Brevet FR2470699A1 — publié le 19810612

-1- 2470699 La présente invention est relative à un dispositif commandable à distance depuis un support naval de surface pour l'intervention sur des structures immergées et le raccordement de canalisations sous-marines, notamment de conduites tubulaires flexibles sur ou au voisinage du fond sous-marin. Avec le développement récent des têtes de production d'hydrocarbures immergées, on assiste à un accroissement très important du nombre des connexions sous-marines à réaliser et des conduites à manipuler à des profondeurs de plus en plus impor- tantes. Les techniques actuelles utilisent très largement les plongeurs sousmarins pour réaliser les opérations d'intervention notamment de raccordement, par exemple entre les conduites tubulaires flexibles de transport d'hydrocarbures et les têtes de puits. Une opération de raccordement nécessite habituellement trois phases: tout d'abord l'approche de la conduite du point de connexion, puis le verrouillage de ses extrémités dans des réceptacles prévus à cet effet sur les structures à connecter et enfin la connexion proprement dite, hydraulique ou électrique. Pour la phase dite d'approche, il est souvent néces- saire de déplacer la conduite sur une grande longueur ce qui entraîne l'emploi d'équipements lourds, tels que des traîneaux d'extrémités des conduites, les manoeuvres de l'extrémité des conduites s'effectuant à partir de supports de surface lourds capables de mettre en oeuvre un train de tiges, tel que les engins de forage. La dernière phase, c'est-à- dire la phase de connexion, est effectuée soit par des plongeurs soit au moyen d'outils hydrauliques actionnés depuis la surface. Les techniques actuelles nécessitent ainsi habituel- lement des équipements lourds et donc onéreux et nécessitent également la plupart du temps l'intervention de plongeurs, ce qui outre les risques occasionnés à ceux-ci limite les profondeurs d'intervention. La présente invention se propose de fournir un dis- positif permettant d'éviter les inconvénients précités. Le dispositif selon l'invention se caractérise essen- tiellement par le fait qu'il comporte un véhicule locomoteur mobile sur le fond sous-marin, relié à un support de surface, et commandable à partir de celui-ci, ledit véhicule comportant un -2- 2470699 bâti sur lequel sont articulés deux montants verticaux, espacés, aux extrémités desquels sont articulés des bras manipulateurs comportant chacun une pince d'extrémité. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour manoeuvrer des conduites, telles que des conduites tubulaires flexibles reposant sur le fond sous-marin, par exemple pour les déplacer, les deux bras manipulateurs permettant de saisir en deux points la conduite sur le fond, la soulever et la déplacer et ainsi la manipuler à volonté. Cependant l'utilisation préférée du dispositif de l'invention est dans le cadre de la connexion et de la décon- nexion de conduites, en particulier flexibles, qui comportent alors à cet effet au moins un connecteur automatique d'extrémité. L'utilisation combinée des deux bras permet dans ce cas, après avoir soulevé et éventuellement déplacé la conduite, de la positionner avec précision en regard de la structure à laquelle elle doit être connectée. Pour assurer un tel positionnement, le bras le plus éloigné de l'extrémité maintient la conduite après lui avoir donné une orientation déterminée, tandis que le bras le plus rapproché de l'extrémité permet les mouvements fins de modifi- cation de la position de l'extrémité de la conduite afin de l'amener exactement dans la position de connexion. De tels mouvements sont permis par la structure des bras manipulateurs qui comportent chacun d'une part une articu- lation selon un ou plusieurs, par exemple trois degrés de liberté sur les montants solidaires du bâti, ces montants étant d'autre part reliés chacun par une articulation selon un ou plusieurs, par exemple trois degrés de liberté avec le bâti du véhicule. Dans un mode particulier de réalisation, la conduite tubulaire est munie au voisinage de son extrémité en amont du connecteur automatique, d'un collier extérieur sur lequel peut venir s'engager une pince d'un bras manipulateur, des moyens étant prévus sur le collier et les doigts formant la pince pour assurer, lorsque la pince est engagée et immobilisée sur le collier, la transmission d'un fluide de commande entre la pince et le connecteur automatique d'extrémité. Ces moyens peuvent avantageusement être constitués de soupapes disposées au voisinage-de la périphérie du collier, normalement en position fermée, et dont l'ouverture, provoquée -3- 2470699 par des tiges de vérins portés par les doigts de la pince et s'engageant dans des orifices externes du collier, assure une communication de fluide de commande entre la pince et le collier, et le fluide passant alors par des conduits prévus à cet effet, de celui-ci vers le connecteur automatique. Par ouverture de doigts de la pince et retrait des tiges de vérin, les soupapes du collier reviennent en position normale de fermeture dans laquelle l'alimentation en fluide de commande du connecteur est interrompue. La déconnexion s'effectue bien entendu de la même manière après engagement de la pince correspondant sur le col- lier. Le vérin