Brevet FR2552201A1 — publié le 19850322

La présente invention concerne un dispositif de connexion mécanique d'une conduite tubulaire par un connecteur mécanique fixé sur une plaque horizontale percée d'orifice dans l'axe du connecteur, et plus particulièrement un dispositif de connexion et de déconnexion de tubes périphériques sur une embase de colonne de production sous-marine. Pour un matériel de production en mer profonde, le problème qui se pose fréquemment est celui d'une connexion et déconnexion rapide et sure d'une ligne de production sur une tête de collecte faisant partie de l'équipement d'une station sous-marine. Lors d'un état de mer précaire ou lors d'une perte d'amarre de la structure flottante à laquelle est suspendue la colonne, les lignes de production doivent être rapidement déconnectées, puis reconnectées, lorsque les conditions sont améliorées. On connait des dispositifs de connexion hydrauliques actionnés depuis la surface au moyen de vérins, qui par exemple repoussent une bague conique, qui à son tour exerce une poussée désolidarisant l'extrémité de ligne de son connecteur. La présente invention a pour but un dispositif dans lequel la fonction d'étanch-it 6 est réalisée séparément de l'ancrage mécanique par exemple par en20 foncement d'un embout male muni de joints toriques porté par une extrémité de ligne dans un réceptacle femelle que présente la tête de collecte. La connexion mécanique selon l'invention est réalisée par un connecteur annulaire fixé sur une plaque horizontale et agissant sur un tube d'extrémité du tube périphérique. Dans sa portée plus générale, l'invention porte sur un dispositif de connexion et de déconnexion d'un premier conduit tubulaire mobile en translation longitudinale à l'intérieur d'un second conduit tubulaire fixe du type comprenant un manchon coulissant longitudinalement et qui, en vue du verrouillage, prenant appui par une portée inclinée sur une portée d'au moins un chien mo20 bile, fait pénétrer ledit chien à tcravers une ouverture que comporte la paroi de ce second conduit tubulaire fixe, dans une gorge ménagée dans le conduit tubulaire nobile, qui est caractérisé par les moyens d'entrainement en coulissement longitudinal du manchon comportant au moins un doigt radial saillant à travers une lumibre perçant ia paroi du conduit tubulaire fixe et 35 coulissant dans un logeaent ménagé dans l'épaisseur de ce conduit, lors du ver-ouillage sous l'effet de la poussée exercée par la descente du premier conduit tu Lbuiare mobile sur ledit doigt au moyen d'un épaulement dû au changement de diamètre et dont est muni ledit conduit mobile et, lors du déverrouillage, par coulissement en sens inverse sous l'effet de moyens hydrauliques ou mécaniques. Selon un mode avantageux de réalisation, le conduit tubulaire mobile présente sur une hauteur H une section de diamètre D passant en une section de diamètre D' pénétrer dans le logement formé par la gorge de diamètre D" du conduit mobile. Les chiens mobiles peuvent être retenus en position de déverrouillage au moyen d'une pièce élastique de rappel. Le logement pour le manchon ménagé dans l'6 paisseur-du conduit fixe peut 15 comporter une chambre annulaire munie d'une arrivée de fluide hydraulique, dans laquelle est disposé en coulissement un épaulement solidaire du manchon mobile et servant de piston de vérin pour le maintien de verrouillage. Les moyens mécaniques de déverrouillage peuvent être constitués par une tige fixée à l'extrémité du manchon traversant la paroi du logement par un ori20 fice et se prolongeant jusqu'à une position d'accessibilité manuelle. Les moyens hydrauliques de déverrouillage peuvent être constitués par une chambre annulaire logeant un piston annulaire, une arrivée de fluide hydraulique débouchant au dessous et une autre au dessus dudit piston de façon à pouvoir appliquer la pression hydraulique sur l'une ou l'autre face du 25 piston. D'autres particularités