Brevet FR2500525A1 — publié le 19820827

Installation de production pétrolière sous-marine La présente invention concerne une installation de production pétrolière sous-marine. Les installations de production pétrolière sous-marine, comprennent un certain nombre d'équipements tels que des têtes de puits qui sont constituées par des tuyauteries équipées de vannes dites maîtresse, et par des vannes latérales, des conduites de liai- son reliant les têtes de puits à une architecture regroupant l'en- semble des arrivées et sur laquelle sont disposées des tuyauteries, des vannes et d'o part un faisceau de conduites d'exploitation aboutissant à la surface. L'installation et l'entretien de cet ensemble nécessite l'in- tervention de scaphandres, sous-marin d'intervention etc. Lorsque l'on est en eau profonde, de telles manipulations sont déli- cates et dangeureuses. La présente invention a pour but de regrouper dans des ensem- bles modulaires les organes devant être soumis à un entretien et de permettre l'installation de ces ensembles et leur remontée sans avoir à faire appel à des plongeurs ni à des lignes guides. La présente invention a donc pour objet une installation de production pétrolière sous-marine comprenant au moins une tête de puits comportant un connecteur de jonction avec la partie supérieure de la tubulure du trou de forage, surmonté d'un premier jeu de vannes du conduit principal et du conduit annulaire du trou de forage et de leurs moyens de commande, d'un sifflet déviateur latéral des deux dits conduits aboutissant à un organe connecteur et d'un second jeu de vannes et de leurs moyens de commande, une structure architec- turale destinée à recevoir différents modules fonctionnels, et comportant des conduites fixes solidaires de ladite structure, un faisceau de conduites d'exploitation partant d'une embase située sur ladite structure et aboutissant à une plate-forme d'exploitation en surface, caractérisée en ce que ladite tête de puits et lesdits modules fonctionnels sont enfermés chacun dans une capsule de pro- tection mécanique remplie d'eau en équi-pression avec le milieu -2 ambiant extérieur et comportant des additifs contre la corrosion, et en ce que la tête de puits et lesdits modules comportent des moyens pour leur mise en place et leur ancrage automatique à portir d'ordres donnés en surface. Les modules fonctionnels comprennent des modules de vannes. La tête de puits peut être disposée sur ladite structure, son organe connecteur situé à l'extrémité du sifflet déviateur latéral est alors relié à un organe de connexion d'un dit module de vanne. La tête de puits peut également être une tête de puits satel- lite, située hors de ladite structure, son organe connecteur situé à l'extrémité du sifflet déviation latéral est alors relié à un organe de connexion d'un module auxiliaire comportant des vannes, ce module auxiliaire étant relié à un dit module de vannes de ladite structure par une conduite de liaison. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits modules de vanne et ledit module auxiliaire comportent chacun un connecteur d'entrée et un connecteur de sortie pour des connexions horizontales, lesdits connecteurs et vannes de ces modules étant montés sur un berceau mobile latéralement, lesdits connecteurs comportant également des moyens de translation par rapport audit berceau, les ordres de commande des mouvements de translation et de connexion étant donnés de la surface. Lesdites conduites fixes solidaires de ladite structure comportent chacune à une de leurs extrémités un connecteur ayant une légère liberté de déplacement destiné à être relié à un dit connec- teur mobile de sortie d'un dit module de vannes, ledit organe connec- teur situé à l'extrémité du sifflet déviateur latéral de la tête de puits étant fixe, ladite conduite de liaison comportant à son extré- mité du côté dudit module de vannes un organe de connexion fixe et à son extrémité du côté dudit module auxiliaire, un organe de conne- xion ayant une légère liberté de déplacement axial. L'un desdits modules fonctionnels peut par exemple être cons- titué par un module d'aiguillage comportant une entrée et n sorties reliant chacune ce module à un module de vannes. Un tel module d'aiguillage sert pour permettre d'envoyer un -3 - outil, par exemple un outil de nettoyage des conduites jusque dans les têtes de puits de n'importe quelle tête de puits, à partir d'une conduite unique au départ. Lesdits modules fonctionnels, c'est-à-dire modules de vannes, modules auxiliaires et modules d'aiguillage ainsi que les têtes de puits sont descendus au moyen d'un train de tiges ou d'un câble et comportent des moyens de guidage optiques et/ou acoustiques. On va maintenant décrire un exemple de réalisation de l'inven- tion en se