Brevet FR2533954A1 — publié le 19840406

APPAREILLAGE ET PROCEDE POUR FIXER UN GABARIT DANS UN LIEU DE PRODUCTION SOUS-MARINE La présente invention se rapporte à un ensemble de production sous- marine qui relie plusieurs puits de production d'hydrocarbures, à des canalisations pour transporter des hydrocarbures jusqu'à des installations de stockage et elle a trait, plus particulièrement, à un procédé et à un appareillage pour la fixation d'un gabarit dans unlieu de production sous- marine. Pour la production actuelle de pétrole, on effectue l'exploitation dans des zones de haute mer o la profondeur d'eau peut atteindre 762 m. Une production sous-marine est plus économique si plusieurs puits sont forés dans la même zone avec des pentes différentes de manière à obtenir une produc- tion plus efficace des puits Une structure collectrice et distributrice estalors uti 1 i sée pour réuni r 1 es écoulements sortants des différents puits dans une ou deux canalisations en vue du transport d'hydrocarbures liquides ou gazeux jusqu'à des installations de stockage ou jusqu'à un navire assurant ensuite leur trans- port jusqu'à des raffineries Généralementla structure collectrice et distribu- trice est supportée sur un gabarit qui est placé sur plusieurs piliers, qui est mis de niveau par réglage des hauteurs des piliers respectifs et qui est fixéso- lidementsurchacundes piliers Lastructure collectriceet distributricecomprend également plusieurs baies, dontla majorité sont utilisées comme liaisons avec des têtes de puits Une ou deux des baies sont utilisées pour des liaisons avec des faisceaux de canalisation qui transportent les hydrocarbures li- quides ou gazeux jusqu'à une destination éloignée. Les piliers en béton sur lesquels le gabarit est placé sont habituel- lement formés de béton préfabriqué et peuvent avoir plusieurs dizaines de mètres de longueur Les piliers sont foncés dans le fond de l'océan à l'aide d'une fonceuse soumarine Une fois que les piliers en béton sont en place, ils doivent être réglés de manière que le gabarit, qui a généralement un diamètre de 16,6 m, soit de niveau à moins de 7,6 cm transversalement à 2 2533954 son diamètre Pour apprécier l'importance de ce problème, il est à noter que, pour un gabarit d'une diamètre de 7,6 m,unepente de 50 par rapport à l'horizontale se traduit par un écart supérieur à 0,6 m entre un côté du gabarit et le côté opposé. Lorsque la profondeur augmente jusqu'à 762 m, le nivellement du ga- barit devient de plus en plus difficile, en particulier avec le principe de support à piliers multiples. En conséquence, l'invention concerne selon une variante un appareillage pour la fixation d'un gabarit dans un lieu de production sous-marine au moyen d'un seul pilier porteur comprenant un moyen à cardan monté à rota- tion sur le gabarit et un moyen de verrouillage monté à rotation sur ledit moyen à cardan, de façon à fixer le gabarit sur le pilier porteur. Suivant un autre aspect, l'invention concerne un procédé pour la fixation d'un gabarit dans un lieu de production de haute mer, comprenant les étapes consistant à foncer un seul pilier porteur dans le fond de l'océan et à verrouiller le gabarit sur le pilierdemanière que ce pilier constitue le seul support du gabarit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront Ois en évidence dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale schématique d'un support à pilier unique; la figure 2 est une vue en plan d'un plateau de nivellement; la figure 3 est une vue latérale avecarrachement dela figure 2; la figure 4 est une vue en plan d'un gabarit et d'un système de verrouillage monté sur cardan; la figure 5 est une vue latérale faite suivant les lignes IV-IV de la figure 4; la figure 6 est une vue en plan d'un système de verrouillage de segments glissants; la figure 7 est une vue latérale, en partie arrachée, de la figure 6. En considérant maintenant la figure 1, on voit qu'on areprésenté un ensemble porteur à pilier unique 12 sur lequel est fixéeune poutre annulaire 14 On a représenté de façon superposée en traits mixtes, un pilier unique 12 A et une poutre annulaire 14 A mettant en évidence des variations de dis- tances qui existent à chaque fois que le pilier unique 12 n'est pas installé de façon verticale Le pilier unique 12 peut être formé de toute matière portante