Brevet FR2555248A1 — publié le 19850524

La présente invention se rapporte à un engin de pose, d'activation et de connexion des modules fonctionnels d'une station de production pétrolière sous-marine à grande profondeur. De telles stations doivent être mises en place, entretenues et contrôlées sans intervention directe au moyen de systèmes automatiques de commande à distance. Selon le brevet 2 371 552 au nom de la déposante, une telle station sous- marine comporte un chassis de base posé au fond de la mer sur lequel sont fixés de façon démontable plusieurs ensembles unitaires récupérables, afin de permettre leur entretien et leur révision. Le chassis de base est pourvu de plusieurs emplacements pour recevoir des ensembles modulaires et est également agencé pour recevoir des structures latérales qui sont reliées au châssis pour assurer la protection des ensem- bles modulaires et des canalisations de fluide portées par ceux-ci. De façon plus précise, les emplacements reçoivent par l'intermédiaire d'un socle de guidage pourvu des quatre colonnes-guides, des blocs de produc- tion sous forme modulaire, par exemple un module double qui comporte, empi- lé sur des colonnes-guides du socle un équipement pour un ensemble de tête de puits composé d'un bloc de sécurité, au dessus duquel est placé un bloc de production portant des équipements de commande automatique et à dis- tance logés sous forme de conteneurs dans des logements ménagés sur la face supérieure du carter recouvrant ledit bloc de production. Les manoeuvres de pose et la connexion sont assistées par un robot porté et roulant sur des rails de structures latérales du châssis. Selon une conception plus élaborée faisant l'objet d'une demande de bre- vet déposée ce jour par la déposante, on a séparé de façon rigoureuse les équipements de tête de puits et des équipements de commande et de contrôle, en groupant ces derniers sur un châssis dit manifold. Pour faciliter les divers raccords entre les modules, on a procédé à l'empilement en hauteur des nmodules dans l'ordre décroissant de fiabilité, à savoir les modules de connexion et de contrôle, le module de commande centrale de moindre fia- bilité étant disposé séparément des autres modules. Selon cette nouvelle conception, chaque unité modulaire, telle que le module de tête de puits, les modules de connexion, de contrôle périphé- rique et de commande centrale, comporte un mandrin et un connecteur méca- nique de conception standardisée et des organes de guidage, tels que man- chons, dont la géométrie correspond à celle des dispositifs de guidage, tels que colonnes-guides, placés soit sur des socles de guidage fixés aux châssis, soit sur des modules sous-jacents. L'invention a pour objet de remplacer le robot décrit dans le brevet francais précité n 2 371 552 par un engin spécialement adapté à la con- ception élaborée des modules, dont les moyens de fixation et de verrouilla- ge, ainsi que des moyens de raccordement et d'interconnexion électro- hydrauliques sont standardisés au point de permettre à l'engin d'exécuter la pose des modules et l'activation de ses divers moyens. L'engin selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un chassis rectangulaire ou carré auto-portant surmonté d'un mat central orientable muni à son extrémité d'un moyen de liaison avec un train de tiges et por- tant une flèche articulée télescopique munie à son extrémité d'un connec- teur à action mécanique automatique, ledit chassis portant sur le dessous un connecteur mécanique susceptible de saisir et de verrouiller un mandrin fixe ou celui d'un module à poser et muni de moyens de guidage pour la descente de l'engin sur la station sous-marine et pour le positionnement de l'engin par rapport au module à poser, l'engin comprenant en outre un multiconnecteur pour la liaison électro- hydraulique avec un réceptacle de multiconnecteur porté par le module à poser, des cables et conduits ombi- licaux électro-hydrauliques de transmission de commande et d'énergie depuis la surface aboutissant, d'une part audit multiconnecteur et d'autre part, par l'intermédiaire de boitiers de répartition, au connecteur à action mécanique automatique porté au bout de la flèche, ainsi que des moyens de visualisation transmettant les images à la surface et situés à