Brevet FR2009181A1 — publié le 19700130

T 81 La présente invention se rapporte à un équipement pour puits de pétrole à utiliser sous l'eau. Plus particulièrement, elle concerne un raccord pour tête de puits qui peut être utilisé pour établir une communication efficace entre un navire flottant sur la 5 surface d'une masse d'eau et un ensemble de tête de puits ou une unité de contrôle de production d'un puits situé sous l'eau de façon que l'entretien ou d'autres opérations concernant le puits et/ou l'ensemble de tête de puits puissent être effectués à partir du navire. 10 Un progrès récent dans le domaine du forage des puits de pétrole est la complétion de puits situés au large des côtes avec un ensemble de tête de puits situé sur le fond de 1*océan ou près du fond, hors d'atteinte par les navires qui pourraient autrement l'endommager en cas de collision. L'équipement placé sur le fond de 15 l'océan, toutefois, est exposé à des conditions telles que la nature corrosive de l'eau de mer et la présence des organismes vivant dan.® la mer qui ont tendance à se développer et à s'incruster sur les structures métalliques au-dessous de la surface de l'eau. Il est donc nécessaire qu'on revienne de temps à autre 20 dans m puits une fois qu'il a été terminé pour entretenir le puits ou pour des opérations de reconditionnement. De plus, l'ensemble de tête de puits situé sous l'eau peut exiger lui-même périodiquement un entretien et des réparations. Par conséquent, il est souhaitable qu'on dispose d'un ensemble de tête de puits sous lfeau de concep-25 tion appropriée pour qu'il puisse être facilement séparé de la tête de puits sous l'eau et remonté à la surface. Il est souhaitable aussi qu'on dispose d'un ensemble de tête de puits d'une construction appropriée permettant des opérations de reconditionnement dans lé puits à partir du navire à travers l'ensemble. 30 Selon la pratique actuelle, on commence habituellement des opérations d'entretien ou d'autres opérations sous-marines concernant tin puits productif en établissant des moyens de guidage, comme des lignes de guidage, entre le navire et l'emplacement du puits. Un dispositif approprié de raccordement de tête de puits est 35 ensuite normalement descendu au moyen d'un train de tiges le long du moyen de guidage jusqu'à l'ensemble de tête de puits, après quoi les opérations désirées sont effectuées à partir du navire. Certaines opérations peuvent être effectuées avec 1*ensemble de tête de BAD ORIGINAL 16505 2 2009181 puits restant en place, mais parfois il peut être nécessaire qu'on sépare l'ensemble de tête de puits de la tête de puits située sous l'eau et des conduites d'écoulement et qu'oa le remonte sur le navire au moyen du train de tiges le long du jaoyen de guidage, le temps est une considération importante dans les opérations concernant les puits de pétrole au large des côtes en raison des frais journaliers élevés pour la location du matériel sur pontons, les salaires, etc. De pluss l'armât prolongé du puits pour entretien est coûteux en raison, de là production d'huile perdue. 10 II est donc avantageux qu'on effectue toutes les opérations concernant un puits sous-marin, y compris les opérations d3 entretien et de r ecocditionnement9 aussi rapidement que possible. La présente invention a précisément pour but principal de fournir un raccord pour tête de puits pouvant être descendu à 15 partir d2un navire flottant et sais en place sur un ensemble de tête de puits sous-aïaidLn sans la nécessité dsétablir d*abord im moyen de guidage entre le navire et 1*eœplaceseat de la tête de puits. Dh autre but de la présente invention est de fournir ua raccord pour tête de puits comprenant «les ïho^btis de localisati on de 20 l'ensemble de tête de puits et de positionnement pour aider l'opérateur à localiser 1* ensemble de t'ète de puits et à mettre effectivement en place le raccord par rapport à l'ensemble de tête de puits® Selon la présente invention, ces buts ont été atteints en prévoyant un raccord pour tête da puits pouvant être descendu 25 d'un navire flottant qui comprend un équipement sonar et de télévision pour aider à sa mise en place sur un ensemble de tête de puits sous l2eau. 