Brevet FR2555956A1 — publié le 19850607

La présente invention concerne un outil sous-marin spécial, appelé un outil de remplacement de câbles de guidage (ORC), utilisable dans des forages pétroliers. Lors d'un forage pétrolier effectué en haute-mer, on utilise des câbles de guidage qui s'étendent depuis le fond de la mer vers le haut jusqu'à la surface. De tels câbles assurent une localisation et un placement exacts d'un équipement de forage et d'exploitation de puits. Les câbles sont ancrés sur un socle de guidage permanent ou temporaire. Les câbles, habituellement au nombre de quatre, sont fixes au moyen d'une ancre de détachement sur ce qu'on appelle des colonnes de guidage qui s'élèvent vers le haut a partir des socles de guidage. L'ancrage de câbles de guidage sur le socle de guidage est normalement effectué au-dessus de l'eau et ensuite le socle de guidage est descendu jusqu'au lieu de forage. Apres terminaison du forage, les câbles de guidage sont coupés. Pour empêcher une rupture de câbles, des broches de cisaillement sont utilisées entre l'ancre et le câble, et on suppose qu'elles sont arrachées avant que le câble soit effiloché. Cependant, en pratique, on s'est rendu compte que, bien que des mesures préventives soient prises pour faire en sorte que les broches de cisaillement se rompent en premier, les câbles de guidage s'effilochent encore. Cela se produit en dépit du fait que des systèmes à tension constante sont utilisés pour éviter les effets d'une contrainte anormalement élevée. Les extrémités libres de câbles et les boucles ainsi formées créent de grosses difficultés pour la poursuite des opérations. De nouveaux câbles de guidage doivent par conséquent être montés et des ancres doivent également être remplacées. Les câbles peuvent se rompre immédiatement au- dessus des colonnes de guidage, juste en-dessous du pont de plate-forme, et entre ces deux limites. Dans le dernier cas, des parties ou la totalité du câble tombe(nt) sur la tête de puits, en créant ainsi des difficultés supplémentaires lors de l'installation de nouveaux câbles et ancres. Par le passé, il a été d'une pratique générale d'utiliser une équipe de plongeurs pour effectuer les répa- rations. Plus récemment, on essayé d'utiliser des véhicules sous-marins télécommandés. Cela s'est avéré coûteux et long, et l'opération est difficile à effectuer lorsqu'il se produit des vents forts, de grande vagues et des courants forts. En outre, on connaît d'après la demande de brevet britannique publiée sous le numéro GB-2 107 766, un outil sousmarin télécommandé qui découpe des câbles de guidage juste au-dessus de la tête de colonne. Cet outil a été uni- quement conçu pour découper des câbles de guidage. I1 com- porte plusieurs parties mobiles, la plupart dans un plan horizontal. Les mécanismes fonctionnels individuels du dispositif sont par conséquent assez exposés et ils sont facilement endommagés. L'invention a pour but de remédier aux inconvé- nients affectant les équipements connus et de créer un outil télécommandé qui découpe un câble dans différentes positions par rapport aux colonnes de guidage, les composants fonc- tionnels de ce dispositif étant en outre protégés contre des dommages. Un autre objet est de créer un outil qui dégage des ancres enfoncéeset qui dirige en position et fixe de nouveaux câbles de guidage qui remplacent des câbles effilo- chés en cours d'opérations. Un autre objet de l'invention est de concevoir un outil qui soit simple et d'un fonctionnement sûr, qui permette l'exécution de toutes les opérations par le person- nel se trouvant à bord d'un navire ou plate-forme de forage à n'importe quel moment donné, et qui soit en même temps suffisamment simple pour que seulement une brève période d'instruction soit nécessaire pour apprendre comment l'utiliser pour les opérations en question. Selon des particularités de l'invention: 1 ) L'outil est monté sur un carter extérieur o est logé un mécanisme universel mobile, qui est conçu pour effectuer une opération a étapes multiples, du fait que le mécanisme universel comporte des moyens pour remplir une ou plusieurs des fonctions suivantes: découpage, préhension, traction et/ou poussée. 2") L'extrémité du carter est pourvue d'une partie ouverte de guidage, dont l'ouverture diminue graduellement de section pour former finalement une ou plusieurs fentes ou orifices dans la paroi du carter. 