référant au dessin annexé dans lequel: La figure 1 montre une vue schématique générale en perspective d'une installation selon l'invention. La figure 2 montre une tête de puits et un module auxiliaire selon l'invention. Les figures 3 à 9 donnent une représentation schématique mon- trant la cinématique des connexions des modules selon l'invention avec les organes qui les entourent. La figure 10 montre en plus gros un détail de la figure 1. En se reportant à la figure 1, on voit une installation conforme à la présente invention. Elle comprend un certain nombre de têtes de puits satellites 1 placées sur des embases 2. Certaines embases reçoivent une tête de puits, d'autres plusieurs. Chaque tête de puits satellite est associée à un module auxiliaire 3 qui est un module comportant des vannes. L'installation comporte en outre une structure architectur- ale 4 qui sert de support à un certain nombre d'éléments. En parti- culier, cette structure reçoit des modules fonctionnels tels que des modules de vannes 5 et un module d'aiguillage 6; elle reçoit aussi une embase 7 d'un faisceau de conduites d'exploitation 8 aboutissant à la surface o une plate-forme d'exploitation non représentée réalise certains traitements sur le pétrole brut. Après ce traite- ment, le pétrole est redescendu au fond par une des conduites 8 puis repart du bas, par une conduite 9 pour aboutir à la surface à une bouée de chargement. La structure 4 comporte également des conduites, non visibles sur la figure, reliant l'embase 7 aux modules de vannes 5, de même que le module d'aiguillage 6, d'une - 4 - part à l'embase 7 et d'autre part à chaucun des modules vannes 5. Une conduite de liaison 10 relie chaque module auxiliaire 3 à un module de vannes 5. Dans l'exemple de la figure, il n'y a que des puits satellites, mais on peut très bien avoir également une ou plusieurs tête de puits sur la structure architecturale 4. Dans ce cas, la tête de puits est directement reliée à un module de vannes 5 et il n'y a pas la' chaîne: module auxiliaire 3, conduite de liaison 10 et module de vannes 5 mais seulement le module de vannes 5. Sur la figure, on voit un navire 11 qui descend un module auxiliaire 3 pour son installation sur une embase 2. Le module 3 est suspendu à un train de tiges 12. Le module est muni de caméras et éventuellement d'émetteur acoustique de manière à repérer l'alvéole prévue dans l'embase 2 pour le module et de permettre le guidage à partir de la surface. Le module est également pourvu de rampes qui coopérent avec des moyens complémentaires de l'alvéole afin d'assurer la bonne orientation des connecteurs qui devront se raccorder à la liaison 10 et à la tête de puits 1. Ces connexions sont réalisées automatiquement à partir d'ordres donnés en surface. Des conduites électro-hydrauliques sont justaposées au train de tiges 12 à cet effet pour commander les vérins permettant ces connexions. La figure 2 représente une tête de puits 1 et un module auxi- liaire 3. Ces modules sont installés sur l'embase 2. La tête de puits comprend essentiellement un connecteur 13 destiné à réaliser la liaison avec la partie supérieure 44 de la tuyauterie qui "habille" le trou de forage. Cette tuyauterie comporte un canal central par o passe le pétrole et un canal annu- laire qui est utilisé pour les besoins du service par exemple on y envoie un fluide sous pression si le débit de pétrole est trop faible, on peut aussi y envoyer un fluide sous pression pour chasser, par exemple, un outil de nettoyage que l'on a envoyé dans le canal central. Au dessus du connecteur 13, la tête de puits comprend un premier jeu de vannes dont on voit le vérin de fonctionnement 14 pour la vanne commandant le canal annulaire et le vérin de fonction- - 5- nement 15 pour la vanne commandant le canal central. Un second jeu de vannes est situé un peu au dessus et est commandé respectivement par un vérin 16 et un vérin 17. Entre ces deux jeux de vannes, est situé un sifflet déviateur latéral 18 par lequel on sort latéralement en deux conduites séparées 19 et 20, aboutissant à un connecteur fixe 21, le canal central et le canal annulaire. L'ensemble est enfermé dans une capsule 22 servant de protection mécanique. Cette capsule est remplie d'eau de mer en équi-pression avec le milieu extérieur et des additifs y sont introduits de manière à éviter la corrosion et le dépôt d'algues, et d'autres organismes vivants. Une tête de manutention 45 est situé au sommet de la capsule pour son installation. En service ordinaire, la tête de puits ne nécessite aucun entretien puisque les vannes 14, 15 sont en permanence ouverte est les vannes 16 et 17 en permanence fermée, l'exploitation se faisant par les conduits latéraux 19, 20. On a donc regroupé dans la tête de puits uniquement des organes