Brevet FR2005941A1 — publié le 19691219

La présente invention concerne les appareillages de forage, de finition et de réparation des puits sous-marins de pétrole ou de gaz, et, plus particulièrement, un appareillage permettant de réaliser une libre circulation des fluides entre un bateau flottant 5 en surface d'une étendue d'eau et une tête de puits reposant sur le plancher marin ou située à une grande profondeur sous la surface de l'eau. la recherche de gisements pétrolifères nouveaux a conduit à forer des puits en nombre constamment croissant au large des cô-10 tes, en particulier au large de la côte ouest de la Louisiane, du Texas et de la Californie. En règle générale, le tubage et le ou les trains de tubes de forage de' ces puits se prolongent jusqu'à la surface de l'eau où ils sont obturés, à la façon habituelle des puits forés sur la terre ferme, par une tête de puits de type clas-15 sique fixée sur l'extrémité supérieure du tubage. Il a été récemment mis au point des procédés et des appareillages de forage et de finition des puits dans lesquels la tête du tubage et, ensuite, la tête du puits et le dispositif d'obturation du tubage sont placés sous l'eau et à une profondeur suffisan-20 te pour permettre le libre passage des navires. De préférence, la tête du tubage et la tête de puits sont placées sur le plancher marin. La nécessité de forer des puits sous-marins à des profondeurs constamment croissantes et dépassant celle à laquelle un plongeur peut travailler sans difficulté a conduit à l'étude d'appareillages 25 de forage d'un type entièrement nouveau. Le forage des puits en eaux profondes s'effectue en général à partir de structures flottantes de constructions diverses cour animent appelées pontons ou plate-formes de forage. Le forage dés puits en eaux profondes s'effectue en général suivant l'un ou 1'autre de deux procédés. Dans le premier de ces procédés, le train de tubes de forage descend du ponton de forage et vient se fixer sur une tête de forage reposant sur le plancher marin et qui est ferikée sur sa partie supérieure par une tête de circulation d'où part un& conduit# flexible remontant sur le ponton de forage, de 35 façon qu'un courant de-fluide de forage puisse descendre à l'inté-v* ri wz' ;dçs tubes "été. forage, traverser le trépan de forage, puis remonter vsn surface en -passant sur l'extérieur des tubes de forage et revei^r sur le ponton par la tête de circulation et la conduite BAD ORIGINAL^ 6 2 2005941 flexible qui y est branchée. Dans le deuxième procédé, un. tube de grand diamètre, appelé "tube-guide sous-marin" est monté par sections entre la tête de forage reposant sur le plancher marin et le ponton de forage flottant ën surface. Dans ce deuxième procédé,le 5 train de tubes de forage tourne à l'intérieur de ce tube-guide, le fluide de forage descendant à l'intérieur des tubes de forage, traversant le trépan logé en fond de puits et remontant vers le ponton en circulant d'abord sur l'extérieur des tubes de forage puis dans l'espace annulaire délimité.par ces tubes à l'intérieur du tube-10 guide, la présente invention concerne un appareillage utilisable dans la mise en oeuvre du deuxième de ces procédés. Le forage des puits sous-marins s'effectue à des profondeurs constamment croissantes. Les tubes-guides sous-marins étant normalement faits en acier ou en un autre métal analogue relative-15 ment lourd, il devient de plus en plus difficile de soutenir convenablement ces tubes-guides dans les forages en eaux profondes. La solution consistant à supporter le poids des tubes-guides des forages sous-marins de façon que tout ce poids s'applique soit sur des treuils à effort de traction constant installés sur le ponton de 20 forage, soit sur des flotteurs fixés sur l'extérieur du tube-guide à soutenir, soit par une combinaison de ces deux dispositions, a été jugée difficilement acceptable. En effet, dans le cas d'un forage en eaux profondes, effectué à une profondeur de l'ordre de 1.000 m par exemple, il se-25 rait nécessaire d'augmenter tellement le volume des flotteurs soutenant un tube-guide en métal lourd que ces flotteurs deviendraient vraiment énormes, et leur surface, sur laquelle s'exerce la force des vagues et des courants sous-marins, serait telle qu'elle pourrait provoquer la déviation du tube-guide hors de sa position