Brevet FR2009178A1 — publié le 19700130

i 2009178 L'invention concerne un appareil destiné à exécuter des opérations sur des puits sous-marins en eau profonde, depuis un navire à flot. Plus particulièrement, l'invention concerne un appareil associé à un raccord de tête de forage qui pend d'un navire 5 à flot, l'appareil permettant de rattacher le raccord à un organe coopérant qui constitue une partie d'une structure de tête de forage sous-marin, de manière à établir la communication entré cette structure et le navire. Pour tenter de localiser de nouveaux champs de pétrole, 10 on effectue de plus en plus de forages au large, par exemple au 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 15 façon usuelle utilisée pour les puits terrestres, un ensemble usuel de tête de forage étant fixé au sommet du tubage de revêtement. Ces dispositifs constituent un risque pour la navigation et 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 en-20 suite l'ensemble de tête de forage et le dispositif de fermeture 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 telles que la nature corrosive de l'eau de mer et la présence d'êires 25 vivants marins qui tendent à se développer et à s'incruster sur des structures métalliques situées sous la surface 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 69 16501 2 2009178 effectuer les opérations désirées de révision. Une technique qui a . eu tin succès considérable consiste à descendre du navire un raccord de tête de forage au moyen d'une colonne de tuyauterie ou d'un tube-guide marin pour l'amener à s'adapter à l'ensemble de tête de fo-5 rage sous-marin 10 L'un, des problèmes qui se posent lorsqu'on fixe à dis tance un raccord de tête de forage à un» structure sous-marine est que non seulement cette opération doit se faire depuis un navire situé à des dizaines de mètres au-dessus mais qu'en outre, étant donné le mouvement de montée et de descente du navire à flot et du 15 tube-guide marin qui en descend, il est difficile de régler la position du tube et du raccord relativement à la structure fixe de tête de forage. 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 20 en boucle ou que la structure sous-marine ou le raccord soient endommagés. Dans la demande de brevet français déposée ce même jour au no* de la demanderesse sous le titre "système de soutient de tube-guide marin", on décrit un procédé et un 25 appareil permettant.de surmonter cette difficulté et d'établir une liaison commandée à distance entre une structure de tête de forage sous-marin et un ensemble de tube-guide malin comprenant un raccord et un tube-guide marin et pendant d'un navire à flot, quel que soit le degré de mouvement ascendant et descendant du navire. Dans la 50 demande de brevet citée, on décrit une disposition de câbles et de poulies permettant à un opérateur qui se trouve à bord d'un navire d'effectuer la descente de l'ensemble de tube-guide marin contre une force pratiquement constante dirigée de bas ,en haut jusqu'à ce qu'une coopération initiale soit établie entre une portion de 35 l'ensemble de tube guide marin et un pilier unique d lune structure de tête de forage sous-marin. Une fois que la p.ortion a été verrouillée au pilier, on utilise la même disposition de câbles et de ppulies pour effectuer la fixation finale entre le raccord et le mandrin de mise en place ou conduit d'entrée de la structure 69 16501 3 2009178 de tête de forage sous-marin* La solution décrite dans la demande de brevet citée est satisfaisante dans la plupart des cas mais il existe des situations dans lesquelles une commande encore plus poussée peut être désirable 5 lorsqu'on établit la coopération entre un raccord et un organe coopérant tel qu'un mandrin de mise en place prévu sur la structure de tête de forage sous-marin. Par exemple, des caractéristiques spécialisées de conception ou un agencement particulièrement délicat associé au raccord ou à d'autres parties de l'ensemble de tube-guide 10 marin peuvent nécessiter une commande supplémentaire de l'opération de liaison pour éviter des dommages pendant cette opération* Aussi, l'un des buts de l'invention est de fournir un appareil qui permette à l'opérateur d'exercer une commande plus poussée lorsqu'il établit la liaison entre un raccord de tête de forage 15 et un mandrin de mise en place constituant une partie d'une structure