normalement fixes donc peu vulnérable. Au contraire, les vannes d'exploitation et autres organes mobiles sont regroupés dans les modules auxiliaires 3, modules de vannes 5 et module d'aiguillage 6 qui sont tous facile- ment'relevables. Tous ces modules sont également enfermés dans des capsules de protection mécanique et remplis d'eau de mer à laquelle on a ajouté des additifs anti-corrosion. Sur cette figure 2 on voit donc un module auxiliaire 3 associé à la tête de puits 1. Il s'agit d'un module comportant essentiel- lement des vannes pour la conduite 19, la conduite 20 et d'une vanne permettant le "by-pass" entre ces deux conduites. L'ensemble de ce circuit de vannes aboutit à un connecteur d'entrée 23 et à un connec- teur de sortie 24. L'ensemble est situé dans une capsule 25 qui comprend une tête de manutention 26 et un connecteur d'ancrage 27. La capsule comporte aussi un connecteur 28 pour la télécommande des vannes du module. Les câbles d'alimentation de cette télécommande suivent la conduite de liaison 10 et remontent à la surface par le faisceau de conduites 8 appelé "Riser". -6 - L'extrémité de la conduite 10 comporte un connecteur 29 qui peut légèrement se déplacer axialement dans un fourreau 30 lié à l'embase 2, pour permettre la connexion avec le connecteur 24. Les figures 3 à 9 donnent des représentations schématiques montrant la cinématique de la connexion des connecteurs 23 et 24 avec les connecteurs 21 et 29. Ces figures s'appliquent également pour la connexion des modules de vannes 5, identiques aux modules auxiliaires 3, avec d'une part les conduites de liaison 10 dont les connecteurs sont fixes à cette extrémité, contrairement au connec- teur 29 situé à l'extrémité du côté du module auxiliaire, et d'autre part avec des conduites liées à la structure architecturale 4 abou- tissant d'une part au module d'aiguillage 6 et à l'embase 7. Ces conduites, non représentées, comportent un connecteur destiné à être connecté à un connecteur tel que 24 et comportent également une liberté de déplacement axiale comme le connecteur 29. En se repor- tant à la figure 3, on a schématisé en 31 la capsule 25 d'un module auxiliaire 3 ou d'un module de vannes 5. En l'occurence, il s'agit d'un module de vannes 5 puisqu'il est placé entre une extrémité d'une conduite de liaison 10 avec son connecteur 32 monté fixe dans son fourreau 30 et une extrémité d'une conduite 33 liée à la structure architecturale 4. Comme on l'a dit plus haut, cette extrémités comporte un connecteur 34 qui peut se déplacer axialement, par exemple grâce à une boucle formée à l'ex- trémité de la conduite. Sur cette figure, le connecteur fixe 32 d'extrémité de conduite de liaison 10 correspond donc au connecteur fixe 21 dans le cas d'un raccordement d'un module auxiliaire 3 avec une tête de puits 1 (figure 2) et le connecteur mobile 34 correspond au connec- teur mobile 29 de l'autre extrémité de la conduite de liaison 10. L'ensemble des organes du module est monté sur un berceau mobile 35 par rapport à la capsule 31. L'ensemble des vannes est schématisé en 36. On retrouve le connecteur d'entrée 23 et le connecteur de sortie 24 comme dans le cas d'un module auxiliaire. Des vérins 37 et 38 assurent le déplacement du berceau et les connecteurs 23 et 24 peuvent également se déplacer axialement par - 7 - rapport au berceau grâce à des vérins 39 et 40. Au départ, avant la connexion, tous les vérins sont en posi- tion rétracté, le berceau 35 est en position médiane c'est la posi- tion de la figure 3. Sur la figure 4 le connecteur 24 est translaté vers la droite à la rencontre du connecteur mobile 34 par l'extension du vérin 40. Sur la figure 5, le berceau 35 est translaté vers la droite par l'extension du vérin 37. Les deux connecteurs 24 et 34 sont en contact. Sur la figure 6 on réalise le verrouillage des chiens 41. Le connexion est terminée du côté de la structure architecturale 4. Sur la figure 7 le connecteur 23 est translaté vers la gauche à la rencontre du connecteur fixe d'extrémité de conduite de liai- son 10 par l'extension du vérin 39. Sur la figure 8 le berceau 35 est translaté vers la gauche par l'extension du vérin 38, le vérin 37 se contracte librement. Les connecteurs 32 et 23 sont en contact. Au cours du déplacement du berceau 35 vers la gauche, le connecteur mobile 34 est entraîné dans ce déplacement. Sur la figure 9 on réalise le verrouillage des chiens 42. La connection est terminée. Lorsque l'on désire relever le module pour un entretien, on procède en sens inverse. Les opérations de connexions décrites plus haut sont commandées de la surface et les ordres sont transmis par des câbles de télécommande longeant le train de tige servant à la descente et à la remontée des modules fonctionnels. Les connexions d'ancrage