Brevet FR2521684A1 — publié le 19830819

La présente invention concerne un procédé de mise en place d'une conduite d'écoulement, notamment un oléoduc, au- dessous d'une masse de la surface d'eau. Les puits de pétrole sous-marins sont devenus de plus en plus courants au fur et à mesure de l'épuisement des réserves ter- restres de pétrole Lorsqu'un puits de pétrole sous-marin a été foré, le problème qui se pose est de transporter le pétrole du puits en un emplacement o il puisse être chargé sur un pétrolier et amené jus- qu'à une raffinerie Généralement, le système de transport comporte plusieurs canalisationsou conduites d'écoulement, qui sont chacune raccordées à un puits et qui sont regroupées en faisceau et posées sur le fond de l'océan Les conduites d'écoulement constituent donc une composante importante, et spécialement coûteuse, de tout projet général de conditionnement de puits sous-marins Historiquement, les coûts des conduites d'écoulement ont dépassé 50 % des estimations budgétaires totales dans les conditionnements de puits sous-marins. Un procédé connu pour mettre en place un faisceau de conduites d'écoulement consiste à initialement assembler sur terre, puis remorquer le faisceau jusqu'à l'endroit o il sera uti- lisé On fait ensuite descendre une extrémité du faisceau jusqu'au point o il doit être raccordé, après quoi on abaisse la deuxième extrémité jusqu'au fond de l'océan et on la tralne jusqu'au point o elle doit être raccordée Pendant tout ce processus, le faisceau est soumis à d'importantes forces qui peuvent provoquer une flexion et un écrasement du faisceau de canalisations Aucun des deux pro- cédés existants de pose d'oléoduc, à savoir le ponton dit Lay classique et le ponton dit Reel plus sophistiqué, ne sont en mesure de permettre la pose en eaux profondes d'une conduite d'écou- lement dont la longueur est inférieure à la profondeur d'eau. Les problèmes que l'on rencontre dans la pose d'oléo- ducs deviennent de plus en plus aigus au fur et à mesure que les forages d'exploration au large des côtes atteignent des eaux plus profondes Ainsi, lorsque l'on fait appel à des techniques de pose de tuyaux classiques, il est entendu que les forces de traction s'exerçant lors de la pose des tuyaux et commandant les efforts de flexion et d'écrasement dépendent de la profondeur de l'eau et fixent donc certaines limites pratiques finies à la profondeur De plus, en eaux profondes, les raccordements de la deuxième extrémité sont, en l'absence de plongeurs, extrêmement complexes. L'invention propose un procédé permettant d'installer une conduite d'écoulement ou un faisceau de conduites d'écoulement d'une longueur pouvant atteindre 3 700 m environ pour des profon- deurs d'eau dépassant 300 m environ Un faisceau de conduites d'écou- lement se définit par deux conduites d'écoulement, ou plus, montées dans un support commun, et comportant des parties terminales à plusieurs trous d'une seule pièce. L'invention se rapporte à un procédé permettant de mettre en place une conduite d'écoulement au-dessous de la surface d'une masse d'eau, comprenant les opérations suivantes: (a) fixer une première et une deuxième structure de base pour con- duite d'écoulement en des emplacements séparés au-dessous de ladite surface; (b) remorquer ladite conduite d'lécoulement jusqu'auxdites structures de base; (c) raccorder une première extrémité et une deuxième extrémité de ladite conduite d'écoulement à ladite première et à ladite deuxième structure de base pour conduite d'écoulement, cha- cune par l'intermédiaire d'un câble; (d) tirer simultanément lesdits câbles par l'intermédiaire desdites première et deuxième structures de base pour conduite d'écou- lement de façon à entraîner respectivement lesdites première et deuxième extrémités jusqu'auxdites première et deuxième struc- tures de base pour conduite d'écoulement; et (e) raccorder respectivement ladite première extrémité et ladite deuxième extrémité à ladite première structure de base pour conduite d'écoulement et à ladite deuxième structure de base pour conduite d'écoulement. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels la figure 1 est une représentation simplifiée d'une étape de la mise en place d'un faisceau de conduites d'écoulement; et les figures 2 A, 2 B et 2 C sont des schémas vecto- riels des forces mises en jeu dans le procédé présenté sur la figure 1. On se reporte maintenant à la figure 1, sur laquelle on peut voir un faisceau de conduites d'écoulement souples 10 possé- dant des bouées 12 auxquelles sont associés des indicateurs de pro- fondeur 14 Les extrémités 16 et 18 du faisceau de conduitesd'écou- lement 10 se terminent respectivement par des structures coniques et 22 La structure conique 20 est fixée de façon permanente à un cible de traction 24 qui passe de la poupe à la proue d'un navire 26 et se prolonge comme section 27 de cible de descente jusqu'à la structure de base pour conduite d'écoulement 28 et jusqu'à la struc- ture conique 20 comme section 29 de câble de descente De la même façon, la structure conique 22 est fixée de manière permanente à un cible de traction 30 qui passe de la poupe à la proue d'un navire 32 et se prolonge comme section 33 de cible de descente jusqu'à la structure de base 34 pour conduite d'écoulement et jusqu'à