de l'invention apparaitront à la lumière d'un mode de réalisation décrit ci-après à titre d'exemple, pour lequel a été choisi le cas d'un dispositif de connexion mécanique d'un tube périphérique d'une colonne de production traversant un orifice percé dans une plaque horizontale 30 porte-connecteur solidarisée avec un tube central d'une colonne de production sur une tête de collecte d'une station sous-marine. Aux dessins annexes, la figure 1 représente une moitié de coupe verticale montrant schématiquement l'emplacement du connecteur par rapport au tube central les figures 2 et 3 représentent des coupes axiales du connecteur selon l'invention, respectivement du connecteur disponible pour recevoir la conduite tubulaire et du connecteur et de sa conduite en position connectée. L'élément d'une colonne de production représenté à la figure 1 comporte un 2552201- tube central 31 portant un connecteur 32 connecté selon un mode habituel sur un réceptacle d'une tête de collecte 33 d'une station sous-marine L'en tonnoir-guide 34 ayant servi à trouver l'emplacement de la tête de collecte est porté au cours de sa descente par une plaque horizontale 3 fixée au moyen d'un manchon sur le tube central 31 et elle est percée d'orifice 35 pour le passage de ligne périphérique 30 Sur l'orifice 35 est soudé un support 2 auquel est fixé par un système à baïonnette un ensemble connecteur 1 Cet ensemble comporte un bâti 4 composé de plusieurs pièces assemblées par des boulons et renferme un logement annulaire, délimité vers l'intérieur dans sa partie 10 inférieure par un manchon 23 solidaire du bâti 4 Ce manchon est percé d'une pluralité de lumières 8 disposées concentriquement Sa face supérieure constitue un coussinet annulaire de portée cylindrique 9. Au dessus du manchon 23 est disposée une ouverture annulaire 7, dont l'utilité sera exposée ci-après. Dans le logement annulaire du bâti 4 est placéeen coulissement axial une pièce annulaire mobile 5 Cette pièce comporte, de haut en bas, une portée tronconique 5 b évasée vers l'extérieur, une partie annulaire Sa et une partie 5 c portant un doigt de verrouillage 6 en saillie par rapport au diamètre intérieur du bâti annulaire 4. Un ensemble de chiens de verrouillage qui, dans cet exemple est formé par huit plaquettes ou blocs 10 en forme de secteurs d'anneau reposant sur la portée cylindrique 9 et susceptibles de basculer vers l'intérieur autour de leurs axes 22, s'insère dans l'ouverture 7 supérieure du logement annulaire du bâti 4. Chaque plaquette 10 présente sur sa tranche extérieure une face inclinée 10 a servant d'appui à la face 5 b de la pièce mobile 5 Sa forme allongée correspond à la hauteur de l'ouverture annulaire 7 du logement et présente sur sa tranche tournée vers cette ouverture un bossage en saillie lob muni d'un chanfrein supérieur et d'une arête inférieure Un jonc élastique 11 maintient les 30 plaquettes 10 rassemblées. La lumière 8 présente une longueur axiale correspondant à la course verticale du doigt 6, lequel est en saillie par rapport à la lumière 8 En fin de course, il bute contre le rebord inférieur de la lumière. Du côté opposé au doigt 6, la partie 5 c porte un épaulement annulaire 5 d sus35 ceptible de coulisser dans une chambre annulaire 20 ménagée dans la paroi du logement annulaire du bâti 4 et munie d'une arrivée de fluide hydraulique 21. La chambre 20 contient en dessous de l'épaulement 5 d un piston annulaire 12, une arrivée de fluide hydraulique 13 débouchant au dessous et une autre 14 débouchant au dessus dudit piston 12, de façon à pouvoir normalement appliquer une pression hydraulique sur l'une ou l'autre face du piston 12. Le logement annulaire du bâti 4 est adapté pour permettre le coulissement axial des extrémités supérieure 15 portant une portée tronconique 5 b et inférieure 16 de la pièce mobile 5. A l'extrémité supérieure 15 de la pièce mobile S sont fixées une ou plusieurs tiges 19 qui débouchent à