par les connecteurs 13 des têtes de puits 1 ou par les connecteurs 27 des modules auxiliaires 3 ou des modules fonctionnels de la structure architecturale 4 sont également commandés de la sur- face et transmis par ces mêmes câbles. En se référant maintenant à la figure 10 on voit la descente, pour sa mise en place sur l'embase 2, d'un module auxiliaire 3. Le procédé est identique pour un module de vannes 5. Un outil de manutention 46 est connecté au module auxiliaire 3 par sa tête de manutention 26 (fig.2) et l'ensemble est descendu au - 8 - moyen d'un câble porteur 12 ou bien d'un train de tiges avec une conduite ombilicale accolée pour les télécommandes des vérins et des organes de manoeuvre de l'outil. L'outil de manutention 46 comporte des propulseurs horizon- taux 47 et des tuyères d'orientation 48 qui coopèrent avec des moyens optiques ou acoustiques pour le guidage et l'orientation du module. Une fois le module placé dans son alvéole 49 et les connexions réalisées avec les connections 21 et 29, l'outil de manu- tention 46 est remonté. REVENDICATIONS 1/ Installation de production pétrolière sous-marine comprenant au moins une tête de puits (1) comportant un connecteur de jonction (13) avec la partie supérieure (14) de la tubulure du trou de forage, surmonté d'un premier jeu de vannes du conduit principal et du conduit annulaire du trou de forage et de leurs moyens de commande (14-15), d'un sifflet (18) déviateur latéral des deux dits conduits aboutissant à un organe connecteur (21) et d'un second jeu de vannes et de leurs moyens de commande (16-17), une structure architecturale (4) destinée à recevoir différents modules fonction- nels (5, 6), et comportant des conduites fixes solidaires de ladite structure, un faisceau (8) de conduites d'exploitation partant d'une embase (7) située sur ladite structure et aboutissant à une plate-- forme d'exploitation en surface, caractérisée en ce que ladite tête de puits et lesdits modules fonctionnels sont enfermés chacun dans une capsule (22-25) de protection mécanique remplie d'eau en équi-pression avec le milieu ambiant extérieur et comportant des additifs contre la corrosion et en ce que la tête de puits et lesdits modules comportent des moyens pour leur mise en place et leur ancrage automatique à partir d'ordres donnés en surface. 2/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits modules fonctionnels comprennent des modules de vannes (5). 3/ Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la tête de puits est disposée sur ladite structure (4) et en ce que son organe connecteur (21) situé à l'extrémité du sifflet déviateur latéral est relié à un organe de connexion (23) d'un dit module de vannes. 4/ Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la tête de puits est une tête de puits satellite située hors de ladite structure, en ce que son organe connecteur (21) situé à l'extrémité du sifflet déviateur latérale est relié à un organe de connexion (23) d'un module auxiliaire comportant des vannes et en ce que ce module auxiliaire est relié à un dit module de vanne de ladite structure (4) par une conduite de liaison (10). - 10 - / Installation selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdits modules de vannes (5) et ledit module auxiliaire (3) comportent chacun un connecteur d'entrée (23) et un connecteur de sortie (24) pour des connexions horizontales, lesdits connecteurs et vannes de ces modules étant montés sur un berceau mobile (35) latéralement, lesdits connecteurs comportant également des moyens de translation (39-40) par rapport audit berceau, les ordres de commande des mouvements de translation et de connexion étant donnés de la surface. 6/ Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites conduites solidaires de ladite structure comportent chacune à une de leurs extrémités un connecteur, (34) ayant une légère liberté de déplacement, destiné à être relié à un dit connecteur mobile de sortie (24) d'un dit module de vannes, ledit organe connecteur (21) situé à l'extrémité du sifflet déviateur latéral de la tête de puits étant fixe et en ce que ladite conduite de liaison comporte à son extrémité du côté dudit module de vanne un organe de connexion (32) fixe et à son extrémité du côté dudit module auxi- liaire, un organe de connexion (29) ayant une légère liberté de déplacement axiale. 7/ Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'un desdits modules fonctionnels est un module d'aiguillage (6) comportant une entrée et n sorties reliant chacune ce module à un module de vannes (5). 8/ Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite tête depuits et lesdits modules fonctionnels sont descendu au moyen d'un train de tige et en ce qu'ils comportent des moyens de guidages optiques et/ou acoustiques.