Brevet FR2009548A1 — publié le 19700206

i 2009548 1'invention concerne un procédé et un appareil destinés au forage, à 1Tachèvement et à la revision de puits de pétrole et de gaz situés au large. Plus particulièrement, 1*invention concerne un procédé et un appareil permettant d'établir la communication 5 entre un navire situé à la surface d'une masse d'eau et une structure de tête de forage disposée au fond de la mer ou à une profondeur notable sous la surface de l'eau. Pour tenter de localiser de nouveaux champs de pétrole, on effectue de plus en plus de forages au large, par exemple au 10 large des côtes de Californie, de Louisiane et du Texas. En général, les colonnes de tubage de revêtement d'un puits ainsi que la ou les colonnes de tubage d'exploitation se prolongent jusqu'à un point situé au-dessus de la surface de l'eau où. elles sont fermées de la façon usuelle utilisée pour les puits terrestres, un ensemble usu-15 el de tète de forage étant fixé au sommet du tubage de revêtement. Ges dispositifs constituent un risque pour la navigation st on a mis au point récemment des méthodes et appareils permettant de forer et d'achever des puits et dans lesquels la tête de revêtement et ensuite 1*ensemble de tête de forage et le dispositif de ferme-20 ture de revêtement sont situés sous l,eau à des profondeurs suffisantes pour permettre aux navires de passer par dessus. Bien entendu, les structures sous-marines de ce type sont exposées à des.conditions telle» que la nature corrosive de l'eau de mer et la présence d'être vivants marins qui tendent à se développer et à s'in-25 craster sur des structures métalliques situées sous la surfaee de l'eau. Etant donné qu'il est nécessaire de revenir de temps en temps sur un puits une fois achevé, pour des opérations d'entretien ou de revision, il est désirable d'avoir une structure de tête de 30 forage sous-marin de conception appropriée afin que l'on puisse établir une communication avec l'intérieur du puits ou encore, afin que l'on puisse remonter à la surface de l'eau au moins une portion de la structure pour les opérations d'entretien» Etant donné que ces structures sous-marines sont souvent 35 placées à des profondeurs telles qu'elles excluent l'utilisation de scaphandriers, on a imaginé plusieurs solutions permettant d'établir une communication entre ces structures sous-marines et des navires flottant à la surface d'une masse d'eau de manière à pouvoir BAD ORIGINAL 69 16502 2 2009548 effectuer les opérations désirées de révision. Une technique qui a eu un succès considérable consiste à descendre du navire un raccord de tête de forage au moyen dsune' colons® de tuyauterie ou d'un tube-guide Ear.i.ti pour l'amener à s*adapter à l'ensemble de tête de forage 5 sous-marin. On peut disposer des éléments de tubage à l'intérieur du tube-guide marin de façon qu'ils coopèrent avec des éléments similaires placés à 1*intérieur de 1* ensemble et/ou du tubage de revêtement du puits5 de manière à pouvoir effectuer les diverses opérations. La demande de brevet français n° déposée ce même 10 jour au nom de la demanderesse sous le titre "appareil de descente de tebe-guide marin* décrit un dispositif approprié de raccord entre tube-guide marin et tête de forage qui peut servir à exécuter des opérations de la nature ex—dessus. L'un des problèmes qui se posent lorsqu'on fixe à dis-15 tance un raccord de tête de forage à une structure sous-marine est que non seulement cette opération doit se faire depuis un navire situé à des dizaines de mètres au-dessus nsxs qu'en outre, étant donné le mouvement de montée et de descente du navire à flot et du tube—guide marin qui en descend9 il est difficile de régler la posi-20 tion du tube et du raccord relativement à la structure fixe de tête de forageo Par exemple, une descente soudaine du navire due aux vagues ou autres mouvements de surface de l'eau pendant l'opération de raccordement peut avoir pour effet que le tube-guide se mette en boucle ou que la structure sous-marine ou le raccord soient en-25 dommages* Aussi, l'un