3 ) Les parois du carter comportent deux orifices opposés de longueurs différentes. 4 ) Le mécanisme universel est conçu sous la forme d'éléments mobiles de cisaillement qui sont équipés de dis- i5 positifs intégrés de découpage et de préhension. ) Les éléments de cisaillement sont reliés à un vérin hydraulique qui dirige les mouvements des lames de cisaillement. 6 ) Le mécanisme de cisaillement est suspendu à deux vérins hydrauliques reliés en série, dont l'un est équipé pour faire monter et descendre le mécanisme de cisaillement dans le carter, tandis que l'autre est équipé pour produire une grande force dirigée vers le haut ou vers le bas. 70) Le mécanisme de cisaillement comprend un dispo- sitif de découpage comportant une lame et une contre-lame ainsi qu'un dispositif de préhension intégré, placé au- dessus et se composant de segments de préhension mobiles et opposés. 8 ) La partie de guidage ouverte comprend un anneau de profil conique qui est conçu pour s'appuyer contre la tête de cclonne et pour absorber les forces exercées par le carter au cours d'opérations. 9 ) Des ouvertures ou fenêtres sont ménagées dans les parois du carter et il est monté, sur le côté extérieur dSu carter, une caméra de télévision fixe ou mobile. D'autres caractéristiques et avantages de l!inven- 2555956: tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation verticale de l'outil de remplacement de câbles de guidage (ORE) monté sur l'ossature de guidage, cette ossature de guidage étant en prise avec des câbles de guidage qui s'étendent vers le bas jusqu'à des colonnes de guidage disposées sur une partie de fond ou socle de guidage, la figure 2 représente le même outil, mais vu en plan,ou par dessus, la figure 3A et 3B représentent l'outil proprement dit, vu en élévation et en coupe partielle, la figure 4 montre des détails de fixation des cables de guidage sur la colonne de guidage appropriée avec des éléments spéciaux de fixation, les figures 5 à 9 montrent schématiquement les différentes fonctions effectuées par l'outil. L'invention va être décrite de façon plus détaillée en référence aux dessins, o des parties ou composants équi- valents ont été désignés paroles mêmes références numéri- ques. L'ossature de guidage 1 des figures 1 et 2 comporte un certain nombre de tubes de guidage 2 qui sont mobiles le long de câbles ou filins de direction 3 et qui s'étendent vers le bas jusqu'au fond de la mer. Ils sont ancrés sur des colonnes spéciales 4 faisant partie de socles de fond permanents ou temporaires qui sont disposés eux-mêmes en fonction de l'emplacement des puits. Pour assurer un positionnement correct de l'ossa- ture de guidage 1, son tube de guidage 2 doit être relié à au moins deux des quatre câbles de guidage qui sont norma- lement raccordés aux colonnes de guidage du socle de guidage. L'outil 5 est monté sur l'ossature de guidage 1 dans la position o des réparations doivent être effectuées} et l'ensemble est relevé ou descendu en utilisant des élingues 6 qui peuvent être reliées à un câble 7 de grue. 2555956' Celui-ci peut également supporter des tuyaux souples hydrau- liques pour le fluide sous pression utilisé pour l'action- nement de l'outil. Les composants fonctionnels de l'outil sont entou- rés par un carter 8 qui se termine dans une partie d'entrée de guide 9, ouverte et de structure spéciale, qui rétré- cit en section pour former deux fentes 10 et 11 de longueur différente placées dans le carter proprement dit. Des fenêtres 12 sont également positionnées dans le carter de façon que des opérations puissent être maintenues sous sur- veillance par une caméra de télévision 13 montée sur un bras 14. Les figures 3A et 3B montrent le détail de la structure des composants fonctionnels proprement dits. Deux vérins hydrauliques 15 et 16 sont places l'un après l'autre à l'intérieur du carter 8. Le cylindre supérieur 15 est divisé en deux parties, la partie inférieure exécutant de courts mouvements et exerçant une grande force. La partie supé- rieure exécute des mouvements plus longs et elle est moins puissante. La seconde partie du vérin est utilisée pour déplacer un mécanisme de cisaillement spécial vers le haut et vers le bas dans le carter tandis que la partie plus I courte du vérin, plus puissante, exerce une force de traction dirigée vers le haut et elle est utilisée fonction- nellement pour décrocher une ancre de la partie o elle est amarrée. Un autre vérin inférieur 16 actionne les compo- sants de l'autre mécanisme de cisaillement. Ceux-ci se composent d'un dispositif de découpage 17, qui comprend une lame et une contre-lame, et d'un dispositif de préhension 18, comportant des segments de préhension]. 