Brevet FR2532287A1 — publié le 19840302

Tête d'abandon du type à libération automatique pour la pose d'une canalisation d'hydrocarbures. La présente invention concerne une nouvelle tête d'abandon qui est destinée à la pose d'une canalisation d'hydrocarbures (que l'on appellera plus simplement par la suite : la canalisation) qui est autonome et agencée en vue d'une libération automatique rapide et simple soit par télécommande, soit par commande manuelle tout en étant fiable, simple, économique et particulièrement facile à fixer à la canalisation. Une tête d'abandon est une structure robuste généralement cylindrique utilisée pour descendre une canalisation pendant sa pose sur le fond de la mer et pour l-'aban- donner là chaque fois que le navire de pose de canalisation doit suspendre ses opérations et s'éloigner de la zone de travail. Ladite tête doit alors être récupérée après la pose de la canalisation.A cette fin la structure est pourvue à l'une de ses extrémités d'un trou d'assemblage destiné à une bague à laquelle le câble d'un treuil se trouvant sur le navire de pose de canalisation est accroché, tandis que l'autre extrémité de cette structure est bloquée sur la canalisation devant être descendue sur le fond de la mer. Dans l'état actuel de la technique, la tête d'abandon est généralement bloquée sur la canalisatQa devant être abandonnée au moyen d'un goupillage #l#s spé- cifiquement, une partie de canalisation munie de trous diamètralement opposés est soudée à l'extrémité libre de la canalisation et la tête d'abandon, également pourvue de trous diamétralement opposés, est introduite dans cette partie de canalisation, ladite tête et ladite partie de canalisation étant accouplées l'une à l'autre à l'aide d'une goupille qui traverse lesdits trous diamètralement opposés de la partie de canalisation et de la tête. Il est clair qu'un tel procédé est la source d'inconvénients évidents dus aux complications survenant dans les opérations de goupillage et en particulier dans la récupération de la tête, laquelle exige des plongeurs pour enlever manuellement la goupille La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités et d'obtenir ainsi une tête d'abandon qui, en plus d'être simple et économique, permet un accouplement rapide et une libération automatique ou manuelle. On atteint essentiellement cet objectif par le fait qu'à l'extrémité de la tête distante de celle pourvue du trous d'assemblage se trouve un dispositif d'accouplement et de libération de structure simple et économique et de fonctionnement fiable qui permet facilement et rapidement de fixer la tête à une partie de canalicsation qui est soudée à la canalisation à abandonner et à détacher automatiquement la tête de cette partie de canalisation. Plus spécifiquement, la tête d'abandon pour descendre l'extrémité libre d'une canalisation depuis un navire de pose de canalisation jusque sur le fond de la mer ladite tête étant constituée par une structure cylindrique robuste en acier munie à l'une de ses extrémités d'un tran d'assemblage pour une bague destinée à être accrochée au câble d'un treuil se trouvant sur ledit navire de pose de canalisation et à son autre extrémité d'un moyen pour la fixation à une partie de canalisation soudée bout à tout à ladite extrémité libre de la canalisation, est caractérisée selon la présente invention par le fait que ledit moyen de fixation consiste en une série de cteurs dentés spheriques qui sont disposés radialement et engrènent avec une crémaillère présente dans ladite extrémité de la structure, et qui sont maintenus en position par une sphère centrale assujettie rigidement au piston d'un cylindre hydraulique horizontal de commande hydraulique se trouvant à l'intérieur de la structure, chacun desdits secteurs faisant saillie de ladite autre extrémité de la structure au moyen d'une dent de blocage qui est amenée à coopérer avec la surface intérieure d'une saillie annulaire présente à l'extrémité libre de ladite partie de canalisation par l'action dudit cylindre de-commande hydraulique dont la chambre arrière