Brevet FR2507672A1 — publié le 19821217

La présente invention concerne un colonne montante pour les grandes profondeurs d'eau, permettant le transfert d'un fluide entre une source de fluide immergée telle qu'un puits pétrolier subaquatique, et une installation flottante. Des colonnes montantes utilisées pour transférer la production d'un puits pétrolier immergé sont connues de l'art antérieur. Selon un premier mode de réalisation, illustré par exemple par la demande de brevet français 2 344 442, une conduite flexible relie la source de fluide immergée à une bouée ancrée à l'aide de plusieurs câbles. La longueur-de la conduite est supérieure à la distance séparant la bouée du fond de l'eau, de sorte que la conduite n'est pas tendue. Selon un autre mode de réalisation, illustré par la demande de brevet français 2 199 053, on utilise au moins une conduite mise en ten- sion par au moins une bouée à laquelle elle est reliée. Ces colonnes montantes sont utilisables pour des profondeurs d'eau n'excédant pas 200 à 300 mètres Au-delà de cette valeur, les mouve- ments de la bouée créent des surtensions trop importantes dans les colon- nes montantes du premier type, tandis que les dilatations de la conduite provoqueraient des déplacements inacceptables de la bouée pour les colon- nes montantes du second type. La colonne montante selon la présente invention permet de sup- primer ces inconvénientsice qui la rend utilisable pour des profondeurs d'eau importantes atteignant ou dépassant 3 000 mètres. La colonne montante selon l'invention comporte essentiellement une bouée flottante ou immergée, une ligne d'ancrage tendue ayant une ex- trémité fixée au fond de l'eau et une extrémité fixée à la bouée, au moins une conduite suspendue à la bouée et dont la partie inférieure est souple ou déformable, et des moyens de guidage de la partie su- périeure de la conduite le long de la ligne d'ancrage, la conduite étant reliée à une source de fluide immergée à son extrémité inférieure. Eventuellement, des moyens de transfert sont associéSà la bouée pour permettre sa connexion à une installation flottante telle qu'un ba- teau-citerne. L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages ap- paraîtront clairement à la lecture de la description qui suit illustrée par les figures annexées dans lesquelles la figure 1 représente schématiquement la colonne montante selon l'in- vention pour transférer vers la surface la production d'un champ pétro- lier immergé à grande profondeur, la figure 2 illustre un mode de réalisation du point d'ancrage, la figure 3 montre un élément composant les moyens de guidage, la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1, et la figure 5 représente en coupe verticale la colonne montante au niveau de l'extrémité libre des moyens de guidage. La colonne montante selon l'invention, utilisée pour le trans- fert de la production d'un champ pétrolier immergé à grande profondeur, est représentée schématiquement sur la figure 1. La référence 1 désigne une bouée flottante maintenue par une ligne d'ancrage tendue 2 dont une extrémité est solidaire de la bouée et dont l'autre extrémité est assujettie à un point fixe du fond de l'eau, par exemple par une ancre, une plaque fixée au fond ou un corps mort 3. Des conduites de transfert désignées par les références 4 et 5 sont sus- pendues à la bouée 1 et communiquent avec des sources de fluide immergées telles que des puits 6, 7 d'un champ pétrolier Les portions supérieures 4 a et 5 a des conduites 4 et 5 sont guidées le long de la ligne d'ancrage 2 par des moyens de guidage schématisés en 8 et qui ont, par exemple, une forme tubulaire Les portions inférieures 4 b et 5 b des conduites 4 et 5 sont souples et constituées par exemple de conduites flexibles renforcées. Des moyens de connexion 9 comportant au moins une canalisation en communi- cation avec les conduites 4 et 5 permettent le transfert du fluide vers un réservoir tel qu'un bateau-citerne 10. Dans le cas illustré par la figure 1, la bouée 1 est une bouée flottante mais on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en immergeant cette bouée à une profondeur suffisante pour la soustraire à l'influence du vent et de la houle. La bouée a une flottabilité suffisante pour supporter