Brevet FR2583101A1 — publié le 19861212

re_- portée interne du tube guide élastique (12). Alz Le tube guide élastique (12) prend appui sur le guide inférieur (9a) au moyen du manchon (19). Les -,' "' Â' "-I' '2Ij I ______________. _________________ effet d'empêcher les efforts de flexion de parvenir jusqu'à la zone filetée de connexion de la colonne montante fléchissante sur le tube de production1,en S l'intermédiaire de centreurs. Une telle colonne est caractérisée en ce que le centreur inférieur est constitué par un piston mobile seulement par coulissement longitu- dinal dans un siège cylindrique solidaire de la partie inférieure du puits guide ce qui a pour effet de localiser la zone o se manifestent les efforts les plus impor- tants, lors des oscillations de la structure articulée, entre ce piston coulissant, que l'on peut considérer comme un encastrement mobile en translation et l'encastrement sur l'embase. Un dispositif de tensionnement de la colonne en surface permet de réduire au minimum les efforts de flambage. Bien que la fatigue se manifeste seulement sur l'élément inférieur, on a constaté qu'avec des excen- trements importants les déformations de cet élément -FV -... -... à. _-.. Tout en tenant compte du caractère avantageux de ce dispositif mécanique, on doit admettre qu'il faut continuer à porter la plus grande attention au fonction- nement continu des moyens de tensionnement en surface et que la moindre erreur de fonctionnement de ces moyens de tensionnement entraine sur l'ensemble de la colonne et principalement sur son élément inférieur des risques de flambage tels qu'une rupture peut devenir inévitable. C'est pour pallier ces difficultés que par la présente invention, il est proposé de placer l'élément inférieur de la colonne dans un tube guide coaxial élas- tique sur lequel le dit élément prend appui. Un dispositif limiteur d'efforts, selon l'invention, pour une colonne montante prolongeant une conduite solidaire d'une plaque de base, ladite colonne coulissant dans un ensemble de guides solidaires d'une structure articulée implantée en eau profonde et comportant une partie inférieure fléchissante, comprend un élément de tube guide élastique dont la partie inférieure munie de moyens lui conférant une grande rigidité est fixée par un encastrement sur une structure annexe de la plaque de base. Ce tube guide prend appui dans le guide inférieur dudit ensemble de guides solidaires de la structure articulée, il est extérieur et coaxial à la colonne montante qui prend appui sur lui par plusieurs appuis dont le plus bas est un manchon ajusté coulissant dans la partie inférieure rigide dudit tube guide. Suivant un mode préférentiel de réalisation, un dispositif limiteur d'efforts, selon l'invention, pour une colonne montante prolongeant une conduite solidaire d'une plaque de base, ladite colonne coulissant dans un ensemble de guides solidaires d'une structure articulée implantée en eau profonde et comportant une partie inférieure fléchissante, comprend un élément de tube guide élastique dont la partie inférieure munie de moyens lui conférant une grande rigidité est fixée par un encastrement sur une structure annexe de la plaque de base dudit ensemble de guides, solidaires de la structure articulée, il est extérieur et coaxial à la colonne montante qui prend appui sur lui par plusieurs appuis dont le plus bas est un manchon ajusté coulissant dans sa partie inférieure rigide dudit tube guide et un autre moyen d'appui dans la zone o le tube guide prend appui sur le guide inférieur de l'ensemble des guides solidaires de la structure articulée. Dans les réalisations o on souhaite localiser l'élément inférieur fléchissant de la colonne montante entre deux encastrements le moyen d'appui par lequel la colonne prend appui sur le tube guide dans la zone o ce tube guide prend appui sur le guide inférieure de l'ensemble des guides solidaires de la structure articulée est un manchon ajusté coulissant. D'une façon préférentielle les moyens pour conférer une grande rigidité à la partie inférieure du tube guide élastique sont constitués par une épaisseur de métal plus importante que dans la partie supérieure. Lorsque le tube guide est du type court, il faut cependant qu'il soit suffisamment long pour que, quelle que soit l'inclinaison de la structure articulée, il prenne appui sur le guide inférieur de l'ensemble des guides solidaires de la structure articulée. Lorsque le tube guide est du type long, il se prolonge jusqu'à l'extrémité supérieure de la colonne, prenant appui par des moyens d'appui sur des guides solidaires de la structure articulée et supportant la colonne par des moyens d'appui. Dans certaines réalisations, on dispose dans le tube guide plusieurs colonnes montantes fléchissantes concentriques. Dans certaines réalisations la plaque de base constitue le support d'une tête de puits comprenant au moins un cuvelage (casing en anglais) sur l'extrémité renforcée duquel est fixée par un encastrement l'extrémité inférieure du tube guide. 