est directement raccordée à un accumulateur intérieur d'énergie hydraulique de fluide sous pression, un circuit hydraulique pour commander manuellement ledit cylindre hydraulique et pour régler la tête en tue de sa libération rapide automatique par une télécommande utilisant une impulsion sonore étant présent à l'intérieur de ladite structure. De cette manière, on fixe la tête à la partie de canalisation et on la sépare simplement en déplaçant le piston du cylindre hydraulique et, par conséquent, ladite sphère centrale qui, en exerçant une pression contre les secteurs dentés les oblige à tourner sur la crémaillère et oblige ainsi leurs dents de verrouillage à s'ouvrir vers l'exté#ieur en venant porter contre ladite surface intérieure de la saillie annulaire de la partie de canalisation, en bloquant ou verrouillant ainsi la tête à cette dernière lorsque la sphère est déplacée vers l'extériéur et en libérant par contre les dents de blocage lorsque la sphère est déplacée vers l'intérieur de la structure. D'autre part, du fait que la chambre arrière du cylindre de commande hydrauliqùe est en communication directe avec l'accumulateur de fluide sous pression avec pour résultat que le piston et par conséquent ladite sphère centrale se trouvent poussés en permanence vers l'extérieur, les dents de blocage de la tête se trouvent normalement dans leur position active et, de ce fait, pour libérer la tête, il suffit d'alimenter la chambre avant du cylindre hydraulique avec une pression supérieure à la pression moyenne régnant dans ladite chambre arrière. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, ledit moyen de fixation consiste en une série de 12 secteurs dentés sphériques disposés radialement et séparés les uns des autres par des éléments d'espacement.Une autre caracéristique fondamentale de la présente invention réside dans le fait que ledit circuit de commande hydraulique est constitué par une électrovanne automatique à deux positions et à trois voies qui, lorsqu'elle se trouve dans sa position normale, raccorde,au moyen d'une vanne unidirectionnelle, une vanne à quatre positions et à quatre voies à un accumulateur intérieur destiné à l'huile déchargée, cette dernière vanne lorsqu'elle se trouve dans sa position normale, étant raccordée à l'aide d'une seconde vanne unidirectionnelle à la chambre avant dudit cylindre hydraulique, ladite électrovanne étant amenée par un moteur, commandé par les détecteurs d'un système sonar qui sont excités par une impulsion de commande sonore, à passer momentanément dans sa seconde position dans laquelle, par l'intermédiaire de ladite vanne manuelle et de ladite seconde vanne unidirectionnelle; elle raccorde un troisième accumulateur intérieur d'énergie hydraulique haute pression à ladite chambre avant dudit cylindre hydraulique, ladite chambre étant également raccordée à un autre passage de ladite vanne manuelle en contournant ladite seconde vanne unidirectionnelle. Engin, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, une seconde vanne manuelle à quatre positions et à quatre voies est raccordée à ladite vanne manuelle à quatre positions et à quatre voies en parallèle avec cette dernière et dans une position diamé- tralement opposée à celle-ci par rapport à ladite structure cylindrique. On obtient ainsi une double commande qui assure un actionnement manuel facile par le fait que l'on a toujours accès facilement à l'une des deux vannes manuelles quelle que soit la façon selon laquelle la tête repose sur le fend de la mer. On va maintenant décrire la présente invention de façon détaillée en se référant aux dessins annexés, qui représentent à titre purement illustratif et non limitatif un mode de réalisation préféré de cette invention. Sur les dessins, la figure 1 est une vue en perspective de la tête d'abandon réalisée selon la présente invention; la figure 2 est une coupe longitudinale de la tête de la figure 1 lorsqu'elle est accouplée à la partie de canalisation; la figure 3 est une coupe avant à grande échelle de la tête par AA de la figure 2; la figure 4 est une coupe longitudinale partielle à grande échelle de la tête de la figure 1 lorsqu'elle est libérée de la partie de canalisation; et la figure 5 est un schéma du circuit de commande hydraulique automatique destiné à la tête selon la présente invention. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une structure cylindrique robuste en acier constituant une tête d'abandon devant être bloquée sur l'extrémité libre d'une partie 2 de canalisation qui est soudée bout à bout à une canalisation d1hydrocarbur#, non représentée sur la figure. Ladite structure 1 est pourvue à son extrémité 1' d'un trou 3 pour la fixation d'une bague destinée à l'accrochage du câble d'un treuil se trouvant sur un navire dé pose de canalisations, lequel n'est pas non plus représenté sur la figure, et est pourvu à son autre extrémité 1" d'un moyen 4 poutsa fixation à ladite partie 2 de canalisation. Ledit moyen 4 consiste en une série de 12 secteurs dentés sphériques 5 disposés radialement et séparés l'un de rautre par des éléments d'espacement 6 et engrènant avec une crémaillère 7 formée dans ladite extrémité 1" de la structure 1, ces secteurs dentés étant maintenus en position par une sphère centrale 8 assujettie rigidement à la tige 9 du piston 10 d'un cylindre de commande hydraulique 11 horizontal fixé à l'intrrieur de la structure 1 . Lesdits secteurs dentés sphériques 5 font tous saillie de l'extrémité 1" de la structure 1 par une dent de blocage 12 qui est disposée de manière à coopérer avec la surface intérieure d'une saillie annulaire 13 présente sur l'extrémité libre de ladite partie 2 de canalisation. La chambre arrière 14 dudit cylindre de commande hydraulique 11 est raccordée directement, à l'aide du conduit 15, à un accumulateur 16 d'énergie hydraulique de fluide sous pression, qui est installé dans la structure 1 et qui communique avec l'extérieur à l'aide du conduit 15' et du raccord rapide 17 qui est encastré dans l'un des cotés de la tête d'abandon (voir particulièrement la figure 1). De cette manière le piston 10 se trouve normalement à l'extrémité droite de sa course, la sphère -8 est également déplacée vers la droite, et les secteurs dentés sphériques 5 sont donc entraînés en rotation par l'action de la crémail lère 7 dans le sens d'écartement de leurs dents de blocage 12 et de poussée de cell##ci contre la surface intérieure de la saillie annulaire 13. En d'autres termes, la position normale de la tête est celle dans laquelle elle est accouplée à la partie 2 de canalisation, comme représenté sur la figure 2. Deux autres accumulateurs, à savoir un accumulateur d'énergie hydraulique haute pression 18 et un accumulateur de décharge 19 sont également installés dans la structure 1. l'accumulateur d'énergie hydraulique haute pression 18 est raccordé par l'intermédiaire du conduit 20 au raccord extérieur rapide 21 encastré dans l'un des côtés de la tête d'abandon et par l'intermédiaire du conduit 20' (voir figure 5) à un circuit 22 contenu dans l'enceinte 23 située à l'intérieur de la structura 1.Plus spécifiquement, le conduit 20' raccorde l'accumulateur 18 au passage 1 d'une électrovanne automatique 24 à deux positions-et à trois voies qui, dans sa position normale, raccorde son passage Il au passage III, comme représenté sur la. figure 5, c'est-à-dire qu'elle raccorde le passage IV d'une vanne manuelle 25 à quatre positions et à quatre voies, à l'aide d'une vanne unidirectionnelle 26, audit accumulateur de décharge 19 qui est également raccordé par le conduit 27 au raccord extérieur rapide 28 Ladite électrovanne 24 est commandée par un moteur électrique 29 qui est monté sur la tige 30 de l'électrovanne et est actionné par les détecteurs 31,31' et 31", disposés à 1200 les uns des autres, d'un système sonar qui peut être excité par une impulsion sonore de commande A la suite de ladite impulsion sonore de commande, ledit moteur fonctionne pendant un temps prédéterminé (par exemple 50 secondes) durant lequel il fait tourner la tige 30 de l'électrovanne 24 d'un tour complet, ladite vanne, en partant de sa position