Brevet FR2128120A1 — publié le 19721020

La présente invention se rapporte à un dispositif d'excen-tration qui s'intercale entre la partie inférieure d'une structure émergente articulée de forage en mer ou de production et une embase reposant sur le fond sous-marin, et permet à ladite structure de 5 se déplacer transversalement ou circulairement. Les structures émergentes articulées connues pour les opérations de forage en mer ou d'exploitation de gisements sous-marins d'hydrocarbures sont du type coque ou treillis avec flotteurs intégrés ou non à la partie supérieure. Elles sont fixées à une embase ÎO reposant sur le sol sous-marin à l'aide d'une articulation qui leur autorise un certain débattement. La partie émergente de ces structure est aménagée pour recevoir les installations nécessaires au forage ou à la mise en production des puits déjà forés. Ces structures présentent actuellement un intérêt grandis-15 sant. Toutefois certains problèmes se posent encore lors de leur utilisation. On peut mentionner notamment, les problèmes de pilonne-ment hors axe rencontrés lors du forage de puits dont l'axe est excentré par rapport à celui de la structure articulée, ainsi que les difficultés de manutention de l'appareil de forage sur la struc-20 ture, et la nécessité de mettre en attente les puits producteurs jusqu'à la phase finale du forage ou d'immobiliser l'appareil de forage lors des contrôles effectués sur des puits précédemment mis en fonctionnement. La présente invention permet de résoudre les problèmes 25 rencontrés sur les structures articulées classiques en proposant un dispositif d'excentration qui rend possible le déplacement transversal ou circulaire de la structure articulée par rapport à l'embase. Par l'intermédiaire de ce dispositif il devient possible notamment d'effectuer des forages multiples à répartition circulaire par la 30 partie centrale de la structure articulée. Le forage terminé, ladite structure peut être ramenée au centre du site, ce qui permet d'avoir directement accès aux puits préalablement forés et équipés, et de pouvoir intervenir sur ces puits pour des opérations de conditionnement ou de contrôle. 35 Le dispositif d1excentration selon l'invention reliant une embase reposant sur le sol sous-marin à l'articulation d'une structure articulée émergente est caractérisé en ce qu'il comprend une tablette de roulement aménagée sur l'embase et surmontée d'un tourillon à axe vertical, un chemin de roulement circulaire placé éga-40 lement sur l'embase et centré sur l'axe du tourillon, un chariot 71 07709 2 2128120 excentreur mobile en rotation autour dudit tourillon en prenant appui sur ledit chemin et ladite tablette de roulement, ledit chariot étant muni à sa partie supérieure d'une rampe de guidage sur laquelle vient se placer de façon coulissante l'élément inférieur del'ar-5 ticulation principale de la structure articulée, et des moyens pour déplacer le chariot excentreur en rotation et pour faire glisser la structure articulée sur la rampe de guidage dudit chariot. Le chariot excentreur est muni d'une ouverture permettant le passage des composants d'une tête de puits de forage ou de pro-10 duction. Selon un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les moyens permettant de déplacer le chariot excentreur en rotation comportent une crémaillère associée latéralement au chemin de roulement, un élément porteur de galets ou de rouleaux solidaire 15 du chariot excentreur, lesdits galets ou rouleaux reposant sur ledit chemin de roulement, et un système de déplacement associé au chariot excentreur et prenant appui sur la crémaillère. Dans une forme de réalisation, le système de déplacement comprend un ou plusieurs vérins d'extrémité à double effet associés 20 au chariot excentreur, lesdits vérins agissant sur des sabots qui s'insèrent de façon amovible dans les cannelures de la crémaillère et jouent le rôle de butées. Dans une autre forme de réalisation, le système de déplacement comporte un ou plusieurs vérins d'extrémité à double effet so-25 lidaires du chariot excentreur, qui agissent par serrage sur la crémaillère par l'intermédiaire de cliquets autobloqueurs. On peut également envisager un système de déplacement comprenant un moteur hydraulique solidaire du chariot excentreur, ledit moteur entraînant un pignon qui engrène sur la crémaillère. 30 Bien que l'élément, porteur de galets ou de rouleaux soit préféré pour équiper le chariot excentreur, d'autres systèmes ayant une fonction équivalente entrent également dans le cadre de l'invention . Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon 35 l'invention, les moyens permettant le glissement de la structure sur la rampe de guidage comportent une crémaillère associée latéralement à ladite rampe, un élément porteur de galets ou de rouleaux solidaire de l'élément inférieur de l'articulation principale de la structure articulée, lesdits galets ou rouleaux reposant sur ladite 40 rampe, et un système de déplacement adapté audit élément inférieur 71 07709 3 2128120 et prenant appui sur la crémaillère. Les formes de réalisation dudit système de déplacement sont de préférence analogues à celles décrites pour le système de déplacement faisant partie des moyens assurant le déplacement en 5 rotation du chariot excentreur. Toutefois d'autres systèmes équivalents peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. Dans une forme de réalisation préférée, le tourillon, dont est munie la table