l'extérieur du bâti en le traversant par des orifices percés à cet effet. Le tube périphérique 30 de diamètre extérieur D présente à sa partie inférieure un diamètre D' inférieur à D, de sorte que dans la zone du passage 10 de la section de diamètre D à la section de diamètre D' est présent un appui annulaire sous forme d'arête vive 17 servant de butée mobile et entrainant en translation le doigt 6. Au dessus de l'arête 17, à distance H le tube présente une gorge 18 de diamètre D" Cette gorge se trouve placée, lors de la descente de la pièce mo15 bile 5, à la hauteur de plaquettes 10 du chien de verrouillage, de façon à permettre aux bossages lob poussées par les portées tronconiques 5 b de basculer à l'intérieur de la gorge, le chanfrein supérieur de bossage se plaçant en fin de course dans l'extrémité supérieure de la gorge 18. En fonctionnement, lorsqu'il s'agit de connecter la ligne périphérique 30 20 au connecteur 1, ce dernier se présente dans la position présentée à la figure 2 La pièce mobile 5 est remontée et le doigt 6 bute contre le siège de basculement 9 du chien de verrouillage, tandis que le jonc 11 maintient les plaquettes 10 rassemblées de façon à ce que les bossages lo O b ne fassent pas saillie vers l'intérieur. Au cours de la descente de la ligne 30, l'arête vive 17 rencontre le doigt de verrouillage 6 et l'entraine sur une distance H calculée de façon à ce que dans sa course vers le bas, le doigt 6 solidaire de la pièce mobile 5 butant contre le rebord inférieur de la lumière 8, les plaquettes 10 se trouvent en regard de la gorge 18, basculent autour de leurs axes 22 et 30 pénètrent à l'intérieur de la gorge 18 et verrouillent la connexion Pour assurer mieux le verrouillage, on envoie du fluide hydraulique sous pression par 21 exerçant une poussée sur l'épaulement 5 d Le verrouillage est ainsi maintenu par une pression hydraulique. Lors du déverrouillage, on renverse le sens de la pressurisation en en35 voyant du fluide hydraulique soit par 13 soit par 14 Cette alternative assure une garantie contre les pannes de circuits hydrauliques et contribue à la sécurité du fonctionnement. En cas de panne des deux circuits, il reste la possibilité d'utiliser un engin sous-marin équipé d'un outillage spécial qui approche la tige mécanique de déverrouillage 19 et tire sur elle. Soit lors de l'action de circuits hydrauliques 13 et 14, soit en tirant sur la tige 19, la pièce mobile 5 remonte, le doigt 6 exerçant une poussée vers le haut sur le tube 30 par l'intermédiaire de l'arête 17 Le chanfrein inférieur du bossage 10 b étant conformé de façon à faire écarter les plaquettes lors du passage de la gorge 18, la ligne périphérique 30 est libérée du connecteur et on peut la tirer depuis la surface Grace au système de la fixation par baïonnette du connecteur 1 sur le support 2, l'engin spécial 10 peut en tournant le connecteur l'enlever en vue de son remplacement éventuel. Le dispositif selon l'invention permet d'atteindre plusieurs résultats. La fonction d'ancrage mécanique est séparée de la connexion hydraulique. Cet ancrage mécanique s'opère par simple enfoncement du tube périphérique, 15 tandis que le verrouillage est garanti par action de la pression hydraulique de maintien Le dévorrouillage s'effectue par pressurisation en sens inverse du piston annulaire au moyen soit d'un équipement hydraulique principal soit de secours Egalement, le déverrouillage peut être opéré par traction mécanique sur une tige réaliséeau moyen d'un outillage spécial porté par Ui engin sous-marin Le démontage du connecteur fixé par un système à ba Yo: nnett e sur un support peut être effectué au moyen du même outillage spécial. Toux ces résultats contribuen t à rendre le fonctionnement du dispositif sûr, rapide et particulièrertient adapté au travail en mer profonde. REVENDICATIONS. 