la struc- ture conique 27 comme section 35 de cible de descente Les structures de base 28 et 34 pour conduite d'écoulement sont montées de manière permanente sur le fond marin 36, bien qu'il puisse être également envisagé de faire appel à un montage déplaçable pour les structures de base 28 et 34 de conduite d'écoulement dans la mesure o celles- ci sont stables et en mesure de supporter l'effort exercé par la poussée d'Archimède du faisceau 10 de conduites d'écoulement. Les structures de base 28 et 34 pour conduite d'écou- lement possèdent respectivement des raccords coniques 38 et 40, les- quelles sont destinées à recevoir respectivement les structures coniques 20 et 22. Les structures de base 28 et 34 pour conduite d'écoulement sont des bases structurelles sous-marines passives qui sont fixées par pilotis sur le fond de la mer Les structures de base 28 et 34 pour conduite d'écoulement sont conçues pour supporter des forces de traction et d'alignement pendant la descente et le raccordement du faisceau 10 de conduites d'écoulement Les struc- tures réceptrices coniques 38 et 40 constituent le cône d'introduc- tion des structures coniques 20 et 22 raccordées aux deux extrémités 16 et 18 du faisceau 10 de conduites d'écoulement Les structures réceptrices coniques 38 et 40 peuvent comporter des taquets à ressort (non représentésl destinés à s'engager dans des encoches (non représentées) des structures coniques 20 et 22 afin de réaliser une liaison mécanique positive entre les structures de base 28 et 34 et le faisceau 10 de conduites d'écoulement. Il peut être utilisé un dispositif (non représenté) de raccordement de conduite d'écoulement possédant deux courts montants de guidage verticaux, un de chaque côté, pour positionner respectivement les ensembles de raccordement comprenant les struc- tures coniques 20 et 22 et les récepteurs coniques 38 et 40. On se reporte maintenant aux figures 2 A, 2 B et 2 C, o des schémas vectoriels représentent les forces réelles et ima- ginaires exercées sur le faisceau 10 de conduites d'écoulement avant le processus de descente TT est la force de traction et TD est la force de descente TR représente la force de traction caténaire résultante qui est appliquée à chacune des extrémités 16 et 18 du faisceau 10 de conduitesd'écoulement FB est la force de poussée d'Archimède exercée à la fois par le faisceau 10 de conduites d'écoulement et les bouées 12 Pour simplifier, on a représenté la force de poussée du faisceau de conduites d'écoulement en plusieurs points, alors que, en pratique, elle est uniformément répartie sur toute la longueur du faisceau 10 de conduites d'écoulement. En ajustant la traction exercée sur chacun des faisceaux et en contrôlant la configuration du faisceau, on connaît les contraintes subies par le tube et on les maintient sous com- mande à tout instant Il faut que TT et TD soient ajustés avec pré- cision pour donner la résultante T nécessaire pour maintenir dans des limites raisonnables les efforts de flexion exercés sur le tube de support Les modifications graduelles d'amplitude et de direction de la force (TR) de traction caténaire résultante font passer le faisceau 10 de conduites d'écoulement de la configuration rectiligne qu'il possède à la surface, comme cela est illustré sur la figure 2 A, jusqu'à la forme caténaire complètement inversée, qui est illustrée sur la figure 2 C. Sur la figure 2 A, TR est égal à TT et l'angle e formé entre les vecteurs T et TT est égal à zéro, puisque, dans sa position initiale, le faisceau 10 de conduites d'écoulement flotte et aucune force n'est exercée sur les sections 29 et 35 de câble de descente Ceci entraîne que TD est égal à zéro ' Lorsque les forces s'exerçant sur les sections 29 et 35 de câble de des- cente augmentent, TD augmente et l'angle e, qui est l'angle exis- tant entre TT et TR, augmente, tandis que l'angle f, qui est l'angle entre TD et T, diminue La variation se poursuit jusqu'à ce que l'angle If soit égal à zéro et que TR devienne égal à TD pour la valeur maximale de l'angle e, pour laquelle le faisceau 10 de conduites d'écoulement prend la forme caténaire inversée qui est illustrée sur la figure 2 C. Les forces de traction et de descente exercées sur le faisceau de conduites d'écoulement qui sont nécessaires pour réaliser cette transformation ne sont fonction que de la poussée d'Archimède et de la raideur du faisceau de conduites d'écoulement et ne dépendent donc pas de la profondeur de l'eau Pendant la marche des opérations, les raccords transmettent aux structures de base 28 et 34 pour conduite d'écoulement les forces traversant les conduites d'écoulement (voir figures 2 A, 2 B et 2 C) pendant le raccordement final des extrémités 16 et 18 du faisceau de conduites d'écoulement Les extrémités 16 et 18 du faisceau 10 de conduites d'écoulement sont respectivement tirées jusqu'aux structures de base 28 et 34 pour conduite d'écoulement par les câbles de descente 29 et 35 Les bouées 12 maintiennent une poussée ascendante sur tout le faisceau 10 de conduites d'écoulement et contribuent à la poussée d'Archimède nécessaire pour donner une force caténaire au faisceau de conduites d'écoulement pendant que ce dernier est descendu jusqu'au fond de l'océan Pendant toute l'opération de descente, des détecteurs