25831.01 Dans d'autres réalisations la plaque de base constitue un moyen d'ancrage sur le sol sous marin d'une conduite sous marine, le tube guide s'encastrant alors directement sur cette plaque de base. L'invention sera mieux comprise dans la descrip- tion suivante, donnée à titre non limitatif, de différents modes de réalisation illustrés à l'aide des figures suivantes qui représentent: - la figure 1, une installation avec tube guide court, - la figure 2, une installation avec tube guide long, - la figure 3, le détail de l'installation selon la figure 1, - la figure 4, une installation avec plusieurs colonnes montantes concentriques. En se référant à la figure 1 et à la figure 3, pour le détail, on trouve, schématiquement représentée, une structure articulée (1) reposant sur une embase (2) par le moyen d'un joint universel (3), tel qu'un joint de cardan, l'embase (2) étant fixée sur le sol marin (4) par des moyens connus et non figurés. La structure articulée (1) est utilisée comme support d'une ou plusieurs colonnes montantes,telles que la colonne (5), reliant une conduite (6), dépendant d'une installation liée au sol marin (4), à une conduite aérienne d'évacuation non représentée. Une telle colonne (5), constituée d'éléments de tubes de production reliés entre eux par des raccords, comporte une partie inférieure fléchissante (7) reliée à la conduite, ou tube de production (6) par une connexion filetée (8), connectable et déconnectable par manoeuvre à partir de la surface (en anglais "tie back"). Cette colonne (5) est mobile en translation à l'intérieur d'un ensemble de guides (9), tels que (9a, 9b..) répartis, solidaires de la colonne articulée par le moyen de supports (10) tels que (10a à 0lob...). Cette mobilité en translation est assurée grâce à une pluralité de patins tels que (11) fixés sur la colonne et en contact avec la paroi interne des guides (9) tels que (9a, 9b...). La partie inférieure fléchissante (7) de la colonne (5) est sur la figure 1 placée à l'intérieur d'un tube guide élastique (12) dont il est coaxial. Ce tube guide élastique (12) est fixé par un encastrement de son extrémité inférieure (13) sur une structure (14) annexe d'une tête de puits (15), ou analogue, telle qu'une plaque de base fixée sur le sol marin (4). Le tube guide élastique (12) tel qu'il est schématiquement représenté sur la figure 1 sert d'appui à la colonne (5) et notamment à la partie inférieure fléchissante (7) de celle-ci par l'intermédiaire d'une pluralité d'appuis (16) tels que des centreurs. Le premier de ces appuis à partir du bas est constitué par un manchon ajusté (17) fixé sur la partie (7) et coulissant sur une portée interne (18) du tube guide élastique (12), ce qui définit un encastrement de la partie (7) sur la partie inférieure du tube guide (12). Un de ces appuis (16a) constitué par un centreur se situe au niveau du guide inférieur (9a) solidaire de la structure articulée (1) par le moyen du support (10a). Le nombre d'appuis (16) mis en place sur la partie inférieure fléchissante (7) de la colonne montante, c'est-à-dire entre le manchon ajusté (17) et l'appui (16a), est variable, il dépend de la longueur de cette partie (7) et des caractéristiques des matériels tubulaires utilisés, il doit permettre un bon report des efforts de la colonne montante sur le tube guide élastique (12). Lorsque la longueur de la partie (7) est de l'ordre de trente mètres, on peut mettre en place, utilement, 4 centreurs régulièrement espaces, sans que cette indication ait un caractère limitatif. Le tube guide élastique (12) prend appui sur le guide inférieur (9a) au moyen d'un manchon (19) coulissant sur une portée interne polie (20) dudit guide inférieur (9a). 25831-01 Ce manchon (19) cylindrique est d'une longueur suffisante pour que, pour les inclinaisons les plus importantes de la structure articulée à droite et à gauche, le manchon (19) reste en contact avec la portée interne annulaire polie (20) du guide (9a). Lorsque le tube guide élastique (12) est dit court, comme sur la figure 1, il a une longueur telle que, quelle que soit l'inclinaison de la structure articulée (1), le manchon (19) se trouve à l'intérieur de la partie annulaire polie (20) du guide inférieur (9a). Lorsque le tube guide élastique (12) est dit long, comme sur la figure (2) , il se poursuit vers le haut au delà de la longueur nécessaire et suffisante pour assurer le guidage du manchon (19) dans la partie polie (20), il peut se prolonger ainsi jusqu'à la surface ce qui, entre autres avantages, permet de le remplir d'un fluide assurant une bonne lubrification des surfaces en contact des différents appuis (16) de la colonne (5) sur le tube guide (12). Dans ce cas le tube (12) constitue un prolongateur du cuvelage (15) et peut occuper cette fonction lors du forage ou pour la reprise du puits (en anglais workover), par des techniques connues et non décrites ici. Le tube guide (12) prend alors appui sur les guides (9) par le moyen d'appuis (21). La figure 3 montre comment le tube guide élastique (12) est rendu solidaire d'une tête de puits de forage (15) au moyen d'un connecteur (22) , cette tête de puits (15) étant elle-même solidaire d'une structure (14), généralement appelée plaque de base, par des moyens connus de la technique et non figurés. La conduite d'embase (6) est maintenue coaxiale du tube tête de puits, par des moyens de suspension non figurés et par des moyens d'étanchéité tels qu'un anneau (23), connus de la technique. Le tube guide élastique (12) est, d'une façon générale, dans sa partie supérieure, d'une épaisseur qui autorise la flexion sous l'effet des mouvements de la partie inférieure (7) de la colonne (5), par l'inter- médiaire des patins (16). Cette épaisseur s'accrott progressivement vers le bas de telle façon que dans la partie inférieure (13) dans laquelle. se déplace le piston (17) et jusqu'à