ver-30 ticale normale dans l'eau. Si ce tube se trouve par, trop dévié de sa position verticale normale, il peut être déformé de façon permanente ou même être rompu. Si, en variante, on emploie des treuils à effort de traction constant pour appliquer la traction nécessaire sur l'extrémité supérieure d'un tube-guide sous-marin lourd partant 35 du ponton de forage, il est alors nécessaire de prévoir un ponton de flottabilité plus grande et porteur d'appareils de levage plus puissants. Par suite, le but principal de la présente invention est i ! i i 69 T0753 3 2005941 la réalisation d'un tube-guide sous-marin de construction légère et pouvant être utilisé pour les forages en eaux profondes sans nécessiter l'emploi soit de flotteurs d'un volume prohibitif, soit d'un ponton de forage d'une flottabilité exagérée. 5 Un autre but de la présente invention est la réalisation * d'un tube-guide sous-marin constitué par des sections de tubes de construction légère et de montage et démontage faciles. Un autre but de l'invention est la réalisation d'un tube-guide sous-marin de construction légère et muni de dispositifs de 10 renforcement lui conférant la résistance structurelle nécessaire. Ces buts de l'invention,et d'autres non cités, sont atteints du fait que le tube-guide sous-marin qui en fait l'objet est constitué par une pluralité de sections longues raccordées bout-à-bout et détachables les unes des autres, chacune de ces sections 15 comportant un tube léger et de grand diamètre portant sur ses extrémités des éléments d'accouplement étanches aux fluides. Des dispositifs de renforcement s'étendant sur pratiquement toute la longueur de chaque section de tube empêchent ces sections de s'allonger sur une distance appréciable, au-delà de leur longueur normale 20 en service. La description qui va suivre, et le dessin annexé donné surtout à titre d'exemple non limitatif, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur le dessin annexé : 25 - la figure 1 représente schématiquement et en élévation un ponton de forage flottant en surface d'une étendue d'eau et duquel part un tube-guide sous-marin conforme à la présente invention et qui vient se raccorder sur une tête de puits sous-marin reposant sur le plancher marinj 30 - la figure 2 est une coupe axiale faite dans l'une des sections du tube-guide sous-marin de l'invention et montrant les raccordements de cette section avec les deux sections adjacentes; - la figure 3 est une demi-coupe axiale partielle et dessinée à plus grande échelle montrant un mode de réalisation préféré 35 du montage des divers éléments de l'une des sections du tube-guide; - la figure 4 est une demi-coupe transversale faite suivant le plan 4-4 de la figure 2; et - la figure 5 est une vue partielle en coupe longitudinale 69 T0753 4 2005941 et dessinée à plus grande échelle représentant une partie d'une section de tube conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. i La figure 1 du dessin annexé représente un ponton de fo-5 rage 11 de tout type approprié, de préférence flottant sur la surface 12 d'une étendue d'eau et maintenu en position à la verticale d'un point de forage prédéterminé par des chalands ou par des ancres (non représentées) frappées sur le plancher marin 13 et reliées au ponton par des câbles 14 et t5- Un équipement de ce type peut être 10 utilisé pour des forages effectués à des profondeurs se situant entre 30 et 450 m ou plus. Le ponton de forage est équipé d'un derrick classique 16 et des autres appareillages auxiliaires (non re.-présentés), treuils de levage et de manoeuvre, table de rotation, etc.,nécessaires pour le forage d'un puits. Le derrick 16 peut être 15 placé à la façon habituelle au-dessus d'une cheminée 17 traversant verticalement le ponton sur toute sa hauteur. Cette cheminée 17 peut être placée soit dans l'axe du ponton 11, soit contre l'un de ses bords. En variante, les opérations de forage peuvent s'effectuer en surplomb sur l'un des côtés du ponton, lequel ne comporte 20 alors pas de cheminée de forage. Dans ce cas, le pont du ponton de forage peut comporter une partie débordant latéralement sa coque. Le puits sous-marin peut être foré suivant l'un des procédés bien connus dans la profession et dans lesquels un tubage 18 est mis en place dans le trou de sonde foré dans le plancher marin 25 