Brevet FR2356803A1 — publié le 19780127

L'invention concerne une méthode et une structure d'intervention et d'entretien de puits pétroliers sous-marins situés au voisinage des cotes ou en haute mer, permettant le service permanent des puits, quelles que soient les conditions météorologiques. Pour effectuer l'entretien des puits pétroliers sousmarins, on peut utiliser deux méthodes, la technique dite TFL et la technique classique. La technique TFL consiste à faire circuler les outils de contrôle ou de service par pompage dans les canalisations de sortie de l'effluent du puits. Or, pour exploiter les gisements de pétrole sous-marins, on utilise la plupart du temps des platesformes de production pour controler et séparer, meme partiellement, lthuile et le gaz du produit brut ainsi que pour stocker et transférer ces produits sur des navires réservoirs. Comme ce sont des installations très importantes et très coûteuses, il serait naturel de les utiliser en meme temps pour effectuer à distance, grâce à cette technique, les opérations d'entretien des puits situés non seulement à proximité mais ceux éloignés de la plateforme. Cependant, la méthode de circulation des outils de contrôle ou de service par pompage ne peut etre utilisée actuel le ment qu'avec des canalisations de petit diamètre ne permettant qu'une production de 1.500 à 2.000 barils par jour au maximum alors que les puits à grand débit dépassent plusieurs fois ce volume. D'autre part, elle est inutilisable lorsqu'il s'agit de pomper des outils dans du brut à fort pourcentage de gaz, le contrôle de la position de l'outil étant alors impossible. Enfin, en dépit des techniques connues de transfert d'énergie de commande par voie hydraulique pour effectuer à distance la manoeuvre de vannes par exemple, les pertes de charges des lignes hydrauliques sont trop importantes pour les dimensions des sections de lignes de petit diamètre. Il n'est donc pas possible de contrôler et de commander actuellement, à partir d'une plate-forme de production, des puits relativement éloignés de la plate-forme, et on est obligé d'utiliser la technique classique. Celle-ci requiert un bateau de service que l'on positionne à l'-aplomb du puits et à partir duquel on effectue, par l'intermédiaire d'un tube rigide du diamètre requis, les opérations habituelles telles qu'on les fait à terre, après connexion du tube sur le puits. Cependant, cette technique est tributaire de 1'étant de la mer et ne peut etre employée par gros temps. Or, Certaines opérations d'entretien, comme le remplacement de vannes de sécurité de fonds de puits, doivent etre effectuées à intervalles réguliers, et donc à des époques pouvant coincider avec des tempe tes ou des vagues de trente mètres de creux rendent toute intervention du bateau de service impossible. Par ailleurs, meme avec une mer ordinaire, la connexion du tube rigide entre le bateau et le puits est difficile à cause du pilonnement et de l'écart angulaire entre l'axe vertical du bateau et l'axe du tube et il en est de meme du passage de l'interface air eau pour les plongeurs et les pièces de rechange, vannes, etc.., descendus sur le puits. L'objet de la présente invention est une méthode d'intervention et d'entretien de puits pétroliers sous-marins selon laquelle on exploite un puits ou un groupe de puits relativement éloignés, pouvant etre situés à des distances d'un à plusieurs kilomètres, en canalisant les effluents de ce ou de ces puits jusqu'à la plate-forme de production et en installant, à proximité du puits ou du groupe de puits, une tour ancrée et articulée à sa base et agencée pour accomplir toutes opérations d'intervention, d'entretien et de commande de ce ou de ces puits, à l'exclusion de toutes opérations de production proprement dites. On assure ainsi un service permanent du ou des puits, quels que soient l'état de la mer, leur débit et leur distance de la plate-forme de production. Un autre objet de l'invention est une tour ancrée à une distance prédéterminée du ou des puits à desservir et articulée à sa base pour la mise en oeuvre de la méthode d'intervention et d'entretien définie ci-dessus, comprenant des dispositifs de guidage externe pour la descente de moyens lestés de transport et de manutention de tous organes de télécommande ou de tous équipements et outils de travail nécessaires aux puits. On peut ainsi, quel que soit l'état de la mer, opérer la descente des équipements et outils choisis en utilisant un dispositif de guidage qui corresponde au puits considéré pour atteindre obligatoirement ce puits sans pilonnement et sans écart latéral. Un autre objet de 11 invention est une tour de ce type comprenant à sa partie supérieure un poste de manutention desservant chacun des dispositifs de guidage externe, des moyens de commande et de guidage des câbles de commande des équipements auxquels ils sont reliés, lesdits cables de commande