de profondeur 14, qui peuvent être de n'importe quel type connu dans la technique, les détecteurs de profondeur acoustiques étant préférés, contrôlent constamment la profondeur du faisceau 10 de conduites d'écoulement en chaque position des bouées 12 Les pro- fondeurs mesurées par les jauges de profondeur 14 peuvent être fournies à un calculateur comportant un dispositif d'affichage à tube à rayons cathodiques permettant une représentation de la forme du faisceau 10 de conduites d'écoulement pendant sa descente ver le fond 36 de l'océan. En pratique, le faisceau 10 est fabriqué à terre, est doté des structures coniques 20 et 22 et subit les essais de pression avant la mise en place On le met ensuite à l'eau et on le remorque près de la surface, mais de préférence au-dessous de la zone d'activité des vagues, jusqu'au site de mise en place On fixe ensuite les cables de descente articulés sur le fond de l'océan à chaque extrémité du faisceau et à des treuils situés a la surface, après quoi on fait simultanément descendre les extrémités du faisceau et on les verrouille mécaniquement aux structures de base 28, 34 On peut ensuite sélectivement lâcher les bouées 12 de façon à permettre que le faisceau repose sur le fond de l'océan et on peut remplir d'eau de mer le support du faisceau. On aura noté que le procédé de l'invention peut être utilisé pour assurer la pose d'une conduite d'écoulement ou d'un faisceau de conduites d'écoulement dans une eau dont la profon- deur est supérieure à la longueur de la conduite d'écoulement ou du faisceau Naturellement, le procédé de l'invention s'applique également à la pose de conduites d'écoulement et de faisceaux de conduites d'écoulement d'une longueur dépassant la profondeur de l'eau. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. On notera également que l'appréciation de certaines des valeurs numériques données ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé permettant de mettre en place une conduite d'écoulement ( 10) au-dessous de la surface d'une masse d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes (a) fixer une première et une deuxième structure ( 28, 34) de base pour conduite d'écoulement en des emplacements séparés au- dessous de ladite surface; (b) remorquer ladite conduite d'écoulement jusqu'auxdites struc- tures de base; (c) raccorder une première extrémité ( 16) et une deuxième extrémité ( 18) de ladite conduite d'écoulement à ladite première et à ladite deuxième structure de base pour conduite d'écoulement, chacune par l'intermédiaire d'un câble ( 24, 27, 29, 30, 33, 35); (d) tirer simultanément lesdits câbles par l'intermédiaire de ladite première et de ladite deuxième structure de base pour conduite d'écoulement afin d'amener respectivement lesdites première et deuxième extrémités jusqu'auxdites première et deuxième struc- tures de base pour conduite d'écoulement; et (e) raccorder respectivement ladite première extrémité et ladite deuxième extrémité à ladite première structure de base pour conduite d'écoulement et à ladite deuxième structure de base pour conduite d'écoulement. 2 Procúdé selon la revendication 1, caraczérisé en ce que l'opération de traction comprend l'opération visant à donner une forme caténaire inversée audit faisceau de conduites d'écoulement. 3 Procédé de mise en place d'un faisceau ( 10) de conduites d'écoulement au-dessous de la surface d'une masse d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: (a) fixer à une certaine distance l'une de l'autre des structures de base ( 28, 34) pour conduite d'écoulement au fond ( 36) de la mer; (b) remorquer le faisceau de cornduitas d'écoulement jusqu'auxdites structures de base pour conduite d'écoulement; (c) raccorder une extrémité ( 16) dudit faisceau de conduites d'écou- lement à un premier câble ( 24, 27, 29) et une autre extrémité ( 18) dudit faisceau de conduitsd'écoulement à un deuxième câble ( 30, 33, 35); (d) faire passer ledit premier cible par l'une desdites structures de base pour conduite d'écoulement et ledit deuxième câble par l'autre structure de base pour conduite d'écoulement; (e) tirer simultanément vers le bas ladite première et ladite autre extrémité dudit faisceau de conduites d'écoulement jusqu'à ladite première et ladite autre structure de base pour conduite d'écoulement; et (f) raccorder ladite première extrémité à ladite première structure de base pour conduite d'écoulement et ladite autre extrémité à ladite autre structure de base pour conduite d'écoulement. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite opération (e) consistant à tirer vers le bas comporte l'opération consistant à donner une forme caténaire inversée audit faisceau de conduitesd'écoulement. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte l'opération consistant à fixer de manière amovible des bouées ( 12) à intervalles séparés le long de ladite conduite d'écoulement ou dudit faisceau de con- duites d'écoulement afin de produire une poussée d'Archimède. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: placer des capteurs de profondeur ( 14) à intervalles séparés le long de ladite conduite d'écoulement ou dudit faisceau de conduites d'écou- lement; et recevoir et contr 8 ler des indications de profondeur de la part de chacun desdits capteurs de profondeur.