de tête de forage sous-marin. On atteint ce but dans l'invention en prévoyant un tube-guide marin conçu pour être supporté de façon souple par une plateforme flottante et à l'extrémité inférieure duquel est fixé un 20 raccord de tête de forage conçu pour coopérer avec un mandrin d'un ensemble de tête de forage sous-marin» Un appareil de descente comprenant un organe moteur est disposé de façon fixe relativement au raccord de tête de" forage. Le mouvement descendant de l'appareil de descente sur des piliers dressés associés à l'ensemble de tête de 25 forage a pour effet de bloquer ces deux éléments en coopération. Puis, lorsqu'on actionne l'organe moteur, celui-ci tire vers le bas le raccord de tête de forage et l'amène en coopération avec le mandrin contre la forbe exercée de bas en haut par les supports souples. Ces buts ainsi que d'autres buts de l'invention seront 30 compris grâce à la description ci-après qui se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en projection longitudinale montrant la partie inférieure d'un navire à flot duquel pend un ensemble de tube-guide marin, avant sa coopération avec une 35 structure de tête de forage sous-marin ; la figure 2 est une vue longitudinale schématique en coupe partielle montrant les positions relatives prises par les éléments de l'appareil selon l'invention et l'ensemble de tube-guide 69 16501 4 2009178 n»T»in qui lui est associé une fois que la coopération initiale a été établie avec la structure de tête de forage sous-marin et avant que le raccord ne soit descendu finalement en position de coopération avec le mandrin de mise en place de la structure de tête de 5 forage, et la figure 3 est une vue longitudinale schématique en coupe partielle montrant les positions relatives prises par des éléments de l'appareil selon l'invention et l'ensemble de tube-guide marin qui lui est associé, une fois que le raccord a été descendu 10 finalement en position de coopération avec le mandrin de mise en place de la structure de tête de forage. Comme 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 1*avance grâce 15 à des moyens de positionnement appropriés ou bien parce qu'il est ancré au fond 13 de la mer par des ancres appropriées (non représentées) réliées à des câbles d'ancre 14 et 15* On peut utiliser un équipement de ce type quand on effectue des opérations de revision dans des profondeurs d'eau variant entre 30 et 500 m environ ou 20 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 plateau tournant 17, d'un système de levage (non représenté) etc. Le derrick 16 est de préférence mais non nécessairement disposé sur une plateforme de 25 travail élevée 18 qui est supportée par une charpente 19 au-dessus d'une fente ou fosse 20. Quand on utilise l'appareil et le procédé selon l'invention, le fente 20 peut être placée 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 30 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 la référence générale 21 sur la figure 1 comprend une base 22 qui est disposée sur le fond 13 de la mer et fixée fermement à un tube-35 guide ou à un tubage de revêtement de grand diamètre 23 qui descend dans un puits préalablement foré et qui est de préférence cimenté dans celui-ci. Deux colonnes de guidage dirigées verticalement 24 et 25 sont fixées à la base 22 dans un but qui sera expliqué plus 69 16501 5 2009178 complètement ci-après. Entre les colonnes de guidages 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'accouple-5 ment 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 27o 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 10 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 15 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 exemple on descend d'un navire sur l'ensemble, au moyen dsune tuyau- 20 terie, un outil spécialement conçu comportant des moyens de repérage d'ensemble de tête de forage et de positionnement tels qu'une caméra de télévision et/ou un dispositif de sonar, de manière à fixer à un pilier unique un élément dè verrouillage et un câble de guidage. Mais comme on l'a dit plus haut, le câble peut être fixé 25 de façon permanente au pilier et on peut utiliser un grappin ou d'autres moyens pour établir initialement une liaison entre l'extrémité libre du câble et le navire. A son extrémité supérieure, le câble unique de guidage 31 passe sur une poulie 32 située à