le poids apparent dans l'eau des conduites 4, 5, des moyens de guidage 8, et pour tendre la ligne d'ancrage 2 Cette bouée qui constitue un poste de charge- ment de navire pétrolier/pourra être de tout type connu, tel que par exemple, mais non limitativement celui qui est décrit dans la demande de brevet français N O 2 413 536. La ligne d'ancrage 2 est avantageusement constituée par un câ- ble métallique de section suffisante pour supporter les efforts de ten- sion résultant de la flottabilité de la bouée 1 De préférence, comme le montre la figure 2, l'extrémité inférieure de la ligne d'ancrage 2 est fixée à l'un des éléments lla d'une articulation Il dont l'autre élément llb est solidaire d'une plaque de base 12 ancrée sur le fond de l'eau par des pieux 13 - La ligne d'ancrage 2 peut également être constituée par une conduite flexible, une tige rigide, ou un tube composé de tronçons fixés bout à bout. Les moyens de guidage 8 sont destinés à positionner les condui- tes 4, 5 autour de la ligne d'ancrage 2 Ces moyens de guidage compor- tent par exemple des éléments tubulaires 14 tels que celui représenté sur la figure 3 Ces éléments tubulaires sont fixés l'un à l'autre par des radcords 15 du type raccord à baïonnette qui sont bien connus du technicien et ne nécessitent pas d'être décrits en détail L'élément su- périeur des moyens de guidage/est fixé à la bouée 1 par un raccord à baïonnette complémentaire (non représenté). Pour diminuer le poids des moyens de guidage, les éléments 14 pourront être constitués en matériaux légers, par exemple en alliages de titane, en matériaux composites constitués de feuilles métalliques minces ou-de fibres organiques ou minérales noyées dans une résine Dans ce der- nier cas, la fixation des éléments de raccord métallique 15 est obtenue par toute méthode connue, par exemple par collage à l'aide de colles spé- ciales. Selon un mode préféré de réalisation illustré par la figure 4, les moyens de guidage 8 comportent un tube extérieur 16 et un tube inté- rieur 17, disposés coaxialement'et délimitant entre eux un espace annulaire 18 Dans ce dernier, sont placées des gaines tubulaires 19 destinées à recevoir les conduites telles que la conduite 4 Pour cela, le diamètre intérieur de chaque gaine est supérieur au diamètre extérieur maximum de la conduite logée dans cette gaine Les axes des gaines tubulaires 19 sont parallèles à l'axe des moyens de guidage Il reste toutefois possi- ble de disposer ces gaines hélicoidalement avec un très grand pas, autour de l'axe central des moyens de guidage 8. Selon une variante de réalisation, l'espace annulaire 18 peut être étanche, ou rempli d'une mousse de faible densité pour réduire ou même annuler le poids apparent des moyens de guidage 8 dans l'eau. A l'intérieur du tube 17 est placée la ligne d'ancrage 2 Dans l'exemple illustré par la figure 4, cette ligne d'ancrage 2 est composée de trois câbles d'acier 2 a, 2 b, 2 c maintenus parallèles et écartés les uns des autres par des systèmes d'entretoises 20. Les moyens 8 assurent le guidage des canalisations 4, 5 jus- qu'à une distance H du fond de l'eau au plus égale à 300 mètres et, de préférence, comprise entre 50 et 200 m. Les portions supérieures 4 a, 5 a des conduites 4, 5 qui sont maintenues autour de la ligne d'ancrage 2 par les moyens de guidage 8 sont, de préférence, des conduites rigides constituées de tronçons rac- cordés bout à bout par des raccords de tout type connu Ces portions de conduite peuvent également être constituées en matériau composite tel que fibres organiques ou minérales noyées dans une résine. Les portions inférieures 4 b, 5 b des conduites 4, 5 sont consti- tuées par des conduites flexibles armées/de tout type connu, et de longueur suffisante pour qu'en tout point, le rayon de courbure soit supérieur au rayon de courbure minimal que la conduite peut supporter sans dommage. La figure 5 montre en coupe la colonne montante au niveau de l'extrémité libre des moyens de guidage On voit sur cette figure le rac- cordement de la portion supérieure 4 a à la portion inférieure 4 b qui est effectué par un raccord 21 de tout type connu. De plus, la portion 22, immédiatement adjacente au raccord 21 a un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de la gaine 