9 et 20 et un anneau 21 de profil complémentaire;qui est disposé de façon a s'appuyer contre la tête de colonne et qui absorbe la charge provenant du carter pendant une opération de dégagement, c'est-à-dire lorsqu'un câble est tiré pour être libéré de son ancre. Lorsque le vérin inférieur est déplacé vers le bas, il comprime le dispositif de découpage 17 avec une grande force. Lorsqu'il est déplacé vers le haut, le dispo- sitif de découpage est relâché. La partie dentée complémen- taire 19, 20 qui appartient au dispositif de préhension 18 fait partie intégrante du mécanisme de cisaillement, qui peut par conséquent être conçu comme un mécanisme universel ou à fonctions multiples, servant à effectuer deux opérations ou plus. La figure 4 montre la façon dont un câble de gui- dage est ancré sur les colonnes du socle. Le câble propre- ment dit est relié à une ancre 22 au moyen d'une broche de cisaillement 23 qui se coupe sous une tension élevée. En outre un mécanisme de verrouillage 24 est disposé de façon à empêcher l'ancre de tomber si le câble se détache sans que cela soit observé. L'ancre est maintenue en place à l'intérieur de la colonne de guidage par un dispositif de blocage. La fonction de l'outil de remplacement de câbles de guidage ORC va maintenant être décrite en référence aux figures 5 à 9. La figure 5 montre comment la première partie d'un câble de guidage est maintenue dans les fentes 10 et 11 du carter d'outil et comment le câble est découpé. Cela constitue une fonction particulièrement importante du fait que des boucles ou des extrémités libérées dans le câble, qui se produisent lorsque les câbles de guidage sont effi- lochés et se rompent à une certaine distance d'une colonne de guidage, n'ont pas pu être traitées plus tôt par un outil télécommandé. Du fait que les fentes ont une lon- gueur différente, on est assuré que le câble est orienté d'un certain angle par rapport au dispositif de cisaille- ment. Lorsque le câble est positionné au fond des fentes, le mécanisme de cisaillement est descendu jusqu'à ce qu'il s'applique contre le câble qui est ensuite découpé par le dispositif de découpage actionné par le vérin inférieur 16. Cette opération peut être contrôlée à l'aide d'une caméra de télévision dirigée au travers d'une ouverture ménagée dans le carter de l'outil 0RCo Le carter comporte deux ouvertures ou fenêtres ménagées dans ce but très précis. Les figures 6 et 7 montrent l'opération de découpage qui est effectuée quand l'outil est appliqué sur la tête de colonne pendant que le câble est placé dans une des fentes. Pendant ces opérations, les fentes ont maintenant fixé le câble immédiatement au-dessus de la tête de colonne pendant que le câble est découpé au moyen du dispositif de découpage, la tête de colonne étant ainsi libérée du câble. La figure 7 représente un câble de guidage qui s'étend plus loin vers le bas a partir du haut de la colonne de guidage, tandis que la figure 6 représente un câble de guidage qui se termine dans, et est fixé par, l'ancre sur la tête de colonne. Le dispositif de creusement 18 peut maintenir la tête de l'ancre et la tirer pour la dégager de la colonne de guidage par rupture d'une broche de cisaillement qui relie l'ancre à la colonne de guidage sur le plateau de guidage. L'ancre est habituellement enlevée en utilisant le dispo- sitif de préhension 18 seul, comme on peut le voir sur la figure 8. Le dispositif de préhension 18 est équipé de segments dentés 19, 20 mobiles et opposés, qui sont appliqués contre la tête de l'ancre et qui sont tirés vers le haut jusqu'à ce que la broche de cisaillement 22 se rompe. Cette opération est effectuée par la partie la plus courte du vérin à double effet, cette partie exerçant la plus grande force de levage. Le disposi- tif de préhension peut alors pousser une nouvelle ancre sur laquelle le câble de guidage est fixé,de façon à la mettre en place dans une colonne de guidageet il peut maintenir l'ancre correctement alignée