'due fois le i^aceoïd pour têts de puits fixé en contact avec 1*ensemble par des moyens de verrouillage appropriés, un ensemble de conduits intérieurs incorporé dans le raccord pour tête 30 de puits est avancé par un générateur ds force motrice pour être mis en association effective avec la colonne de production s'étendant dans le puits. Gomme l'ensemble de conduits intérieurs est aussi en commuaication continue pour fluides avec m ou plusieurs tubes s'étendant jusqu'au navire, les opérations désirées peuvent 35 être effectuées à partir du navire sur le puits et/ou l'ensemble de tête de puits» Aux dessins annexés9 donnésà titre dsexemples non limitatifs î , BAD ORIGINAL 69 16505 3 2009181 La figure 1 est une vue schématique montrant un ponton ou un navire flottant à la surface d'une masse d'eau au-dessus d'un ensemble de tête de puits situé sous l'eau, un raccord pour tête de puits selon la présente invention étant suspendu au navire. 5 La figure 2 est une vue longitudinale en coupe partielle montrant le raccord pour tête de puits selon la présente invention relié effectivement à un ensemble de tête de puits sous l'eau. La figure 3 est une vue à plus grande échelle, en coupe partielle, montrant une partie du raccord pour tête de puits selon 10 la présente invention en association avec une partie correspondante d'un ensemble de tête de puits sous l'eau. Sur la figure 1, un navire ou ponton 11 d'un type flottant approprié quelconque est représenté comme flottant à la surface d'une masse d'eau 12 et maintenu dans une position à peu près 15 fixe au-dessus d'un emplacement choisi à l'avance par des moyens appropriés de positionnement du ponton ou ancré au fond 13 de l'océan par des ancres appropriées (non représentées) reliées à des lignes de mouillage 14 et 15» Un équipement de ce type peut être utilisé quand on effectue des opérations dans des profondeurs d'eau 20 variant entre 30 et 450 mètres ou plus. Le ponton 11 est équipé d'un derrick 16 approprié ainsi que du matériel supplémentaire nécessaire pour des opérations de reconditionnement ou d'entretien de puits. Le derrick 16 est placé au-dessus d'une fente 17 qui s'étend verticalement à travers le ponton 11 d'une manière classique. Quand on 25 utilise l'équipement selon la présente invention, la fente 17 du navire 11 peut être située en position centrale ou s'étendre vers l'intérieur à partir d'un bord. Toutefois, les opérations peuvent être effectuées par-dessus le bord du navire 11 sans utilisation d*une fente 17. 30 Une structure de tête de puits sous l'eau est représen tée sur la figure 1 comme comprenant un élément de base 18 qui est placé sur le fond 13 de l'océan et est fixé rigidement à un tubage de puits 19 d'assez grand diamètre qui descend dans un puits ayant été foré précédemment, et est de préférence cimenté dans ce puits. 35 Une ou plusieurs colonnes de production comme les colonnes 20 et 21 sont suspendues dans le tubage 19 du puits et s'étendent dans le puits de la manière usuelle. Si on le désire, la structure de tête de puits peut comprendre deux ou plusieurs colonnes verticales de BAD ORIGINAL 16505 4 2009181 guidage 22, 23 prévues pour coopérer avec des lignes de guidage s*étendant vers le bas à partir du navire 11. Placée sur l'élément de base 18, se trouve une unité de tête de tubage 24 avec un ensemble de tête de puits ou une unité 5 de contrôle de production 25 fixés à elle. Normalement, l'unité de contrôle de production ou l'ensemble de tête de puits est en communication pour fluides avec la colonne de production et comprend les tuyauteries, vannes, duses et autres éléments nécessaires normalement reliés ensemble et montés sur le sommet d'un puits et 10 connus sous le nom d' "arbre de Noël", ainsi que les systèmes hydrauliques ou électriques nécessaires, comprenant des pompes, des réservoirs, des moteurs, etc, pour commander à distance les vannes de la tête de puits. La tête de puits 25 comprend un ou plusieurs conduits 15 de manutention à écoulement de fluides, comme les conduits 26 et 27, et un conduit vertical 28 d'entrée de tête de puits, les conduits 26 et 27 de manutention à écoulement de fluides communiquent avec les colonnes de production 20 et 21, respectivement, et sont courbés d'une