Brevet FR2548260A1 — publié le 19850104

La présente invention se rapporte à un bouclier de protection de tête de puits et de modules fonctionnels d'une station sous-marine contre la chute d'objets en provenance de la surface ou en cours de manoeuvre depuis le fond ou depuis la surface. Une station sous-marine d'exploitation pétrolière est constituée habituellement par un ensemble comprenant des têtes de puits et des modules, tels que le module de connexion (PJU) assurant chacun la liaison de circuits pétroliers entre une tête de puits et un mandrin de collecte, les modules périphériques de contrôle et de commande (CJU) et, éventuellement, le module 10 principal de contrôle (CSC). Une tête de puits est toujours munie d'un axe porteur, tandis que les modules peuvent porter,en plus de l'axe central nécessaire à leur manutention, deux colonnes-guides qui servent au préguidage soit du module nécessaire à leur immersion ou à leur relevage au moyen d'un train de tiges, soit du mo15 dule supérieur, quand deux modules s'empilent l'un sur l'autre. ON sait par ailleurs, que les dispositifs connus de protection de l'ensemble de l'installation sous-marine manquent de souplesse et ne sont pas satisfaisants, notamment en raison du fait qu'ils sont solidaires de l'installation à protéger. Tout objet en chute vers le bouclier possède une énergie cinétique E mv 2 m étant sa masse et v sa vitesse. Au moment du choc, cette énergie doit être absorbée par le bouclier, sans que des efforts F inconsidérés soient induits dans la structure à protéger. 25 L'énergie à absorber peut être considérée comme le produit d'une force (inférieure à F) par un déplacement Tout déplacement rapide dans l'eau est gêné par les forces hydrodynamiques qui croissent comme le carré de la vitesse Il est donc difficile, sinon impossible, de limiter les efforts dans la structure à protéger au moyen d'un bouclier constitué d'une plaque pleine. 30 L'idée qui est à la base de l'invention consiste à permettre le déplacement, sans que des forces hydrodynamiques réactives importantes prennent naissance. Le bouclier selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un matelas composite formé d'un plancher en un matériau moins dense que l'eau et reposant sur une tôle perforée ou grille, fixé de façon amovible au moyen de pieds déformables sur une plaque horizontale montée au sommet du module à protéger et présentant à l'endroit du passage de l'axe ou de colonne-guide une ouverture dans laquelle est fixé par soudure un fourreau susceptible de coulisser le long desdits axes ou desdites colonnes-guides. L'énergie est d'abord absorbée par la déformation de la partie supérieure du matélas, par exemple en matière plastique, telle que le polypropylène, 5 ou en bois, par exemple constitué par des madriers ou plancher à clairevoie, ensuite par la déformation locale de la plaque perforée de choc, puis par le déplacement de la plaque perforée s'appuyant sur la force réactive des amortisseurs et sur des forces hydrodynamiques réduites Ces dernières peuvent être négligeables, par exemple inférieures à 10 % de l'effort maxi10 mal admissible. Ainsi, la protection est assurée par l'absorption dynamique du choc au moyen du matelas qui encaisse le choc et assure un freinage contrôlé, le guidage du matelas sous l'effet de l'impact étant assuré par les axes de glissement que constituent lesdits axes centraux et lesdites colonnes15 guides. Le pied déformable est de préférence plié pour présenter une concavité tournée vers le centre du module et le bras de l'angle reposant sur le module est muni d'un bras raidisseur non solidaire servant d'appui. Selon une forme avantageuse, le fourreau présente à ses deux extrémités des 20 patins de coulissement. Le sommet de l'axe central ou de colonne-guide peut porter un chapeau conique servant de déflecteur. Des amortisseurs de choc, de préférence hydrauliques, peuvent être placés en outre sur la plaque horizontale pour participer au résultat final. Lorsqu'il s'agit d'un module tel que module de connexion, la plaque du sommet du module présente une cage centrale à paroi latérale verticale solidaire de ladite plaqueservant de logement à un connecteur et des bras radiaux fixés d'une part au corps de chaque amortisseur et d'autre part à ladite paroi de la cage servent à la transmission des effets d'amortisse30 ment de choc. D'autres particularités de l'invention apparaitront à la lumière de la description d'un exemple de réalisation d'un bouclier de protection pour un module de connexion illustré à l'aide de dessins, dont la figure 1 représente une vue en coupe vertcale selon A-A de la figure 35 2, et la figure 2 représente dans sa moitié supérieure une vue de dessus et dans sa moitié inférieure une vue de dessus en coupe selon B-B de la figure 1. Une plaque horizontale 1 de forme sensiblement rectangulaire couvrant toute la surface du module est fixée au sommet du module de connexion non représenté qui porte deux colonnes-guides coiffées de chapeaux coniques 3 servant de déflecteurs Sur la périphérie de la plaque 1 sont fixés au moyen de boulons huit pieds déformables 4, pliés et présentant une concavité tournée vers l'intérieur du module, les bras de l'angle reposant sur la plaque étant munis d'un élément raidisseur 5 non solidaire du pied auquel il prête l'appui. Les bras 4 portent un matelas composite formé d'un plancher en polypropy10 lène 6 reposant sur une tôle perforée ou grille en acier 7, un rebord 8 assurant le positionnement du plancher 6 sur la tôle 7. La plaque 1 présente une cage centrale 9 à paroi latérale verticale 10 servant de logement à un connecteur