contenu dans un ou dans chacun des doigts de la pince comprend une enceinte dans laquelle deux chambres sont délimitées par un piston, chacune des chambres pouvant être alimentée indépendamment en fluide de commande, le piston étant traversé par une tige creuse solidaire du piston et à l'intérieur de laquelle peut circuler le fluide.destiné à alimenter le con- necteur -automatique à travers les soupapes du collier monté sur la conduite. Le véhicule locomoteur du dispositif selon l'invention comprend avantageusement, pour supporter le bâti sur lequel sont montés les bras manipulateurs, quatre chenilles à articulations indépendantes, chacune des chenilles comportant une bande de roulement, par exemple en caoutchouc toile rigidifiée par des barrettes articulées. Les deux chenilles avant, de même que les deux chenilles arrière, sont cependant solidarisées entre elles de façon à rester parallèles, quelle que soit leur position au cours de l'avance du véhicule. Le dispositif selon l'invention est bien entendu complété par un système de navigation conventionnel, composé de moyens de recherche, d'orientation et de visualisation permettant de détecter l'objectif, par exemple une tête de puits et de se positionner par rapport à celui-ci en vue de réaliser les opé- rations de connexion. De même l'ensemble des opérations est surveillé par un réseau de télévision contrôlé par des opérateurs se trouvant sur un support naval de surface, ce dernier pouvant être un support léger indépendant d'un support lourd de mise en production. On remarque que le dispositif selon l'invention ne -4- 2470699 nécessite pas contrairement aux dispositifs connus la présence de lignes-guides ou de tout autre système de liaison mécanique fond- surface installé en permanence sur la structure à connecter. La seule liaison entre le dispositif et la surface s'effectue par l'intermédiaire d'un ombilical flexible destiné à véhiculer les fluides notamment hydrauliques de commande ainsi qu'à transmettre les informations entre le dispositif et le support de surface. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation en se référant au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique en élévation latérale du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation frontale du même dispositif, - la figure 3 est une vue de dessus de ce dispositif - la figure 4 représente partiellement en bout avec des parties arrachées, et partiellement en coupe selon IV-IV de la figure 5, le mécanisme à pinces du dispositif selon l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 4, les pinces ayant été omises pour plus de clarté. Le dispositif selon l'invention comprend un véhicule locomoteur 1, mobile sur le fond sous-marin schématisé en 2, et comprenant essentiellement un bâti 3, monté sur quatre chenilles 4. Ces chenilles sont à articulations indépendantes, c'est-à-dire que chaque chenille peut prendre une position relative quelconque par rapport aux autres chenilles en fonction de la nature du terrain, étant entendu toutefois que les deux chenilles avant, ainsi que les deux chenilles arrière, sont solidarisées de façon à rester en permanence parallèles entre elles lors du déplacement du véhicule. Sur le bâti 3 sont articulés des montants 5, l'un au voisinage de l'extrémité avant du véhicule, l'autre au voisinage de son extrémité arrière. A l'extrémité supérieure de chacun des montants 5 est disposé un bras manipulateur 6, la liaison entre le bras 6 et le montant correspondant 5 s'effectuant par une articulation à un ou plusieurs degrés de liberté 7. L'extrémité antérieure de chacun des bras 6, porte un mécanisme de préhension à pinces 8. Les montants 5 sont articulés -5- 2470699 au bâti 3 chacun par l'intermédiaire d'une articulation à un ou plusieurs degrés de liberté 9. On a schématisé aux figures 1 à 3, une conduite, telle qu'une conduite tubulaire flexible 10, maintenue par les méca- nismes à pinces 8 du dispositif. La conduite tubulaire flexible 10, qui est par exemple du type de celle fabriquée et commercialisée en grande longueur par la Société déposante, porte à son extrémité, en vue de sa connexion, par exemple à une tête de puits (non représentée) un 10. connecteur automatique schématisé en 11. On a également représenté sur les figures 1 à 3, une liaison par ombilical 12 permettant d'acheminer vers le véhicule 1 les fluides de commande nécessaires ainsi que l'acheminement de et vers la surface des informations sur le fonctionnement. Le véhicule comporte naturellement un système de na- vigation non représenter ainsi que des moyens de contrôle visuel tels que des cauéras placées en différents endroits pour visua- liser le fonctionnement0 On se réfère maintenant aux figures 4 et 5 qui illus- trent l'alimentation en fluide à partir des pinces, c'est-à-dire en fait à partir du support de surface ou d'un réservoir inter- médiaire porté par le véhicule, d'un connecteur automatique schématisé en 11. Le mécanisme de préhension à pinces désigné globalement par 8, comprend deux pinces 13 montées pivotantes autour d'ar- ticulations 14, les manoeuvres d'ouverture et de fermeture des pinces étant assurées par un vérin 15, dont la tige 16 en posi- tion sortie représentée sur la figure 4, réalise la fermeture des pinces 13 autour d'un