bord du navire 11 et arrive 30 ensuite à un treuil 33 de toute structure connue qui est fixée en position fixe à un pont 34. La poulie 32 est montée de manière à pouvoir tourner sur un bras 35 qui à son tour est associé fonction-nellement, en vue d'un mouvement de va-et-vient, à un dispositif tendeur 36 de tout type connu qui est fixé à la plateforme de tra-35 vail 18. Il faut souligner ici que la disposition prévue à bord du navire 11 et qui est décrite dans ce paragraphe et dans le suivant est exposée plus complètement dans la demande de brevet déjà citée et ne fait pas partie de la présente inventions Aussi, pour plus 69 16501 6 2009178 de brièveté et de simplicité, on en décrira seulement le fonctionnement dans la mesure, nécessaire à une compréhension convenable' de l'invention» Un treuil mécanique 37 est aussi fixé en position fixe 5 au pont 34 et à ee treuil est associé fonctionnellemént un câble de descente 38= En partant du treuil 37s câble 38 passe sur une poulie 39 montée de manière à pouvoir tourner sur un bras 35 et accouplée en relation fixe avec la poulie 32. Le câble de descente 38, après avoir passé sur la poulie 39, continue son parcours vers 10 le bas et passe sous une poulie supplémentaire 40 qui est montée de manière à pouvoir tourner en un point choisi à l'avance sur le câble unique de guidage 31, par tous moyens appropriés tels qu'une pince hydraulique 41. Le câble de descente 38 est alors relié par son extrémité à un tube-guide marin 42 qui descend du navire 11 et 15 qui est sollicité vers le haut sous une force prédéterminée pratiquement constante par un tendeur hydraulique 43 de tout type connu. Gomme on l'a dit, l'appareil décrit aux deux derniers paragraphes ci-dessus est décrit plus complètement dans la demande de brevet précitée. Pour comprendre le fonctionnement de la pré-20 sente invention, il suffit de savoir que cet appareil sert à annuler le mouvement en maintenant une distance pratiquement fixe entre le tube-guide marin 42 et l'ensemble de tête de forage 26, quel que soit le degré de mouvement ascendant et descendant coaimuniqué au navire 11 par les vagues ou une autre action de la surface. Quand 25 on actionne le treuil 37, le câble 38 sert à tirer le tube-guide marin 42 vers le bas de façon commandée. A l'extrémité inférieure du tube-guide marin 42 est disposé un raccord de tête de forage 43c de tout type et de toute construction désirés. Le raccord 43c est de grandeur telle et présente 30 un alésage tel qu'il s'adapte télescopiquement de façon étanche sur le mandrin de mise en place 28 de l'ensemble de tête de forage 26. Si on le désire, le raccord de câble de guidage peut être monté par un châssis sur le raccord de tête de forage 43c pour établir les câbles de guidage 44 et 45 entre le navire 11 et la structure de 35 tête de forage sous-marin 21. Le raccord de câble de guidage ne fait par partie de l'invention mais est seulement indiqué ici- pour les besoins de l'illustration. Tout à fait en abrégé, la forme représentée ici comprend des boîtes cylindriques 46 et 47 dans 69 16501 7 2009178 lesquelles sont disposés librement des éléments respectifs de raccord de verrouillage 48 et 49* Les bettes 46 et 47 sont fixées au raccord de tête de forage 43c par des châssis 43a et 43b de toute structure appropriée. Les éléments de raccord de verrouillage 48 et 5 49 sont maintenus dans la position de la figure 1 par le fait que les câbles de guidage 44 et 45 sont maintenus sous tension par des treuils de tension constante 50 et 51 prévus à bord du navire 11. Les treuils de tension constante 50 et 51 peuvent être de toute structure appropriée et exercent une force de traction sur les câ-10 bles de guidage 44 et 45 de manière à maintenir les éléments coniques 52 et 53 qui font partie des éléments de raccord de verrouillage 48 et 49 contre le fond des boîtes cylindriques respectives 46 et 47* Il est entendu que lorsqu'on relâche la force appliquée par les treuils de tension constante 50 et 51 » les éléments de 1 5 raccord de verrouillage 48 et 49 sont libres de tomber à travers les boîtes cylindriques. Comme en peut le voir en particulier par les figures 2 et 3» un appareil de descente indiqué par la référence générale 60 est fixé par son extrémité inférieure au raccord de tète de forage 20 43c par le ch&ssis 43b déjà mentionné. L'appareil de descente 60 comprend