proximité de moyens de guidage du connecteur à action mécanique automatique et du connecteur mécanique de verrouillage. Les moyens pour le guidage de l'engin au cours de sa descente le long des lignes-guides arrimées aux colonnes-guides fixées autour du mandrin du chassis, lors de la pose de l'engin sur ledit chassis, peuvent comprendre avantageusement des tubes-guides extérieurs placés aux quatre coins du chassis. Le mat est composé, de préférence, successivement, d'un fût fixe solidaire du chassis et d'un fût tournant suspendu par une articulation à un palon- nier, lequel palonnier porte par l'intermédiaire d'une butée rotative un mandrin, sur lequel se raccorde un connecteur mécanique déconnectable solidaire du train de tiges. La flèche télescopique peut reposer dans la fourche du palonnier et des cables et conduits d'alimentation électriques et hydrauliques sont logés à l'intérieur d'un fourreau de la flèche. Selon une variante de réalisation, sur le chassis est disposé un réservoir de fluide hydraulique relié à un distributeur à électrovannes commandant les manoeuvres de la grue et l'action du connecteur à action mécanique auto- matique et de ses moyens de visualisation. Selon cette même variante, l'un des conduits ombilicaux de distribution de fluide hydraulique assure par l'intermédiaire du multiconnecteur de commande hydraulique et électrique l'action de verrouillage et de déver- rouillage de la connexion mécanique de l'engin avec le module à poser et celle du module à poser avec le mandrin du chassis manifold ou avec un module sous-jacent. Selon une autre variante, sur le châssis est placée une centrale hydrauli- que autonome immergée, reliée aux deux conteneurs électro-distributeurs auxquels aboutissent les cables de commande depuis la surface, l'un com- mandant les manoeuvres de la grue et l'action de son connecteur à action mécanique automatique, l'autre assurant toutes les actions transitant par le multiconnecteur. En outre, un conteneur équipé du matériel de traitement électronique, soit des ordres de surface, leur décodage et transmission au multiconnecteur pour la distribution du fluide hydraulique, soit des données d'information transitant par le multiconnecteur pour leur transmission vers la surface. D'autres particularités de l'invention apparaitront à la lumière de la description de l'engin illustré, à titre d'exemple, à l'aide d'une figure unique représentant sous forme éclatée le mode de travail de l'engin dans son environnement d'une station sous-marine. Le châssis carré 1 de structure auto-portante comporte aux quatre coins des tubes-guides 2 destinés à guider l'engin le long de lignes-guides 50 arrimées aux colonnes-guides 51 placées autour d'un mandrin solidaire du châssis de base de la station sous-marine. Sur le dessus du châssis émergent deux tubes-guides 3 placés de part et d'autre de son centre et qui sont destinés à s'empaler sur les colonnettes- guides 52 dont sont munis les modules et en particulier le module sous- jacent dont la face supérieure est désignée sur le dessin par le repère 70. Ce module peut être un module de connexion, un module de contrôle ou un module de commande centrale. Quatre amortisseurs hydrauliques 4 placés sur le châssis ont pour mission d'amortir les chocs au moment de la pose de l'engin sur le module en prenant appui sur les plots 53. Au centre en dessous du châssis 1 est placé un connecteur mécanique 5 pour le verrouillage de l'engin avec le module à poser par l'intermédiaire du mandrin 54 porté par le module 70. Sur le chassis est placé également un multiconnecteur 6 de commande hy- draulique et électrique du module sous-jacent, destiné à venir au contact du réceptacle ou multiconnecteur femelle 54 placé sur le module 70. La fixation du multiconnecteur 6 est assurée à l'intérieur d'une chaise de suspension 7 par l'intermédiaire d'une suspension élastique 8. Des caméras de télévision et des projecteurs non représentés sont fixés au châssis à proximité du connecteur 5 et de tubes-guides 4. Un mât central 20 est composé d'un fût fixe 21 solidaire du châssis sur lequel est montéen rotation un fût 22 susceptible d'exécuter un tour complet autour de son axe sous l'effet d'action d'un vérin rotatif non représenté. Sur un étrier 23 solidaire du fût 22 est articulé