manière douce en un arc, ce qui permet de faire cir>~ 20 ouler dans le puits des objets comme des outils dans la conduite d ' écoulement • Suspendu au navire ou ponton11 au moyen d'un train de tiges 29» se trouve le raccord pour tête de puits 30 selon la présente invention. Si on le désire, le raccord peut comporter, asso— 25 ciés à lui, des moyens de support 31 et 32 pour lignes de guidage et des lignes de guidage 33 et 34 suspendues au navire 11. On comprendra que quand on fait descendre éventuellement les moyens de support 31 et 32 pour lignes de guidage pour les amener en communication avec les colonnes de guidage 22 et '23, les lignes de gui-30 dage sont reliées à eux d'une manière appropriée. Toutefois, les colonnes 22 et 23, les moyens de support 31 et 32 pour lignes de guidage et les lignes de guidage 33 et 34 ne font pas partie de la présente invention et sont représentés ici à titre d'illustration seulement. Le raccord pour tête de puits 30 pourrait très 35 bien être utilisé sans système de lignes de guidage si on le désire. Sur la figure 2, le raccord pour tête de puits désigné dans son ensemble par la référence 30 comprend un corps cylindrique 35 délimitant un alésage 36 da&s lequel s'étendent des sections 69 16505 5 2009181 de colonnes Y1 et 38o Les sections de colonnes 37 et 38 se prolongent vers le haut à l'intérieur du train de tiges 29 jusqu'au navire 11. De préfé2*ence? les sections de colonnes 37 et 38 sont constituées chacune de tronçons de tubes individuels ayant à peu près 5 la même longueur que les tronçons de tubes constituant le train de tiges 29 et ils sont solidarisés avec Ges derniers par des moyens de fixation internes appropriés de façon à former des unités constituées® Toutefois, les sections de colonnes peuvent être disposées indép endamment dans le train de tiges 29 si on le désire. 10 Un châssis 39 est fixé à l'extrémité inférieure du corps 35 et s'étend vers l'extérieur à partir de lui de la manière repré= sent ée. Le châssis 39 porte des moyens de localisation de 1 ' ensem&Lo de tête de puits et des moyens de positionnement pour aider l'opérateur sur le navire 11 à localiser l'ensemble de tête de puits 25 15 et à placer effectivement le raccord pour tête de puits 30 sur lui® Oes opérations seront expliquées plus en détail ci-après® Il y a lieu de noter à ce stade, toutefois^ que les moyens de localisation et de positionnement représentés comprennent une unité sonar extern sible 40 commandée hydrauliquement et une a acier a de télévision 41 9 20 qui peuvent être utilisées toutes deux pour contrôler les opérations à l'emplacement du puits® Une unité d'éolalpage 42 est fixée à la caméra de télévision 41 pour fournir im éclairage suffisant durant le cours des opérations sous l'eau.. La caméra 41 peut être montée rigidement, mais il est préférable qu'elle soit montée de façon 25 mobile pour être disposée au gré de l'opérateur de façon à fournir une plus grande souplesse concernant ce qui peut être observé durant le cours des opérations. Gomme les caméras de télévision et les mités sonar utilisées pour le but décrit sont familières à l'homme de l'art et sont décrites daas des brevets et d'autres tes-» 30 tes publiés, on ne pense pas qu'une description détaillée de leur fonctionnement soit nécessaire. Fixé aussi à l'extrémité inférieure du corps 35, se trouve un élément conique 43 s1étendant vers le bas ayant une portion enlevée 44 qui est située de façon à permettre à la caméra d'observer les opérations se produisant à l'intérieur des 35 limites de l'élément en famé de cône 43. L'élément conique 43 aMe aussi à la mise en place du raccord pour tête de puits 30 sur l'ensemble de tête de puits 25 comme décrit ci-après. Le corps 35 comprend une partie intérieure de foirae «—*9 BÂD ORIGINAL 69 16505 6 204)9181 cylindrique 45 qui est monté® en vue d'un mouvement axial d1 extension vers 1® bas par rapport sa reste. du corps 35* La partie 45 du corps est normalement poussée par ur> raojea approprié quelconque, comme par un ressort (non représenté) clans une première position 5 rentrées Une bride 46 feit partie intégrant*? de la partie 45 du coxps et une bague 'torique él.