Brevet FR2475618A1 — publié le 19810814

L'invention concerne les appareils de production de pétrole en mer, et plus particulièrement un connecteur pour relier un tube conducteur de raccordement à une tête de puits. Les puits de pétrole marins peuvent être forés à partir d'une plate-forme flottante, puis mis en production en étant reliés à une plate-forme fixe construite par la suite. lin tel procédé exige de faire descendre des tubes conducteurs de raccordement du pont de la plate-forme jus- qu'à la tête de puits. Une colonne est ensuite descendue, des têtes de production sont mises en place en surface et les puits sont mis en production de manière classique. Un tube conducteur et, le cas échéant, d'autres tubes conduc- teurs concentriques sont descendus à partir de chaque plate- forme vers la tête de puits. Le tube conducteur le plus grand ou tube extérieur est relié et scellé sur la tête de puits. Un décalage horizontal peut apparaître entre l'axe central de la tête de puits et la position du puits de la plate- forme correspondante. Un décalage angulaire apparaît souvent entre la tête de puits et le système de guidage du tube con- ducteur. Bien que le tube conducteur passe dans des guides disposés à divers niveaux sur la structure de la plate-forme, un décalage peut se produire par suite des tolérances inhé- rentes à la fabrication et à l'installation. Des centreurs peuvent être placés de manière excentrée sur le tube conduc- teur afin de rattraper ce défaut d'alignement. Cependant, il subsiste le problème posé par le défaut d'alignement angulaire entre le tube conducteur et la tête de puits lorsque le tube conducteur approche de la tête de puits. Des outils de raccordement existants ne peuvent être engagés si le défaut d'alignement angulaire dépasse 0,5 degré-. Des tentatives pour réaliser le raccordement peuvent entraîner une détérioration des filetages. Des joints sont mis en place entre le connecteur du tube conducteur et la tête de puits. La rotation du tube con- ducteur pour la mise en place provoque un frottement du joint soumis en même temps à une compression, ce qui risque de détériorer ce joint. La rotation de la colonne est difficile à effectuer et ne permet pas l'utilisation de centreurs excentrés, fixés sur le tube conducteur. L'invention concerne un connecteur de raccordement pour tube conducteur destiné à relier un tube conducteur à une tête de puits sous-marin et comprenant un corps tubu- laire qui peut être relié à l'extrémité inférieure d'un tube conducteur. Un entonnoir s'étendant vers le bas est fixé au corps et présente deux surfaces intérieures d'appui, l'une située à proximité du corps et l'autre éloignée du corps. L'entonnoir comporte également, à son extrémité inférieure, un guide évasé. Le guide évasé facilite le guidage initial du connec- teur au-dessus de la tête de puits, et les deux surfaces d'appui portent contre la surface extérieure de la tête de puits afin d'amener à force le tube conducteur, sous l'effet de son propre poids, en position d'alignement angulaire. Le diamètre intérieur du connecteur, mesuré entre les deux sur- faces d'appui, est supérieur au diamètre présenté par cha- cune de ces surfaces d'appui, le diamètre augmentant progres- sivement immédiatement au-dessous de la surface supérieure d'appui. Des joints sont placés entre le connecteur et la tête de puits et sont comprimés par le mouvement axial du connecteur. Les surfaces d'appui agissent tout d'abord de manière à amener le connecteur en position d'alignement précis avec la tête de puits. Ensuite, un dispositif de verrouillage engage la tête de puits, bride le connecteur en alignement précis et comprime les joints. Une douille flottante inté- rieure, qui peut être vissée dans la surface intérieure de la tête de puits, permet d'effectuer cette opération de ver- rouillage et de bridage sans-faire tourner le tube conduc- teur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale du connecteur selon l'invention à son approche d'une tête de puits; la figure 2 est une coupe axiale du connecteur en position d'appui; et 5. la figure 3 est une coupe axiale montrant le rac- cord assemblé et totalement enclenché. Plusieurs puits peuvent être forés à partir d'une plate-forme flottante pendant la construction d'une plate- forme fixe. Chaque puits comporte une tête 10 située à proxi- mité du fond de la mer. Après qu'un puits a été foré jusqu'à une certaine profondeur, il est bouché, un chapeau de protec- tion est mis en place et le navire de forage est déplacé vers la position d'un autre puits réalisé de préférence sur un châssis commun de forage. Le raccordement des puits sous-marins à la plate- forme commence immédiatement après l'achèvement de l'instal- lation de cette plate-forme. Un tube conducteur extérieur 12 doit être relié hermétiquement à la tête de puits 10. Un con- necteur 14 de raccordement de tube conducteur est vissé et monté de manière étanche sur le tube conducteur 12. Ce con- necteur comprend un corps tubulaire supérieur 16 qui pré- sente des gorges 18 pour