un palonnier 24 au sommet duquel est placé par intermédiaire d'une butée rotative 25 un mandrin 26 susceptible d'être relié par intermédiaire d'un connecteur mécanique 27 avec le train de tiges 28. Dans la fourche du palonnier 24 est placé une flèche téléscopique 30 munie de fourreau 31 logeant les câbles et les conduits d'alimentation électriques et hydrauliques. A l'extrémité de la flèche 30 est placé par l'intermédiaire d'un vérin rotatif 34 un connecteur à action mécanique automatique 32 muni de sa ca- méra de télévision 33 et d'un projecteur. A distance du connecteur 32 est fixée sur un tube 35 une autre caméra de télévision 36 avec son projecteur. Cette caméra évolue en rotation double grâce aux vérins rotatifs 37 et 38 à axes orthogonaux. Le connecteur 32 à action mécanique automatique est du type auto-verrouil- lable capable après activation de transmettre à travers un mandrin spécial, dont sont munis les objets à manipuler, des pressions et des débits hydrau- liques. Ainsi, il assure à la fois les connexions mécaniques et les raccords hydrauliques. Il peut avantageusement être du type faisant l'objet d'une demande de brevet déposéece jour par la déposante, mais on peut aussi utiliser tout outil analogue connu. Dans le cas représenté, l'engin n'est pas équipé d'une centrale hydrau- lique autonome. Toutes les commandes électriques et hydrauliques sont transmises de la surface au moyen d'un ombilical 40. L'ombilical 40 est bloqué à proximité du palonnier au moyen d'un guide orientable 41. Les câbles et les conduits de l'ombilical 40 se séparent à partir de connexions démontables 42 et 43. Une dérivation des conduits mène vers un distributeur à électrovannes 44 placé sur l'étrier 23 assurant au moyen du fluide hydraulique contenu dans les accumulateurs oléo-pneumatiques 10 placés sur le châssis la com- mande de manoeuvres de la grue et l'action du connecteur à action méca- nique automatique 32 et de ses moyens de visualisation 33 et 36. Une autre dérivation conduit au multiconnecteur 6, par l'intermédiaire duquel sont assurées toutes les actions fonctionnelles du module porté, telles que les déplacements de vérins, fermetures de vannes et autres, et en parti- culier l'action de verrouillage et de déverrouillage de la connexion mécanique du module à poser avec un module sous-jacent. Une autre dérivation rejoint un conteneur hydraulique 9 du châssis qui contrôle en particulier le verrouillage et le déverrouillage de la connexion mécanique 5 de l'engin avec le mandrin 54 du module à poser. Le conteneur 9 contient également un matériel de distribution à électrovannes pour la rotation de la grue et les mouvements des caméras et un matériel pour le traitement des données, soit des ordres de surface, leur décodage et transmission au multiconnecteur 6 pour la distribution du fluide hydraulique, soit des données d'information transitant par le multi- connecteur pour leur transmission vers la surface. Deux espaces 11 et 11' sont ménagés sur le placher bas du châssis pour stocker les chapeaux de protection de multiconnecteurs mâle et femelle. L'action de pose de modules au moyen de l'engin s'effectue de la façon suivante. On assemble à la surface le module à poser avec l'engin en fai- sant saisir le mandrin spécial de conception standard que porte ce module par le connecteur mécanique 5 porté par l'engin. Son positionnement est assuré par ses deux colonnettes 52 s'enfilant dans les tubes-guides 4 por- tés par l'engin. Au cours de cette saisie, le multiconnecteur 6 s'est pré- senté sur le multiconnecteur femelle du module 54, puis il a été activé pour prendre en charge le module à manoeuvrer. On descend l'ensemble ainsi monté en le guidant au moyen des lignes- guides 50 arrimées sur les colonnes-guides 51 du fond et aussi en s'aidant des moyens de visualisation, jusqu'à ce que le connecteur mécanique du module 70, par exemple un module de contrôle,rencontre le mandrin du module de connexion sur lequel il doit se poser. La pose se fait en douceur malgré les pilonnements du support de surface, grâce aux amortisseurs 53. L'action de verrouillage du module de contrôle est assurée à travers le multiconnecteur par le fluide hydraulique distribué depuis la surface au moyen de l'ombilical hydraulique direct. Dans le cas, o l'engin