et fixé dans ce trou, par exemple, à l'aide d'un garnissage en ciment 19. La tête de puits sous-marine comporte, ou est constituée par, un plateau de base 20 fixé sur l'extrémité supérieure du tubage 18. Une tête de forage est descendue du ponton et raccordée sur la tête de puits par tout moyen classique connu, comportant, par 30 exemple, l'emploi de câbles de guidage, de dispositifs spéciaux de descente de tubes, etc. Une tête de forage type comprend un raccord de tête de puits 21, m obturateur anti-éruption à vérin 22, un obturateur anti-éruption à manchon 23 et un tube-guide sous-marin 24 r.emontant 35 vers le ponton 11. L'extrémité supérieure de ce tube-guide 24 est suspendue au ponton 11 par des câbles 25 et 26 qui s'enroulent sur des moufles montés sur le ponton. Sur les extrémités libres de ces câbles 25 et 26 sont respectivement suspendus des contrepoids 27 69 10753 5 2005941 la et 28 qui, pour simplicité de la figure, ont été représentés sur l'extérieur des côtés du ponton, mais qui sont en général placés à l'intérieur de celui-ci. Ces contrepoids appliquent sur le tube-guide sous-marin 24 une traction qui l'empêche de flamber sous son 5 propre poids augmenté de celui de la colonne de boue qui y circule en cours de forage. De préférence, et à la manière courante, un joint télescopique 24' est prévu sur l'extrémité supérieure du tube-guide pour éviter que l'extrémité supérieure de celui-ci suive les mouvements ascendants et descendants du ponton. Le dispositif 10 représenté sur la figure 1 pour l'application d'une traction sur le tube-guide ne l'a été qu'à titre d'exemple et ne fait pas partie de la présente invention. Il est sous-entendu que tout dispositif approprié connu, treuil à effort de traction constant ou autre similaire, peut être utilisé à cet effet. En cours de forage, et à la 15 manière habituelle, une tuyauterie flexible (non représentée) de retour de la boue de forage déverse la boue sortant par l'extrémité supérieure du tube-guide 24 dans un réservoir à boue (non représenté) prévu sur le ponton 11. Le tube-guide sous-marin 24 est constitué par une série 20 de sections 29 relativement longues et reliées bout-à-bout de façon à former un conduit de passage pour un train de tubes de forage. La section d'extrémité inférieure du tube-guide 24 est raccordée sur l'extrémité supérieure de l'obturateur anti-éruption 23 par tout moyen approprié. Des joints sont en général prévus entre cet 25 obturateur et la section du tube-guide qui s'y raccorde pour réaliser l'étanchéité aux fluides nécessaire entre ces deux éléments. La figure 2 représente en coupe axiale l'une des sections 29 du tube-guide. Cette section 29 est constituée par un tube 30 de grand diamètre formant un conduit axial 30'. Ce tube 30 peut être 30 soit en métal, soit en une matière non métallique, mais est fait, de préférence, en une matière légère et étanche à l'eau, fibre de verre, matière plastique souple, tissu de caoutchouc synthétique, ou similaire par exemple. Un premier élément d'accouplement 31, relativement rigide, est fixé dans l'une des extrémités du tube 30. 35 Ce premier élément d'accouplement 31 est traversé par un conduit 31' coaxial avec le conduit 30' formé par le tube 30. L'élément 31 est de forme générale Gyclindrique et porte une bride extérieure circulaire 32 et une gorge annulaire de verrouillage 33. 10753 6 2005941 De préférence, un évidement annulaire 34 est prévu sur la surface latérale de l'élément d'accouplement 31 au-dessous de sa bride 32, cet évidement annulaire recevant l'une des extrémités du tube 30 à. la façon représentée sur les figures 2 et 3» On voit, sur la figure 5 3 en particulier, que l'extrémité du tube 30 est maintenue appliquée contre le fond de 1'évidement annulaire 34 par un collier de serrage 35 de type courant, ce mode de fixation pouvant être remplacé par l'un quelconque des modes de fixation ou de collage connus et utilisés aux mêmes fins. -Un boulon 36 permet, par exemple et à 10 la manière habituelle, de régler l'effort de serrage exercé par le collier 3.5 sur le tube 30 et sur le fond de 1* évidement annulaire 34. Bien que la fixation étanche aux fluides du premier élément d'accouplement 31 sur le conduit 30 ait été représentée avec emploi d'un collier de serrage, il est évident que tout autre dispositif 15 approprié