des buts principaux de l'invention est de fournir ira. procédé et un appareil permettant d'établir à distance une liaison contrôlée entre une structure de tête de forage sous-marin et un. ensemble de tufee-guide comprenant un raccord et 30 un tube-guide marin qui descend" à*un-navire à' fï©«,-quel que soit le degré de îssiEresaeiïfc' ascendant et deeeesid.ant ''du nâvirë® Un autre-' eut de 11 invention est de fournir- un procédé et voeC appareil remettant de âe&eendr© de -façon contrôlée sur-une struo-■toa» S® tête €e« 'fer-s-gs seas-Eâ3dJG. èasembï-s "âs" ttiba^-guide? acr-in 35 contprenant un- raccord et un tube-guide marin, depuis un navire à fl©t duamel pend l'ensemble âe tube-guide maria, la distance entre l'ensemble d©- tube—g~ai.de sarias. si- la 'strisstîare restait' pratiquement constante pendant tsa stade doané de l'opération de descente'quel BAD ORIGINAL 69 16502 3 2009548 que soit le degré de mouvement ascendant et descendant du navire à flot. Ges buts sont atteints dans l'invention par un appareil serrant à relier à distance un ensemble de tube-guide marin partant 5 d'un navire à un ensemble sous-marin, appareil qui comporte des supports souples appropriés prévus sur le navire de manière à solliciter l'ensemble de tube-guide marin vers une direction pratiquement verticale avec une force supérieure au poids de l'ensemble de tube-guide marin. Un dispositif comportant des poulies est associé au 10 navire de manière à jouer le rôle d'un mécanisme d'annulation du mouvement ascendant et descendant du navire et aussi de manière à amener l'ensemble de tube-guide marin en position de coopération avec 1*ensemble sous-marin lorsqu'on actionne un câble de descente associé à ce dispositif, contre la force ascendante exercée par 15 les supports souples* On comprendra ces buts ainsi que d'autres buts de l'invention grâce à la description suivante qui se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en projection longi-20 tudinale montrant la portion inférieure d'un navire à flot duquel descend un ensemble de tube-guide marin avant sa coopération avec une structure de tête de forage sous-marin ; la figure 2 est une vue schématique en projection longitudinale et en détail agrandi d'une portion du navire à flot et de 25 l'appareil de descente et de compensation de mouvement selon l'invention î la figure 3 est une vue latérale en détail agrandi d'une pince et d'une poulie utilisées dans la disposition de la figure 2, et les figures 4 et 5 sont des vues schématiques montrant 30 le fonctionnement de l'appareil compensateur de mouvement selon l'invention pendant que le navire monte et descend. Gomme le montre la figure 1, un navire ou chaland 11 de tout type approprié flotte à la surface d'une masse d'eau .12 et est disposé au-dessus d'un emplacement de puits choisi à l'avance grâce 35 à des moyens de positionnement appropriés ou bien parcequ'il est ancré au fond 13 de la mer par des ancres appropriées (non représentées) reliées à des câbles d'ancre 14 et 15. On peut utiliser un équipement de ce type quand on effectue des opérations de revi 69 16502 4 2009548 sion dans des profondeurs d'eau variant entre 30 et 500 m environ ou davantage. Le navire 11 est équipé d'un derrick usuel 16 et.: d'autres appareillages auxiliaires usuels qui sont nécessaires,pendant les opérations de revision d'un puits, par exemple d'un pla-5 teau tournant 17, d'un système de levage (non représenté) etc.