de roulement, est du type à conducteurs d'efflu-ents en son centre. A cet effet sa partie centrale est munie de 10 deux conduits jumelés respectivement pour l'amenée et l'évacuation des effluents des puits producteurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation d'un dispositif d'excentration associé à une structure articulée utilisable 15 pour le forage et la production, cette description étant illustrée par les figures en annexe. La figure 1 est une vue schématique de 1'installation comportant le dispositif excentreur et la structure articulée. La figure 2 représente l'installation de la figure 1 vue 20 de dessus depuis le niveau II. La figure 3 montre le système d'excentration monté sur l'embase vu de dessus depuis le niveau III. En se référant aux figures 1, 2 et 3, on trouve en 1, l'embase aménagée sur le sol sous-marin 26. De forme classique, 25 cette embase est réalisée pour s'adapter aux conditions de terrain du site opérationnel. Elle est prévue pour recevoir un nombre suffisant de tête de puits de forage ou de production, permettre leur passage, et, après mise en place, leur assurer par sa forme une protection. Sur la partie supérieure de cette embase sont aménagés 30 un chemin de roulement 2 à crémaillère et de forme circulaire permettant de couvrir la zone de forage et une table de roulement 3 surmontée d'un tourillon 4 à axe vertical, ledit chemin de roulement étant centré sur cet axe. Ledit tourillon est muni de deux conduits dans sa partie centrale qui permettent l'un le passage de 35 l'effluent produit par les puits producteurs et allant à l'installation assurant le traitement, et l'autre le passage de l'effluent traité devant être évacué. Ces conduits séparés sont reliés l'un à la collecte 5 du manifold sous-marin 6, et l'autre à la conduite d'évacuation 7 de la production après son traitement. Le tourillon 40 assure également une fonction de liaison des télécommandes 8 des 71 07709 4 2128120 équipements sous-marins. Sur l'embase 1 vient prendre place un chariot excentreur 9 qui peut se déplacer circulairement sur le chemin de roulement 2 et la table de roulement 3 par l'intermédiaire d'un élément porteur de 5 galets couplés et superposés 10 pour éviter le déséquilibrage en cours de mouvement. Une large ouverture prévue dans le chariot excentreur permet le passage des composants d'une tête de puits de forage ou de production. 10 Le déplacement du chariot excentreur s'effectue avec l'as sistance de vérins 11, du type vérin d'extrémité à double effet, qui sont commandés depuis la surface par un circuit hydraulique et agissent sur des sabots s'insérant de façon amovible dans les cannelures de la crémaillère associée au chemin de roulement. 15 La partie supérieure du chariot excentreur 9est légèrement inclinée et pourvue d'une rampe de guidage 12 à crémaillère. Sur cette rampe de guidage 12 vient se fixer l'élément inférieur 13 de l'articulation principale 14 de la structure articulée 16. Cet élément inférieur 13 peut coulisser sur la rampe de guidage 20 sous l'action de vérins 15 agissant également sur des sabots s'insérant dans les cannelures de la crémaillère associée à ladite rampe de guidage ; il en résulte ainsi un glissement transversal de toute la structure articulée. Ladite structure articulée est pourvue d'un certain nombre 25 de passages 17 disposés circulairement autour de son axe. Cette configuration possède impérativement le même diamètre que le cercle des puits sur l'embase 1. Ces passages 17 peuvent servir au guidage de tubes d'intervention 18 lors de la nécessité d'une instrumentation. Cette opération d'instrumentation n'est possible que lorsque 30 la phase finale du forage a été atteinte et que la structure articulée se retrouve en position primaire, c'est-à-dire en position non excentrée, chaque passage 17 correspondant alors à un puits équipé sur 1'embase. Un passage d'extrémité 19 de diamètre plus important que 35 celui des passages 17 est prévu dans la structure articulée 16 pour qu'en position d'excentration, dite encore position de forage, ce passage 19 soit en regard du tourillon 4. Deux conduites jumelées 20 peuvent être descendues dans ce passage et reliées aux conduits correspondants du tourillon pour assurer l'amenée de l'effluent des 40 puits producteurs à la station de traitement située à la partie su 71 07709 5 2128120 périeure de la structure articulée et l'évacuation de l'effluent traité. Les lignes de télécommande 8 des organes des têtes de puits ou des vérins passent également dans le passage 19. La structure articulée est munie en outre d'un passage cen-5 tral 21 traversant toute l'installation, y compris l'articulation 14. Ce passage central est adapté aux dimensions des têtes de puits de forage afin de permettre leur mise en place dans l'embase. Deux passages d'équipements 22 sont également prévus pour les opérations de conditionnement de puits pendant le forage du 10 puits suivant ou pour le passage d'une cloche de plongée. La partie 24 de la structure articulée se trouvant au dessus du niveau de la mer 25, est aménagée pour recevoir toutes les installations de forage 23 sur niveaux indépendants et hors des passages 17 d'accès aux puits. Les installations de production sont 15 isolées des installations de forage pour conférer à l'ensemble une parfaite sécurité. La mise en place et le fonctionnement de cet ensemble sont décrits succinctement ci-après. La structure articulée 16, après remorquage