joints, situées dans une position dans laquelle des joints annulaires peuvent être mis en place afin de réaliser l'étanchéité avec la tête de puits 10. La partie inférieure du connecteur comprend un en- tonnoir 20 qui est relié fixement au corps tubulaire et qui fait partie d'un ensemble soudé d'un seul bloc. La surface extérieure de cet entonnoir peut porter plusieurs nervures 22 de guidage dont les extrémités inférieures sont effilées et prolongées uniformément par une surface évasée 24 présen- tée par l'extrémité inférieure de l'entonnoir cylindrique 20. Dans le cas o le connecteur approche de la tête de puits avec un certain décalage horizontal, le bord inférieur des nervures 22 de guidage coopère avec une surface chanfreinée 26 présentée par le bord supérieur de la tête de puits. Le poids du tube conducteur faisant descendre à force le connec- teur provoque une déviation latérale du tube conducteur afin I qu'il entoure la tête de puits 10. L'entonnoir présente une première surface inférieure 28 d'appui dont.le diamètre in- térieur n'est que légèrement supérieur au diamètre extérieur de la tête de puits. Ceci assure un guidage précis de l'ex- trémité inférieure du connecteur. Une surface supérieure 30 d'appui présente également un diamètre qui n'est que légèrement supérieur -au diamètre extérieur de la tête de puits. Une partie intermédiaire 32 de l'entonnoir, située entre les première et seconde surfa- ces d'appui, présente un diamètre supérieur à celui de l'une ou l'autre des deux surfaces. Une zone intérieure conique 34 réalise une transition progressive entre le diamètre de la partie intermédiaire et celui de la seconde surface d'appui. Lorsque le connecteur est abaissé alors que la pre- mière surface d'appui 28 est engagée, la surface intérieure 32 passe sur le haut de la tête de puits 10, suivie de la surface inclinée 34 et finalement de la surface supérieure d'appui 30. La coopération entre les deux surfaces d'appui et la surface extérieure de la tête de puits provoque l'ap- plication d'un moment de flexion qui amène à force le tube conducteur en alignement avec la tête de puits. Le poids du tube conducteur exerce la force d'entraînement qui peut être augmentée au moyen d'un outil de raccordement décrit ci- après. Les tolérances entre les divers diamètres doivent être choisies de manière que l'on obtienne un alignement axial forcé,de préférence à 0,1 degré près.- A ce moment, les surfaces de butée de la tête de puits et du connecteur entrent en contact et les joints 36 logés dans les gorges 18 sont comprimés contre la surface supérieure 38 de la tête de puits. Seul le poids du tube conducteur assure la compression des joints. La surface intérieure de la tête de puits 10 pré- sente un filetage 40. Une douille flottante 42 présente un filetage extérieur inférieur 43 destiné à s'engager dans le filetage 40. Le connecteur 14 du tube conducteur présente également un filetage intérieur supérieur 44 qui s'engage avec un filetage extérieur supérieur 45 de la douille flottante 42. Ces filetages supérieurs permettent de maintenir la douille en position de retrait et de protection pendant la descente du tube conducteur. Avant le raccordement étanche du connecteur 14 au tube conducteur 12 par un joint 46, la douille 42 est introduite par le haut dans le connec- teur et vissée dans le filetage 44. Le diamètre intérieur 47 présenté par le connecteur au-dessous du filetage 44 est plus grand que le diamètre extérieur du filetage 45, de sorte que la douille peut ensuite être tournée pour passer au-delà du filetage. La douille présente des rainures verticales 50 per- mettant à un outil tournant 52 d'être verrouillé avec la douille. Cet outil tournant comporte des cliquets 54 à res- sorts qui s'engagent dans les rainures verticales. Un train de tigesportant l'outil 52, peut être descendu et l'outil peut être utilisé pour faire tourner la douille afin de la libérer de sa position supérieure. L'écartement longitudinal des parties filetées est tel que la douille est dégagée des filetages 44 et 45 avant l'engagement des filetages 40 et 43. La douille peut ainsi prendre une position flottante qui fa- cilite l'engagement des filetages inférieurs. La poursuite de la rotation de la douille provoque une compression du connecteur contre la tête de puits par l'intermédiaire d'é- paulements 53 et 55. Le connecteur est ainsi amené en posi- tion d'alignement précis et les joints sont davantage compri- més. On obtient ainsi un raccord présentant un alignement précis grâce à l'interaction se produisant au chanfrein 26 de la tête de puits, et une plus grande compression des joints. Le connecteur de raccordement de tube conducteur comprend également une portée intérieure 56 qui présente une surface d'étanchéité. Lorsque l'outil d'application de cou- ple est mis en place, il repose sur un épaulement 58 de la douille. Cette dernière étant en position supportée, les joints annulaires 60 de l'outil sont alors à une hauteur telle qu'ils s'appliquent de façon étanche contre la portée 56. Par conséquent, un