Brevet FR2532270A1 — publié le 19840302

c 2532270 Obturateur de puits pour connecter des conduites d'écoulement souples à un navire de traitement. La présente invention se rapporte à un obturateur de puits pour connecter des conduites d'écoulement souples à un navire de traitement. Dans la production des hydrocarbures fluides à partir des dépôts marins de pétrole et de gaz en eau profonde, il faut un réseau de communication de fluide entre le fond marin et la production ultérieure en surface Un tel réseau, habituellement appelé colonne montante de production, comprend habituellement de nombreuses conduites par lesquelles différents fluides produits sont transportés vers la surface et depuis la surface, y compris des conduites de production de pétrole et de gaz, des conduites de service et des conduites de commande hydraulique. Dans de nombreuses zones de production en mer, on peut utiliser un navire flottant comme installation de production et/ou d'entreposage Du fait que cette installation est exposée aux conditions qui règnent en surface et sous la surface, elle est soumise à toute une variété de mouvements Dans une telle zone de turbulence, les conditions de surface et proches de la surface peuvent être à l'origine de soulèvement, roulis, tangage et dérive Pour qu'un réseau de colonne montante de production fonctionne correctement avec une telle installation, il doit être suffisamment conforme pour compen- ser ces mouvements sur de longues périodes d'opération sans défail- lance. Une telle colonne-montante sous-marine est exposée dans le brevet US N' 4 182584 Ce réseau de colonne montante conforme comporte ( 1) une section inférieure qui s'étend depuis, le fond marin jusqu'à une position fixe juste en dessous de la zone de turbulence qui existe près de la surface de l'eau et ( 2) une section supérieure souple constituée de conduites d'écoulement souples qui s'étendent depuis la tête de la section rigide, à travers la zone turbulente, jusqu'à un navire flottant en surface Une bouée immergée est fixée en tête de la section rigide pour maintenir cette section rigide en position sensiblement verticale dans l'eau. L'invention cherche à fournir un dispositif pour connecter un faisceau de conduite d'écoulement entre une colonne montante conforme sous-marine et un navire de traitement de façon que dans le cas de conditions météorologiques adverses, il soit possible de déconnecter rapidement les lignes d'écoulement d'avec le navire mais de les maintenir dans une position facilitant leur récupération lorsque les conditions météorologiques s'améliorent. Par conséquent, l'invention consiste en un obturateur flottant de puits pour connecter une conduite d'écoulement sous-marine à un navire de surface et comprenant: une enveloppe allongée d'obturateur adaptée pour être - tirée dans un puits de navire; des moyens constituant un support central pour fixation, amovible, de l'obturais ur de puits à une tourelle dudit puits de navire. de façon à pouvoir tourner; une structure interne support de l'obturateur pour fixation des moyens constituant support central à l'enveloppe de l'obtura- teur; un certain nombre de tubes guides connectés à la structure interne support de l'obturateur et disposés en réseau radial autour de la colonne centrale support, lesdits tubes guides s'étendant à travers l'enveloppe de l'obturateur pour loger lesdites conduites d'écoulement sous-marines; et un certain nombre de réservoirs de flottabilité, de forme allongée, définis à l'intérieur de l'enveloppe de l'obturateur. L'invention consiste en outre en une méthode pour déconnec- ter une colonne montante conforme sous-marine d'avec une installa- tion de surface dans un réseau de collecte de production sous-marine dans lequel un faisceau de conduites d'écoulement souples, à flottabi- lité négative est supporté entre une section immergée de colonne montante fixe et le puits, incluant les phases de: établir une flottabilité positive pour l'obturateur de puits sensiblement moindre que la flottabilité négative du faisceau des conditions d'écoulement; lâcher l'oblturateuir de puits à partir du navire de surface, permettant ainsi à cet obturateur d'être complètement immergé jusqu'à une position de flottabilité équilibrée