Brevet FR2061628A1 — publié le 19710625

La présente invention se rapporte à un procédé et un appareil pour effectuer des opérations sous la surface d'une masse d'eau. En eau profonde, on utilise parfois des structures flot-5 tantes à partir desquelles on peut effectuer des opérations sous-marines, par exemple sur un puits de pétrole ou un puits de gaz. On éprouve souvent des difficulté;s la s'-te-ucturs flottante a tendance à se anlever et à se déplacer vsrticsleaent à oause des vagues, car cela est gênant s'il est nécessaire d'effectuer des 10 opérations à partir de la structure flottante sur un objet fixe submergé, tel qu'un puits de pétrole, un puits de gaz, ou un pipeline. L'un des buts de l'invention est de fournir un procédé ou un appareil capables de compenser l'influence du soulèvement 15 et du mouvement vertical de la structure flottante de manière à ne plus perturber les opérations à effectuer sous l'eau. Le procédé selon l'invention comprend % la fixation d'au moins un câble souple par 1'une de ses extrémités à un point fixe au-dessous de la surface de la masse d'eau, la fixation de l'au-20 tre extrémité du câble à un système d'entraînement de câble sur une plateforme qui est fixée à un élément flottant de manière à être mobile au moins dans le sens vertical par rapport à l'élément flottant, l'application d'une force constante entre la plateforme et l'élément flottant de manière que la force agissant 25 sur la plateforme soit dirigée vers le haut et tende le câble d'une manière telle que la charge sur le câble souple soit égale à la force appliquée entre la plateforme et l'élément flottant, moins le poids de la plateforme et de l'appareillage qu'il supporte, et la mise en oeuvre d'opérations depuis la plateforme 30 au-dessous de la surface de la masse d'eau. Une structure flottante pour mettre en application le procédé de la présente invention comprend une plateforme assujettie à un élément flottant de manière à être mobile relativement à l'élément flottant, au moins dans le sens vertical par rapport à 35 l'élément flottant, un moyen sur la structure pour appliquer une 70 32574 2 2061628 force entre la plate-forme et 1*élément flottants ©t un système d'entraînement de câble disposé sur la-plateforme pour ©ntraîner un eâbl© dont la position appropriée est d'être vertical© et d'être disposé entre le moyen d*entraînement de eâbl© -si un point fixe situé au-dessous de la surface de la masse d'eau sor laquelle la structure peut flotter„ l'invention peut être mis© en pratique d®. diverses manières;, mai3 dsux forsee âs réalisation spécifique sont décrites ci-après en se référant S, "Ciû. exemple ©t à des dessins où : - la figure 1 ©st une vue de côté schématique dcune forme de réalisation d3une structure flottante convenant pour la mise en oeuvre du procédé de 18invention, - la figure 2 représente une variante d'une structure flottante convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon 1'inventions - Les figures 1 et 2 représentent l'une et l'autre une structure 1 flottant sur une masse d'eau 2 ayant une surface 3 » et cette surface 1 comprend un élément flottant 4 ©t une plateforme 5® La plate-forme 5 est fixée à l'élément flottant 4, par exemple par un système de guidage vertical, non représenté, de manière à être mobile verticalement par rapport à lsélément flottant 0 Dans la forme de réalisation représenté© sur la figure 1, des câbles 6 sont fixés à la plateforme 5, l'autre extrémité de chaque câble comportant un poids 7, et chaque câble étant placé sur une poulie 8» Chaque poulie est disposée sur un pilier 9, qui est supporté par l'élément flottant 4r ©t chaque poulie 8 est située à une hauteur dépassant la position la plus élevée de la plate-forme 5 par rapport à l'élément flottant 4o La plate-forme 5 est dans sa position la plus élevée par rapport à l'élément flottant 4 si les poids 7 sont supportés par le pont de l'élément flottant 4S L'élément flottant 4 est disposé au-dessus d'une tête de puits 10 par des moyens connus tels que des ancres et des câbles d'ancrea La tête d® puits 10 repose avec sa base 11 sur le fond 70 32574 3 2061628 