couramment utilisée Cependant, dans le mode préféré de réalisation, on utilise un tube d'acier ayant un diamètre extérieur de 1, 8 m et une épaisseur de 5,1 cm Ce pilier porteur unique 12 peut avoir une longueur de 91 m, dont seulement quelques dizaines de centimètres dépassent de -la surface de la vase du fond de l'océan. Comme le montre la figure 1, un écart de 50 par rapport à la verti- cale en haut du pilier unique 12, se traduit par un écart supérieur à 0,6 m entre un coin 16 et le coin opposé 18 de la poutre annulaire 14 La poutre annulaire 14 peut aussi être d'un type couramment utilisé pour supporter initialement le poids du gabarit qui s'appuie sur celle-ci La poutre annulaire 14 peut être fixée sur le pilier unique 12 par des procédés clas- siques, comme par soudage. Le pilier unique 12 et sa poutre annulaire 14 peuvent être installés dans une profondeur d'eau de 762 m en les fonçant à l'aide d'une fonçeuse sousmarine La tolérance concernant la verticalité de l'axe du pilier peut être comprise entre O et 5 dans toutes les directions Un gabarit à dix baies est de préférence mis en place sur le pilier et il est mis de niveau à moins d'un demi degré par rapport à l'horizontale en vue de permettre des opérations ultérieures Une description plus détaillée d'un gabarit sous- marin peut être trouvée dans la demande de brevet britannique publiée n O 2 114 188. Normalement, le pilier unique 12 dépasse approximativement de 3 m audessus du fond de l'océan et il comporte un ensemble à poutre annulaire 14 d'un diamètre de 16,6 m qui est fixé sur la surface de la vase Comme indiqué précédemment, une pente de 50 provoque un écart de plus de 0,6 m transversalement à la base de 7,6 m de la poutre, de sorte que le gabarit lorsqu'il est descendu, doit être mis de niveau à plus ou moins 6,65 cm trans- versalement à ce même diamètre de 7,6 m Une surface fortement inclinée pose des problèmes de forage, de pompage et de raccordement qui, à cause de la profondeur à laquelle la plate-forme est utilisée, exigent de nombreuses heures de travail et de gros frais pour être résolus correctement. Une surface de gabarit approximativement de niveau constitue un im- pératif préalable pour obtenir un fonctionnement sûr et efficace d'un sys- tème de production sous-marine qui contient des parties de raccordement avec des têtes de puits de pétrole et des canalisations de production. En considérant maintenant les figures 2 et 3, on voit qu'on a repré- senté un plateau de nivellement de gabarit 20 qui comprend une fente d'orien- tation de gabarit 22, un oeillet de manutention 24, des indicateurs de pen- te 26 et des broches de levage 38 Le plateau 20 est un composant structu- rel préfabriqué qui est construit avant la phase-d'installation mais qui est conçu pour être réglable sur place Le plateau est centré sur le pilier seulement avec dujeuetil constitue une surface supérieure de niveau puis- que sa surface inférieure est réglée sur place de façon à compenser l'angle de-la plaque 14 de la poutre annulaire Le plateau n'a pas besoin d'être centré avec précision, mais il nécessite une orientation par rapport au pilier unique 12 Cela peut être réalisé avec une broche d'orientation 30 (figure 3) sur le plateau 20 Une orientation précise n'est pas critique, du fait qu'une erreur d'orientation de 1800 produit une erreur de nivelle- ment qui est seulement de 10 En conséquence, une erreur d'orientation de quelques degrés se traduit par une petite erreur de nivellement. Une plateforme sous-marine ne nécessite par conséquent aucune ma- chinerie de nivellement, du fait que la fondation a été mise de niveau. On obtient également une grande surface d'appui Une orientation séparée d'une plateforme sous-marine est possible si elle est effectuée avant que le poids du gabarit ne soit transmit au plateau 20 Si le plateau compen- sateur 20 est mis en place sur la poutre annulaire 14 et est trouvé incor- rect, il peut être tiré vers l'arrière en direction de la surface plus ai- sément et plus rapidement qu'une grande base de plateforme sous-marine. En fonctionnement, l'écart du pilier unique 12 (figure 1) est mesuré et la pente de la poutre annulaire 14 est calculée Le plateau 20 est pré- fabriqué pour compenser la pente déterminée de la poutre annulaire 14 Le plateau 20 peut être soulevé par les broches