de fixation ou de collage pourrait être utilisé à cet effet. Ainsi qu'on le voit sur la figure 2, la bride 32 est percée d'une pluralité de trous taraudés, borgnes ou non, 37 dans lesquels se vissent les parties d'extrémité filetées d'éléments de 20 renforcement qui, dans le mode de réalisation représenté, sont constitués chacun par un tirant 38 de section circulaire. Chacun de ces tirants 38 court sur pratiquement toute la longueur du tube 30 et se termine sur son autre extrémité par une autre partie d'extrémité fil.etée 39. Ces parties d'extrémité filetées 39 passent dans des 25 trous 40 percés à cet effet dans une deuxième bride 41 faisant partie d'un deuxième élément d'accouplement 42. Ce deuxième élément d'accouplement 42 forme un conduit 32' coaxial avec les conduits 30' et 31'. Des écrous de serrage 43 et 44, vissés sur chacune des parties d'extrémité filetées 39 des tirants respectivement sur l'une 30 et l'autre face de la bride 41, maintiennent chacun-des tirants 38 sur une position prédéterminée fixe dans cette bride, la figure 4 montre plus clairement la disposition des tirants sur leur bride associée. Un deuxième élément d'accouplement 42 comporte'aussi un 35 évidement annulaire de fixation 45 (figure 2) dans lequel l'extrémité du tube 30 est maintenue appliquée par un deuxième collier de serrage 46. Ce collier 46 peut être identique au collier 45 et a la même fonction que celui-ci. Comme sur l'autre extrémité du tube, 69 10753 7 2005941 tout autre dispositif approprié de fixation ou de serrage peut être utilisé pour réaliser le joint étanche nécessaire entre le tube 30 et l'élément d'accouplement 42. Ge deuxième élément d'accouplement 42 diffère du premier 5 31 en ce qu'il ne comporte pas de gorge de verrouillage semblable à la gorge 33 du premier. De plus, ce deuxième élément d'accouplement 42 forme une jupe 47 entourant un réceptacle de diamètre intérieur plus grand que celui du conduit 42* de cet élément et dans laquelle se vissent une ou plusieurs vis de verrouillage 48. Cette 10 jupe 47 vient coiffer l'extrémité du premier élément d'accouplement de la section de tube adjacente, et la ou les vis de verrouillage 48 qui traversent cette jupe viennent s'engager dans la gorge 33 de ce premier élément d'accouplement de la section de tube adjacente, les deux sections de tube se trouvant ainsi assemblées Lout-à-bout 15 tout en demeurant détachables l'une de l'autre. Sur la figure 2, il a été représenté des parties des éléments d'accouplement des sections de tube adjacentes pour montrer plus clairement le raboutement des sections de tube successives. Si désiré, des bagues d'usure 49 peuvent être prévues à 20 l'intérieur du tube 30 pour éviter à celui-ci d'être endommagé par le train de tubes de forage (non représenté) qui, en cours d'opération, tourne à l'intérieur du tube-guide sous-marin. De préférence, ces bagues d'usure sont en acier et sont fixées ou collées de toute façon appropriée sur la paroi intérieure des tubes 30. 25 Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, le tube-guide sous- marin 24 est maintenu en tension sur toute sa longueur en cours de forage. Par suit®, il n'est pas nécessaire que les diverses sections 29 de ce tube aient une résistance particulière aux efforts de compression axiales. La fonction principale des éléments de renforce-30 ment de ces tubes consiste à limiter l'allongement du tube 30 qu' ils renforcent de façon que la distance séparant le premier élément d'accouplement 31 de ce tube du deuxième 42 demeure toujours sensiblement égale à la longueur normale de ce tube en cours d'opération. En d'autres termes, les éléments de renforcement utilisés doivent 35 être particulièrement résistants aux forces de traction longitudi-• nales exercées sur les sections de tube pour empêcher que les éléments d'accouplement de ces sections de tube n'en soient arrachés. Par suite, des tirants de diamètre relativement faibles, ou même 10753 8 2005941 des câbles, peuvent être utilisés comme éléments de renforcement, le poids de chacune des sections du tube-guide pouvant être ainsi réduit à un minimum. la figure 5 représente un autre mode de réalisation pos-5 sible de la présente invention dans lequel les éléments de renforcement des sections du tube-guide sont constitués par des câbles. Cette figure est une coupe longitudinale partielle et dessinée à plus grande échelle faite dans un tube 30 dans la paroi duquel a été incorporé, au moulage du tube ou autrement, un câble de ren-10 forcement 50 courant sur toute la longueur de ce tube et rattaché de toute façon appropriée aux éléments d'accouplement de ce tube. Chacun des tubes 30 peut être fait en une matière non métallique, légère et souple, et être muni de dispositifs limitant son allongement en direction axiale. 