~*ti duits 51 assurent une eommunieation Tîour les fluides entre les accu— mulatears 50 et la chambre 49c d mande électriquepneumatiçu? hydraulique,* " comme on le désirée Le fonctionaeaert du raccord pour tête de puits 30 selon 25 la présente invention va mai^tenan^ être décrit plus particulièrement o On supposera. BAD ORIGINAL 16505 7 2009181 A ce moment, l'unité sonar 40 et la caméra de télévision 41 (ainsi que la lampe 42) sont mises en action et contrôlées à partir du navire 11. Le train de tiges 29 et le raccord pour tête de puits 30 sont ensuite manipulés à partir du navire 11 de façon à 5 être placés en alignement axial avec le conduit d'entrée 28 de la tête de puits. Des tiges suppléaentaires sont ensuite montées à l'extrémité supérieure du train de tiges 29 pour faire descendre le raccord pour tête de puits 30 en contact avec le conduit d'entrée 28 de la tête de puits. L'élément conique 43 sert à aligner axiale-0 ment le raccord pour tête de puits 30 par rapport au conduit d'entrés 28 tandis qu'on le fait descendre sur ce conduit et la caméra de télévision 41 avec son observation non gênée grâce à la partie enlevée 44 permet à l'opérateur sur la navire 11 d'observer l'opération. On continue à faire descendre le raccord pour tête de puits 30 sur 15 l'entrée 28 de la tête de puits jusqu'à ce que le sommet du conduit d'entrée 28 soit solidement appliqué contre le fond du dispositif d'arrêt 54 qui comprend un épaulement de la paroi 48 du corps et s'étend dans la chambre 49 comme représenté sur la figfire 2. Gomme on peut le voir aussi en se reportant à la figure 20 2, une gorge annulaire 55 est formée autour de la périphérie du conduit d'entrée 28 de la tête de puits. Quand l'extrémité supérieure du conduit 28 est appliquée contre le dispositif d'arrêt 54, des éléments de verrouillage 56 et 57 commandés hydrauliquement, qui sont associés à des logements appropriés fixés au corps 35, sont 25 actionnés et se placent dans la gorge 55 de la manière représentée. Naturellement, une source de pression hydraulique et des canalisations hydrauliques classiques appropriées sont prévues pour actionner les éléments de verrouillage 56 et 57, mais ces éléments n'ont pas été représentés pour des raisons de clarté. Les éléments de vej>-30 rouilïage 56 et 57 peuvent être actionnés automatiquement quand le conduit 28 appuie sur le dispositif d'arrêt 54 ou ils peuvent être manoeuvrés par un opérateur sur le navire 11. Des moyens 58 et 59 de blocage des verrous servent à bloquer les éléments de verrouillage 56 et 57 en contact avec la gorge 55 de la manière représentée 35 sur la figure 2. Ici encore, pour plus de clarté, le'système hydraulique complet pour commander les moyens 58 et 59 de blocage des verrous n'a pas été représenté. Si on le désire, les moyens 58 et 59 de blocage des verrous peuvent être manoeuvrés par un opérateur sur 69 16505 8 2009181 le navire 11 ou actionnés automatiquement lors de la mise en place des éléments de verrouillage 56 et 57 dans la gorge 55. Sur la figure 3, les positions relatives respectives de la partie 45 du corps et du conduit 28 de tête d'entrée du puits 5 sont représentées juste après la fin de l'opération de verrouillage décrite ci-dessus. La partie 45 du corps est dans sa première position rentrée. On suppose aussi que le raccord pour tête de puits 30 a été aligné correctement par rotation par rapport au conduit d'entrée 28 à la position représentée. Ceci peut s'effectuer soit 10 en manipulant le train de tiges 29 et le raccord pour tête de puits 30 à partir du navire 11 en se basant sur l'image transmise par la caméra de télévision 41» soit en prévoyant des moyens d'alignement appropriés qui coopèrent sur le raccord et le conduit d'entrée. Fixé à la partie 45 du corps par des moyens appropriés quelconques, 15 comme par des soudures, se trouve un ensemble de conduits intérieurs comprenant une plaque 60 et des sections de colonnes 37 et 38. L'ensemble comprend aussi une plaque de blocage 61 qui est fixée à la plaque 60 par des vis 62 et 63. Les sections de colonnes 37 et 38 s'étendent par des ouvertures alignées axialement à travers la pla-20 que 60 et la plaque de blocage 61 et sont fixées rigidement dans la position représentée par des moyens appropriés quelconques. Par