l'encastrement par le moyen du connecteur (22) la raideur dudit tube guide (12) est considérable. Cette variation d'épaisseur du tube guide constitue le moyen le plus pratique de lui procurer dans sa partie supérieure l'élasticité requise et dans sa partie inférieure la raideur souhaitée. La variation d'épaisseur se fait très progressivement afin d'éviter toute localisation de changement des propriétés élas- tiques. -5-1M-in IL 1 h t L FONCTIONNEMENT DU NOUVEAU DISPOSITIF Lorsque la partie inférieure d'une colonne montante fléchissante est comprise entre un guide cou- lissant dans la partie terminale inférieure de la structure articulée et un encastrement sur la plaque de base, cette partie inférieure devient le siège des efforts les plus importants reportés sur ladite colonne lors des oscillations de la structure articulée. Un dispositif selon l'invention situe cette partie inférieure de la colonne dans un tube guide élastique dont la partie inférieure est munie de moyens lui conférant une grande rigidité. Ce tube guide est, vers le bas, encastré sur une plaque de base et, vers le haut, guidé par un guide solidaire de la structure articulée. Cela procure l'avantage mécanique recherché de soutenir ladite colonne dans cette partie inférieure et ainsi de dispenser de moyens de tensionnement en tête de la colonne. En outre, un tel dispositif, par la mise en place d'un encastrement coulissant de la colonne dans la partie inférieure rigide du tube guide élastique, a pour effet d'empêcher les efforts de flexion de parvenir jusqu'à la zone filetée de connexion de la colonne montante fléchissante sur le tube de production, en les transférant vers la plaque de base ce qui permet de préserver les caractéristiques mécaniques de cette zone filetée en vue des connexions et des déconnexions ulté- rieures. Un tel système n'est pas limité à l'installation des colonnes montantes fléchissantes sur structures articulées, il peut être implanté sur toute structure non fixée. Il peut être utilisé pour les colonnes montantes servant à véhiculer des fluides vers le haut ou vers le bas, il peut aussi être utilisé pour un système mécanique de transmission de mouvement, par exemple les tiges de forage entraînées en rotation. REVENDICATIONS 1 - Dispositif limiteur d'efforts pour une colonne montante prolongeant une conduite solidaire d'une plaque de base, ladite colonne coulissant dans un ensemble de guides solidaires d'une structure articulée implantée en eau profonde et comportant une partie inférieure fléchissante, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de tube guide élastique dont la partie inférieure munie de moyens lui conférant une grande rigidité est fixée par un encastrement sur une structure annexe de la plaque de base, ce tube guide prenant appui dans le guide inférieur dudit ensemble de guides solidaires de la structure articulée, ce tube guide étant extérieur et coaxial à la colonne montante qui prend appui sur lui par plusieurs appuis dont le plus bas est un manchon ajusté coulissant dans la partie inférieure rigide dudit tube guide. 2 - Dispositif limiteur d'efforts pour une colonne montante prolongeant une conduite solidaire d'une plaque de base, ladite colonne coulissant dans un ensemble de guides solidaires d'une structure articulée implantée en eau profonde et comportant une partie inférieure fléchissante, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de tube guide élastique dont la partie inférieure munie de moyens lui conférant une grande rigidité est fixée par un encastrement sur une structure annexe de la plaque de base ce tube guide prenant appui dans le guide inférieur dudit ensemble de guides solidaires de la structure articulée, ce tube guide étant extérieur et coaxial à la colonne montante qui prend appui sur lui par plusieurs appuis dont le plus bas est un manchon ajusté coulissant dans sa partie inférieure rigide dudit tube guide et un autre moyen d'appui annulaire dans la zone o le tube guide prend appui sur le guide inférieur de l'ensemble des guides solidaires de la structure articulée. 3 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens pour conférer une grande rigidité à la partie inférieure du tube guide élastique sont constitués par une épaisseur de métal plus importante que dans la partie supérieure. 4 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le tube guide est suffisamment long pour que, quelle que soit l'inclinaison de la structure articulée, il prenne appui sur le guide inférieur de l'ensemble des guides solidaires de la structure articulée. - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le tube guide se prolonge jusqu'à l'extrémité supérieure de la colonne, prenant appui par des moyens d'appui sur des guides solidaires de la structure articulée 1S et supportant la colonne par des moyens d'appui. 6 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel sont disposées plusieurs colonnes montantes fléchissantes concentriques. 7 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la plaque de base constitue le support d'une tête de puits comprenant au moins un cuvelage (casing en anglais) sur l'extrémité renforcée duquel est fixé par un encastrement l'extrémité inférieure du tube guide. 8 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la plaque de base constitue un moyen d'ancrage sur le sol sous marin d'une conduite sous marine, le tube guide s'encastrant alors directement sur cette plaque de base.