dans un tube de guidage après que l'ancienne ancre, avec son câble de guidage effiloché, a été enlev-ée (figure 8). Un nouveau câble de guidage 3 est fixé sur l'ancre et il passe par une des fentes 10. Pour -enl.ever une ancre, le dispositif de préhension peut égale- ment maintenir un dispositif auxiliaire approprié en posi- tion, qui pousse l'ancre fixée vers le bas dans le tube de guidage. Si nécessaire, un autre outil peut être utilisé pour enlever autrement le mécanisme de blocage 23 qui 2555956. maintient l'ancre en place. Pendant la plupart des opérations, l'ossature portant les tubes de guidage s'appuie sur les colonnes de guidage qui sont encore associées à des câbles de guidage intacts. Les opérations d'exploitation sont ainsi simpli- fiées et on assure un meilleur contrôle du positionnement de l'outil ORC. On élimine également l'obligation d'utiliser des accessoires pour compenser des mouvements latéraux de l'ossature. Dans l'exemple considéré, l'outil ORC est actionné hydrauliquement à partir de la surface par l'intermédiaire de tubes séparés. Cependant on peut aussi utiliser des accumulateurs de pression spéciaux qui sont logés dans le carter de l'outil ORC. Toutes les liaisons par flexibles sont ainsi éliminées pour la transmission du fluide sous pression depuis l'outil jusqu'à la surface. Cela réduit le risque de rupture par endommagement ou destruction des flexibles. L'outil de remplacement de câbles de guidage peut aussi être actionné électriquement, pneumatiquement ou d'autres manières appropriées. En outre, l'outil peut être positionné en utilisant la garniture de forage proprement dite dans des cas o il n'est pas approprié d'utiliser une ossature séparée de guidage comme décrit ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Outil sous-marin conçu spécialement pour décou- per des câbles effilochés, pour enlever et installer des ancres à câbles et pourvu de dispositifs de découpage et de préhension télécommandés, caractérisé en ce que l'outil est monté sur un carter extérieur (8) o est logé un mécanisme universel mobile (15,16,17 et 18), qui est conçu pour effectuer une opération & étapes multiples, du fait que le mécanisme universel comporte des moyens pour remplir une ou plusieurs des fonctions suivantes: découpage, préhension, traction et poussée. 2. Outil sous-marin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité du carter est pourvue d'une partie ouverte de guidage (9), dont l'ouverture dimi- nue graduellement de section pour former finalement une ou plusieurs fentes (10,11) ou orifices dans la paroi du carter. 3. Outil sous-marin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parois du carter comportent deux orifices opposés (10, 11) de longueur différente. 4. Outil sous-marin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme universel est conçu sous la forme d'éléments mobiles de cisaillement qui sont équipés de dispositifs intégrés de découpage et de préhension (17,18). 5. Outil sous-marin selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments de cisaillement sont reliés à un vérin hydraulique (16) qui dirige les mouve- ments des lames de cisaillement. 6. Outil sous-marin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mécanisme de cisaillement est suspendu à deux vérins hydrauliques (15) reliés en série,dont l'un est équipé pour faire monter et descendre le mécanisme de cisaillement dans le carter, tandis que l'autre est équipé pour produire une grande force dirigée vers le haut ou vers le bas. 7. Outil sous-marin selon la revendication 5, caractérise en ce que le mécanisme de cisaillement comprend un dispositif de découpage (17) comportant une lame et une contre-lame ainsi qu'un dispositif de préhension (18) intégré, placé au-dessus et se composant de segments de préhension P9, 20)mobiles et opposés. 8. Outil sous-marin selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de guidage ouverte comprend un anneau de profil conique (21) qui est conçu pour s'appu- yer contre la tête de colonne et pour absorber les forces exercées par le carter au cours d'opérations. 9. Outil sous-marin selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que des ouvertures ou fenêtres (12) sont ménagées dans les parois du carter et en ce que>sur le côté extérieur du carter, est montée une caméra de télé- vision fixe ou mobile.