en supportant une extré- mité du faisceau des conduites d'écoulement selon une di Esposition en chainette;et attacher l'obturateur de puits dans une position espacée de la section fixe de colonne montante pour éviter d'endommager la colonne montante conforme pendant la déconnexion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une illustration schématique du réseau de colonne montante sous-marine connectée à un navire flottant au moyen d'un ensemble obturateur les figures 2 à 4 sont des vues partielles en coupe de l'en- semble obturateur-de puits; et les figures 5-7 illustrent une méthode de déconnexion du réseau de colonne montante sous-marine de la figure 1 d'avec le navire en enlevant du navire l'ensemble obturateur de puits. En se reportant aux dessins, la figure l représente un réseau de colonne montante conforme sous-marine en position opérationnelle en mer Le réseau constituant colonne montante comporte une section inférieure rigide 10 et une section supérieure souple 11 La section inférieure rigide 10 est fixée à sa base 12 au fond marin 13 et s'étend vers le haut juqu'en un point juste en dessous de la zone de turbulence 14 qui est cette zone de la mer, sous la surface, normalement affectée, par les conditions de surface, par exemple les vagues, les courants. et les vents de surface La section 15 formant bouée est placéie en tête de la section rigide 10 pour maintenir cette section ritk I- en position verticale sous tension La section souple Il comperte un certain nombre de conduites d'écoulement souples 16 qii sont connectées, de façon opérationnelle, aux passages d'écoulement îrespec- tifs de la section rigide 10 à l'endroit de la section formant bouée La section souple Il s'étend vers le bas depuis la section formant bouée 15, en suivant un chemin de type ehainette avant de sétendre vers le haut jusqu'à la surface, o elle connectée à un navire de traitement 20. La configuration chaînette de la conduite d'écoulement permet un transport du fluide en sécurité même en présence d'une variation considérable de la position du navire de surface par rapport à la section à position fixe de la colonne montante Les variations de l'aptitude en rotation pendant le mouvement de girouette du navire peuvent être compensées au moyen d'une connexion tournante dans un puits 26 du navire 20 En prévoyant un sous-système tournant de transfert de fluide à bord du navire pour permettre le couplage du fluide pendant que le navire prend un mouvement de girouette, on peut stabiliser l'extrémité en surface du faisceau Il de conduites d'écoulement à une attitude relativement fixe Le navire de surface subit également des déplacements latéraux en surface, en direction de et en s'éloignant de la position de la colonne montante inférieure, par exemple pour une valeur équivalente à 1/2 de la longueur totale hors-tout de la section souple Ordinairement le navire de surface doit-être capable d'opérer en sécurité sur un azimuth de + 45 Ce sec- teur opérationnel ou cadran peut être pris en compte avec le présent réseau de colonne montante conforme, tout en maintenant une distri- bution acceptable de contraintes dans les sous-systèmes immergés de connexion. L'angle de départ en ehainette du faisceau constitué des conduites d'écoulement s'accroît lorsque le déplacement du navire de surface à partir de la section inférieure de la colonne montante s'accroît Bien entendu un navire amarré immédiatement au-dessus de la colonne montante rigide aura ses conduites d'écoulement dispo- sées selon un angle presque vertical (départ sensiblement à 0 ) Dans un réseau typique o la longueur du faisceau souple est trois fois ( 3 x) la profondeur de connexion à la colonne montante L, lorsque le déplacement augmente de 0 à 1-1/2 L, l'angle normal de chaînette augmente environ jusque 200. Le puits 26 contient une tourelle cylindrique 28 dans laquelle on tire sélectivement un obturateur de puits 30, la tourelle 28 étant effectivement fermée de façon que les charges dynamiques sur l'obtu- rateur 30 soient réduites en cas de grosse mer du fait que la montée et la descente de l'eau dans la tourelle 28 est réduite De préférence le puits tournant et l'obturateur du puits sont de forme cylindrique mais peuvent par exemple