verrouillé sur un mandrin de collecte ou de manutention Le matelas présente également une ouverture 11 correspon15 dante pour le passage du mandrin de manutention axial 12 solidaire du connecteur Le mandrin qui permet le passage des conduits hydrauliques nécessaires au verrouillage et déverrouillage du connecteur est lui-même protégé par un chapeau déflecteur déformable 13. A l'endroit du passage des deux colonnes-guides 2, le matelas présente deux 20 ouvertures dans lesquelles sont fixés par soudure des fourreaux 14 solidaires de la tôle 7 et portant à leurs extrémités des patins de glissement 15. Répartis aux coins du bouclier, sont placés quatre amortisseurs de choc 16 du type hydraulique dont les corps de vérin sont fixés à la plaque 1 et dont les extrémités supérieures s'étendent à proximité de la tôle 7 Quatre bras 25 radiaux raidisseurs 17 relient les corps des amortisseurs 16 à la paroi 10 de la cage 9. Deux amortisseurs de pose 19 alimentés en fluide comprimé à partir d'une bouteille 20 sont fixés sur la plaque 1 et ont pour fonction d'amortir les chocs éventuels au moment de la pose du mandrin de manutention 12. La plaque 1 est munie à sa partie inférieure d'une jupe 18 qui réalise un volume étanche servant de piège à gaz, qui, en cas de fuite, permet de la signaler au moyen d'appareils de détection adéquats La purge initiale de l'air piégé est opérée à partir du mandrin de manutention 12. Lorsqu'une chute d'objet pesant, tel que par exemple une masse-tige d'une 35 tonne, se produit, le déflecteur 3 orientiéventuellement la trajectoire de l'objet vers le matelas, qui sous l'effet du choc s'enfonce malgré le freinage dû à l'action des amortisseurs 16 en provoquant le pliage des pieds 4. Le matelas est guidé dans sa course par les colonnes-guides 2, les fourreaux 14 glissant le long d'eux et maintenant un certain parallélisme dans le positionnement du matelas-par rapport à la plaque 1, de façon à ce que la charge soit répartie convenablement Il se produit un freinage hydrodynamique du fait de la pression d'eau qui s'exerce à travers les perforations de la tôle perforée 7 et provoque l'éjection du plancher 8 en matériau moins dense que l'eau. Les boucliers de protection de modules de connexion (PJU), de modules périphériques de contrôle et de commande (CJU) et de modules principaux de contrôle (CSC) sont interchangeables entre eux, car ils portent tous deux 10 colonnes-guides semblables. Pour ce qui est du bouclier de protection de la tête de puits, il ne présente qu'une ouverture centrale servant au passage d'un axe central porteur, au moyen duquel l'équipement de la tête de puits est immergé à l'aide du train de tiges Sa structure est par ailleurs analogue à celle du bouclier 15 décrit s'appliquant aux modules fonctionnels. REVENDICATIONS. 1 Bouclier de protection de la tête de puits et des modules fonctionnels, tels que le module de connexion (PJU), le module périphérique de contrôle et de commande (CJU) et le module principal de contrôle (CSC), munis d'au moins un axe central porteur ou de colonnes-guides, caractérisé en ce qu'il comprend un matelas composite formé d'un plancher ( 6) en un matériau moins dense que l'eau et reposant sur une tôle perforée ou grille ( 7), fixée de façon amovible au moyen de pieds déformables ( 4) sur une plaque horizontale ( 1) montée au sommet du module à protéger et présentant à l'endroit du passage de l'axe ou de colonne-guide ( 2) une ouver10 ture dans laquelle est fixé par soudure un fourreau ( 14) susceptible de coulisser le long desdits axes ou desdites colonnes-guides. 2 Bouclier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plancher ( 6) est en matière plastique ou en bois traité. 3 Bouclier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pied défor15 mable ( 4) est un pied plié présentant une concavité tournée vers le centre, le bras de l'angle reposant sur la plaque étant muni d'un élément raidisseur ( 5) en appui sur le bras. 4 Bouclier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau ( 14) présente à ses deux extrémités des patins de glissement ( 15). 6 Bouclier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sommet de l'axe porteur ou de la colonne-guide ( 2) porte un chapeau conique ( 3) servant de déflecteur. 6 Bouclier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs amortisseurs de choc ( 16) sont fixés sur la plaque du sommet du module. 25 7 Bouclier de protection d'un module muni de connecteur central selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matelas composite présente une ouverture centrale ( 11) pour le passage du mandrin de manutention ( 12) lié au connecteur et en ce que la plaque ( 1) présente une cage centrale ( 9) à paroi latérale verticale ( 10) servant au logement 30 du connecteur, des bras radiaux ( 17) étant fixés au corps de chaque amortisseur ( 16) et à ladite paroi ( 10) de la cage pour la transmission des effets de l'amortissement de choc. 8 Bouclier selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matelas est supporté par huit pieds déformables ( 4) placés à sa péri35 phérie et présente deux ouvertures disposées de part et d'autre de son centre pour le passage des deux colonnes-guides ( 2) et en ce que les quatre amortisseurs de choc ( 16) sont disposés symétriquement sur la plaque. 9 Bouclier selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plaque du soninmmet du module à protéger est munie d'une jupe périphérique ( 18), au moyen de laquelle la plaque ( 1) est fixée sur le module, de façon à réaliser un volume étanche servant de piège à gaz pourvu de moyens de détection et de signalisation de fuites.