•Le derrick 16 est de préférence mais non nécessairement disposé sur une plateforme de travail élevée 18 qui est supportée par une char- -pente 19 au-dessus d'une fente ou fosse 20; Quand on utilise l'appareil et le procédé selon l'invention, la fente 20 peut être placée 10 au centre ou partir d'un bord. Toutefois, on peut effectuer des opérations par dessus le bord du chaland ou navire 11 sans utiliser de fente, par exemple par une portion de la plateforme de travail qui dépasse une extrémité du reste du navire» Une structure de tête de forage sous-marin indiquée par 15 la référence générale 21 sur la figure 1 comprend une base 22 qui est disposée sur le fond 13 de la me.r et fixée fermement à m tube-guide ou à un tubage de revêtement de grand diamètre 23 qui descend dans \an puits préalablement foré et qui est de préférence cimenté dans celui-cia Deux colonnes de guidage dirigées verticalement 24 20 et 25 sont fixées à la base 22 dans un but qui sera expliqué plus complètement ci-après. Entre les colonnes de guidage 24 et 25 est disposé un ensemble de tête de forage d'exploitation 26 qui est essentiellement de structure usuelle. L'ensemble 26 comprend au moins un tuyau d'exploitation 26a relié par des moyens d'accouplé— 25 aient appropriés à la tuyauterie sous-marine 26b. L'ensemble 26 est maintenu en communication de service avec le tubage 23 par un dispositif usuel de raccord de tête de forage 27. Un mandrin allongé de mise en place ou conduit d'entrée 28 est fixé fermement par son extrémité inférieure à la portion supérieure du reste de l'ensemble 30 26. Du conduit d'entrée ou mandrin de mise en place 28 part en position excentrée un support 29 auquel est fixé un pilier unique 30 dirigé verticalement* Un câble unique de guidage 31 est fixé à'l'extrémité du pilier 30 et se dirige vers le haut pour aboutir au navire 11. Le 35 câble de guidage 31 peut être fixé de façon permanente*au pilier 30 ou bien y être fixé par un dispositif de verrouillage approprié que l'on a précédemment mis en coopération avec le pilier 30 au moyen d'un appareil approprié manipulé depuis le navire 11 ; par 69 16502 5 2009548 exemple on descend d'im nsvir® sur .1 'ensemble,. au moyen- d'une tuyauterie, un outil spécialement conçu comportant d©s moyens de repérage d'ensemble de tête de forage et de positionnement tels qu'une caméra de télévision et/ou un dispositif de so&ar, de manière à 5 fixer à un pilier unique un élément de verrouillage et un câble de guidage# Mai» comme on l'a dit plus haut, le câfele peut être fixé de façon permanente au pilier et on peut utiliser -sa grappin ou d'autres moyens pour établir initialement une liaison entre l'extrémité libre du eâble et le navire. Gomme le montrent les figures 10 1 et 2, le câble de guidage 31 passe sur une pcrali© 32 qui est monté de manière à pouvoir tourner sur un bras 33 puis il arrive à un. treuil 34 de toute structure comme qui est monté de façon fixe sur un pont 35 du navire 11 * Un tubs-guide marin 36 dans lequel sont disposés des 15 éléments de tubage 36a et 36b descend du navire 11 et est sollicité vers le haut sous une fores prédéterminée pratiquement constante par un tendeur hydraulique 37 de tout type eonnuo lie tendeur hydraulique, représenté schématiqueaent sur la figure 2, comprend essentiellement une enveloppe 38 dans laquelle est disposé un piston 20 hydraulique à double effet 39 qui est fixé- d© tout© manière désiré© à la portion supérieure du tube-guide sserin 26» Oel- exerce u&e pression pratiquement constante de bas en haut sur 1© piston 39 @t par suite sur le tube-guide 36 en amenant sous pression, à l'extrémité inférieure de l'enveloppe 38 ub fluide fcydrat?l.iGi?.e par 1© conduit 25 40. Un dispositif usuel d * accumulateur hydraulique (non représenté) communique avec 1» conduit 40 ainsi qu'avec ua conduit correspondant 41 près de la portion supérieure de l8eaT@lopp© 38 pour maintenir à une valeur pratiquement constante la f©ree dirigée vers le haut. On a représenté et décrit un tendeur hydraulique serrant à 30 fournir la force dirigée vers le haut mais on peut utiliser à est effet d'autres expédients. Par exemple,, on.peut .TatjJLiser. m. système approprié de contrepoids# A l'extrémité inférieure du tube-guide marin -36 est dis*» posé un raccord de tête de forage 42. (figure j ) âe tout- type et 35 de toute construction désirés. Le raccord 42 préseate la grandeur voulue et l'alésage voulu pour s'adapter téleseopiquement de façon étanche sur le mandrin de mise em place 28 àsm ©jaseable- â@ tête de forage 26. Si on le désire, on raecord à© aâ¥le â© guidage peut 69 16502 2009548 être monté par un. châssis sur le sswîOïwd de tête d® xoiage 42 pour établir des eâbleg de guidage 42 « s 44 ssitï?