Brevet FR2539808A1 — publié le 19840727

? 808 "Installation de sécurité pour tête de puits de forage immergée" La présente invention concerne la protection du personnel et du matériel ainsi que de l'environnement en cas d'éruption au cours du forage d'un puits immergé Elle vise plus particulièrement mais non exclusivement un forage effectué à partir d'un support flottant sur une étendue d'eau très profonde o une intervention à l'aide d'engins sous- marins est exclue On doit alors prévoir une installation de sécurité pouvant être mise en action rapidement et sûrement à partir du support flottant de forage en cas de défaillance des organes de protection usuels tels que les blocs d'obturation de puits ou de leurs moyens de commande. L'invention a ainsi pour objet une installation de sécurité pour tête de puits immergée au fond d'une étendue d'eau et comprenant au moins un bloc d'obturation de puits disposé au-dessus d'un réceptacle de tuba- ge, caractérisée en ce qu'elle comprend: un bloc de secours, comportant un organe d'obturation du puits et un conduit d'injection débouchant dans la tête de puits, interposé entre ledit bloc d'obturation de puits et le- dit réceptacle de tubage et muni d'une entrée latérale de fluide pour un liquide d'intervention destiné à l'organe d'obturation et au conduit d'injection; une structure de rentrée qui est disposée sur le fond de l'étendue d'eau à distance de la tête de puits et qui est munie au moins d'un premier entonnoir d'entrée apte à recevoir extérieurement une garni- ture d'alimentation en fluide d'intervention; et une conduite flexible reliée par une première de ses extrémités à ce premier entonnoir d'entrée et par sa deuxième extrémité à ladite-entrée latérale. Cette installation est mise en action par le déplacement du support flottant, la descente d'une garniture et sa connexion sur l'em- placement de la structure de rentrée, dont l'emplacement a, de préférence, été choisi suffisamment éloigné, par exemple de 200 mètres environ, de la tête de puits et situé en amont de celle-ci selon le sens des courants dominants présents dans l'étendue d'eau pour qu'il ne se trouve pas perturbé en cas d'éruption du puits. 2 - Selon un autre objet de l'invention, ladite entrée latérale comporte, dans le bloc de secours, d'une part une première liaison avec un moyen de commande de l'organe d'obturation et d'autre part une deuxième liaison avec le conduit d'injection, des moyens de fermeture tarés assurant l'ouverture de la deuxième liaison pour une pression du fluide d'intervention supérieure à un seuil de pression en dessous duquel la première liaison est déjà ouverte. Un objet de l'invention consiste aussi en ce que le bloc de secours comprend, en outre, au moins un accumulateur hydraulique relié à un moyen de commande de-l'organe d'obturation par l'intermédiaire d'une vanne commandée par une transmission acoustique depuis la surface. Pour assurer-une plus grande sécurité, le bloc de secours est, de préférence soudé sur le réceptacle de tubage Ce bloc de secours lui-mêeme est, de préférence, constitué de pièces soudées les unes aux autres sans aucun joint risquant de provoquer des fuites. Un objet de l'invention consiste aussi en ce que ladite structure de rentrée comporte: un touret avec un tambour d'enroulement pour la conduite flexible; un joint tournant disposé sur l'axe du tambour pour assurer la liaison entre le premier entonnoir d'entrée et la première extrémité de la conduite flexible; un deuxième entonnoir d'entrée atta- ché à la deuxième extrémité de la conduite flexible et apte à être saisi par un outil de préhension et déplacement; et un logement pour recevoir provisoirement cette deuxième extrémité, ladite entrée latérale et ladite deuxième extrémité comportant des pièces complémentaires formant connec- teur automatique. -3- Un objet de l'invention consiste encore en ceque ladite struc- ture de rentrée comprend