12 de la masse d'eau 2. Cette base 11 est pourvue de moyens de raccordement 13 pour raccorder les extrémités inférieures des câbles 14 à la base» Les extrémités supérieures de ces câbles 14 sont fixées aux moyeux d'entraînement du câble (15) appartenant 5 à des treuils (non représentés) qui sont montés sur la plateforme 5. le câble 14 traverse les orifices 16 aménagés dans la plate-forme 5 et dans une dépression en forme d'ïï (17), de la paroi latérale de l'élément flottant 4. l'entretien ou les autres opérations peuvent être effec-10 tuées dans le puits par l'intermédiaire de la tête de puits 10 au moyen du câble 18 traversant un orifice 19 de la plate-forme 5 et qui est guidé sur une pailie 20 assujettie à un pilier 21 qui est supporté par une plate-forme 5. l'une des extrémités du câble porte un outil (non représenté) pour effectuer des opéra-15 tions à l'intérieur du puits et l'autre extrémité du câble 18 est enroulée autour d'un tambour 22 qui peut être actionné au moyen d'un mécanisme de commande (non représenté), le tambour 22 ainsi que le mécanisme de commande sont montés sur la plate-forme 5. la structure flottante représentée sur la figure 1 est 20 utilisée de la manière suivante. l'une des extrémités de chaque câble 14 est accrochée à la base 11 d'un puits de pétrole (non représenté) d'une manière connue, par exemple en utilisant des scaphandriers, des câbles de guidage, ou un dispositif de propulsion télécommandé ayant une 25 caméra de télévision. Bien que le dessin représente le moyen de raccordement 13 monté sous fbrme d'un crochet, il est bien entendu que d'autres moyens de raccordement peuvent être utilisés aussi, par exemple des raccordements bien connus q.ui peuvent être commandés à distance et qui comportent une mise en libéra-30 tion de secours. les extrémités supérieures des câbles 14 passent ensemble dans la dépression 17 de l'élément flottant 4 et séparément dans les orifices 16 aménagés dans la plate-forme 5. Chaque câble 14 est raccordé au moyen d'entraînement du câble 15 des treuils 35 (non représentés). 70 32574 4 2061628 En actionnant les treuils, les câbles 14 sont tendus et la plate-forme 5 se déplace vers la base à l'encontre de l'action des poids 7. La charge totale s'exerçant sur les câbles 14 est alors égale à la force totale appliquée entre la plate-forme 5 et 5 l'élément flottant 4 (cette force est fournie par le poids 7 suspendu aux câbles 6), moins le poids de la plate-forme 5 comprenant l'appareillage qu'elle porte® Si les poids 7 ont été amenés dans une position intermédiaire entre les positions extrêmes qu'ils peuvent atteindre, les treuils sont arrêtés et bloqués et ne peu-10 vent plus tourner. Si l'élément flottant 4 se déplace verticalement à cause des vagues, la plate-forme 5 demeurera dans sa position par rapport au fond 12 de la masse d'eau 2. L'élément flottant 4 en se déplaçant vers le haut déplace les piliers 9 et les poulies 8 15 vers le haut. Du fait que la plate-forme 5 est retenue par les câbles 14, elle ne peut s'élever et cela fait tourner les poulies 8 et déplace les poids 7. La plate-forme 5 demeure également fixe et à la même distance du fond 12 si l'élément flottant 4 descend, car les 20 câbles 14 sont maintenus tendus sous l'influence des poids 7» Pendant ce mouvement descendant de l'élément flottant 4, les poids 7 se déplacent et les poulies 8 tournent dans le sens opposé au sens de rotation pendant le mouvement ascendant de l'élément flottant 4. 25 De ce qui précède, il ressort que, indépendamment des vagues, la plate-forme (5) demeurera toujours à la même distance du fond 12, et que les câbles 14 seront toujours maintenus sous tension. Depuis la plate-forme 5, on peut effectuer des opérations 30 de forage ou de guidage de câbles. La plate-forme 5 peut être pourvue d'un appareillage classique pour effectuer les opérations de guidage de câbles, par exemple un appareillage représenté sur la figure 1, et indiqué par les 1° 18, 19, 20, 21 et 22. Du fait que cet appareillage ne fait pas partie de l'invention," il ne se-35 ra pas expliqué d'une manière détaillée. La tête de puits 10 est 70 32574 5 