essai d'étanchéité sous basse pres- sion peut être effectué avant la libération et le serrage de la douille, par l'application d'une pression à l'inté- rieur du tube conducteur. sSi un joint n'apas été réalisé sous l'effet du poids du tube conducteur, une force supplémentaire peut être appliquée à l'aide du poids de l'outil d'application de couple, ce poids étant transmis par la douille. Des masses-tiges% montées sur le train de- tiges utilisé pour la descente de l'outil d'application de couple,peuvent être employées à cet effet. Après qu'il a été déterminé que l'é- tanchéité du connecteur est appropriée, la douille peut être tournée et libérée du filetage 44 et vissée dans le filetage 40, comme décrit précédemment. Le connecteur de raccordement pour tube conducteur permet l'engagement entre le tube conducteur et la tête de puits avec un certain décalage horizontal et avec des défauts d'alignement angulaire importants. Les surfaces d'appui de l'entonnoir agissent en produisant un moment de flexion qui amène le tube conducteur en alignement avec la tête de puits et, par conséquent, qui amène la douille filetée en aligne- ment, de manière que le vissage puisse être réalisé en toute sécurité, sans que les filets soient faussés ou détériorés. Le connecteur de tube conducteur est également conçu pour coopérer avec l'outil d'application de couple afin de per- mettre un essai sous basse pression du tube conducteur pour vérifier l'engagement complet du connecteur sur la tête de puits avant la fixation du raccordement à l'aide de la- douille flottante. En outre, le raccordement est réalisé sans rota- tion du tube conducteur 12 et sans usure par rotation des joints 36. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au connecteur décrit et représenté sans sor- tir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Connecteur de raccordement pour tube conducteur destiné à relier un tube conducteur (12) à une tête de puits sous-marin (10), caractérisé en ce qu'il comporte un corps tubulaire (16) pouvant être relié de manière étanche et ri- gide au tube conducteur, un entonnoir (20) qui part vers le bas du corps auquel il est relié rigidement et qui est des- tiné à aligner. le connecteur, cet entonnoir présentant une première surface intérieure (28) d'appui éloignée du corps tubulaire et ayant un diamètre qui n'est que légèrement su- périeur au diamètre extérieur de la tête de puits, et une seconde surface intérieure (30) d'appui, adjacente au corps tubulaire et présentant un diamètre qui n'est que légèrement supérieur au diamètre extérieur de la tête de puits, la se- conde surface étant espacée verticalement de la première surface, la tête de puits et le corps tubulaire présentant des surfaces (38) de butée destinées à porter l'une contre l'autre lorsque le connecteur est totalement engagé avec la tête. 2. Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entonnoir s'étendant vers le bas présente, entre les première et seconde surfaces d'appui, un diamètre inté- rieur (32) qui est supérieur au diamètre intérieur de cha- cune des surfaces d'appui, ce diamètre intérieur (32) se réduisant progressivement (en 34) afin de devenir égal au diamètre intérieur de la seconde surface d'appui, immédiate- ment au-dessous de cette seconde surface d'appui. 3. Connecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que des joints (36) sont montés sur l'une des surfaces de butée afin d'être comprimés par un mouvement axial du connecteur par rapport à la tête de puits. 4. Connecteur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte également un dispositif de verrouillage destiné à engager la tête de puits et à brider axialement le connecteur sur la tête de puits. 5. Connecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de verrouillage comprend des éléments destinés à ne produire qu'un mouvement axial du connecteur. 6. Connecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tête de puits présente un filetage intérieur, le dispositif de verrouillage comprenant une douille flot- tante (42) qui est filetée extérieurement et qui est logée dans le corps cylindrique, ce dernier comportant un épaule- ment intérieur (55) contre lequel la douille flottante peut porter afin que le mouvement de descente de cette douille par rapport au corps soit limité, des éléments permettant de verrouiller la douille à un outil tournant (52). 7. Connecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps cylindrique présente un filetage inté- rieur (44) qui fait saillie vers l'intérieur de la surface intérieure du corps, cette surface s'étendant au-dessus et au-dessous du filetage, la douille présentant un filetage extérieur (45) dont le diamètre maximal ne dépasse pas le diamètre intérieur de la surface intérieure du corps s'éten- dant au-dessus et au-dessous du filetage intérieur du corps, le filetage de la douille étant destiné à engager le filetage intérieur du corps afin que la douille puisse être sélective- ment supportée par le filetage du corps ou tournée afin de franchir le filetage du corps.