1 Dispositif de connexion et de déconnexion d'un premier conduit tubulaire mobile ( 30) en translation longitudinale à l'intérieur d'un secondconduit tubulaire fixe 1 du type comprenant une pièce mobile en forme de manchon ( 5) coulissant longitudinalement et qui, en vue du verrouillage, prenant appui par une portée inclinée ( 5 b) sur une portée (la) d'au moins un chien mobile ( 10), fait basculer ledit chien à travers une ouverture ( 7) ménagée dans la paroi de ce second conduit tubulaire ( 1) dans une gorge ( 18) ménagée dans le conduit tubulaire mobile ( 30), caractérisé par les moyens d'entrainement en coulissement longitudinal du manchon ( 5) 10 comportant au moins un doigt radial ( 6) saillant à travers une lumière ( 8) perçant la paroi du conduit tubulaire fixe ( 1) et coulissant dans un logement ménagé dans l'épaisseur de ce conduit, lors du verrouillage sous l'effet de la poussée exercée par la descente du premier conduit tubulaire mobile ( 30) sur ledit doigt au moyen d'un épaulement ( 17) d O au 15 changement de diamètre et dont est muni ledit conduit mobile ( 30) et, lors du déverrouillage, par coulissement en sens inverse sous l'effet de moyens hydrauliques ou mécaniques. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit tubulaire mobile ( 30) présente sur une hauteur H une section de diamètre 20 D passant en une section de diamètre D' de diamètre D" du conduit mobile ( 30). 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les chiens 30 mobiles ( 10) mobiles en direction de l'ouverture ( 7) sont munis d'une pièce élastique de rappel ( 11) vers la position de déverrouillage. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit tubulaire fixe ( 1) comporte dans son épaisseur un bâti annulaire ( 4) refermant un logement annulaire dans lequel est disposée en coulissement axial la pièce mobile ou manchon ( 5), lequel bâti annulaire ( 4) est délimité vers l'intérieur dans sa partie inférieure par un manchon ( 23) solidaire du bâti, percé d'une pluralité de lumières ( 8) et dont la face supérieure constitue un coussinet annulaire de portée cylindrique ( 9), sur lequel reposent les chiens mobiles (O 10) susceptibles de basculer vers l'intérieur autour de leurs axes ( 22). Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au dessus du manchon ( 23) est disposée dans la face intérieure du bâti ( 4) une ouverture annulaire ( 7), dont la hauteur correspond à la hauteur de chiens mobiles ( O la). 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le logement pour le manchon ( 5) ménagé dans l'épaisseur du conduit fixe ( 1) possède une chambre annulaire ( 20) munie d'une arrivée de fluide hydraulique ( 21), dans laquelle est disposé en coulissement un épaulement ( 5 d) solidaire du manchon mobile ( 5) et servant de piston de vérin pour le maintien du verrouillage. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens 15 mécaniques de déverrouillage sont constitués par une tige ( 19) fixée à l'extrémité du manchon ( 5) traversant la paroi du logement par un orifice et se prolongeant jusqu'à une position d'accessibilité manuelle. 8 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens hydrauliques de déverrouillage sont constitués par une chambre annulaire 20 ( 20) logeant un piston annulaire ( 12), une arrivée de fluide hydraulique ( 13) débouchant au dessous et une autre ( 14) au dessus dudit piston, de façon à pouvoir appliquer la pression hydraulique sur l'une ou l'autre face du piston. 9 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 pour la connexion et 25 la déconnexion d'une ligne de production portant à son extrémité un organe de connexion étanche sur une embase de station sous-marine, caractérisé en ce que le premier conduit tubulaire ( 30) est constitué par ladite ligne de production et le conduit tubulaire fixe ( 1) est constitué par un bâti annulaire ( 4) d'un connecteur fixé sur une plaque horizontale ( 3) solidaire de l'installation sous-marine et à travers laquelle passe la ligne de production pour atteindre l'embout de la ligne de fond.