un moteur hydraulique d'entraînement du tambour dans le sens d'enroulement de la conduite flexible et un troisième enton- noir d'entrée relié intérieurement à ce moteur hydraulique et apte à re- cevoir extérieurement une garniture de manutention. On va décrire, à titre non limitatif, un exemple de réalisation de l'invention en se référant au dessin joint dans lequel La Fig 1 est une vue en élévation et coupe partielle du bl Qc de secours et du réceptacle de tubage qui va recevoir ce bloc de secours; La Fig 2 est une vue analogue à celle-de la Fig I dans le cas- o le bloc de secours et le réceptacle de tubage forment un ensemble soudé; La Fig 3 est un schéma de certaines connexions hydrauliques in- ternes au bloc de secours La Fig 4 est une vue en élévation de la structure de rentrée dont la Fig 5 est une vue de dessus La Fig 6 représente en perspective la structure de rentrée dis- posée au fond d'une étendue d'eau ainsi qu'un support flottant et un train de tiges muni d'un outil de préhension venant saisir la conduite flexible La Fig 7 représente en perspective l'ensemble de l'installation de sécurité pendant l'amenée de l'extrémité de la cbnduite flexible vers le bloc de secours-; La Fig 8 est une vue en perspective de l'installation de sécurité pendant un forage, La Fig 9 est une vue en perspective de la structure de rentrée pendant une alimentation en fluide d'intervention; et 4 - La Fig 10 est une vue en perspective de la structure de rentrée pendant sa remontée à la surface à la fin du forage. Sur la Fig 1, un puits 1 en cours de forage sur un fond marin 2 a été muni 4 'un premier cuvelage 3 portant à son extrémité supérieure une plaque de base 4 et un cône de rentrée 5 et d'un deuxième cuvelage o, de diamètre inférieur à celui du premier cuvelage, pourvu à son extré- mité supérieure d'un réceptacle de tubage 7. Un bloc de secours 8 est monté sur le réceptacle de tubage 7 au moyen d'un connecteur 9 dans L'exemple selon la Fig 1, tandis que dans 1 l'exemple de la Fig 2 il est soudé à ce réceptacle 7 e t descendu sur le puits en même temps que le cuvelage 6. Le bloc de secours 8 comprend un obturateur 10 à mâchoire coupe- tige de forage et à fermeture totale, destiné, en cas de défaillance des moyens de protection usuels, à obturer le passage axial central Il ména- gé dans ce bloc et un conduit d'injection 12 débouchant dans ce passage central Il en dessous de l'obturateur 10 pour injecter dans le puits I un liquide d'arrêt d'éruption tel que de la boue ou du ciment. L'obturateur 10 est fermé par l'action d'un vérin hydraulique 13 et ce vérin peut être actionné de deux façons comme le montre la Fig 3 soit à partir d'un accumulateur oléopneumatique ou d'une batterie d'ac- cumulateurs oléopneumatiques 14 placés dans le bloc de secours 8 et char- gés préalablement à la surface soit à partir d'une entrée latérale 15 de fluide d'intervention Toutes les liaisons hydrauliques sont de préfé- rence soudées Le vérin 13 est relié hydrauliquemene par une canalisation 16, à une première enceinte, hydraulique 17, de l'accumulateur 14 ou des accumulateurs 14, remplie d'huile et séparée par une membrane imperméa- ble 18 d'une deuxième enceinte, à gaz sous pression, 19 de cet accumula- teur ou de ces accumulateurs Un sélecteur de circuit par pression 20 relie la canalisation 16 à une canalisation 21 communiquant avec l'en- - ceinte 17 et comportant une électrovanne 22 commandée par un hydrophone 23 qui reçoit lui-même des ordres sous forme d'ondes acoustiques codées, Cette canalisation 16 est également reliée par le sélecteur de circuit 20 à une canalisation 24 communiquant avec une première enceinte 25 remplie d'huile, sépaige par une membrane imperméable 26 d'une deuxiè- me enceinte 27, d'une bouteille de transfert d'énergie 28 dont l'enceinte 27 est reliée à l'entrée latérale 15 par une canalisation 29 qui alimente une canalisation 30 munie d'un réducteur de