrôlée (24) comprennent chacun :
une vanne (30, 40) qui est apte à être pilotée par un véhicule sous-marin téléguidé depuis la surface ; et un clapet anti-retour (34, 44) en parallèle de la vanne (30, 40) pour permettre d'augmenter le débit de fluide entrant lors du déploiement des vérins.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les circuits (22) d'amortissement et de descente contrôlée (24) comprennent chacun au moins une soupape de limitation de pression (28, 38) en aval des vérins hydrauliques (18).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les circuits d'amortissement et de descente contrôlée sont alimentés en eau de mer.
12. Procédé d'installation et de manutention d'un module d'une station de traitement sous-marin, dans lequel le cadre (4) d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 est attaché sur un module, le procédé comprenant, lors des phases de descente et d'atterrissage du module sur une base de la station de traitement sous- marin, les étapes de :
déploiement des pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif, d'ouverture du circuit d'amortissement et de fermeture du circuit de descente contrôlée pour amortir les impacts du module sur la base de la station ; et
une fois que le module a atterri sur la base de la station, l'ouverture du circuit de descente contrôlée en maintenant le circuit d'amortissement ouvert pour permettre la descente finale du module à vitesse contrôlée sur la base de la station.
13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre, lors d'une phase de relevage du module, une étape de pompage du fluide pour l'injecter dans les circuits d'amortissement et de descente contrôlée pour déployer les pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif.
14. Procédé selon l'une des revendications 12 et 13, comprenant en outre, lors d'une phase de récupération en surface du dispositif après installation du module sur la base de la station de traitement sous-marin, la fermeture du circuit de descente contrôlée et l'ouverture de connexions mécaniques entre le dispositif et le module afin de procéder au relevage en surface du dispositif à l'aide d'un treuil d'un bateau d'installation et de maintenance.
15. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre une phase de récupération du module en surface avec le dispositif récupéré en surface, la phase de récupération comprenant les étapes de :
descente du dispositif sous l'eau depuis la surface par le bateau d'installation et de manutention, jusqu'au module ;
fixation mécanique du dispositif au module ;
fermeture de la vanne du circuit de descente contrôlée ; pompage du fluide pour l'injecter dans les circuits d'amortissement et de descente contrôlée pour déployer les pistons respectifs des vérins hydrauliques du dispositif et remonter le module en position intermédiaire, sur la butée hydraulique ; et
récupération du module et du dispositif à l'aide du treuil du bateau d'installation et de maintenance.
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