Brevet FR2563606A1 — publié le 19851031

Procédé et dispositif de connexion à distance L'invention concerne la réalisation de connexions, au fond d'une masse liquide, par accouplement de deux connecteurs portés, l'un par un appareil susceptible d'être descendu sur un poste fixe placé au fond, l'autre par une conduite souple. Elle trouve une application particulièrement importante dans l'exploitation de champs pétroliers à partir de puits sous-marins, à des profondeurs telles que l'intervention de plongeurs est malaisée ou impossible. Il est de pratique courante, lors de l'exploitation de puits sous-marins, d'utiliser des têtes de puits constituant un poste fixe, sur lesquelles on peut descendre un module d'exploitation, le puits et le module étant pourvus de moyens pour assurer leur centrage réciproque et l'établissement de liaisons électriques et/ou hydrauliques. Par contre, l'accouplement à distance d'un connecteur terminal d'ombilical de télécommande et d'un connecteur porté par le module est loin d'être résolu à l'heure actuelle. Ce problème est en effet tout différent de celui de l'établissement d'une connexion entre un poste fixe et un module venant se centrer sur le poste fixe, l'accouplement ayant alors lieu lors du mouvement d'engagement du module. L'invention vise notamment à fournir un procédé et un dispositif de réalisation à distance de connexion, applicables à tous types de connexion (notamment électriques, de fluide, ou même optiques) de constitution simple et sûre, permettant une maintenance aisée des composants mis en oeuvre, à partir d'un support de surface ; elle vise également à une réalisation réduisant les conséquences d'un incident, tel que l'accrochage de la conduite souple par une ancre de bateau. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de connexion par accouplement de deux connecteurs portés, l'un par un appareil susceptible d'être descendu sur un poste fixe placé au fond, et 11 autre par une conduite souple, caractérisé en ce qu'on tire le connecteur de la conduite sur le fond vers un réceptacle de centrage porté par le p-oste fixe à l'aide d'un câble de tirage actionné depuis la surface et guidé par un outil descendu sur le poste ; on retire l'outil ; on descend l'appareil sur le poste fixe jusqu'à ce qu'il se verrouille dans une position déterminée par rapport au réceptacle ; et ~ on donne au connecteur porté par l'appareil un déplacement de faible amplitude par rapport à ce dernier da-ns une direction provoquant l'a-ccouplement. Ce procédé est notamment utilisable dans le cas d'un appareil télécommandé porté par un module descendu sur le poste fixe, tandis que la conduite est un ombilical posé sur le fond permettant de commander à distance le fonctionnement de l'appareil. Dans ce cas, on fixe une tête de traction solidarisable du câble de tirage sur le connecteur d'ombilical, avant immersion de ce dernier On peut ainsi réduire la longueur et le mou de l'ombilical, ce qui est un avantage particulièrement important lorsque la connexion doit s'effectuer au fond d'une masse d'eau profonde, par exemple ayant une épaisseur dépassant 200 m. L'invention propose également un dispositif de connexion comportant deux connecteurs portés, l'un par un appareil susceptible d'être descendu sur un poste fixe placé au fond, et 11 autre par une conduite souple placée au fond, comport-ant un outil de tirage muni de moyens permettant de le descendre vers le poste fixe et de le centrer sur ce dernier dan-s une position- indéterminé-e ainsi que des moyens de guidage d'un câble de tirage raccordable au- connecteur de la con-duite et un réceptacle de centrage et d'orientation du connecteur de la conduite lors du tirage de la conduite, le connecteur porté par l'appareil étant muni de moyens permettant de le déplacer par rapport au reste de l'appareil dans un sens provoquant l'accouplement des deux connecteurs. L'invention propose enfin des moyens utilisables dans un dispositif du genre qui vient d'être défini, et en particulier, des connecteurs accouplables pour constituer une liaison, le connecteur de la conduite étant muni de moyens destinés à coopérer avec un réceptacle du poste fixe pour centrer et orienter le connecteur, puis le verrouiller : l'autre connecteur est muni de