être coniques L'obturateur 30 comprend un certain nombre d'ouvertures disposées circulairement et à travers lesquelles les extrémités de sortie de toutes les conduites souples qu'il faut réunir pour constituer le faisceau des conduites d'écoulement sont tirées à partir d'un puits de service 21 situé en avant du puits 26, en précisant que les extrémités de sortie sont toutes au-dessus du niveau de l'eau pour permettre une inspection manuelle et un remplacement manuel des composants de la connexion Un châssis de support 29 est fixé aux parois de la tourelle cylindrique 28 et l'obturateur 30 est connecté, avec possibilité de tourner et d'être détaché, aux côtés de la tourelle 28 en dessous de ce châssis support. Un dispositif tournant (non représenté) fixé à la tourelle, peut sélecti- vement faire tourner l'obturateur 30 pour assurer tout alignement mineur du faisceau de conduites souples nécessaire pour la connexion. Le navire de traitement contient en outre un transfert tournant de fluide, repéré de façon générale par 27 pour transférer les fluides et la production, la puissance électrique, la puissance hydraulique et les signaux de commande à travers l'interface tournant entre le navire de traitement à la mer et le faisceau de conduites d'écoulement, ainsi que des moyens de mise sous tension pour main- tenir une tension déterminée sur les conduites souples terminales entre l'interface et les installations d'entreposage du navire. Le sous-système et les moyens de mise sous tension permet- tent au navire de continuer à recevoir les fluides de production à partir de la section de la colonne montante tout en effectuant des mouvements motorisés de girouette autour de son obturateur et tout en fonctionnant sur la base de 24 heures par jour comme dépôt de maintenance pour les conduites d'écoulement sous-marines. En se reportant maintenant aux figures 2-4, l'obturateur du puits,30 comprend une enveloppe cylindrique 31 avec des plaques 32 espacées l'une de l'autre et travaillant en membrane horizontale, ainsi que des cloisons radiales 45 pour assurer l'intégrité de la struc- ture Une portion conique 39 facilite une entrée et une sortie sans àcoups de l'obturateur 30 lorsqu'on le tire dans le puits 28 Des verrous mécaniques, manoeuvrés à distance 40 opèrent en conjonc- tion avec des butées mécaniques 41 sur la paroi du puits pour assurer la connexion positive de l'obturateur du puits L'obturateur 30 corn- prend également un réservoir de ballast 33 central et à flottabilité variable, entouré par des réservoirs de ballast à flottabilité fixe 34 Des tubes de guidage 35 assurent le guidage, l'alignement et le passage des différentes conduites d'écoulement souples 16 Les conduites d'écoulement 16 sont supportées en tête des tubes guides 35 par des chaises supports 37 Des supports annulaires de tube souple 38, à la base des tubes de guidage 35 près de la ligne quille du navire réduisent le risque de dommage par cintrage pour les conduites d'écou- lement 16. Une colonne formant support central 42 attache, avec possibilité d'être détaché, l'obturateur du puits 30 au châssis support principal de structure 29 de la tourelle du puits 28 de façon à pouvoir tourner Un connecteur hydraulique 44 est prévu sous forme de méca- nisme pouvant être déconnecté à distance pour permettre une décon- nexion opérationnelle de l'obturateur du puits La colonne support 42 est fixée à l'enveloppe 31 de l'obturateur 30 par les cloisons internes 45. Un certain nombre d'éléments de connexion de formeallongéé 48 sont supportés par ce châssis et sélectivement connectés, par leurs extrémités inférieures, par des connecteurs 47 à saillie de bridage aux extrémités de sortie des différentes conduites d'écoulement 16, les conduites lourdes étant supportées indépendamment de l'ob- turateur avec une force constante dirigée vers le haut pour réduire les mouvements mécaniques de monte et baisse qui pourraient être à l'origine de charges de fatigue Les éléments connecteurs sont verrouillés et déverrouillés par commande à distance et les extrémités supérieures des connecteurs sont connectées, au moyen d'éléments décalés 49, à la tuyauterie de production 50 disposée verticalement un tube pour chacune des conduites souples, disposée