de levage 28 et il peut être descendu sur la poutre annulaire 14 et sur le pilier unique 12 par des pro- cédés couramment utilisés dans la construction sous-marine Le plateau 20 comporte une bouche centrale 32 qui définit un entonnoir du bas vers le haut. Le haut de la bouche centrale 32 a un diamètre d'environ 1,8 m tandis que le bas a un diamètre d'environ 3 m Cela permet de descendre le plateau 20 sur le pilier unique 12 alors qu'un mésalignement de la bouchecentrale 32 par rapport au centre du pilier unique 12 peut atteindre une valeur de 1, 2 m. L'agencement en forme d'entonnoir de la bouche 32 assure un centrage sur le pilier unique 12 et permet un alignement avec des parois latérales de la poutre annulaire 14. Le plateau 20 est agencé de manière à compenser un écart du pilier unique 12 par rapport à la verticale, qui provoque une inclinaison de la base de la poutre annulaire 14 par rapport à l'horizontale Comme le montre la figure 3, le plateau 20 'peut se composer de deux segments concentriques superposés 20 A, 20 B, pouvant tourner l'un par rapport à l'autre; chaque segment se présente sous la forme d'un coin circulaire, définissant avan- taqeusement un angle de 2,5 entre ses surfaces supérieure et inférieure de façon que, par variation de l'orientation ançulaire des segments, l'angle compris entre les surfaces supérieure et inférieure de l'ensemble du plateau puisse être réglé entre O Qet 5 Chaque segment est constitué de tôles d'acier et il est prévu des raidisseurs circulaires et radiaux 39 pour don- ner au plateau une résistance suffisante pour la transmission des efforts de compression se produisant en service. Avant que le plateau 20 soit descendu en place sur le pilier uni(ai- 12 et la poutre annulaire 14, l'orientation angulaire des segments 20 A, 20 b, est réglée pour compenser la pente existant dans la poutre annulaire 14. Après que le plateau a été installé, la précision de ce réglage peut être confirmée par une inspection visuelle des indicateurs de pente 26. L'utilisation du pilier unique 12 comme seul support du gabarit, pose un problème sup Dlémentaire concernant le verrouillage du gabarit sur le pilier unique 12 En conséquence, le gabarit doit être fixé solidement sur le pilier unique 12, même lorsque celui-ci s'écarte de la verticale. Cependant, le plateau 20 permet au gabarit de prendre une position de niveau, de manière que l'axe central du gabarit 40 soit toujours sensiblement vertical, mais il est incliné d'un certain angle par rapport à l'axe central du pilier unique 12 quand il s'écarte de la verticale-. En se référant maintenant aux figures 4 à 7, on voit que le gabarit est représenté comme étant relié à un anneau 42 monté à la cardan Par l'intermédiaire d'un joint universel 44 et comportant un verrou glissant 46 actionné hydrauliquement et fixé sur l'anneau-42 par un joint universel 48. Le verrou glissant 46 actionné hydrauliquement est monté autour du pilier unique 12 et peut tourner pour compenser un écart du pilier 12 par rapport à la verticale Cependant, une compensation d'un écart par rapport à la verticale à l'aide du verrou glissant 46 actionné hydrauliquement peut seu- lement compenser des écarts compris dans l'arc de 900 du joint universel 48, c'est-à-dire des écarts de + 450 par rapport à l'axe central 50 du joint universel 48. Le joint universel 44 reliant l'anneau 42 monté à la cardan et le gabarit 40 est espacé de 90 de l'axe central 50 du joint universel 48, en présentant un axe central -52 perpendiculaire à l'axe 50 Le joint universel 44 compense des écarts du pilier unique 12 par rapport à la verti(-lr,-I Ji sont de + 450 par rapport à l'axe central 52 En conséquence le gabarit 40 peut être descendu sur le plateau 20 et verrouillé sur le pilier unique 12 en dépit de son écart par rapport à la verticale La figure 5 représente la liaison universelle 14 avecl'anneau 42 monté àla cardan et la liaison universelle 48 avec le verrou glissant 46 actionné hydrauliquement Comme indiqué, le gabarit 40 peut être mis-en place sur le plateau 20 pendant que le verrou 46 actionné hydrauliquement glisse vers le bas du pilier unique 12 Le gabarit 40 s'appuie sur le plateau 20, tandis que le verrou 46 ac- tionné hydrauliquement est agencé de manière à s'étendre jusqu'à un niveau situé légèrement au-dessus du plateau 20. Comme