2061628 pourvue d'un joint à haute pression dans lequel le câble 18 peut passer, et ce câble ainsi que l'outil (non représenté) suspendu au câble pénètrent dans le puits par l'intermédiaire de la tête de puits 10 en ayant recours à une opération de plongée. La traction des câbles 14 ne doit pas nécessairement être exercée au moyen des treuils (non représentés) dont le moyen d'entraînement du câble 15 fait partie. Si on le désire, les treuils peuvent être utilisés uniquement pour l'emmagasinage des câbles 14, en faisant dérouler ces câbles à une longueur permettant de les raccorder aux extrémités inférieures du moyen de raccordement du câble 13. Ensuite, les câbles sont tirés par l'application d'une force entre la plate-forme 5 et le réservoir 4, pour déplacer la plate-forme dans une direction ascendante. On peut y parvenir en maintenant les poids 7 dans une certaine position pendant la mise en place des câbles 14, et ensuite en laissant les poids (7) libres. Il est bien entendu que cette opération n'est possible que s'il n'existe que peu de vagues ou très peu de vagues au niveau de l'eau 3. Des systèmes de sécurité (non représentés) sont prévus pour arrêter la plate-forme et l'empêcher d'être projetée vers le haut dans le cas où l'un des câbles ou les deux câbles 14 se relâchent. La forme de réalisation représentée sur la figure 2 est décrite ci-après. Les numéros de référence utilisés sont le"s mêmes que ceux qui figurent sur la figure 1 pour les mêmes objets. La forme de réalisation représentée sur la figure 2 est pourvue d'un système hydraulique pour déplacer la plate-forme 5 par rapport à l'élément flottant 4 au lieu d'un système comprenant des poids (17) comme le représente la figure 1. Il est à remarquer, cependant, qu'au lieu de poids ou d'un système hydraulique, il est également possible d'utiliser un système pneumatique, hydropneumatique ou électrique, si on le désire. Sur l'élément flottant 4 sont disposés plusieurs cylindres hydrauliques 23 (par exemple quatre), dans lesquels se trouve un plongueur ou un piston (non représentés), qui est mobile aivant l'axe du cylindre 23. 70 32574 6 2061628 A chaque plongeur ou piston est fixée une barre ou une tige 23, dont l'extrémité supérieure est raccordée à la plateforme 5. Le raccordement des barres ou des tiges 24 avec la plateforme peut être direct ou bien être effectué par l'intermédiaire d'une suspension à la Cardan. Le mouvement axial (vertical) des barres ou des tiges 24 peut être contrôlé par un système de réglage adéquat qui apprécie la déviation ou toute forme de déviation d© la plate-forme 5 par rapport au plan horizontal désiré. Dans le système représenté sur la figure 2, la déviation de la plate-forme 5 par rapport au plan horizontal"recherché est estimée par un dispositif sensible £5. Depuis le dispositif 25 des signaux peuvent être émis dans line ligne 26 aboutissant à un appareil de contrôle 27. La tension dans le3 câbles 14, qui sont, à leur partie supérieure, raccordés au moyen d'entraînement du câble 15 peut être estimée d'une manière connue en soi par des dispositifs sensibles 28 dont seulement l'un d'eux est représenté sur le dessin. Chaque dispositif sensible 28 est relié à l'appareil de contrôle 27 par une ligne 30 dans laquelle des signaux peuvent être transmis depuis le dispositif sensible vers l'appareil de contrôle. L'appareil de contrôle 27 peut traiter des signaux, reçus par les dispositifs sensibles 25 et 28, et peut décider de la pression hydraulique qui est nécessaire dans les cylindres 23 pour maintenir la plate-forme 5 dans le plan horizontal désiré et pour maintenir les câbles 14 sous une charge appropriée. L'appareil de contrôle 27 peut ensuite régler la pression dans les cylindres 23 en conformité, par exemple en actionnant des soupapes de réglage à trois voies 31 et 32 et en envoyant des signaux dans les lignes 35 vers des servo-mécànismes à soupapes 33 et 34. Les soupapes 31 et 32 sont disposées respectivement dans une canalisation 36 et dans une canalisation 37 qui raccordent l'une et l'autre, le. côté de la pression d'une pompe à liquide 38 avec un cylindre correspondant 