sur le site 20 est positionnée et fixée, à l'aide de moyens classiques, au chariot excentreur 9 mis en place préalablement sur l'embase 1 « Après cette opération la structure articulée se trouve au centre de l'installation. Les vérins 15 commandés depuis la surface font alors glis-25 ser ladite structure transversalement sur la rampe de guidage 12 équipant le chariot excentreur 9, dans une position extrême correspondant au rayon d'implantation des puits à réaliser. Les vérins 11 prennent ensuite le relai pour mettre en mouvement le chariot excentreur autour du tourillon 4, et assurer le positionnement de la 30 structure articulée sur l'emplacement désiré pour le forage du puits. Pour ne pas demander aux vérins de supporter les efforts trop importants qui leur seraient demandés par la mise en mouvement de la masse d'une telle installation, on peut régler la valeur de 35 l'effort vertical au niveau de l'articulation de la structure articulée par ballastage ou déballastage de ladite structuraCette procédure est utilisée uniquement lors des déplacements de la structure articulée. Une fois le positionnement assuré, la stabilité propre de la structure articulée est alors restituée. 40 Pendant toute la durée des opérations de forage, les puits 71 07709 D 2128120 déjà forés et équipés peuvent être mis en production par l'intermédiaire des conducteurs d'effluents du tourillon 4. Les forages pluricirculaires terminés, la structure articulée est ramenée à son emplacement initial au centre de l'installa-5 tion. A partir de cette position et sans autre déplacement on peut intervenir sur les puits par les passages 17 avec un appareillage léger pour diverses instrumentations. On peut également envisager de remplacer la structurearti-10 culée utilisée pour le forage, une fois son rôle rempli, par une structure articulée dont la fonction serait de permettre seulement la production et le traitement des hydrocarbures, et l'intervention sur le ou les puits défectueux. Le dispositif d'excentration par son tourillon de collecte 15 autorise le changement de structure articulée avec une sécurité absolue, et de plus sa disposition offre une protection totale des têtes de puits durant cette opération. 71 07709 7 2128120 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour assurer 11excentration d'une structure articulée émergente sur une embase reposant sur le sol sous-marin caractérisé en ce qu'il comprend une tablette de roulement aménagée sur 5 l'embase et surmontée d'un tourillon à axe vertical, un chemin de roulement circulaire placé également sur ladite embase et centré sur l'axe du tourillon, un chariot excentreur mobile en rotation autour dudit tourillon en prenant appui sur ledit chemin et ladite tablette de roulement, ledit chariot excentreur 10 étant muni à sa partie supérieure d'une rampe de guidage sur laquelle vient se placer de façon coulissante l'élément inférieur de l'articulation de la structure articulée, et des moyens pour déplacer le chariot excentreur en rotation et pour faire glisser la structure articulée sur la rampe de guidage dudit chariot. 15 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le chariot excentreur est muni d'une ouverture permettant le passage des composants d'une tête de puits de forage ou de production. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens permettant de déplacer le chariot excentreur en rota-20 tion comportent une crémaillère associée latéralement au chemin de roulement, un élément porteur de galets ou de rouleaux solidaire du chariot excentreur, lesdits galets ou rouleaux reposant sur le chemin de roulement, et un système de déplacement associé au chariot excentreur et prenant appui sur la crémaillère. 25 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens permettant de faire glisser la structure articulée sur la rampe de guidage comprennent une crémaillère associée latéralement à ladite rampe, un élément porteur de galets ou de rouleaux solidaire de l'élément inférieur de l'articula-30 tion principale de la structure articulée, lesdits galets ou rouleaux reposant sur la rampe de guidage, et un système de déplacement adapté audit élément inférieur de 1'articulation et prenant appui sur la crémaillère. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que 35 le système de déplacement comporte un ou plusieurs vérins d'extrémité à double effet associés au chariot excentreur ou à l'élément inférieur de l'articulation principale de la structure articulée, lesdits vérins agissant sur des sabots, qui s'insèrent de façon amovible dans les cannelures de la crémaillère et jouent 40 le rôle de butées. 71 07709 ° 2128120 6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que le système de déplacement comprend un ou plusieurs vérins d'extrémité à double effet solidaires du chariot excentreur ou de l'élément inférieur de l'articulation principale de la structure 5 articulée, lesdits vérins agissant par serrage sur la crémaillère par 1'intermédiaire de cliquets autobloqueurs. 7. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que le système de déplacement comporte un moteur hydraulique solidaire du chariot excentreur ou de l'élément inférieur de l'ar- 10 ticulation principale de la structure articulée, ledit moteur entraînant un pignon, qui engrène sur la crémaillère. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le tourillon, dont est munie la tablette de roulement, est à conducteurs d'effluents en son centre. %