circulant de bas en haut dans une structure de guidage le long de la tour pendant la descente d'un équipement par la structure externe. Ainsi, on peut réaliser aisément toute opération complexe de connexion étanche des câbles de commande sur les équipements descendus sur les puits, le raccordement de ces cables sur ces équipements et les opérations destinées à les étancher s'effectuant en surface et à l'abri à bord de la tour. En outre et contrairement à tous les systèmes anterieurs connus, on peut à tout moment disposer des postes de télécommande en surface, que les équipements des puits soient installés au fond ou remontés en surface, pour les commander ou les contrôler. Un autre objet de l'invention est une tour de ce type comprenant en outre un passage intérieur d'accès de la partie supérieure de la tour au niveau des puits. Ce passage peut etre étanche ou en communication avec la mer. Les interventions directes par plongeurs peuvent donc s'effectuer commodément, le passage de l'interface air mer, toujours dangereux par gros temps, s'effectuant à l'abri soit d'une tourelle de plongée descendant dans le passage le long de moyens de guidage, soit d'un ascenseur dans le cas où le passage est maintenu étanche. Dans ce cas, la sortie des plongeurs s'effectue par un sas. Un autre objet de l'invention est une tour du type cidessus comprenant une plate-forme pour hélicopètre et caractérisée en ce que ladite tour comprend en outre, à sa partie supérieure, une tourelle rotative avec pont de manutention équipé pour décharger les colis des bateaux de service et pour coopérer avec les structures de guidage externe des équipements et outils que l'on descend et que l'on remonte des puits, des logements fixes disposés au-dessous de la tourelle tournante pour les équipements, les postes de télécommandes, éventuellement le personnel, ainsi que toutes installations de treuils de commande d'enroulement des câbles de télécommandes et de descente et remontée du compartiment de plongée, la tourelle étant équipée de treuils et de tous moyens ordinaires de manutention des tubes et équipements nécessaires au service des puits. L'intérêt d'un tel système est donc de pouvoir effectuer toutes les opérations habituelles de surveillance des puits, de remplacement des vannes inférieures de sécurite, de commande des diverses vannes de production ou de sécurité des tetes de puits, de réaliser tout travail au câble, d'effectuer tous prélèvements ou toutes mesures de façon simple, sûre, et à tout moment. Sur le dessin La figure 1 est une représentation générale schématique de la structure, la figure 2 la vue schématioue de la partie supérieure de la structure > et la figure 3 la vue schématique de la partie inférieure. Les structures monopodes, composées d'un dispositif d'articulation 1, figures 1 et 3, d'une colonne 2 et d'un pont supérieur 3 pour l'atterrissage dthélicoptères, sont déjà connues. Ces structures comportent notamment tous éléments de flottaison, à tout niveau déterminé, et éventuellement tous ballasts 45 nécessaires, assurant la stabilité de la structure en toutes circonstances. Les élements de flottaison étant constitués de tous éléments conventionnels, ces éléments n'ont pas été représentés dans leur ensemble complet pour plus de clarté du dessin. Ces parties de la structure ne seront donc pas décrites et l'on comprendra d'ailleurs que l'on peut utiliser tout type de structure monopode articulée à sa base avec ou sans dispositif de limitation de course angulaire. Selon l'invention, le dispositif d'articulation 1 est un dispositif cardan fixé à une plate-forme d'ancrage 5 et à une distance bien déterminée d'une tete de puits ou d'un groupe de tetes de puits sous-marins 6 et éventuellement d'un manifold 7. Les effluents de ces puits, avec ou sans manifold, sont canalisés vers une plate-forme de production par une ou plusieurs conduites 41. Ces conduites pourraient d'ailleurs servir à recevoir les produits d'autres puits. Les structures de guidage externe 18, figure 2, et S sont réparties le long de la colonne 2 dans des plans passant par I1 axe longitudinal 43 de la colonne et par le sommet du puits à desservir. On peut utiliser comme guidage 8 des rails dont les sections horizontales sont en H de façon à coopérer avec des galets de guidage 44 d'un chariot 14 et disposés de part et d'autre de l'ame centrale du rail 8.Si l'on se sert de deux rails 8 voisins pour le guidage du chariot 14, le plan passant par l'axe du puits 6 considéré et 11 axe 48 passe à égale distance des deux rails, Les équipements de puits tels que celui figuré en traits ponctués 15, figure 2, sont suspendus au câble 10 et maintenus par les vérins 42 du chariot 14 pourvu d'un lest 43 et circulant au moyen des galets 44 sur les rails 18 et 8, de façon à se trouver en fin de parcours à l'aplomb du sommet du puits 6 choisi. Le câble 10 est manoeuvré à