est équi- pé d'une centrale hydraulique autonome immergée, le fluide hydraulique de cette centrale est distribué par l'intermédiaire d'un distributeur à élec- trovannes contenu dans le conteneur 9. Les actions transitant par le multiconnecteur sont variées. Elles comp- rennent les connexions verticales sur des modules superposés, telles que le verrouillage du module sous-jacent avec celui sur lequel le module sous-jacent est posé, ou encore le verrouillage du connecteur du module sous-jacent avec des modules adjacents au module sous-jacent. - Elles peuvent également commander des tests de pression avec manoeuvres de vannes et la remontée des résultats. L'action du connecteur 32 à action mécanique automatique sur le site d'une station sous-marine est pilotée depuis la cabine de commande en surface et, suivant le type de télécommande choisi, soit par des ordres électriques transmis au fond, soit par des ordres hydrauliques.transitant par l'ombilical 40. Lorsque l'engin est posé sur un module, tel que dans le cas de l'exemple un module de connexion 70, le connecteur 32 est capable d'assurer toutes les connexions électro-hydrauliques ou hydrauliques extérieures au module porté, en deplaçant par action de la grue des con- necteurs appartenant aux modules, par exemple placer le multiconnecteur 80 reposant sur un socle solidaire et relié au module de connexion 70 dans un réceptacle ou multiconnecteur femelle 90 appartenant au mandrin de sor- tie de tête de puits, après avoir enlevé et déposé leurs chapeaux de pro- tection respectifs 81 et 91 sur l'aire 11 du châssis 1. De façon analogue, le connecteur 32 est capable d'effectuer les connexions entre les modules adjacents, par exemple entre le module de commande cen- trale et respectivement chaque module de contrôle périphérique et encore le module de commande centrale et les têtes d'ombilicaux. L'action du connecteur 32 consiste également à commander un certain nom- bre d'opérations, telles que l'injection de fluides à haute et basse pression dans les organes manipulés. Subsidiairement, grâce à ses moyens de visualisation, l'engin peut con- trôler le dessous du module porté et faciliter sa rentrée sur les colonnes- guides en cours de pose, en rendant superflu tout autre moyen de visu- alisation. REVENDICATIONS. 1. Engin de pose, d'activation et de connexion des modules fonctionnels d'une station de production sous-marine, caractérisé en ce qu'il com- prend un châssis rectangulaire ou carré (1) auto-portant surmonté d'un mat central (20) orientable et muni à son extrémité d'un moyen de liaison (26) avec un train de tiges (28) et portant une flèche articulée télescopique (30) munie à son extrémité d'un connecteur à action méca- nique automatique (32), ledit châssis (1) portant sur le dessous un connecteur mécanique (5) susceptible de saisir et de verrouiller un mandrin fixe (54) ou celui d'un module à poser et muni de moyens de guidage (2) pour la descente de l'engin sur la station sous-marine et pour le positionnement (3) de l'engin par rapport au module à poser, l'engin comprenant en outre un multiconnecteur (6) pour la liaison électro-hydraulique avec un réceptacle de multiconnecteur (54) porté par le module à poser (70), des câbles et conduits ombilicaux électro- hydrauliques de transmission de commandes et d'énergie (40) depuis la surface aboutissant, d'une part audit multiconnecteur (6), et d'autre part, au connecteur à action mécanique automatique (32) porté au bout de la flèche (30), ainsi que des moyens de visualisation (33,36) transmettant les images à la surface et situés à proximité de moyens de guidage (3),du connecteur à action mécanique automatique (32) et du connecteur mécanique (5). 2. Engin selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aux quatre coins du châssis sont placés des tubes-guides extérieurs (2) servant à gui- der l'engin au cours de sa descente le long des lignes-guides (50) arrimées aux colonnes-guides (51) fixées autour du mandrin du châssis manifold, lors de la pose de l'engin sur le mandrin du châssis mani- fold. 3. Engin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mât (20) est composé successivement d'un fût fixe (21) solidaire du châssis (1) et d:un fût tournant (22) suspendu par une articulation à un palonnier (24) lequel porte par l'intermédiaire d'une butée rotative (25) un mandrin (26) sur lequel se raccorde un connecteur mécanique (27) déconnectable solidaire du train de tiges. 