moyens à pression de fluide pour commander le verrouillage mécanique des deux connecteurs l'un sur l'autre, puis l'éta- blissement des liaisons fonctionnelles (ctest-à-dire les liaisons électriques de fluide ou optiques requises).Ce connecteur, porté par l'appareil, comporte un boîtier contenant des moyens de liaison fonctionnelle avec des moyens correspondants portés par l'autre connecteur, portant des verrous d'accrochage du bottier de l'autre connecteur, une fourrure déplaçable axialement sur le boîtier entre une position arrière de décrochage des verrous et une position avant de maintien des verrous en position d'accrochage ; et des organes de commande à distance des déplacements dela fourrure pour provoquer l'accrochage ou le décrochage des verrous et des moyens de liaison fonctionnelle pour les accoupler et les désacoupler. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - les Figures 1A, 1B et 1C sont des schémas de principe en élévation, montrant les phases successives d'établissement d'une connexion par un procédé suivant l'invention - les Figures 2A à 2E montrent schématiquement, en élévation et à grande échelle, les phases successives d'engagement et de verrouillage du connecteur d'ombilical dans un réceptacle porté par une tête de puits, c'est-à-dire des opérations intervenant au cours du procédé schématisé en Figures lA-lC - la Figure 3 est une vue en coupe montrant deux connecteurs utilisables pour la mise en oeuvre du procédé montré en Figures lA-lC, avant accrochage (partie basse) et après accrochage (partie haute) - la Figure 4 est une, vue simplifiée par rapport à la Figure 3, en coupe longitudinale partielle, montrant les connecteurs après accrochage mécanique, avant connexion fonctionnelle (partie haute) et après (partie basse) - la Figure 5 est un schéma de principe en vue de dessus, montrant un mode possible de rapprochement des connecteurs. Le dispositif de connexion qui sera décrit à titre d'exemple est destiné à relier un connecteur 10 terminal- d'un ombilical 12 de télécommande et un connecteur 14 porté par un module 16 prévu pour venir se monter sur une installation fixe, qu'on supposera être une structure de base de tête de puits sous-marin 18. La séquence des opérations successives à réaliser apparaît sur les Figures 1A à 1C. Dans ce cas, on commence par fixer une tête de traction 20 solidaire d'un câble de tirage 22 au connecteur 10 de l'ombilical 12, avant d'immerger ce dernier. Le connecteur 10 est alors amené à proximité immédiate de la tête de puits 18, comme indiqué en tirets sur la Figure 1A. Puis un outil de tirage 24 est descendu sur la tête de puits 18. L'outil 24 de tirage et la tête de puits 18 sont munis de structures guides coopérantes, qui comportent, dans le cas illustré sur les Figures lA-lC, des colonnes guides 26, en saillie vers le haut, coopérant avec des parties femelles portées par l'outil 24 ou par le module 16 qui sera ultérieurement descendu. Une fois l'outil 24 complètement descendu (flèche fl sur la Figure 1A), il est verrouillé en place. L'outil 24 porte des moyens de guidage du câble 22, schématisés par une poulie 28.Une traction sur le câble 22 va en conséquence permettre d'amener la tête de tirage 20 et le connecteur 10 vers la tête de puits 18 dans une position et une orientation déterminées. Un réceptacle de guidage et d'immobilisation 30 est monté sur la tête de puits 18, soit à demeure (ce qui oblige d'y ménager une fente de passage du câble 22), soit par l'outil 24. En tirant sur le câble 22 (flèche f2), le connecteur 10 vient s'engager dans le réceptacle où il -s'oriente automatiquement, puis se verrouille sous l'action de moyens qui seront détaillés plus loin. La tête de tirage 20 est alors séparée du connecteur 10, l'outil de tirage 24 est déverrouillé puis remonté (flèche f3 sur la Figure 1B). Enfin, après achèvement de la structure de tête de puits si les opérations précédentes ont été effectuées sur le puits incomplet, par exemple par fixation d'un arbre de production 32, le module 16 est descendu (flèche f4) puis verrouillé. Le connecteur 14 est accdu- plé au connecteur 10. L'enfichage peut s'effectuer en déplaçant le connecteur 14 sur le module 16 suivant une trajectoire hélicoldale orientée de façon à provoquer un