partir d'un poste de commande 36 monté soit dans la tourelle pivotante 11, soit dans les logements 17 situés en dessous de la tourelle. On voit que le pont de manutention 12 permet aussi bien le gerbage d'éléments de risers 13 que la descente et la remontée de tous équipements de puits ainsi que le déchargement de tout matériel apporté par bateau de service 49. Les éléments de tube 13 peuvent être assemblés au moyen de la table de manutention conventionnelle 16 qu'il est inutile de décrire. La tourelle pivotante 11 est entraînée par tout moyen moteur logé dans l'espace 17 par exemple qui contient tout groupe électrogène nécessaire, toutes batteries d'accumulateurs ainsi que tous tableaux de contrôle et pupitres de télécommandes. Dans le mode de réalisation choisi à titre d'exemple, la structure de guidage externe 8 s'arrete au niveau inférieur de la partie du rail de guidage 18 du chariot 14 et situé à 11 extérieur des logements 17.Cette partie 18 du rail de guidage est à une distance suffisante du rail de guidage 8 pour laisser un passage à la partie inférieure des bras 20 supportant la tourelle 11 et tournant dans le chemin de roulement 19. Des dispositifs classiques permettent à la tourelle 11 de bloquer le rail de guidage 1S à la hauteur du rail de guidage 8 à desservir. Les têtes de puits 6, bien que pouvant être de tout type, sont de préférence formées de plusieurs ensembles composés essentiellement d'une base 21, figure 3, des vannes mattresses 22 et d'une tête de puits proprement dite 23 équipée de dispositifs de guidage 24 et de connexions 46. Une unité de commande 25 des divers organes du puits a été representée avec sa propre structure de guidage 26 et son connecteur 47. La vanne de sécurité inférieure de la tête de puits a été schématisée en 27. Au-dessous de l'espace 17 contenant divers étages de logement des équipements, des dispositifs de controle, de télécommande, des groupes électrogènes, etc..., se trouve le treuil 28 servant à descendre un véhicule de transfert de personnel 31 par le puits 29, sec ou communiquant avec la mer dont le niveau a été représenté en 30. Ce véhicule 31 peut être pourvu d'un sas 39 ainsi que de tous appareils d'observation. Dans le cas d'un puits sec, un autre sas 40 situé à la base de la tour permet aux plongeurs de sortir du puits de plongée 29 pour accomplir leurs missions. La pose et la remontée de l'unité 25 de contrôle et de commande des organes d'un puits s'effectuent en utilisant une structure de guidage 32 des câbles de télécommandes 33. La connesion des câbles sur l'unité 25 et les opérations nécessaires pour rendre ces connexions étanches s'effectuent en surface dans la tourelle, le circuit de ces câbles 33 pour chacun des puits étant un circuit va-et-vient suivant le sens des flèches C C', figure 2, lors de la descente des charges et en sens inverse lors de la remontée, les câbles 33 passant par la partie évasée 34 de la structure de guidage 32, figure 3. Pour plus de clarté, on a supprimé sur la figure 3 les ballasts 45 de la figure 1.L'unité 25 apparaît, figure 3, au voisinage de la tête de puits 23, les câbles 33 se trouvant en regard de la partie évasée 34 de la structure de guidage 32, l'évasement facilitant le passage de ces câbles lors de la descente de l'unité 25 sur la tête de puits. Au cours de la descente ou de la remontée de l'unité 25, les câbles 33 remontent ou descendent dans.la structure 32 sous la commande de treuils 35 synchronises avec les dispositifs de descente ou de remontée du chariot 14 et contrôlés a partir d'un pupitre de télécommande 36. On peut ainsi, non seulement utiliser toutes techniques connues ou similaires à celles utilisées pour les puits pétroliers terrestres, mais on peut encore être certain, bien que les équipements télécommandés à entretenir soient des équipements de puits pétroliers sous-marins, que toutes les connexions de télécommande sont en parfait état de fonctionnement et d'étanchéi- té, les connexions ayant lieu en surface de même que les commandes qui s'effectuent au moyen des câbles 33 constamment disponibles au poste de commande de surface de la tour 2, que l'équipement soit installé sur la tête de puits, en cours d'installation ou en cours de remontée. L'accès du personnel ou des charges aux espaces de manutention et de stockage 17 ou de la tourelle 11, à partir du pont d'hélicoptère 3, peut se faire à l'aide d'un élévateur 37 se déplaçant dans la cage 38. Il va de soi que l'on peut apporter aux divers dispositifs décrits toutes modifications de détail sans s'écarter de l'invention qui s'étend à toutes structures similaires permettant d'accéder au puits 6 choisi ou au manifold 7 par simple guidage sur des rails disposés le long d'une tour monopode articulée sur une plate-forme de base, ancrée auprès d'un ou plusieurs puits à desservir, les rails ou les couples consécutifs de rails étant disposés de façon