® le aspire 11 et la structure de tête de forage sous-maria 21 • Xt©s i'&eeorda- de câble de guidage ne font pàs partie de Xc±nvÊHtiûîi iiai-s sont indiqués 5 ici seulement à titre âîexemple. ïcut à fai"» en abrégé,, la fonte représentée comprend des boîtes eyliséyrf.qa.és 45 fit 46 âaxts lesquelles sont disposés librement des- éléments- ^respectifs de raccord de "verrouillage 47 et 48. Les éléments 47 et 4C sont maintea-us dans la position de la figure ï par le fais qae les câbles âe gui— 10 dage 43 et 44 sont maintenus sous tension par des treuils de tension constante 49 et 50 prévus sm? le navire i 1. les treuils de tension constante 49 et 50 peuvent être de toute structure appro»» priée et exercent une force de traction sur les câbles de guidage 43 ot 44 de manière à maintenir les éléments coniques 47 et 48 15 contre le fond respectif des boîtes cylindriques 45 et 46. Il est entendu que lorsqu'on relâche la foree co?smuniqiiée par les treuils de tension constante 49 et 50» les éléments 47 et 48 sont libres âe tomber à travers les boîtes cylindriques. Isa disposition particulière ici indiquée est décrit© plus complètement dans la demande de 20 brevet déjà citée» Mais comme on l8a dit, le câble de guidage ou les moyens de liaison de câble ne font pas partie de 1® invention. Gomme on peut le voir aussi sur la figure 1, une boîte de guidage 53 définissant on alésage passant est montée par un châs-25 sis sur le raccord 42® Le câble unique de guidage 31 passe à tra-> vers 18-alésage de la boîte de guidage 53 de manière à stabiliser le raccord de tête da forage^ 42 et les appareils annexés lorsqu8©n effectua les opérations de descente depuis le navire 11. Ces opérations sont décrites plus en détail ci-après. 50 Gomme le montrent particulièrement les figures 1 et 29 un câble de descente 54 est relié par un organe de fixation 55 à us* support 56 qui part d*iïa- segment supérieur-' du tiibe^guide marin 36® Le câble*" de descente'54-passe alors sous 'vé.è~poulie 57 -qui" est fixé® de Manière à pouvoir - tourner sur le câble 51 en" un point pré» 35 déterminé situé en dessous du support 56. On peut utiliser tous moyens appropriés pour fixer la poulie 57 aia. sable 51 mais un mécanisme de serrais isydraïiliquê ©et préférabl© xme tell© disposition a l1 avantage de permettre à l'opérateur'de placer facilement la 69 165Q2 7 2009548 poulie 57 en tout point désiré sur le câble de guidage 31 et d'assurer aussi un serrage sûr et prononcé sur le câble 31 lorsque la pression hydraulique est appliquée. Les figures 2 et 3 illustrant une forme de mécanisme hydraulique de serrage 58 qui peut servir 5 à cet effet . Cet appareil est bien connu et on ne décrira pas ici son fonctionnement en détail. Il suffit de dire que le mécanisme de serrage 58 comprend. de& portions de serrage 59 et 60 mobiles relativement qui sont amenées en coopération sur le câble de guidage 31 grâce à l'application d'une pression hydraulique par les 10 tuyaux hydrauliques 61 et 62» Après aroir passe sous la poulie 57, le câble de descente 54 se dirige vers le haut et passe encore sur une autre poulie 63 (figures 1 et 2) montée de manière à pouvoir tourner sur l'extrémité libre du bras 33» puis il arrive à un treuil mécanique 64 15 monté sur le pont 35 du navire 11. le bras 33 est solidaire d'un piaton hydraulique 65 disposé à l'intérieur du cylindre 66 relié à la plateforme de travail 18 par tous moyens désirés» Un accumulateur hydraulique 67 est fixé au cylindre 66 et communique avec l'intérieur de celui-ci, de façon connue, poux solliciter le piston 20 65 vers le haut de manière à appliquer une force de traction de grandeur prédéterminée au câble de guidage 31 et au câble de descente 54 qui passent respectivement sur la poulie 32 et la poulie 63. Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement le mode de 25 fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus. Sur la figure 4 on a tenté d'indiquer les positions relatives prises par les divers éléments de l'invention lorsque le navire 11 se trouve, par suite de l'action des vagues ou pour d'autres raisons, dans sa position la plus basse, c'est-à-dire lorsqu'il est le plus proche de la 30 structure de tête de forage sous-marin 21. Par contre, la figure 5 montre le navire 11 dans sa position extrême vers le haut, c'est-à-dire dans la position qu'il prend lorsqu'il est à sa distance maximale de la structure de tête de forage 21. Il faut noter que dans les deux cas le raccord de tête de forage 42 est séparé de la 35 structure 21 par une distance pratiquement fixe indiquée par la lettre X. Cela est dû principalement au fait que la combinaison décrite plus haut et comprenant le piston 65, le cylindre 66 et l'accumulateur 67 fonctionne pratiquement comme un ressort pneuma 69 16502 8 2009548 tique qui permet au bras 33 de se déployer ou de se rétracter. Cette disposition maintient constâtoment- tendu le câble, d e gaidàge.,31 quel' qtïe' soit le mouvement ascendant et descendant du navire 11, le •piston. 65 àllâirt et venant à l'intérieur du cylindre 66. pour^Jtjenir 5 compte de ce mouvement dunavire. Donc, tout point donné tel que A du câble de" guidage 31 reste dans une position pratiquement fixe relativement au fond 13 de l'a mer. Gomme on l'a dit plus haut, la poulie 32 (sur laquelle passe le câble de guidage 31) et la poulie 63 sont accouplées de manière à pouvoir tourner sur le bras 33.Pour 10 cette raison, un point donné tel que B situé sur le câble de descente 54 entre la poulie 63 et la poulie 57 reste en une position pratiquement fixe relativement au point A du câble 31 et au fond de la mer 13, quel que soit le degré de mouvement ascendant et descendant du navire 11„ 15 la force pneumatique appliquée au piston 65 est un peu plus grande que celle qui est appliquée au piston 39 et il s'ensuit que le tube-guide marin 36 reste immobile relativement au fond 13 de l'océan tout en se mouvant relativement au navire 11 sous l'effet du mouvement vertical de celui-ci. le raccord 42 qui pend à 20 l'extrémité inférieure du tube-guide marin 36 reste donc à une distance pratiquement fixe X de l'ensemble de tête de forage sous-ma-rin 21 malgré le mouvement vertical du navire 11. Pour descendre le raccord 42 et le tube-guide marin 36 sur l'ensemble de tête de forage 21, on actionne le treuil 64 qui se trouve à bord du navire 11 25 et on y enroule le câble de descente 54» Etant donné que la puissance de traction du treuil 64 est supérieure à la force ascendante appliquée au tube-guide marin 36 par le piston 39» le tube-guide 36 et le raccord de tête de forage 42 sont tirés vers le bas jusqu' à ce qu'il s'établisse un début de coopération entre la boîte de 30 guidage 53 (figure 1) et le pilier 30. Quand le tube-guide marin 36 continue de se mouvoir vers le bas, le raccord de tête de forage 42 vient s'adapter au mandrin de mise en place 28 de l'ensemble de tête de forage 21. De préférence, on prévoit sur le pilier 30 et la boîte de guidage 53 pour assurer un alignement correct entre le rac-35 cord de tête de forage 42 et le mandrin de mise en place 28 avant la coopération entre eux. Des moyens d'alignement de ce type sont décrits dans la demande de brevet déjà cités.Etant donné que cette caractéristique ne fait pas partie de l'invention, on ne 69 16502 9 2009548 tentera pas de la déerire plus en détail ici* Après avoir relié le raccord de tête de forage 42 au mandrin de mise en place 28 par tous moyens de blocage connus, on relâche les câbles de tension ou de guidage 43 et 44 et les éléments de raccord de verrouillage 47 et 48 sont libres de tomber sur les colonnes respectives de guidage 24 et 25 de manière à assurer la fixation entre les colonnes de guidage et les câbles de guidage 43 et 44. Mais comme on l'a dit plus haut, cette caractéristique ne fait pas partie de l'invention et n'est décrite ici que pour les 0 besoins de 1*illustrations 69 16502 10 2009548 - S113SM0 î} Âppa3«:H. smrms& h r«lisr à distance vsa. ®nse»able de tu&@=,§iaM© aaasâa partant â3ma 21aTis-a sitiâé. à la surface d'une massas ô'esaa à. ® •sasacaM.