une portion tubulaire supérieure 63« La portion tubulaire supérieure 63 possède une bride 64 qui est fixée à la bride 62 par tous moyens de fixation connus tels que des boulons (non représenté^, alignant ainsi concentriquement les portions tabulaires 61 et 63 et 25 les maintenant bout à bout dans une position relative fixe. Pour assurer une plus grande stablité de l'appareil de descente 60, la portion tubulaire 63 peut être reliée par une console 65 à une portion inférieure du tube-guide marin 42. A l'extrémité supérieure de la portion tubulaire supérieure 63 est fixée, par soudage ou autre-30 ment, une joue 66 munie d'un trou passant circulaire 67 situé en son centre. L'extrémité opposée de la portion tubulaire supérieure 63, c'est-à-dire l'extrémité inférieure sur les figures 2 et 3, est aussi fermée partiellement par une paroi 68 dirigée vers l'intérieur et définissant un trou passant 69 dont la grandeur correspond à 35 celle du trou passant 67. A l'intérieur des deux portions tubulaires 61 et 63 est disposé un élément cylindrique creux 70 qui passe à travers chacun des trous 67 et 69 et auquel est fixé un piston 71. Le piston 71 69 16501 8 2009178 s'applique de façon étanche à la paroi intérieure de la portion tubulaire 63 tout en ayant une dimension qui lui permet de s'y mouvoir longitudinalement. Des joints sont de préférence prévus autour des trous passants 67 et 69 ainsi qu'autour de la périphérie 5 du piston 71 pour assurer l'étanchéité vis-à-vis des éléments complémentaires» L'élément cylindrique 70 se teimine à son extrémité inférieure par une boîte 72 fixée solidairement et qui présente aussi une configuration cylindrique, soç. diamètre extérieur étant légèrement inférieur à celui de la paroi intérieure de la portion 10 tubulaire inférieure 61. Gomme indiqué en pointillé sur les figures 2 et 3, l'intérieur de la boîte 72 forme une cavité 73 dont la configuration correspond à la portion supérieure du pilier unique 30. Un loquet 74 est monté sur la boîte 72 et possède un élément d® blocage 75 qui peut entrer dans la cavité 73 ou en sortir séleeti-15 vement. Dans le mode d'exécution représenté, le loquet 74 est simplement du type hydraulique et présente un tuyau 76 qui mène à toute source désirée de fluide hydraulique. Mais il est entendu que l'on peut utiliser aussi avantageusement tout type de loquet, par exemple un loquet actionné électriquement. Le tuyau 76 et une 20 partie du loquet 74 passent à travers une fente longitudinale prévue dans le côté de la portion tubulaire inférieure 61 « Il faut noter ici que des tuyaux hydrauliques supplémentaires 77 et 78 communiquent avec l'intérieur de la portion tubulaire supérieure 63, le tuyau 77 étant disposé au-dessus du pistoçi 71 et le tuyau 78 en 25 dessous. Gomme le tuyau 76, les tuyaux hydrauliques 77 et 78 communiquent avec une source appropriée de fluide hydraulique sous pression (non représentée) de préférence située à bord du navire 11 On décrira maintenant le fonctionnement de l'appareil selon l'invention. Gomme on l'a dit plus haut, le câble unique de 30 guidage 31 a été fixé préalablement au pilier unique 30 et se dirige vers le haut jusqu'au navire 11. Sur le navire, on fait passer le câble 31 à travers l'élément cylindrique creux 70 et on descend du navire le raccord de tête de forage 43c et 1*appareil qui y est suspendu, y compris l'appareil de descente 60, en allon-35 géant le tube-guide marin 42 de la façon usuelle, c'est-à-dire en ajoutant à la colonne des aegments individuels de tube-guide. On poursuit cette opération, l'élément cylindrique creux 70 servant à guider la descente le long du câble 31 jusqu'à ce que l'extrémité inférieure de la portion tubulaire inférieure 61 soit située bad origine 69 16501 9 2009178 à une distance fixe prédéterminée au-dessus du pilier 30. Une fois que ce stade de l'opération de descente est atteint, on attache la portion supérieure du tube-guide marin 42 au tendeur hydraulique 43 et on met en action comme le montre la figure 1 le dispositif 5 d'annulation de mouvement et de descente prévu à bord du navire 11 et décrit plus complètement dans la demande de brevet déjà citée. On actionne alors le treuil 37 et le câble de descente 38 sert à placer la boîte 72 sur le pilier 30 comme le montre la figure 2« Il faut noter qu'au moins pendant les derniers stades de 1*opéra— 10 tion