engagement linéaire. Enfin, les connecteurs sont verrouillés l'un sur l'autre par mise en action de moyens hydrauliques ou électriques, dont un exemple sera donné plus loin. L'engagement du connecteur 10 dans le réceptacle 30, puis son verrouillage, peuvent être réalisés de -la façon schématisée en Figures 2A-2E. Au cours de la phase d'approche (Figure 2AY, la tête 20 s'engage avec une orientation aléatoire dans l'entrée évasée du réceptacle 30. La partie conique de la tête de tirage 20 aligne progressivement l'ensemble constitué par la tête et le connecteur 10 dans le réceptac-le. Au fur et à mesure de l'avance de ce dernier, l'appui d'un# doigt d'orientation 36 du réceptacle sur u-ne rampe hélicoidale 38 -de la tête de tirage 20 amène le connecteur 10 dans une orientation déterminée (flèche f6 sur la Figure 28). Le connecteur poursuit son avance dans cette orientation, le doigt 36 venant se loger dans une encoche 40 prévue sur le con -necteur 10.En fin de course du connecteur, un verrou élastique 42 porté par le réceptacle vient s'engager derrière un épaulement 44 du connecteur 10, immobilisant ainsi ce dernier (Figure 2C). La tête de tirage est alors déverrouillée. Dans le cas illustré en Figure hD, ce déverrouillage est prévu par enfoncement d'un plongeur axial 46 à l'aide d'un outil télécommandé 48 (flèche f7 sur la Figure 2D). Cette action ouvre des mâchoires de verrouillage 52 de la tête de tirage. Cette dernière peut alors être remontée en surface (Figure 2E). L'outil de tirage peut alors être déverrouillé, puis relevé à son tour, comme déjà indiqué en faisant référence à la Figure 1B. Les connecteu#rs 10 et 14 peuvent notamment avoir la constitution montrée en Figure 3. Sur cette Figure n'ont été représentés que deux éléments coopérants de liaison hydraulique. Les connecteurs peuvent également porter des éléments de connexion électrique, par exemple du genre déjà décrit dans les brevets FR 76 13186 et US 4 080 025. Le connecteur femelle 10 comporte un bottier en plusieurs pièces assemblées, sur lequel sont ménagés ltépaulement de retenue 44 et une gorge 54 de verrouil lage mécanique du connecteur 14. La fac-e -avant du boîtier comporte des cavités 56 de réception de pions 58 de centrage et d'orientation forcée du connecteur mâle 14. Dans le boîtier est logé un bloc 60 contenant les éléments de connexion électrique femelles, qui ne seront pas décrits car de type connu. Autour du bloc 60 sont répartis des éléments de connexion hydraulique ayant chacun une douille 62 percée de trous radiaux de liaison avec les canaux d'alimentation hydraulique 64 ménagés dans le boîtier. En dehors des périodes de connexion, ces trous sont fermés par des plongeurs 66 soumis à l'action d'un ressort de rappel. Le connecteur mâle 14 montré en Figure 3 est muni de moyens de commande permettant de réaliser successivement l'accrochage mécanique des connecteurs, puis les connexions fonctionnelles (c'est-à-dire les raccordements électriques, hydrauliques et/ou optiques). Le connecteur 14 est montré, à la partie haute de la Figure, dans l'état où il se présente avant accrochage mécanique. Il est montré à la partie basse après accrochage et connexion fonctionnelle. Le connecteur 14 comporte un boîtier 68 dépla çable par rapport au module suivant une trajectoire d'accouplement, par des moyens non représentés. Des verrous basculants 70 sont emprisonnés entre le boîtier 68 et une fourrure coulissante 78 pouvant se déplacer entre une position de butée arrière (partie haute de la Figure 3) et une butée avant (partie basse de la Figure 3). La distance entre les deux positions définit la course d'accrochage mécanique dO. Lorsque la fourrure 78 est en position avant, elle enfonce les verrous 70 dans la gorge 54, assurant la solidarisation mécanique des connecteurs 10 et 14. Le boîtier 68 porte également un équipage en plusieurs pièces pouvant coulisser sur une longueur dl, sur lequel sont montés les éléments mâles 80 de connexion hydraulique et le bloc de connexion électrique 82 coopérant avec le bloc 60. Cet équipage comprend une jupe 84 coulissant de façon étanche dans un intervalle radial libre entre le boîtier 68 et la fourrure 78, et un anneau 86. L'anneau 86 et la jupe 84 peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre sur une longueur limitée. Un épaulement interne de la fourrure 78, la jupe 84 et l'anneau 86 délimitent une chambre 88 de déconnexion fonctionnelle. Une chambre 90 limitée par des rebords radiaux de la fourrure 78 et du boîtier 68 peut être qualifiée de chambre de déverrouillage mécanique. Enfin, l'épaulement du boîtier et l'anneau 86 délimitent une chambre 92 d'accrochage mécanique. L'accouplement des connecteurs 10 et 14 comporte successivement une phase d'approche (Figure 5), une phase d'accrochage mécanique (partie haute -de la Figure 4) et une phase de connexion fonctionnelle (partie basse des Figures 3 et 4). Une fois le connecteur 10 verrouillé dans le réceptacle 30, la tête de tirage 20 enlevée (Figure 2E), l'outil 24 relevé (Figure 1B) et le module 16 descendu et verrouillé (Figure 1C), la phase d'approche consiste à amener le connecteur 14 au contact du connecteur lOr par rotation d'un tambour 96 portant le connecteur 14 (Figure 5). Au cours de cette phase l'orientation relative des connecteurs est assurée par deux centreurs 58. En fin de phase d'approche, une couronne terminale du# boîtier 68 du connecteur mâle 14 est en contact avec le boîtier du connecteur femelle 10 (partie haute de la Figure 3). Pour provoquer 1 accrochage mécanique, on envoie du liquide hydraulique sous pression dans le compartiment 88 pour avancer la fourrure extérieure 78 sur le boîtier du connecteur 14. Cette avanc-e, sur la longueur dO, provoque le verrouillage des doigts 70 dans la gorge 54 du boîtier du connecteur femelle 10. Une fois l'accrochage réalisé, la connexion fonctionelle est commandée en envoyant du liquide sous pression dans le compartiment 92. La jupe 84 et l'anneau 86 glissent alors sur le boîtier en entraînant un plateau sur lequel sont fixés le bloc de connexion électrique mâle 82 et les plongeurs 80 de connexion hydraulique. En fin de course, des verrous 98 (par exemple jonc fractionné) portés par l'anneau 86 pénètrent dans des logements du boîtier et assurent un verrouillage (Figure 3). Le déverrouillage peut s'effectuer également en deux phases, déconnexion fonctionnelle par envoi de liquide hydraulique sous pression dans le compartiment 88, puis déverrouillage mécanique par envoi de liquide sous pression dans le compartiment 90. Il est également possible de réaliser les deux opérations simultanément en envoyant uniquement du liquide sous pression dans le compartiment 90 : en effet, dès que la fourrure externe 78 s'est déplacée de quelques millimètres, les verrou#s 98 sont sortis de leur logement et la déconnexion fonctionnelle se fait automatiquement grâce à des ressorts de rappel dont certains (non représentés) sont montés dans le bloc de connexion électrique 60 et d'autres, 100, agissent sur les fourreaux de connexion hydraulique. Il faut remarquer que le dispositif permet d'éviter des dommages graves en cas d'accrochage de l'ombilical 12. Une traction sur cet ombilical va en effet provoquer le dégagement ou la rupture du verrou 42, autorisant ainsi le recul du connecteur 10. Dès que la tranche terminale de la fourrure 78 va arriver au contact du réceptacle 30, elle prend appui sur lui. Tout déplacement supplémentaire de l'ensemble des connecteurs va provoquer un recul de la fourrure 78 par rapport au boîtier 68 et donc le déverrouillage mécanique et la déconnexion fonctionnelle, libérant ainsi complètementl'ombilical. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation à distance de connexion au fond d'une masse liquide par accouplement de deux connecteurs (14, 10) portés, l'un par un appareil susceptible d'être descendu sur un poste fixe placé au fond, e#t l'autre par une conduite souple, caractérisé en ce qu'on tire le connecteur (10) de la conduite sur le fond vers un réceptacle de centrage (30) porté par le poste fixe (18) à l'aide d'un câble de tirage actionné depuis la surface et guidé par un outil (24) descendu sur le poste ; on retire l'outil (24) ; on descend l'ap- pareil (16) sur le poste fixe jusqu'à ce qu'il se verrouille dans une position déterminée par rapport au réceptacle ; et on donne au connecteur (14) porté par l'appareil (16) un déplacement de faible amplitude par rapport à ce dernier dans une direction provoquant l'accouplement. 