pression à tarage réglable 31 avec un clapet anti-retour incorporé et reliée à une canalisation 32 équipée d'un clapet taré 33 Cette canalisation 32 débouche dans l'encein- te 27 La canalisation 30 est également reliée à une canalisation 34 qui alimente des actionneurs 35 de vannes 36 disposées avec un clapet anti- retour taré 37 entre le conduit d'injection 12 et la canalisation 29 Les vannes 36 s'ouvrent pour une pression bien supérieure à la pression de tarage du réducteur de pression 31 Les vannes 36 s'ouvrent pour une pression inférieure à la pression de tarage du clapet 37 et se ferment lorsque la pression baisse dans la canalisation 30 En outre, les clapets 33, 37 et le réducteur de pression 31 pourraient être remplacés par un registre à pression différentielle qui pourrait imposer une alimentation séquentielle en fluide d'intervention de la bouteille 28 puis des action- neurs des vannes et ensuite du conduit d'injection 12 tout en ass urant la fermeture des vannes 36 par manque de pression. Comme on le verra plus loin, l'entrée latérale 15 est reliée à une conduite flexible alimentée en liquide d'intervention en cas d'érup- tion mais remplie d'eau à l'état inactif, de sorte que la canalisation 30, alimentée en premier lieu, ne reçoit que de l'eau et non de la boue ou du ciment tandis que le conduit d'injection 12 reçoit de l'eau, puis de la boue ou du ciment. On a représenté sur les Fig 1 et 2 un train de tiges 38 pour descendre le bloc 8 ou l'ensemble du bloc 8 et du cuvelage 6 sur le puits 1. -6 - Les Fig 4 et 5 représentent uns structure de rentrée 39 compre- nant une ossature 40 qui porte un premier entonnoir d'entrée 41 relié à une conduite 42 munie d'un clapet anti-retour 43 et aboutissant dans la partie fixe d'un joint tournant 44 monté sur l'axe du tambour 45 d'un touret 46 Ce tambour 45 reçoit une conduite flexible 41 enroulée sur le tambour, reliée à une première extrémité, non visible sur ces figures, à la partie tournante du joint tournant 44 et munie à sa deu- xième extrémité, libre, 49 mécaniquement à un deuxième entonnoir d'en- trée 50-et hydrauliquement à la partie femelle 51 d'un connecteur hy- draulique dont la partie mâle complémentaire est constituée par l'entrée latérale 15 du bloc de secours 8 La partie femelle 51 de ce connecteur, non visible sur les Fig 4 et 5 mais visible sur la Fig 7, repose provi- soirement sur un logement 52 porté par l'ossature 40, comme-on peut le voir sur la Fig 4 Le tambour 45 peut ltre entraîné en rotation par un moteur hydraulique 53 visible sur la Fig 5. Comme on le voit sur la Fig 5, l'ossature 40 porte un troisième entonnoir 54 qui est retenu sur cette ossature par des goupilles cisail- lables, qui est attaché à des élingues 55 et qui comporte un connecteur hydraulique, non représenté, relié par un conduit flexible 56 au moteur hydraulique 53 Ainsi,on peut au moyen d'une garniture de manutention à la fois remonter la structure de rentrée 39 et actionner le moteur hydraulique 53 pour enrouler la conduite flexible 47 sur le tambour 40. On va maintenant expliquer comment on peut mettre en place la structure de rentrée et la conduite flexible. La structure de rentrée 39 est descendue, avec la conduite fle- xible 47 enroulée sur le tambour 5, au moyen d'un train de tiges non représenté pour l'amener sur le fond marin 2 à l'emplacement choisi. Cette structure 39 ayant été déposée sur le fond marin 2 comme on le voit sur la Fig 6, on descend à partir d'un bateau de forage 57 un train de tiges 58 portant à son extrémité inférieure un connecteur mécanique 59 apte à s'engager avec le deuxième entonnoir d'entrée 50 Ce train de - tiges 58 est complété par des organes classiques d'aide au positionnement -7- tels que guide support pour rentrée, balises répondeuses, caméras de télévision, ainsi que par un court raccord à perforations latérales permettant de diriger le train de tiges par effet de réaction