dans la tourelle. Lorsque l'on déconnecte la colonne montante conforme sous-marine 10 d'avec le navire de surface 20, comme dans le cas d'intempéries ou de défaillance de l'équipement, on sort l'obturateur de puits 30 du puits du navire 26 comme représenté sur la figure Les réservoirs de flottabilité 33 et 34 établissent une flottabilité positive pour l'obturateur de puits 30, sensiblement inférieure à la flottabilité négative des conduites d'écoulement souples 26 De cette façon l'obturateur de puits 30 est complètement immergé pour atteindre une position de flottabilité équilibrée supportant une extrémité de la section souple Il des conduites d'écoulement 16 en position chaînette comme représenté sur la figure 6. Dans une réalisation la flottabilité positive de l'obturateur de puits est maintenue à la moitié de la flottabilité négative de la section souple 11, ce par quoi l'obturateur de puits 30 descend à un niveau sous- marin égal à -celui de la section 15 formant bouée en t ê t e de la colonne montante conforme 10 L'obturateur de puits 30 est maintenu à ce niveau en position à distance de la colonne montante conforme pour éviter d'endommager cette colonne montante conforme. L'obturateur de puits est alors attaché à la bouée de surface 17 comme indiqué sur la figure 7 ou à des navires de surface de façon à maintenir cette position à distance. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif ou procédé qui viennent d'être décrits uniquement -à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Obturateur de puits flottant pour connecter des conduites d'écoulement sous-marines à un navire de surface, caractérisé en ce qu'il comprend: une -enveloppe allongée d'obturateur ( 31) adaptée pour être tirée dans un puits ( 26) de navire; des moyens constituant un support central pour fixation, amovible, de l'obturateur de puits ( 30) à une tourelle ( 28) dudit puits de navire, de façon à pouvoir tourner; une structure interne ( 29) support de l'obturateur pour- fixation des moyens constituant support central à l'enveloppe ( 31) de l'obturateur; un certain nombre de tubes guides ( 35) connectés à la structure interne ( 29) support de l'obturateur et disposés en réseau radial autour de la colonne centrale support ( 42), lesdits tubes guides s'étendant à travers l'enveloppe de l'obturateur pour loger lesdites conduites d'écoulement sous-marines; et un certain nombre de réservoirs de flottabilité, de forme allongée, ( 33, 34), définis à l'intérieur de l'enveloppe de l'obturateur. 2 Obturateur de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits réservoirs de flottabilité est un réser- voir à ballast variable. 3 -Obturateur de -puits selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe de l'obturateur est conique vers l'intérieur en tête pour faciliter l'insertion de l'obturateur dans un puits de navire; et en ce que les moyens constituant support central compren- nent un connecteur tournant ( 44) qui s'étend au-delà de l'enveloppe de l'obturateur. 4 Méthode pour déconnecter une colonne montante marine commode d'avec un navire de surface dans un réseau de collecte de la production sous-marine, o un faisceau de conduites d'écoulement souples, à flottabilité négative, est supporté entre une section immer- gée de colonne montante fixe et l'obturateur de puits, selon la reven- dication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte les phases de établir une flottabilité positive pour l'obturateur de puits ( 30) sensiblement moindre que la flottabilité négative du faisceau des conduites d'écoulement; lâcher l'obturateur de puits ( 30) à partir du navire de surface, permettant ainsi à cet obturateur d'être complètement immergé jusqu'à une position de flottabilité équilibrée en supportant une extré- mité du faisceau des conduites d'écoulement selon une disposition en chainette;et attacher l'obturateur de puits ( 30) dans une position espacée de la section fixe de colonne montante pour éviter d'endommager la colonne montante conforme pendant la déconnexion. Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que la flottabilité positive de l'obturateur du puits est maintenue à environ la moitié de la flottabilité négative du faisceau de conduites d'écoulement souples.