23. L'aspiration de la pompe 38 est raccordée par une canalisation 39 à un réservoir 40 renfermant un liquide approprié, par exemple de l'huile. Une canalisation d'écoulement 41 raccorde la soupape 31 à la partie supérieure du réservoir 70 32574 7 2061628 40 et une canalisation d'écoulement 42 raccorde la soupape 32 à la canalisation d'écoulement 41» En disposant convenablement les soupapes à trois voies 31 et 32, le liquide peut être refoulé depuis le réservoir 40 5 vers le cylindre 23 et/ou être entraîné par les cylindres 23 de manière à obtenir la pression appropriée dans chacun des cylindres 23. Au moyen du système hydraulique décrit précédemment, la plate-forme, indépendamment des vagues, peut toujours demeurer dans le même plan horizontal recherché et les câbles 14 seront 10 toujours maintenus sous la charge nécessaire, Sur la plate-forme 5 peut être installé un appareillage classique pour effectuer des opérations de forage, par exemple, un derrick 43, un appareil de levage 44, un câble 45, une poulie mobile 46, et une poulie fixe supérieure 47. 15 La communication avec un puits par la tête d'un puits submergé (non représenté) a lieu à l'aide d'une colonne de tubage 49, qui, à son extrémité inférieure est raccordée à la tête de puits et à son extrémité supérieure passe dans l'orifice 50 dans la plate-forme 5. 20 Le fonctionnement de la forme de réalisation représentée sur la figure 2 s'effectue de la manière suivante. Lorsque l'élément flottant 4 a été disposé au-dessus du puits dans lequel les opérations d'entretien doivent être effectuées, les câbles 14 sont raccordés par leurs extrémités infé-25 rieures à la tête de puits ou à un point à proximité de la tête de puits. Ce point est un point fixe situé au-dessous de la surface 3 de la masse d'eau 2„ En actionnant le moyen d'entraînement du câble 15, les câblés 14 sont tirés et du fait que la charge sur les câbles est calculée par les dispositifs sensibles 30 28 (dont l'un d'eux seulement est représenté), les cylindres 23 sont commandés d'une manière telle que la charge désirée s'exerce sur les câbles 14. Il est bien entendu que, par une manipulation appropriée, à l'aide du système d'entraînement du câble 15, on peut obtenir 35 une position neutre appropriée des tiges 24 par rapport aux cylindres 23» 70 32574 8 2061628 La tension des câbles 14 pendant l'action des vagues s1exerçant sur l'élément flottant 4 provoque l'immobilité de la plate-forme 5, par rapport au fond de la masse d'eau, et en conséquence par rapport à la tète de puits dans laquelle des opérations doivent être effectuées. Dans cette position de la plateforme 5, la colonne de tubage 49 est abaissée depuis la plateforme vers la tête de puits et raccordée à celle-ci soit en ayant recours à des scaphandriers ou au moyen d,un appareillage de raccordement automatique ou à télécommande qui sont bien connus. L'extrémité supérieure de la colonne de tubage 49 est immobile par rapport à la plate-forme 5, malgré l'action des vagues s'exerçant sur l'élément flottant 4, et elle peut être accouplée à la plate-forme 5 par un moyen de fixation 51. Ces moyens de fixation sont bien connus et il n'est pas nécessaire de les expliquer. En actionnant le moyen d'entraînement du câble 15, la charge sur les câbles 14 peut alors être supprimée au moins en partie pour la colonne de tubage 49. Cependant, cela n'est pas nécessaire, et les opérations à effectuer dans le puits au moyen du câble 48 suspendu à un crochet du palan mobile 46, peuvent être effectué® avec les câbles 14 et/ou avec la colonne de tubage 49 sous charge. Il est bien entendu qus al le câble 49 est chargé par l'action du système hydraulique, la charge s'exerçant sur ce câble devra être estimée et les données obtenues devront être communiquées à l'appareil de contrôle 27. La tête de puits, ou l'autre appareillage submergé dans lequel des opérations devront être effectuées au moyen du procédé et/ou de l'appareil selon l'invention, ne doivent pas nécessairement être situés sur 2e fond de la masse d'eau, mais peuvent aussi être situés au-dessus ou au-dessous de ce fond. Il est cependant essentiel que