collier 17 fixé à la conduite tubulaire 10 en amont du connecteur automatique 11, ce dernier n'étant pas représenté dans la figure 4 pour plus de clarté. Le mécanisme d'articulation permettant l'ouverture et la fermeture des pinces est en soi conventionnel et ne sera pas décrit plus en détail ici. Le collier 17 présente une pluralité de soupapes 18, au nombre de quatre dans l'exemple représenté. Chacune des pinces 13 renferme un vérin 19 comportant un piston 20 solidaire d'une tige 21 qui, en position de ferme- ture des pinces telles que représentée à la partie gauche de la figure 4, traverse un orifice périphérique du collier et manoeu- vre la soupape correspondante 18. La tige 21 est traversée par un conduit 22, alimenté en fluide de commande, ce dernier, dans la position d'ouverture de soupape 18 représentée à la partie de gauche de la figure 4, parvenant au collier 17, et de là, par des conduites prévues à cet effet, au connecteur automatique 1i pour les opérations de connexion et de déconnexion. Pour leur manoeuvre, les vérins 19 comportent deux alimentations en fluide de commande 23 et 24, débouchant chacune dans l'une des chambres définies par le piston 20. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant: Après avoir saisi dans les mécanismes à pinces des bras manipulateurs une conduite à connecter, le véhicule du dispositif selon l'invention se déplace jusqu'au voisinage de la structure à laquelle doit être réalisée la connexion. Par des déplacements relatifs des bras autour de leurs articulations, on amène le connecteur 11 exactement au niveau de l'emplacement de connexion de la structure à connecter, par exemple une tête de puits. On fait alors fonctionner le connecteur automatique en l'alimentant en fluide de commande à partir des pinces en amenant un fluide de commande par le conduit 24 de chaque vérin 19, ce qui déplace vers l'avant la tige 20 de vérin et actionne les soupapes correspondantes. On alimente alors en fluide de commande le conduit 22 de la tige pour faire fonctionner le connecteur automatique. Une fois la connexion réalisée, on alimente en fluide le conduit 23, ce qui provoque la rétraction de la tige 21 de chaque vérin 19, les soupapes 18 revenant en position fermée sous l'action de leur ressort de rappel, comme par exemple représenté pour la soupape du bas des figures 4 et 5. On desserre alors les pinces par actionnement du vérin et le dispositif peut être utilisé pour d'autres connexions ou d'autres usages de manipulations de conduites. Pour réaliser la déconnexion, on effectue les mêmes opérations jusqu'à amener les pinces en prise du collier, ce qui permet d'alimenter à nouveau le connecteur automatique. Le collier représenté comporte quatre soupapes régu- Fièrement réparties autour de sa périphérie, ce qui permet de positionner les pinces selon différentes orientations autour de la conduite 10. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir ni de son cadre, ni de son esprit. -8- 2470699 REVENDICATIONS 1. Dispositif commandable à distance d'intervention sur des structures immergées notamment de raccordement de canalisa- tions sous-marines, caractérisé par le fait qu'il comporte un véhicule locomoteur, mobile sur le fond sous-marin, relié à un support de surface et commandable à partir de celui-ci, ledit véhicule comportant un bâti sur lequel sont articulés deux mon- tants verticaux, espacés, aux extrémités desquels sont articulés des bras manipulateurs comportant chacun une pince d'extrémité. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la conduite tubulaire est munie d'un connecteur automatique d'ex- trémité, caractérisé par le fait qu'il comprend un collier ex- térieur monté sur ladite conduite en amont du connecteur auto- matique, collier sur lequel peut venir s'engager une pince d'un bras manipulateur, des moyens étant prévus sur le collier et les doigts formant la pince, pour assurer, lorsque la pince est engagée et immobilisée sur le collier, la transmission d'un fluide de commande entre la pince et le connecteur automatique d'extrémité. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens comprennent, dans ledit collier, des soupapes disposées au voisinage de sa périphérie, normalement en position fermée, et dont l'ouverture, provoquée par des tiges de vérins portés par les doigts de la pince et s'engageant dans des orifices externes du collier, assure une communication de fluide de commande entre la pince et le collier et, de celui-ci, vers le connecteur automatique. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chacun des doigts de la pince renferme un vérin comportant une enceinte dans laquelle deux chambres sont déli- mitées par un piston, chacune des chambres pouvant être alimentée indépendamment en fluide de commande, le piston étant traversé par un tige creuse solidaire du piston et à l'intérieur de la- quelle peut circuler le fluide destiné à alimenter le connecteur automatique à travers les soupapes dudit collier. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le véhicule locomoteur comprend, pour supporter le bâti, quatre chenilles à articula- tions indépendantes, les deux chenilles avant, ainsi que les deux chenilles arrière étant solidarisées entre elles de façon à rester parallèles, lors de l'avance du véhicule.