latérale en faisant circuler un fluide sous pression dans les tiges de ce train de tiges et par un inclinomètre. Après avoir engagé le connecteur 59 avec le deuxième entonnoir d'entrée 50, on remonte un peu le train de tiges 58, puis on fait avancer le bateau 57 vers la verticale du bloc de secours 8, tandis que la conduite flexible 47 se déroule progressivement On redescend progressivement le train de tiges 58 au cours de ce déplacement afin de poser la conduite flexible 47 sur le fond marin 2, comme le montre la Fig 7 Quand le train de tiges 58 se trouve à-la verticale du bloc de secours 8, on effectue l'accouplement de la partie femelle 51 avec l'entrée latérale 1541 e verrouillage de ces deux parties de connecteur se réalisant automatiquement suivant l'un des systèmes de connexion connus, tandis que le déverrouillage peut être obtenu à la fin du forage par des procédés connus tels que: rotation relative, lâcher d'une bille, envoi de fluide comprimé, suivant le type de connecteur choisi. On remonte ensuite le train de tiges 58 à la surface, l'instal- lation de sécurité se trouvant alors prête à intervenir La Fig 8 mon- tre l'ensemble de cette installation après descente des blocs d'obtura- tion de puits classiques 60 sur le bloc de secours 8 et établissemut d'une liaison avec le bateau 57 par un tube prolongateur dit riser 61 et un ensemble inférieur 62 de tube prolongateur Les blocs d'obtu- ration de puits 60 sont liés au bloc de secours 8 par un connecteur qui n'a pas été représenté car il est d'un type classique, identique au connecteur de manutention 63 que l'on a représenté sur la Fig I au bas du train de tiges 388. La procédure dg mise en plade de l'installation de sécurité qui vient d'être décrite peut évidemment être modifiée, On pourrait par exemple descendre au fond simultanément le bloc de secours 8 et la 8- structure de rentrée 39, les parties 15 et 51 de connecteur ayant été préalablement engagées et verrouillées à la surface Dans ce cas on déplacerait ensuite la structure de rentrée 39 sous l'eau pour l'ame- ner à la position voulue sur le fond marin, tandis que la conduite flexible 47 se déroulerait progressivement comme dans la procédure décrite précedemment. Une autre procédure consisterait à descendre la structure 39 en bout d'un train de tiges et à connecter la partie femelle de connec- teur 51 sur la partie mâle de l'entrée latérale 15 du bloc de secours -8 préalablement descendu On déplacerait ensuite comme dans le cas précé- dent sous l'eau la structure 39 pour dérouler et poser sur le fond 2 le flexible 47 et pour poser sur le fond 2 la structure 39. Si une éruption se produit et que les blocs d'obturation de puits 60 soient défaillants, on commence par fermer l'obturateur 10 par un système de commande acoustique spécial apte à commander l'hy- drophone 23. Si cette commande est elle-même déficiente et/ou si l'on doit tuer le puits, on descend sur le premier entonnoir d'entrée 41 une garniture d'alimentation 64 permettant d'introduire un liquide sous pression tel que de la boue ou du ciment, comme le représente la Fig 9. L'extrémité inférieure de la garniture d'alimentation 64 porte une partie de connecteur complémentaire d'une autre partie de connecteur montée dans l'entonnoir 41, le connecteur ainsi formé étant à verrouil- lage automatique et déverrouillage commandé par un procédé connu. L'envoi d'un liquide sous pression tel que de la boue lourde ou du ciment dans la garniture 64 entraîne d'abord la transmission au vérin 13 d'une pression suffisante pour fermer l'obturateur 10 et pro- voque ensuite, lorsque la pression dépasse les seuils fixés à l'ouver- ture du clapet 37 et des vannes 36, l'injection dans le puits de l'eau contenue dans la conduite flexible 47 et la garniture 64, puis de boue ou ciment. 