les câbles souples 14 ou la colonne de tubage 49 soient raccordés à leirs extrémités inférieures à un point situé au-dessous du niveau de l'eau, et que ce point soit situé à une distance constante par rapport au fond de la masse d'eau. Il est à remarquer qu'au lieu des poids ou du système hydraulique décrits précédemment, on peut aussi utiliser un 70 32574 9 2061628 système pneumatique, hydro-pneumatique ou électrique. Par exemple', il est possible de maintenir la pression dans chaque cylindre 23 dans toutes les positions de la plate-forme 5, en reliant chaque cylindre 23 à un réservoir de pression correspondant (non repré-5 s enté), renfermant un gaz et ayant un volume qui est grand par rapport au volume du cylindre correspondant 23. En outre, on remarquera 1s fait que l'on peut utiliser au lieu d'une colonne de tubage unique 49 (qui est représentée) plusieurs colonnes de tubage disposée parallèlement ou d'une manière 10 concentrique. Il est bien entendu que, bien que la plate-forme compensant l'absence des vagues décrite dans la forme de réalisation de l'invention selon les figures 1 et 2 soit montée au-de3sus de l'élément flottant, l'invention ne se limite pas à cette forme. 15 On peut obtenir des résultats similaires en assujettissant la plate-forme à l'un des côtés de l'élément flottant, d'une manière telle qu'elle soit mobile au moins dans le sens vertical par rapport à l'élément flottant. les formes de réalisation représentées sur la figure 1 20 peuvent, si on le désire, aussi être associées à une colonne de tubage 49 comme cela est décrit sur la figure 2. Il n'est pas nécessaire que le treuil 22 (voir figure 1) soit placé sur la plate-forme 5, mais il peut être monté sur l'élément flottant 4, à une distance suffisante de la plate-forme. 25 le câble 18 est ensuite guidé à partir du treuil sur une poulie de guidage, montée sur la plate-forme 5, et sur la poulie 20. Un arrangement similaire peut être réalisé avec la forme de réalisation représentée sur la figure 2. 32574 10 2061628 REVENDICATIONS Procédé pour effectuer des opérations sous la surface d'une masse d'eau, caractérisé par le fait de fixer au moins un câble souple par une de ses extrémités à un point fixe situé au-dessous de la surface d'une masse d'eau ; par la fixation de l'autre extrémité du câble à un moyen d'entraînement du câble d'une plate-forme qui est fixée à un élément flottant de manière à être mobile, au moins dans le sens vertical, par rapport à l'élément flottant ; par l'application d'une force constante entre la plate-forme et l'élément flottant de manière que la force s'exerçant sur la. plate-forme soit dirigée vers le haut et tende le câble, de manière que la charge sur le câble souple soit égale à la force appliquée entre la plate-forme et l'élément fbttant, moins le poids de la plate-forme et de l'appareillage qu'elle porte ; et par le fait d'effectuer des opérations, depuis la plate-forme, au-dessous de la masse d'eau. — Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du câble souple est raccordée à une tête de puits ou à proximité d'une tête de puits montée sur un puits pénétrant dans le sol au-dessous du fond de la masse d'eau. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'avant d'effectuer les opérations, une colonne de tubage est fixée par son extrémité inférieure à la tête de puits et par son extrémité supérieure à la plate-forme, et ensuite, la tension dans le câble est réduits d'une quantité suffisante pour créer une charge sur la colonne de tubage. Structure flottante pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une plate-forme fixée à un élément flottant de manière à être mobile relativement à l'élément flottant au moins dans le sens vertical par rapport à l'élément flottant 70 32574 n 2061628 un moyen sur la structure pour appliquer une ferce entre la plateforme et l'élément flottant et un moyen d'entraînement de câble sur la plate-forme pour entraîner un câble qui puisse être disposé verticalement entre le moyen d'entraînement de câble et un 5 point fixe situé au-dessous de la surface de la masse d'eau sur laquelle la structure peut flotter.