® âo t-ite ds forage qui ®st fixé & me 5 "têts d© tu&age d® r«v§temsa1> située au~d©s®33 du £ond et en dessous d® la assss dressa# l'easeaM^ d© tïïfee-goià*) aa;?ia comprenant un •teafes-Sîaide sarîa ©t un raeeord, âp^as3©!!, ©ssactérisé- par le fait qm8!! seapresad des supports ®®iiplss fixés an aaiâre et reliés à la portion gupfeieur© do. tube-gaàâ® naasLn de aasaièra à solliciter lsen-10 s®e.M© â® tafee-gaià© Maria. ossiîjitisllsaiient vers le baut av®c une î&tm eapéELsuz"© aa poids do est saseaUe» une première poulie, des mey-aas servant à aont®? la praaièr® pauli© & une distance pratique» m@nt fis© ds l9eïas£aMLe ds tête d® foaaaga, aae dauxièaa poulie mon» té© s®? le na^irn @t un eâàsia de desesat© fiai par une extrémité am 15 tia3î©=gaid© aarin a~s associé pas? 3£n anir^ ©str 2l j^parsil ,21 is caractérisé par le fait qus sur le ma.vir@ sont aontë&d@s agencements conçus pour aaiateair une distance pra,t±qusaeat fis® entre le raeeoxd et l'en— 25 sesMe â© tât® â© forage quel que sait 1© degré de mourement ase@a»> daat st dcsâsaâsai» inpriaé aa navirs flottant par l'action des va» gaea ©a par d3autres actions venant ds la sorfasa» 5} Appelai selon la re's-eadieatioa 1, caractérisé par le fait que les iioyens de aïontage de la première poulie comprennent 50 un eatel© d© guidage fixé à 13ensemble d© tête de forage et aboutis» saut as navire et un dispositif gerçant à bloquer la première poulie sur le sâbl© de guidage de sorts que la poulie peut ■ tourner en un point fisc© relativement aa eâ&Ls de guidage*. 4)" Appareil selon -la revendication- 3* caractérisé par 35 le fait qu'une troisième poulie est montée sur le navire et que le .. câ&Le de guidage coopère avec la troisième poulie et est relié à ma deuxième dispositif â© rattrapage aœiltâ sur le navire» Si ippareil selon la revendication 4» caractérisé par BAD ORIGINAL 69 16502 n 2009548 le fait que la deuxième e*t l'a "troisième poulies sont toutes deux montées de manière à pouvoir tourner et à pouvoir prendre un. mouvement linéaire uniforme sur des agencements oscillants qui sont sollicités de manière à maintenir une tension uniforme et constante 5 sur le câble de descente et le câble de guidage» 6) Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les supports souples et les moyens de sollicitation des agencements oscillants sont constitués par des dispositifs respectifs à cylindre et à piston hydraulique. 10 7) Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le câble de descente est relié au tube-guide marin en un point dont la distance à 1*ensemble de tête de forage est plus grande que la distanee pratiquement fixe à laquelle se trouve la première poulie. 15 8) Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le câble de descente part du tube-guide marin et passe sous la première poulie et sur la deuxième poulie tout en restant en coopération avec ces deux poulies. 9) Procédé visant à relier à distance un ensemble de 20 tube-guide marin partant d'un navire situé à la surface d'une masse d'eau à un ensemble de tête de forage fixé à une tête de tubage de revêtement située au dessus du fond et en dessous de la masse d'eau9 l'ensemble de tube-guide marin comprenant un tube-guide marin et un raccord, procédé caractérisé par le fait que (a) on dispose l'es.-25 semble de tube-guide marin au dessus de l'ensemble de tête de forage, (b) on sollicite de façon souple l'ensemble de tube-guide marin vers le haut en lui appliquant une force de grandeur prédéterminée dirigée vers le haut, (e) on maintient une distance pratiquement fixe entre le raccord et l'ensemble de tête de forage quel que soit 30 le degré de mouvement ascendant et descendant du navire sous l'action des vagues ou d'autres causes provenant de la surface en déplaçant l'ensemble de tube-guide marin relativement au navire, et (d) on amène le raccord à coopérer avee l'ensemble de tête de forage en appliquant à l'ensemble de tube-guide marin une force dirigée 35 vers le bas et plus grande que la force dirigée vers le haut.