indiqué sur les figures 6 et 7, le verrou glissant 46 actionné hydrauliquement comprend des segments glissants 50, 50 A dans lesquels sont logés des coins 52, 52 A Le verrou glissant 46 comprend également des cy- lindres hydrauliques 56 reliés aux coins 52 et 52 A respectivement en juxta- position avec les segments glissants 50 et 50 A Les segments glissants 50 et le coin 52 montrent les éléments dans une position déverrouillée, tandis que le segment glissant 50 A et le coin 52 A montrent les éléments en position verrouillée - Le verrou glissant 46 actionné hydrauliquement doit pouvoir être actionné à distance et être capable d'assurer un verrouillage efficace sur le pilier unique 12 en dépit de forces exercées sur le gabarit 40 ou le pilier 12 Cela signifie que le verrou glissant 46 actionné hydrauliquement ne doit pas être susceptible de se relâcher lorsque des forces opérationnelles lui sont appliquées La combinaison des coins 52 et des segments glissants éta- blit une liaison solide nécessaire. En fonctionnement, le verrou glissant 46 actionné hydrauliquement est descendu sur le pilier unique 12, les coins et les segments glissants se trouvant dans leur position déverrouillée Lorsque le verrou est en place, les cylindres hydrauliques 56 sont actionnés de façon à pousser le bras de piston 58 contre le coin 52 A en l'obligeant à faire glisser le segment glis- sant contre le pilier 12 Une fois en position, des forces radiales ou transversales exercées sur le gabarit 20 ou sur le pilier unique 12, sont transformées en forces radiales En faisant en sorte que l'angle d'incli- naison du coin 52 par rapport au segment glissant 50 soit petit, des forces radiales sont presque perpendiculaires aux surfaces 60 et 60 A des coins 52 et 52 A Ainsi les coins 52 et 52 A maintiennent leur position en obligeant les segments glissants 50 et 50 A à rester étroitement appliqués contre le pilier unique 12. Le verrou glissant 46 actionné hydrauliquement établit un contact efficace avec le pilier 12 et agit, par l'intermédiaire de la liaison uni- verselle 48, de l'anneau 42 monté sur cardan et de la liaison universelle 44, pour assurer un montage solide du gabarit 40 sur le pilier unique 12. REVENDICATIONS 1. Appareillage pour la fixation d'un gabarit ( 40) dans un lieu de production sous-marine au-moyen d'un seul pilier porteur ( 12), caracté- risé en ce qu'il comprend unjmoyen à cardan ( 42) monté à rotation sur le gabarit ( 40) et un moyen de verrouillage ( 46) monté à rotation sur le moyen à cardan ( 42) pour la fixation du gabarit ( 40) sur le pilier porteur ( 12). 2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de verrouillage comprend des moyens ( 50, 50 A) pour accrocher le pi- lier porteur, des moyens formant coin ( 52, 52 A) montés de façon glissante en contact avec les moyens d'accrochage pour pousser les moyens d'accro- chage contre le pilier porteur ( 12) et un organe d'actionnement ( 56) ac- tionné hydrauliquement et relié aux moyens formant coin pour déplacer ceux-ci jusque dans une position de poussée des moyens d'accrochage contre le pilier porteur ( 12). 3. Procédé pour fixer un gabarit dans un lieu de production sous- marine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à foncer un seul pilier porteur ( 12) dans le fond de l'océan et à verrouiller le gabarit ( 40) sur le pilier de manière que ce pilier ( 12) forme le seul support du gabarit. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de verrouillage co Mprend les étapes consistant à placer un verrou monté sur cardans( 42, 46) dans l'ensemble au centre du gabarit ( 40), à faire tourner le verrou ( 42, 46) pour compenser un écart vertical du pilier por- teur unique ( 12) et à fixer, de façon amovible, le gabarit ( 40) sur le pi- lier porteur unique ( 12) aumoyen du verrou ( 42, 46). 5. Procédé selon la revendication-4, caractérisé en ce que l'étape de fixation amovible comprend les étapes consistant à prévoir des segments glissants ( 50, 50 A) qui sont-montés de façon glissante en association avec des éléments formant coins ( 52, 52 A) actionnés par des organes hydrauliques ( 56) et à actionner les organes hydrauliques ( 56) pour pousser les éléments formant coins contre les segments glissants-et pour pousser ainsi les seg- ments glissants ( 50, 50 A) cbntre le pilier porteur unique ( 12).