exemple, les sections de colonnes 37 et 38 peuvent être soudées sur la plaque de blocage 61 ou elles peuvent être entrées à force dans les ouvertures associées de la plaque de blocage 61. D'autres élé-25 ments de tubes pour effectuer diverses opérations sur le puits, comme l'élément de tube 64, peuvent être disposés aussi dans la par>-tie 45 du corps et s'étendre à travers la plaque 60 et la plaque de blocage 61. L'extrémité de l'élément de tube 64 qui n*a pas été représentée serait reliée effectivement à une source d'énergie 30 appropriée comme l'un des conduits 53. Les sections de colonnes 37 et 38 et l'élément de tube 64 comportent de préférence des extré— mités amincies 65, 66, et 67, respectivement, avec des éléments d'étancïiéité disposés sur ces extrémités de la manière représentée. Si on le désire, des câbles électriques pour effectuer diverses 35 opérations sur la tête de puits peuvent être disposés aussi dans la partie 45 du corps et s'étendre jusqu'à la plaque 60. Tous câbles électriques de ce genre seront équipés d'accessoires d'extrémités d'un type approprié quelconque et fixés à la plaque 61. Gomme des 69 16505 9 2009181 câbles électriques et des prises d'un type approprié quelconque bien connu de l'homme de l'art peuvent être "utilisés à cet effet, on n'estime pas nécessaire de décrire davantage un tel arrangement. Une plaque de support 68 est disposée dans le conduit 5 d'entrée 28 comme représenté aussi sur la figure 3. Fixés-rigidement dans la plaque de support 68 par des moyens connus quelconques, se trouvent des éléments de raccordement 69 et 70 et un élément 71 de raccordement de tube, qui comprennent tous des tuyaux cylindriques. Les éléments de raccordement 69 et 70 s'étendent vers 10 le bas dans 1'ensemble de tête de puits et sont en alignement axial et en communication pour fluides avec les colonnes de production 20 et 21. Quand des accessoires d'extrémités et des câbles électriques sont effectivement associés à la plaque 61, des accessoires électriques d'accouplement ou des prises mâles d'un type approprié 15 quelconque sont prévus sur la plaque de support 68, les câbles associés (non représentés) s*étendant dans l'ensemble. Durant l'opération réelle de production du puits, des vannes (non représentées) interrompent la communication pour fluides entre les colonnes de production 20 et 21 et les éléments de raccordement 69 et 20 70 correspondants. L'élément de raccordement de tube 71 est en communication effective avec une ou plusieurs vannes, un ou plusieurs verrous, etc (non représenté) dans l'ensemble ou dans le puits lui— même et qui ont pour effet d'interrompre la production du puits ou d'effectuer d'autres opérations désirées« En variante, les câbles 25 électriques et prises décrits ci-dessus qui peuvent être utilisés pourraient être utilisés à cet effet. Gomme la nature précise des opérations à effectuer varie suivant le type de l'ensemble de tête de puits particulier utilisé et les exigences de l'opération désirée, on n'a pas essayé de décrire cette particularité d*une façon 30 plus détaillée. Le raccord selon la présente invention pourrait évidemment être utilisé avec divers nombres et diverses grosseurs de tuyaux et/ou de câbles électriques suivant ce quson désire. Une fois que le raccord pour tête de puits 30 a été verrouillé en place sur le conduit d!entrée 28 de la tête de puits et 35 qu'on a fait tourner le raccord pour tête de puits 50 de façon que la partie 45 du corps soit alignée par rapport au conduit d'entrée 28 de la tête de puits comme représenté sur la figure 3j, les vannes (non représentées) dans les conduits 51 (figure 2) sont ouvertes? BAD ORIGINE 16505 10 2009181 établissant ainsi une pression hydraislique dans la chambre 49 par écoulement du fluide hydraulique à partir des accumulateurs 50. Au lieu d'utiliser les accumulateurs décrits pour constituer la source de fluide hydraulique, on pourrait établir un circuit hy-5 draulique fonctionnant directement entre l'un des conduits hydrauliques 53 et la chambre 49» la pression du fluide hydraulique étant: fournie directement à partir du navire 1 1» Sa agissant sur la bride 46, la pression hydraulique dans la chambre 49 sert à pousser la partie 45 