4. Engin selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la flèche télescopique (30) repose dans la fourche du palonnier (24) et des câbles et conduits d'alimentation électriques et hydrauliques sont logés à l'intérieur d'un fourreau (31) de la flèche (30). 5. Engin selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le connecteur à action mécanique automatique (32) est placé au bout de la flèche (30) par l'intermédiaire d'un vérin rotatif (34). 6. Engin selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, au bout de la flèche, à l'écart du connecteur, est fixée par l'inter- médiaire d'un vérin (35) et d'un support une caméra de télévision (36) munie de projecteur. 7. Engin selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le chassis (1) est disposé un réservoir de fluide hydraulique (10) relié à un distributeur à électrovannes (44) commandant les manoeuvres de la grue et l'action du connecteur à action mécanique automatique (32) et de ses moyens de visualisation. 8. Engin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des conduits ombilicaux de distribution de fluide hydraulique assure par l'inter- médiaire du multiconnecteur (6) de commande hydraulique et électrique l'action de verrouillage et de déverrouillage de la connexion mécanique (5) du module à poser avec le mandrin du châssis manifold ou avec un module sous-jacent, ainsi que l'approche et ensuite le verrouillage et le déverrouillage du module posé avec les modules adjacents. 9. Engin selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un conteneur (9) équipé de matériel de traitement des données est disposé sur le châssis pour le traitement électronique, soit des ordres de surface, leur déco- dage et transmission au multiconnecteur (6) pour la distribution du fluide hydraulique, soit des données d'information transitant par le multiconnecteur (6) pour leur transmission vers la surface. 10. Engin selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le châssis est placée une centrale hydraulique autonome immergée, reliée aux deux conteneurs (9,44) électrodistributeurs, auxquels aboutissent les cables de commande depuis la surface, l'un commandant les manoeuvres de la grue (20,30) et l'action de son connecteur à action mécanique automa- tique (32), l'autre assurant toutes les actions transitant par le multiconnecteur (6). 11. Engin pour une station sous-marine comprenant une plaque de base ou un châssis manifold, sur laquelle sont groupées des unités de concep- tion modulaire, chacune étant munie d'un réceptacle de multiconnecteur, d'un mandrin et/ou d'un connecteur mécanique de conception standardisée et de deux colonnettes placées sur le dessus du module, lesquelles unités comprenant d'une part des têtes de puits coiffées de leurs uni- tés de production, et d'autre part des modules de connexion, de con- trôle périphérique et de commande centrale, empilées ou non, selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de guidage pour le positionnement de l'engin par rapport au module à poser consistent en deux tubes-guides (4) disposés de part et d'autre du mât central (20), destinés à s'empaler sur les colonnettes (52) du module. 12. Engin selon les revendications 8 et 11, caractérisé en ce qu'en outre, des actions assurées au moyen du fluide hydraulique par l'intermé- diaire du multiconnecteur (6) comprennent les jonctions hydrauliques et électriques entre les modules sous-jacents et les modules adjacents, la commande de tests de pression et la remontée des informations les concernant et le retrait et la remise du protecteur mécanique de la tête de puits. 13. Engin selon les revendications 7 et 11, caractérisé en ce que le con- necteur à action mécanique automatique (32) est du type à fluide hydraulique assurant les interconnexions horizontales comprenant des raccords pour le passage des effluents et des connexions électro- hydrauliques au moyen de multiconnecteurs entre le module sur lequel l'engin est posé et un module adjacent, ainsi que le retrait et la remise des chapeaux de protection de multiconnecteurs mâles (81) et femelles (91) des modules adjacents.