normale 11-111 illustré sur la figure 5, revenant ainsi dans cette position après avoir passe momentanément par sa seconde position II-I dans laquelle elle raccorde l'accumulateur haute pression 18 audit passage IV de la vanne manuelle 25 La position normale de cette dernière vanne 25, qui est accessible de l'extérieur, est celle illustrée sur la figure 5, c'est-à-dire que son passage précité IV est raccordé au passage V qui est raccordé par le conduit 32 à la chambre avant 34 du cylindre de commande hydraulique 11 au moyen d'une seconde vanne unidirectionnelle 33 parmi les deux autres passages de la vanne 25, le passage VI est raccordé par l'intermédiaire du conduit 35 et du conduit 20 audit accumulateur d'énergie hydraulique haute pression 18, et le passage VII est raccordé par llintenmediaire du conduit 36-qui contourne la seconde vanne unidirectionnelle 33, et,à l'aide dudit conduit 32, à ladite chambre avant 34 du cylindre de commande hydraulique 11. Enfin, la figure 5 montre par des traits interrompus le raccordement, en parallèle avec ladite vanne manuelle 25 à quatre positions et à quatre voies, d'une seconde vanne manuelle 25' à quatre positions et à quatre voies qui est positionnée de façon diamétralement opposée à la première vanne par rapport à la structure 1 (voir particulièrement la figure 2) de manière qu'une des deux vannes précitées soit toujours accessible facilement de l'extérieur quelle que soit la façon suivant laquelle la tête repose sur le fond de la mer. Le procédé de fonctionnement de. la tête et son réglage en vue d'une libération automatique rapide sont les suivants Lorsque la pression de l'accumulateur 16, qui agit dans la chambre arrière 14 du cylindre horizontal 11 de commande hydrauliquetmaintient la tige 9 poussée vers 1iex- térieur dans la position d'accouplement mécanique pour l'accouplement de la tête à la canalisation devant être abandonnée, ou plus exactement à la partie 2 de canalisation soudée bout à bout à la canalisation devant être abandonnée, il est tout d'abord nécessaire d'ouvrir ledit mécanisme. A cette fin, l'une des deux vannes manuelles 25 ou 25' est déplacée de la position IV-V à la position VI-VIl, de manière que la haute pression de l'accumulateur 18 passe dans la chambre avant 34 du cylindre 11 pour rappeler le piston 10 et, de ce fait, ouvre les dents de blocage 12 comme représenté sur la figure 4. Il est alors possible de déplacer l'extrémité 1" de la tête 1 jusqu'à l'extrémité de la partie 2 de la cana lisation de manière que cette tête et cette partie se trouvent appariées après quoi ladite vanne manuelle précédemment actionnée 25 ou 25' est amenée dans la position IV-VII, ce qui vide la chambre avant 34 car celle-ci se trouve directement raccordée à l'accumulateur de décharge 19, et cela avec une expansion consécutive dans la chambre 14. Le piston 10 se déplace de nouveau vers la droite, ce qui amène les dents de blocage 12 a s'ouvrir et à venir porter contre la surface intérieure de la saillie annulaire 13 se trouvant sur la partie 2 de canalisation, de manière à rendre solidaire l'une l'autre la tête et la partie de canalisation.Lors du retour de ladite vanne manuelle 25 ou 25' dans la position IV-V (voir figure 5), la tête se trouve réglée en vue d'une libération automatique par le système sonar. A ce sujet, après avoir abaissé la canalisation au moyen d'un câble accroché au trou 3 de la tête, on utilise une impulsion sonore pour exciter les détecteurs 31,31' et 31" d'un système sonar, ces détecteurs fermant le circuit électrique du moteur 29 qui reste en fonction pendant un temps prédéterminé (pendant 50 secondes) et durant cette période de temps, fait tourner d'un tour complet la vanne automatique 24. Ladite vanne 24 passe donc de sa position normale II-III à sa position III-I pour raccorder la chambre avant 34 du cylindre hydraulique 11 à l'accumulateur haute pression 18. De cette manière, lorsque la pression dans la chambre avant 34 est supérieure à celle fournie dans la chambre arrière 14 par l'accumulateur 16, le piston 10 est rappelé et