de descente ci-dessus, le tuyau hydraulique 77 est mis sous pression de sorte que le piston 71, l'élément cylindrique 70 et la boîte 72 sont continuellement sollicités vers le bas. Une fois que la portion supérieure du pilier 30 s'est logée dans la cavité 73 de la boîte 72, on actionne le loquet 74 en mettant sous pression le 15 tuyau 76 de manière à amener l'élément de blocage 75 en coopération avec un creux correspondant prévu sur le pilier unique comme indiqué sur la figure 2« De cette manière, la boîte 72 est bloquée sûrement sur le pilier 30. Pour attirer finalement le raccord de tête de forage 43 20 à la position de coopération avec le mandrin de mise en place 28, on actionne des soupapes appropriées (non représentées) prévues dans les tuyaux hydrauliques 77 et 78 de manière à relâcher la pression au-dessus du piston 71, à l'intérieur de la portion tubulaire supérieure 63 et à introduire du fluide sous pression par le tuyau 25 78 dans l'espacement défini par la paroi intérieure de la portion tubulaire 63, la paroi dirigée vers l'intérieur 68 et le bas du piston 71. Etant donné que la boîte 72 est bloquée sur le pilier 30, l'application d'une pression hydraulique par le tuyau 78 a pour 30 effet que les portions tubulaires 61 et 63 et par suite le tube-guide 42 et le raccord de tête de forage 43c sont tirés vers le bas contre la force ascendante qui leur est appliquée par le tendeur hydraulique 43 situé à bord du navire 11. En ajustant soigneusement et en maintenant la pression appliquée par le tuyau 78, 35 on peut régler avec précision la vitesse de descente dans les cas où une commande si poussée est nécessaire. A la fin de cette opération finale de descente, les éléments du dispositif selon l'invention se trouvent dans la position de la figure 3 où le raccoré 69 16501 10 2009178 43c est disposé directement sur le mandrin de mise en place 28. Il faut évidemment supposer que le raccord de tête de forage comporte, de façon usuelle, un ou plusieurs passages qui établissent la communication entre l'intérieur du puits et l'intérieur du tube-guide 5 marin, lui-même ou bien des colonnes de tubage comme celles qui sont désignées par les références 80 et 81 et qui sont disposées à 1*intérieur du tube-guide et vont jusqu'au navire 11 » Pour assurer la mise en position du raccord de tête de forage 43c relativement au mandrin de mise en place 28 avant la 10 coopération entre eux, il est désirable, mais non absolument nécessaire, de prévoir une forme de moyens d'alignement. Dans le mode d'exécution représenté, ce moyen d'alignement est sous la forme d'un dispositif à doigt et à fente, un doigt fixe 82 étant disposé près du bas de la portion tubulaire 61 de manière à coopérer avec 1 ï un épauiement 53 du pilier 30 lorsqu'on descend sur celui-ci la portion tubulaire en appliquant du fluide hydraulique sous pression par le tuyau 780 De cette manière, on aligne le raccord 43c sur le mandrin de mise en place 28 aux premiers stades de la descente finaleo BAD ORIGINAL 69 16501 11 2009178 - REVENDICATIONS - 1) Appareillage constitué par un tube-guide marin conçu pour être supporté de façon souple par une plateforme de travail flottant à la surface d'une masse d'eau, un ensemble de tête de fo- 5 rage disposé sous la surface de l'eau, communiquant avec un puits qui pénètre dans le sol sous la masse d'eau et comportant des piliers dressés et un mandrin, un raccord de tête de forage fixé à l'extrémité inférieure du tube-guide et conçu pour coopérer avec le mandrin et un appareil de descente comportant tin organe moteur et pla-10 cé en position fixe relativement au raccord de tête de forage, le tout caractérisé par le fait que l'appareil de descente comporte un dispositif de verrouillage qui réagit au moins au mouvement descendant imprimé à l'appareil de descente au-dessus des piliers dressés de manière à assurer une coopération de blocage entre eux et qu'une 15 fois placé en position de blocage relativement aux piliers, l'appareil de descente, lorsqu'on actionne l'organe moteur, tire le raccord de tête de forage vers la position de coopération, avec le mandrin« 2) Appareillage selon la revendication 1, caractérisé 20 par le fait que l'organe moteur comprend un dispositif hydraulique à piston et à cylindre assurant le mouvement du raccord de tête de forage vers la position de coopération avec le mandrin»