2. Procédé de réalisation à distance de connexion par accouplement de deux connecteurs (14, 10) portés l'un par un appareil susceptible d'être descendu sur une tête de puits placée à poste fixe au fond d'une masse d'eau, l'autre par un ombilical de télécommande d'organes portés par l'appareil, caractérisé en ce qu'on tire le connecteur (10) de l'ombilical sur le fond vers un réceptacle de ~centrage et d'orientation porté par la tête de puits (18) à l'aide d'un câble de tirage actionné depuis la surface et guidé par un outil (24) descendu sur le poste ; on retire l'outil (24) ; on descend l'appareil (16) sur le poste fixe jusqu'à ce qu'il se verrouille dans une position déterminée par rapport au réceptacle ; et-on donne au connecteur (14) porté par l'app-areil (-16) un déplacement de faible amplitude par rapport à ce dernier dans une -direction provoquant l'accouplement. 3. Procédé -selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on raccorde le câble de tirage au connecteur (10) en surface avant immersion de la conduite ou de l'ombilical (12) et en ce qu'on sépare la tête par télécommande après verrouillage du connecteur dans le réceptacle. 4. Dispositif de connexion comportant deux connecteurs (10, 14) portés, l'un par un appareil (16) susceptible d'être descendu sur un poste fixe placé au fond, et l'autre par une conduite souple (12) placée au fond, comportant un outil de tirage (24) muni de moyens permettant de le descendre vers le poste fixe et de le centrer sur ce dernier dans une position indéterminée ainsi que des. moyens (28) de guidage d'un câble de tirage (28) raccordable au connecteur de la conduite et un réceptacle (30) de centrage et d'orientation du connecteur de la conduite lors du tirage de la conduite, le connecteur porté par l'appareil étant muni de moyens permettant de le déplacer par rapport au reste de l'appareil dans un sens provoquant l'accouplement des deux connecteurs. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réceptacle comporte des moyens (36) d'orientation du connecteur (10) de la conduite au cours de son avance par appui sur une coupe hélicoldale (20) d'une tête de tirage reliée au connecteur par des moyens d'accrochage (52) désarmables à distance et comporte des moyens (42) de retenue du connecteur après engagement de ce dernier dans le réceptacle. 6. Dispositif selon la revendication 5, ca-ractérisé en ce que le connecteur fixé à la conduite comprend un boîtier présentant un épaulement (44) coopérant avec les moyens de retenue (42) et de dimension telle que le boîtier puisse se dégager des moyens de retenue en cas de traction sur la conduite. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le connecteur (14) porté par l'appareil, comporte un boîtier contenant des moyens (80, 82) de liaison fonctionnelle avec des moyens correspondants portés par l'autre connecteur (10), portant des verrous (70) d'accrochage- du boîtier de l'autre connecteur, une fourrure (78) déplaçable axialement sur le bottier entre une position arrière de décrochage des verrous et une position avant de maintien des verrous en position d'accrochage ; et des organes de commande à distance des déplacements de la fourrure pour provoquer l'accrochage ou le décrochage des verrous et des moyens de liaison fonctionnelle pour les accoupler et les désacoupler. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les organes de commande comportent une jupe solidaire des moyens de liaison fonctionnelle et délimitant avec le boîtier et la fourrure des compartiments hydrauliques permettant de provoquer successivement l'accrochage et l'accouplement fonctionnel, et simultanément le décrochage et le découplage fonctionnel. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le réceptacle (30) comporte une -face avant prévue pour repousser la fourrure (78) par rapport au boîtier (68) du connecteur (14) et séparer les connecteurs lorsqu'une traction provoquant le recul de l'ensemble des connecteurs est exercée sur la conduite. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendicati-ons 4 à 9, caractérisé en ce que l'outil de tirage (24) comporte des moyens de centrage coopérant avec des moyens prévus sur le poste fixe et destinés à coopérer égaleme-nt avec ledit appareil pour centrer et retenir ce dernier.