Brevet FR2581126A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne un dispositif destiné à raccorder une conduite d'écoulement d'une colonne montante sous-marine à une source immergée de fluide ou analogue et plus précisément elle concerne un système formant une base d'une colonne montante sous- marine ayant un dispositif souple de raccordement d'une conduite d'écoulement portée par une colonne montante à l'intérieur de la coque étanche d'un collecteur immergé de conduites d'écoulement ou analogues qui a été préala- blement monté au fond de la mer. Dans certaines régions (par exemple pour des profondeurs d'eau supérieures à quelques centaines de mètres), des installations de production et de rassemblement de la production sous-marine sont utilisées pour la production des fluides provenant des têtes de puits immergées qui ont été complétées au fond de la mer. Dans ces systèmes les conduites immergées d'écoulement destinées à la production de fluides, les fluides de commande hydrau- lique, les fluides d'injection, etc. sont conduits le long du fond de la mer à partir d'emplacements adjacents et/ou éloignés vers un emplacement central de rassemblement auquel les conduites sont raccordées à une colonne mon- tante qui remonte à son tour vers la surface. Dans certaines de ces installations sous-marines, les conduites immergées d'écoulement sont raccordées à la colonne montante par un système de gestion de fluide logé dans la coque étanche d'un collecteur sous-marin de colonne montante atmosphérique qui est placé lui-même au fond de la mer à l'emplacement central de rassemblement. Comme des forces considérables doivent être encaissées à l'emplacement auquel l'extrémité inférieure de la colonne montante est raccordée à un collecteur de colonne montante ou à une structure équivalente, la colonne montante est raccordée à une structure de support qui recouvre le collecteur et qui est fixée au fond de la mer par des pieux ou des dispositifs analogues. Le support parfois appelé "contrefort" comprend une plate-forme recouvrant le collecteur auquel la colonne montante est raccordée. Ceci isole efficacement le collecteur des forces subies par la plateforme lorsque des courants, etc. agissent sur la colonne montante et la déplacent en alternance par rapport à la verticale. Bien que la structure du contrefort isole effica- cement le collecteur des forces exercées sur la colonne montante, un problème différent se pose pour le raccor- dement des diverses conduites d'écoulement de la colonne montante elle-même aux conduites complémentaires d'écou- lement ou aux sources de fluide incorporées au collecteur. Ainsi, les forces agissant sur la colonne montante sont transmises à la plate-forme du contrefort et provoquent un certain déplacement cyclique de la plate-forme. En conséquence, lorsque les conduites d'écoulement provenant du collecteur sont raccordées depuis leurs parties supé- rieures directement aux raccords des conduites d'écoulement se trouvant sur la plate-forme par des conduits fixes ou analogues, le mouvement cyclique de la plate-forme provoque une application et une relaxation continues des contraintes dans les conduits si bien que ceux-ci peuvent présenter des défaillances prématurées. En outre, la très grande proximité du contrefort et de la partie supérieure du collecteur et la souplesse relative du contrefort compliquent les connexions utilisées entre la partie supérieure du collecteur et les raccords des conduites d'écoulement placés sur la plate-forme. Jus- qu'à présent, on peut noter qu'un dispositif de raccor- dement de l'intérieur d'un collecteur ou analogue aux conduites d'écoulement de la colonne montante, placé sur la plate-forme de support est nécessaire et doit permettre la compensation du mouvement cyclique presque constant de la plate-forme sans défaillance prématurée due aux contraintes existantes. La présente invention concerne une base de colonne montante sous-marine ayant un dispositif souple destiné à raccorder les conduites d'écoulement portées par la colonne montante à des sources complémentaires de fluide dans une structure immergée, les forces normalement subies par la colonne montante ne provoquant pas une défaillance prématurée des dispositifs de raccordement. Plus précisément, la base de colonne montante selon l'invention comporte une structure immergée, par exemple un collecteur sous-marin de colonne montante atmosphérique, placée sur le fond de la mer. Un organe de support est disposé au-dessus du collecteur et a une plate-forme placée au-dessus de la coque du collecteur et isolée par rapport à la coque. Un dispositif placé sur la plate-forme est destiné à fixer l'extrémité infé- rieure de la colonne montante à la plate-forme. Comme cette plate-forme est isolée de la coque, les forces appliquées à la colonne montante et qui ont tendance à provoquer un basculement ou un déplacement cyclique de la plate-forme par rapport à l'horizontale ne sont pas directement transmises à la coque du collecteur. En outre, au moins un raccord de conduite d'écou- lement est aussi -placé sur la plate-forme et est destiné à être raccordé à l'extrémité inférieure d'une conduite d'écoulement portée par la colonne montante. Selon l'inven- tion, le