ouvre le mécanisme (situation représentée sur la figure 4).Lorsque la vanne passe de nouveau automatiquement de ladite position II-I à sa position initiale II-III, la chambre avant 34 du cylindre 11 se trouve de nouveau raccordée à la canalisation de décharge de l'accumulateur 19 mais la pression ne peut pas tomber en raison de la présence de la vanne unidirec tonnelle 33 et le mécanisme reste donc ouvert. Pour pouvoir effectuer l'opération de fermeture, il faut qu'une des deux vannes manuelles 25 ou 25' soit déplacée de la position IV-V à la position IV-VII en court-circuitant ainsi la vanne unidirectionnelle 33. Enfin, si le dispositif automatiaue ne fonctionne pas, on peut libérer le mécanisme manuellement en actionnant une des deux vannes manuelles 25 ou 25' et, plus spécifiquement, en déplaçant l'une desdites vannes de la position manuelle IV-V jusqu'à la position Vîl-Vi ou VI-V, ceci court-circuitant l'électro- vanne automatique 24 et alimentant directement la chambre avant 34 du cylindre hydraulique 11 avec la haute pression. REVENDICATIONS 1. Tête d'abandon pour descendre l'extrémite libre d'une canalisation d'hydrocarburesdepuis un navire de pose de canalisation jusque sur le fond de la mer, ladite tête étant constituée par une structure cylindrique robuste (1) en acier munie à une (-1') de ses extrémités d'un trou d'assemblage (3) pour une bague destinée à être accrochée au câble d'un treuil se trouvant sur le navire de pose de canalisation et, à son autre extrémité (1fil) d'un moyen (4) destiné à sa fixation à une partie (2) de canalisation soudée bout à bout à ladite extrémité libre de la camalisation, caractérisée par le fait que lesdits moyens de fixation consistent en une série de secteurs dentés sphériques (5) qui sont disposés radialement et engrènent avec une crémaillère (7)présente dans ladite autre extrémité de la structure, et qui sont maintenus en position par une sphère centrale (8) assujettie rigidement au piston (10) d'un cylindre horizontal (11) de commande hydraulique se trouvant à l'intérieur de la structure, chacun desdits secteurs faisant saillie de ladite autre extrémité de la structure par une dent de blocage (12) qui est amenée à coopérer avec la surface intérieure d'une saillie annulaire (13) présente sur l'extrémité libre de ladite partie (2) de canalisation par l'action dudit cylindre de commande hydraulique dont la chambre arrière (14) est raccordée directement à un accumulateur intérieur (16) d'énergie hydraulique de fluide sous pression, un circuit hydraulique (22) destiné à la commande manuelle dudit cylindre hydraulique et au réglage de la tête en vue de sa libération rapide automatique par une télécommande utilisant une impulsion sonore étant présent à l'intérieur de ladite structure. 2. Tête d'abandon suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit moyen de fixation consiste en une série de 12 secteurs dentés sphériques (5) disposés radialement et séparés l'un de l'autre par des éléments d'espacement. 3. Tête d'abandon suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit circuit de commande hydraulique est constitué par une électrovanne automatique (24) à deux positions et à trois voies qui, lorsqu'elle se trouve dans sa position normale, raccorde, par l'intermédiaire d'une vanne unidirectionnelle (26)une vanne manuelle (25) à quatre positions et à quatre voies à un accumulateur intérieur (19) destiné à l'huile déchargée, cette dernière vanne, lorsqu'elle se trouve dans sa position normale, étant raccordée par l'intermédiaire d'une seconde vanne unidirectionnelle (33) à la chambre avant (34) dudit cylindre hydraulique (11), ladite électrovanne étant amenée par un moteur, commandé par les détecteurs 4. Tête d'abandon suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une seconde vanne manuelle (25') à quatre positions et à quatre voies est raccordée à ladite vanne manuelle (25) à quatre positions et à quatre voies en parallèle avec cette dernière et dans une position diamétralement opposée à celle-ci par rapport à ladite structure cylindrique.