du corps et le train de tiges 29 dans une direction 10 descendante de façon que tous les éléments du raccord pour tête de puits 30, y compris les sectioas de colonnes 37 et 38 et l'élément de tube 64s soient placés comme représenté sur la figure 2. La paitie 45 du corps est alors dans sa deuxième position sortie. Une fois que l'opération d3 entraînement vers le bas a été effec-15 tuées un verrou 72 coiesiaadé hycii-saliquesent est actionné poïir coopérer avec une colleratta 73 qui est disposée rigidement autour de la partie 45 du ce 17330 Le verrou 72 sert à immobiliser les se©= "iions de colonnes 37 et 38 et l'éLéaeat de tube 64 ©a contact ëtanche s&x fluides avec les éléments de raeeordament associés 20 respectifs 69 et 70 et l2 élément de raccordement de tube 71 « D'une manière similaire ? tous éléments cl4 accouplement électrique utilisée sur la plaque 61 et la plaque de suppoxt 68 sont accouplés. Une fois que le raccord pour tête de puits 30 a été hiob» té Gomme représenté sur la figure 29 on peut effectuer les opéra- " 25 tions désiréego Par exemple, des outils ou des instruments peuvœà'è être descendus dans le puits par les sections de colonnes 37 et Séries éléments de raccordement 65 et 70, et dans les colonnes de production 20 et 21„ Si on le désire, des manipulations appropriées peuvent être effectuées par les sections de colonnes 37 et 38 30 pour fermer le puits et amener la totalité ou une partie de tiges 29, de façon à permettre d'effectuer des opérations appropriées 'd3entretien ou autres sur le navire® BAD ORIGINAL 69 16505 ** -Z 11 2009t8f ' - BEVESDIC ATI Oi\TS - 1 s- Un raccord pour tête de puits pouvant être descendu sur un ensemble de tête de puits sous l'eau au moyen d'un train de tiges s'étendant à partir d'un navire flottant sur la surface d'une 5 masse d'eauj, cet ensemble de tête de puits sous l'eau comprenant un élément vertical comportant des moyens pour l'écoulement de fluides^ le raccord comprenant : un corps présentant un alésage vertical et pouvant être amené sur l'élément vertical précédent par le train de tiges ; des moyens de verrouillage portés par au moins l*un des 10 éléments pour les fixer l'un à l'autre ; une partie du corps entourant l'alésage étant montée en vue d'un mouvement ayj«t d'extension vers le bas par rapport au reste du corps ; un ensemble de conduits intérieurs porté par cette partie du corps pour mouvement entre une première position et une deuxième position ; une source 15 de force motrice port é e par le corps et venant effectivement en contact avec la partie précitée du corps pour déplacer l'ensemble de conduits intérieurs de la première position à la deuxième position ; des moyens coopérant sur les moyens pour l'écoulement de fluides dans lfensemble de tête de puits 8t sur l'ensemble de con-20 duits intérieurs pour établir entre eux une comnunication et anche aux fluides lors du mouvement de l'ensemble de conduits intérieurs de la première position à la deuxième position. 2.- Un raccord selon la revendication 1, dans lequel un châssis s'étend vers l'extérieur à partir du corps, ce châssis por- 25 tant des moyens de localisation de la tête de puits et des moyens de positionnement pour aider l'opérateur à localiser l'ensemble de tête de puits et à placer le raccord en position de service par rapport à l'ensemble de tête de puits. 3.— Un raccord selon la revendication 1, dans lequel la 30 source de force motrice comprend un piston actionné hydrauliquement effectivement associé à des accumulateurs montés sur le train de tiges. 4.- Un raccord selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble de conduits intérieurs comprend des tubes à peu près 35 rigides fixés rigidement dans des plaques montées à une extrémité de la partie précitée du corps, ces plaques comportant des ouvert tures par lesquelles les tubes font saillie. 5.— Un raccord selon la revendication 1, dans lequel 16505 12 2009181 l'ensemble de conduits intérieurs a des dimensions qui permettent son extension vers le bas dans les moyens pour l'écoulement de fluides dans l'élément vertical de l'ensemble de tête de puits, ces moyens pour l'écoulement de fluides étant amincis vers le bas à partir du sommet de l'élément vertical»