15 ■ Bien que l'invention ait été décrite dans son mode de réalisation préféré , il doit être entendu que les divers éléments du tube-guide qui en fait l'objet n'ont été représentés sous une forme particulière que pour faciliter la description de l'invention et que ces formes de réalisation peuvent être l'objet de nombreuses 20 variantes. Ainsi, par exemple, les sections du tube-guide peuvent être faites en une large variété de matières. D'autres dispositifs d'attache peuvent être utilisés pour la fixation des éléments de renforcement sur les éléments d'accouplement des sections de tube. D'autres dispositifs de verrouillage mécaniques (joints vissés , 25 coins de blocage, taquets, etc.) peuvent remplacer les vis de verrouillage décrites. Si désiré, les éléments de renforcement pourraient être placés à l'intérieur et non à l'extérieur de chacune des sections de tubes. De plus, et bien qu'il n'aient pas été représentés, des flotteurs pourraient être utilisés, selon la prati-30 que courante en forage sous-marin, en conjonction avec le tube-guide de l'invention. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformas à son esprit. 69 10753 9 2005941 BEVEND IC AT IQIm S 1- Tube-guide sous-marin destiné à relier un ponton de forage flottant en surface d'une étendue d'eau à une tête de puits reposant sur le plancher marin de cette étendue d'eau; ce tube-gui- 5 de comportant: une pluralité de sections de tube longues et connectables bout-à-bout de façon amovible, chacune de ces sections comprenant un conduit léger et de grand diamètre délimitant un passage axial; un premier élément d'accouplement fixé de façon étanche aux fluides sur l'une des extrémités d'un conduit et formant un passage 10 coaxial avec celui formé par le conduit, ce premier élément d'accouplement étant agencé de façon à s'engager dans un deuxième élément d'accouplement porté par une autre section de tube, un tel deuxième élément d'accouplement étant fixé de façon étanche aux fluides sur l'autre extrémité du conduit et formant un passage coaxial avec ce-15 lui formé par le conduit; des éléments de fixation portés par l'un, au moins, desdits éléments d'accouplement et agencés de façon à réunir de manière amovible chacun desdits éléments d'accouplement à un élément d'accouplement correspondant; et des éléments de renforcement s'étendant chacun sur pratiquement toute la longueur de 20 chaque conduit et limitant la distance séparant le premier élément d'accouplement du deuxième élément, d'accouplement à une longueur sensiblement égale à la longueur normale de ce conduit en cours d'opération . 2- Tube-guide selon revendication 1 dont chacune des sec-25 tions est constituée par un tube non métallique. 3- Tube-guide selon revendication 1 dont le dispositif de renforcement est constitué par au moins un câble rattaché par l'une de ses extrémités audit premier élément d'accouplement et par son autre extrémité audit deuxième élément d'accouplement. 30 4- Tube-guide selon revendication 1 dont les éléments de renforcement comportent au moins un tirant dont l'une des extrémités est rattachée audit premier élément d'accouplement et dont l'autre extrémité est rattachée audit deuxième élément d'accouplement. 35 5- Tube-guide selon revendication 1 dont chacun des con duits est constitué par un matériau en fibre de verre. 6- Tube-guide selon revendication 1 dans lequel chacun desdits éléments d'accouplement est rigide et est fixé sur son 69 10753 10 2005941 conduit associé par un collier de serrage. 7- Tube-guide selon revendication 1 dont chacun des éléments d'accouplement comprend une bride à laquelle sont fixées les extrémités des éléments de renforcement. 5 8- Tube-guide selon revendication 1 dans lequel il est prévu des bagues d'usure fixées sur la paroi intérieure du conduit, ces bagues étant régulièrement espacées sur toute la longueur du tube-guide.