9 _ Lorsque le forage est terminé, on déverrouille la connexion entre l'entrée latérale 15 et la partie femelle 51 et on introduit le connecteur 65 d'une garniture de manutention 66 dans le troisième en- tonnoir 54 Ce connecteur s'y verrouille automatiquement et on peut exercer un effort de traction sur la garniture 66 pour cisailler les goupilles de maintien de l'entonnoir 54 sur l'ossature 40 de sorte que la garniture 66 tire ensuite la structure de rentrée 39 par l'intermé- diaire des élingues 55 comme le montre la Fig 10 Pendant la remontée à la surface de la structure de rentrée 39, on envoie dans la garni- ture 66 un fluide sous pression qui, par le conduit flexible 56, actionne le moteur hydraulique 53 et enroule la conduite flexible 47 sur le tambour 45 - On comprendra que l'on peut apporter de nombreuses modifica- tions au matériel et à la procédure décrits sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Installation de sécurité pour tête de puits immergée au fond ( 2) d'une étendue d'eau et comprenant au moins un bloc d'obturation de puits ( 60) disposé au-dessus d'un réceptacle de tubage'( 7), caracté- risée en ce qu'elle comprend * un bloc de secours ( 8) comportant un organe d'obturation de puits ( 10) et un conduit d'injection ( 12) débouchant dans la tête de puits, interposé entre ledit bloc d'obtu- ration de puits ( 60) et ledit réceptacle de tubage ( 7) et muni d'une entrée latérale ( 15) de fluide pour un fluide d'intervention destiné à l'organe d'obturation de puits ( 10) et au conduit d'injec- tion ( 12);une structure de rentrée ( 39) qui est disposée sur le fond ( 2) de l'étendue d'eau à distance de la tête de puits et qui est munie au moins d'un premier entonnoir d'entrée ( 41) apte à rece- voir extérieurement une garniture ( 64) d'alimentation en fluide d'intervention; et une conduite flexible ( 47) reliée par une pre- mière de ses extrémités à ce premier entonnoir d'entrée ( 41) et par sa deuxième extrémité à ladite entrée latérale ( 15). 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite entrée latérale ( 15) comporte, dans le bloc de secours ( 8), d'une part une première liaison ( 30) avec un moyen de commande ( 13) de l'organe d'obturation ( 10) et d'autre part une deuxième liaison avec le conduit d'injection ( 12)des moyens de fermeture tarés ( 37) assurant l'ouverture de la deuxième liaison pour une pression de fluide d'intervention supérieure à un seuilde pression en dessous duquel la première liaison ( 30) est déjà ouverte. 3 Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le bloc de secours ( 8) comprend, en outre, au moins un accumulateur hydraulique ( 14) relié à un moyen de commande ( 13) de l'organe d'obturation ( 10) par l'intermédiaire d'une vanne ( 22) commandée par une transmission acoustique ( 23). ll - 4 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bloc de secours ( 8) est soudé sur le réceptacle de tubage ( 7). Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite structure de rentrée ( 39) comporte un touret ( 46) avec un tambour d'enroulement ( 45) pour la conduite flexible ( 47); un joint tour- nant ( 44) disposé sur l'axe du tambour ( 45) pour assurer la liai- son entre le premier entonnoir d'entrée ( 41) et la première extrémi- té de la conduite flexible ( 47); un deuxième entonnoir d'entrée ( 50) attaché à la deuxième extrémité ( 49, 51) de la conduite flexi- ble ( 47) et apte à être saisi par un outil de préhension et déplace- ment ( 58, 59); et un logement ( 52) pour recevoir provisoirement cette deuxième extrémité ( 49, 51), ladite entrée latérale ( 15) et ladite deuxième extrémité ( 49, 51) formant connecteur automatique. 6 Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite structure de rentrée ( 39) comprend un moteur hydraulique ( 53) d'en- traînement du tambour ( 45) dans le sens d'enroulement de la conduite flexible ( 47) et untroisième entonnoir d'entrée ( 54) relié ( 56) intérieurement à ce moteur hydraulique ( 53) et apte à recevoir exté- rieurement une garniture de manutention ( 66).