19, cette portion 22 ayant une longueur au moins égale à la varia- tion maximale de longueur de la portion supérieure 4 a de la conduite 4 pendant l'utilisation de la colonne montante selon l'invention. Eventuellement, la ligne d'ancrage 2 peut être protégée jusqu'au point d'ancrage 3 par un prolongement du tube intérieur 17 des moyens de guidage. Bien entendu, des modifications pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, le nombre de conduites 4 pourra être quelconque et différent de celui illustré par les figures, Les conduites 4 ou 5 pourront être reliées à toute installation produisant un fluide et reposant sur le fond de l'eau ou fixe par rapport à celui-ci En particulier, les instal- lations pourront être des puits pétroliers, des réservoirs immergés, une installation délivrant des produits pétroliers après séparation des hydro- carbures liquides et gazeux, etc Les canalisations 4 pourront acheminer un même produit ou des produits différents. Enfin, la bouée 1 pourra comporter un réservoir et/ou tout ma- tériel adapté à traiter le produit fluide acheminé par la colonne montan- te depuis le fond de l'eau. R E V E N D I C A T I O N S 1 Colonne montante pour les grandes profondeurs d'eau, permettant d'acheminer en surface un fluide délivré par au moins une source imnmer- gée fixe par rapport au fond de l'eau, cette colonne montante comportant une bouée ayant une flottabilité positive, une ligne d'ancrage dont une extrémité est solidaire de la bouée et dont l'autre extrémité est assujettie à un point d'ancrage fixe du fond de l'eau, cette ligne d'ancrage étant maintenue en tension par la bouée, au moins une conduite assurant le transfert du fluide entre la source et la bouée et des moyens de gui- dage de la conduite de transfert le long de la ligne d'ancrage, caracté- risée en ce que ladite conduite de transfert est suspendue à ladite bouée et en ce que les moyens de guidage assurent le positionnement autour de la ligne d'ancrage de la seule portion supérieure de la conduite de trans- fert immédiatement adjacente à la bouée. 2 Colonne montante selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage assurent le positionnement de la conduite de transfert jusqu'à un niveau distant d'au plus 300 mètres du fond de l'eau. 3 Colonne montante selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage assurent le positionnement de ladite conduite de transfert jusqu'à un niveau situé à une distance du fond de l'eau com- prise entre 50 et 200 mètres. 4 Colonne montante selon une des revendications précédentes, caracté- risée en ce que au moins la portion inférieure de ladite conduite de transfert est constituée d'une conduite flexible armée. Colonne montante selon la revendication 4, caractérisée en ce que la portion supérieure de ladite conduite de transfert est constituée d'une conduite rigide. 6 Colonne montante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de guidage sont suspendus à ladite bouée et comporte un élément tubulaire central entourant ladite ligne d'ancrage, un élément tubulaire extérieur coaxial à l'élément tubulaire central avec lequel il délimite un espace annulaire, au moins une gaine tubulaire placée dans ledit espa- ce annulaire et adaptée à recevoir avec un jeu notable ladite conduite de transfert. 7 Colonne montante selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite gaine est disposée parallèlement à l'axe desdits éléments tubulai- res. 8 Colonne montante selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite gaine est disposée hélico dalement avec un grand pas autour de l'axe desdits éléments tubulaires. 9 Colonne montante selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit espace annulaire est étanche et confère aux moyens de guidage un poids apparent dans l'eau faible ou nul. Colonne montante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite bouée est une bouée flottante. 11 Colonne montante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite bouée est une bouée immergée. 12 Colonne montante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ligne d'ancrage est constituée par une ligne souple. 13 Colonne montante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ligne d'ancrage est constituée par une ligne rigide.