que la position de chaque tête de puits soit a l'aplomb des moyens de descente et de guidage des équipements nécessaires a l'entretien de ces puits. REVENDICATIONS 10) Méthode de controle, d'intervention et d7entretien de puits pétroliers sous-marins, caractérisée en ce que les effluents sont canalisés vers une plate-forme de production distante des puits, alors que l'on se sert pour les opérations d'intervention et d'entretien d'une tour monopode articulee sur cardan que l'on ancre au voisinage d'un ou plusieurs puits å desservir et à une distance prédéterminée de ceux-ci, et en ce que l'on équipe chaque tour de dispositifs propres à la commande des vannes des puits et à toutes opérations d'entretien et d'intervention, a l'exclusion de toutes opérations de production autres que le contrôle des canalisations des effluents vers la plate-forme de production. 20) Méthode telle que revendiquée en 1 selon laquelle toutes les opérations de service, d'entretien, d'intervention, s'effectuent à l'aide de techniques connues similaires à celles utilisées pour les puits pétroliers terrestres et à l'exclusion de tout dispositif d'antipilonnement. 30) Méthode telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 et 2, selon laquelle la descente sur le puits du personnel d'intervention s'effectue au moyen d'un véhicule de transfert de personnel circulant le long de structures de guidage à l'intérieur de la tour. 40) Méthode telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 selon laquelle toutes les connexions des équipements de contrôle des puits à leur câble de télécommande sont effectuées en surface au moyen de la tour. 50) Méthode telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 4 selon laquelle les câbles de télecommande des équipements de chaque puits sont disponibles en permanence au poste de commande de surface de la tour. 60) Structure de mise en oeuvre de la méthode revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 5 composée d'une embase et d'une tour monopode ancrée par son embase et rattachée par un montage à la cardan, caractérisée en ce que la tour comporte des moyens de guidage externe pour la descente et la remontée de tous équipements de puits, lesdits moyens de guidage se terminant au voisinage immédiat de chaque puits correspondant à la structure de guidage choisie, de telle sorte que tout équipement, guidé par l'une de ces structures, parvient jusqu'au puits qui lui correspond, quels oue soient le mouvement de la mer ct l'inclinaison de la tour. 70) Structure telle que revendiquée en 6 dont les dispositifs de guidage des équipements de puits comprennent d'une part des rails ou des couples de rails disposés le long de la partie extérieure de la tour, ces rails ou les axes des. couples de rails étant situés dans un plan passant par l'axe longitudinal de la tour et le puits à desservir de façon que leur extrémité inférieure se termine au voisinage du puits à desservir et, d'autre part, un cadre glissant sur ces rails, muni de dispositifs éclipsables de fixation des équipements de puits à descendre ou à remonter. 80) Structure telle que revendiquée en 7 dont la tour comporte un pont de manoeuvre monté sur tourelle pivotante dont une partie est en surplomb par rapport aux dispositifs de guidage externe. 9s) Structure telle que revendiquée en 8 dont la tourelle comprend un pont roulant et au moins un chariot pour l'approvisionnement du matériel apporté par bateau de service et pour permettre la montée et la descente des équipements à installer en coopérant avec les dits dispositifs de guidage. 100) Structure telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 8 et 9 dont la tourelle est comprise entre un pont pour hélicoptère et des logements pour toutes installations de puissance et de télécommandes. 110) Structure telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 8 a' 10 dont la tourelle est équipée d'une table de manutention de tubes composant un riser à l'aplomb du cadre de descente et de remontée des équipements. 120) Structure telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 6 à 11 dans laquelle le circuit des câbles de télécommande des équipements de puits passe, quelle que soit la position des équipements auxquels ils sont raccordés, par un point situé à proximité de l'extrémité inférieure des rails de guidage des dits équipements. 130) Structure telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 6 à 12 comportant en outre un puits intérieur pour la plongée sous-marine débouchant entre le dispositif d'articulation de la tour et les extrémités inférieures des structures de guidage. 140) Structure telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 6 à 13 dont toute unit télecommandée est raccordée en permanence- en surface au moyen de câbles guidés par une structure de guidage propre, que l'unité soit au fond ou en cours de pose ou de remontée.