raccord de conduite d'écoulement placé sur la plate-forme est raccordé à l'intérieur de la coque par un dispositif souple qui traverse la coque à un emplacement correspondant à la face inférieure de la coque. Plus précisément, ce dispositif souple est formé d'une tuyau- terie rigide (par exemple une tuyauterie d'acier) fixée à la plate-forme et au raccord de conduite d'écoulement à une première extrémité et qui est disposée à l'extérieur de la coque jusqu'à un emplacement adjacent à la face inférieure de la coque, emplacement auquel elle est fixée à la coque au point de pénétration. Une partie de la tuyauterie placée à l'extérieur a une courbure circu- laire correspondant à la surface de la coque et est à distance de cette surface si bien qu'elle n'est pas à son contact. Lorsque des forces appliquées à la plate-forme par la colonne montante sont transmises à la tuyauterie, elles se répartissent dans la partie courbe de la tuyau- terie étant donné sa souplesse relative et elles ne créent pas des points fixes d'application de contraintes qui pourraient provoquer une défaillance précoce. Le dispositif souple de raccordement selon l'invention est déterminé théoriquement afin que sa durée d'utilisation sous l'action des cycles de contraintes soit infinie dans les conditions prévues raisonnablement pour une base actuelle de colonne montante. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels des références identiques désignent des éléments correspondants et sur lesquels: la figure 1 est une perspective d'un exemple d'application de colonne montante souple sous-marine dans laquelle l'invention peut être mise en oeuvre; la figure 2 est une perspective de la base de colonne montante sous-marine selon l'invention; et la figure 3 est une coupe de la base de colonne montante de la figure 2 suivant la ligne 3-3. On se réfère maintenant aux dessins sur lesquels la figure 1 représente un exemple de conditions dans lesquelles un dispositif de raccordement selon l'invention peut être utilisé. Plus précisément, la figure 1 représente un exemple de colonne montante souple sous-marine 10 en position de travail à un emplacement au large des côtes. La colonne montante 10 comprend un tronçon infé- rieur rigide 11 et un tronçon supérieur souple 12. Le tronçon rigide 11 comprend un tronçon central 13 et plusieurs conduites d'écoulement 14 de colonne montante portées avec le tronçon central (voir figure 2). Le tronçon rigide 11 est raccordé, à son extrémité infé- rieure, à une base 16 montée préalablement au fond de la mer 17 et a une bouée 18, à son extrémité supérieure, 258 1 126 afin que le tronçon il garde une position sensiblement verticale dans l'eau. Le tronçon souple 12 comprend plu- sieurs conduites souples d'écoulement qui sont raccordées à des conduites respectives d'écoulement 14 de la colonne montante et qui rejoignent la surface à laquelle elles sont raccordées à une installation flottante 19 de produc- tion. Comme représenté- sur la figure 2, la base 16 comporte un collecteur sous-marin 20 de colonne montante atmosphérique qui est supporté au fond de la mer 16 par un gabarit 21. Le collecteur 20 comporte une coque étanche 22 résistant à la pression et entourant des tuyauteries, des vannes, etc. (non représentées) de collecteur et de préférence une salle de commande permettant l'entretien de la vie humaine dans des conditions à pression sensi- blement atmosphérique. Une structure 23 de support ou "contrefort" comporte une plate-forme 26 placée au-dessus de la coque 22 et plusieurs pieds 24 qui sont soudés ou fixés d'une autre manière à des guides 25 de pieux placés sur le gabarit 21. On note que, grâce au montage du contrefort 23 directement sur le gabarit 21, la coque 22 est efficacement isolée par rapport aux forces appli- quées A la plate-forme 26. Les fluides de production provenant d'un puits immergé ou d'un groupe de puits 27 (figure 1) s'écoulent par une conduite immergée d'écoulement 28 (figures 1 et 2) dans la coque 22 par l'intermédiaire d'organes 29 de pénétration. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 398 846 donne une description détaillée du collecteur 20 et de la structure 23 de support. Comme l'indique clairement la figure 3, la plate-forme 26 comprend un mandrin vertical 30 auquel est raccordée la partie centrale 13 de colonne montante, par l'intermédiaire d'un' raccord hydraulique 31. La plateforme 26 a aussi plusieurs têtes 32 de raccord de conduite d'écoulement (une seule est représentée sur la figure 3) espacées sur la plate-forme et destinées raccorder des conduites 14 d'écculement de la colonne montante à des sources respectives de fluide placées dans la coque 22 comme décrit dans la suite. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 722 087 déposée le 11 avril 1985 décrit plus en détail une tête 22 de raccordement et un dispositif de raccordement de conduite 14 d'écoulement à une telle tête. Dans les systèmes connus de ce type, on a proposé le raccordement d'une source de fluide se trouvant dans la coque 22 à une tête de raccordement se trouvant sur la plate-forme 26 par un conduit rigide et fixe (non représenté) traversant la partie supérieure de la coque 22. Comme les conditions de l'eau (par exemple les courants) appliquent des forces à la colonne montante 10, le tronçon rigide 11 de la colonne montante 10 subit un déplacement cyclique alternatif limité par rapport à la verticale et provoque alors l'application de forces cycliques (flèche 3a de la figure 3) au mandrin 30 et en conséquence à la plate-forme 26. On note que ce mouvement cyclique ou de basculement de la plate-forme 26 provoque de façon continue l'application de contraintes (et leur relaxation) à tout conduit rigide placé entre la plate-forme 26 et la coque 22, et que ces forces sont concentrées à un emplacement fixe dans le conduit, emplacement auquel le conduit risque de se rompre. En outre, des forces impor- tantes sont transmises au revêtement externe de la coque 22 à l'endroit o un conduit rigide traverse la coque, endroit qui peut aussi présenter une panne prématurée de l'installation. Selon l'invention, un dispositif souple 33 de raccordement est utilisé pour le raccordement de la tête 32 de raccordement de conduites d'écoulement à l'intérieur de la coque 22. Le dispositif 33 comporte un tronçon de tuyauterie sensiblement rigide (par exemple d'acier) ayant une partie 34 de courbure circulaire. L'ex- trémité supérieure de la tuyauterie 33 est fixée à la plate-forme 26 et porte la tête 32 de raccord sur elle. La tuyauterie 33 est raccordée rigidement à la plate-forme 26 si bien qu'il n'existe aucune usure mutuelle par glissement. L'extrémité inférieure de la tuyauterie 33 est raccordée à demeure au collecteur 20 à l'endroit o elle traverse la coque 22, par soudage ou par une bride convenable (non représentée). L'emplacement 35 auquel la tuyauterie 33 traverse la coque 22 est de préférence décalée par rapport à l'axe vertical central de la coque 22 d'une distance d nécessaire au maintien de la tuyauterie 33 en dehors de l'eau 36 de fond de cale (par exemple de cm d'épaisseur environ au point le plus profond) nor- malement présente dans la coque 22. Comme l'indique la figure 3, la tuyauterie 33 est sensiblement verticale après sa traversée de la coque 22 et elle passe de préfé- rence avec du jeu par une ouverture 35 formée au fond 38 du collecteur 20, endroit auquel elle est raccordée à des vannes, etc. (non représentées) comprises dans la coque 22. La partie 34 de courbure circulaire de la tuyau- terie 33 est réalisée de manière qu'elle corresponde pra- tiquement à la surface externe de la coque 22 et elle en est maintenue à distance de manière qu'elle ne soit pas au contact de la coque 22. On peut noter que, lors- que la plate-forme 26 bascule ou subit des forces cycliques sous l'action des forces appliquées par le mandrin 30 et le tronçon 11 de colonne montante, la partie courbe 34 joue le rôle d'un dispositif souple qui répartit ces forces sur toute la longueur de la tuyauterie 33 au lieu de les concentrer en un seul point fixe du dispositif de raccordement, comme dans le cas des raccords rigides proposés jusqu'à présent à cet effet. 2581126_ REVENDICATIONS 1. Base de colonne montante sous-marine, caracté- risée en ce qu'elle comprend: une coque étanche (22) placée au fond de la mer, un organe de support (21) comprenant: une plate-forme (26), un dispositif (23) de fixation de la plate-forme au-dessus de la coque, un dispositif (31) placé sur la plate-forme et destiné à fixer l'extrémité inférieure de la colonne montante sur la plate-forme, un raccord (32) de conduite d'écoulement placé sur la plate-forme et destiné à être raccordé à l'extré- mité inférieure d'une conduite d'écoulement portée par la colonne montante, et un dispositif (33) destiné à raccorder le raccord de conduite d'écoulement se trouvant sur la plate-forme à l'intérieur de la coque par l'intermédiaire d'un empla- cement se trouvant à la face inférieure de la coque. 2. Base selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif (33) de raccordement du raccord de conduited'écoulement à l'intérieur de la coque comprend un tronçon (34) de tuyauterie rigide ayant une partie de courbure circulaire correspondant sensiblement à la courbure de la surfaoede la coque et placée à distance de cette surface, la tuyauterie ayant une première extré- mité fixée à la plate-forme et portant le raccord (32) de conduite d'écoulement et ayant son autre extrémité fixée à la face inférieure de la coque, à l'endroit o cette autre extrémité traverse la coque. 3. Base selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'emplacement auquel l'autre extrémité de la tuyauterie traverse la face inférieure de la coque (20) est décalée par rapport à l'axe vertical central de la coque d'une distance nécessaire de manière que l'autre extrémité ne se trouve pas dans l'eau de fond de cale se trouvant normalement au fond de la coque. 4. Base selon la revendication 3, caractérisée en ce que la coque (20) comporte un collecteur sous-marin de colonne montante atmosphérique. 5. Base selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un plancher (38) formé dans la coque, et l'autre extrémité de la tuyauterie (34) dépasse en direction sensiblement verticale du point de pénétra- tion dans la coque par une ouverture formée dans le plancher. 6. Base selon la revendication 5, caractérisée en ce que la tuyauterie est formée d'acier.