Brevet FR2574849A1 — publié le 19860620

MDDULE IMMERGEABLE DE COMMANDE DE VANNES DE TETES DE PUITS IMMERGEES DANS UN MILIEU LIQUIDE a présente invention concerne un module immergeable de commande de vannes de tetes de puits immergées dans un liquide. Elle s'applique à La commande d'ouverture ou de fermeture de vannes de têtes de puits immergées, et notamment, de têtes de puits de pétrole ou de gaz. Pour différentes raisons, les vannes de têtes de puits immergées doivent pouvoir être ouvertes ou fermées à tout instant et il doit être possible pour des raisons de production et de sécurité, de con trôner cette ouverture ou cette fermeture. Généralement, l'ouverture ou la fermeture des vannes de têtes de puits, est commandée par des électrovannes, ellesmêmes immergées et commandées par un ensemble électrique ou électronique ; cet ensemble peut être situé, soit à La surface du milieu liquide dans lequel sont plongées les vannes et les électrovannes, soit dans une enceinte immergée qui contient également ces électrovannes et qui est localisée à proximité des vannes de têtes de puits. Ces électrovannes sont alimentées, en fluide hydraulique par une centrale située au fond ou en surface. La commande directe des électrovannes, par un ensemble électronique ou électrique situé à la surface du milieu liquide, présente des inconvénients cet ensemble électronique doit être relié aux électrovannes par un câble électrique complexe destiné à leur transmettre des signaux de commande. En cas de rupture du câble, il n'est plus possible de controler les électrovannes et donc de contrôleur l'ouverture ou la fermeture des vannes de têtes de puits. Il est aussi possible de commander les électrovannes à partir d'un ensemble électronique immergé, situé à proximité de ces électrovannes et à proximité des vannes de têtes de puits ; cet ensemble électronique peut agir de façon autonome, dans le sens de La sécurité, en cas de rupture de la liaison électrique ou de la liaison hydraulique des électrovannes, avec une station de surface. Il est connu d'utiliser des modules immergeables qui contiennent un ensemble électronique de commande des électrovannes. Ces modules comprennent généralement deux enceintes étanches séparées : l'une de ces enceintes comprend l'ensemble électronique de commande, tandis que L'autre enceinte contient les électrovannes. Ces enceintes sont parfois à la pression du milieu liquide extérieur. Les liaisons tant électriques qu'hydrauliques entre ces enceintes et la surface d'une part et entre ces deux enceintes elles-mêmes, d'autre part, doivent pouvoir supporter les contraintes d'environnement dues au liquide dans lequel elles sont plongées. Il apparaît que les systèmes ou modules connus présentent l'inconvénient de nécessiter un grand nombre de ces liai sons, en partic-ulier éLectriques, entre Les deux enceintes étanches, qui en raison des contraintes auxquelles elles sont soumises, sont La principale source de panne de ces modules. D'autre part, pour procéder à des opérations de maintenance ou de réglage, lorsque ces modules sont en surface, il faut défaire ces liaisons pour démonter les enceintes de protection, ce qui implique que le montage entier ne peut être testé tel qu'il se trouvera une fois immargé. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un module immergeable de commande de têtes de puits immergées dans un milieu liquide, dans lequel les électrovannes sont situées dans une enceinte étanche, contenant un liquide hydraulique de commande de ces électrovannes, sensiblement à la pression du milieu extérieur, et dans lequel l'ensemble électronique de commande de ces électrovannes, est situé dans une enceinte étanche dans laquelle la pression est égale à la pression atmosphérique. Il est donc possible, dans de telles conditions, d'utiliser des composants élect-roniques ordinaires, tels que ceux qui sont utilisés en surface. La disposition selon l'inven-tion ajoute la possibilité de démonter les enceintes étanches sans interrompre les interliaisons électriques et hydrauliques à l'in térieur d'un module, et apporte également une grande simplification de ces mêmes interliaisons. Ces buts sont atteints grâce à un modul-e qui comporte une entretoise séparant les deux enceintes. Cette entretoise comporte des liaisons électriques reliant les moyens électroniques de commande, avec une station de contrô- le en surface, et reliant ces moyens de commande avec les électrovannes..Cette entretoSise comprend aussi des liaisons hydrauliques internes forées directement dans le métal de ladite entretoise et reliant les électrovannes avec une alimentation en fluide hydraulique (située en surface), et reliant les électrovannes avec les vannes de têtes de puits, par l'intermédiaire de Lignes hydrauliques externes, connectées à la périphérie de l'entretoise. L'invention a pour objet un module immergeable de commande de vannes de têtes de puits immergées dans un milieu liquide, comprenant des électrovannes de commande d'ouverture ou de fermeture des vannes, reliées aux vannes et à une alimentation en fluide hydraulique située à la surface du milieu liquide, par des liaisons hydrauliques, et un ensemble électronique de commande et de contrôle des électrovannes, relié à ces électrovannes, à une station en surface et à des capteurs, par des liaisons électriques, caractérisé en ce qu'il comprend une entretoise de connexions hydrauliques et éLectriques, l'ensemble électronique étant contenu dans un premier boitier solidaire de L'entretoise pour former avec une première face de cette entretoise, une première enceinte étanche à l'intérieur de laquelle la pression est égale à La pression atmosphérique, les électrovannes étant contenues dans un deuxième boîtier solidaire de L'entretoise pour former avec une deuxième face de cette entretoise opposée à La première face, une deuxième enceinte étanche remplie par le fluide hydraulique, la pression dans cette deuxième enceinte étant sensiblement égale à ce île dudit milieu liquide, les liaisons hydrauliques- entre les électrovannes et l'alimentation en surface et entre les électrovannes et les vannes comprenant des canalisations reliées à un circuit hydraulique interne, foré dans ladite entretoise, les Liaisons électriques entre l'ensemble électronique et ladite station et les capteurs et entre cet ensemble et les électrovannes, traversant ladite entretoise par des passages isolants et étanches. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le deuxième boîtier comporte une soupape d'évacuation du fluide hydraulique évacué par Les électrovannes Lors de L'ouverture des vannes. Cette soupape peut être tarée de manière à entretenir une légère surpression dans le boitier, afin d'éviter des intrusions de liquide extérieur, en cas de défaut d'étan chéité sur les circuits, comme ceci est imposé par certaines réglementations. Selon une autre caractéristique, les liaisons électriques entre les électrovannes et l'un des passages étanches, sont des conducteurs contenus dans au moins une gaine remplie d'huile isolante. Selon une autre caractéristique, le fluide hydraulique est un fluide biodégradable non corrosif. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence à la figure unique an nexée, qui représente schématiquement un module immergeable de commande de vannes de têtes de puits, conforme à l'invention. Le module immergeable 1 représenté sur la figure, permet de commander des vannes 2, 3 de têtes de puits immergées dans un milieu liquide. Ces vannes qui doivent être ouvertes ou fermées selon les besoins, sont, soit situées directement sur l"'arbre de Noel" de la tête de puits, soit situées sur un "Manifold" (ensemble de vannes permettant de contrôler la production et l'évacuation de plusieurs puits dif férents alimentant un meme collecteur).Le module 1 est immergeable et il comprend respectivement, pour les vannes 2, 3, des électrovannes 8, 9 de commande d'ouverture ou de fermeture.Ces électrovannes sont reliées aux vannes 2, 3, ainsi qu'à une alimentation 10 en fluide hydraulique, située à la surface du milieu liquide, par des liai sons hydrauliques qui seront décrites plus loin en détail. Ce module comprend aussi un ensemble électronique de commande 11 qui n'est pas représenté en détail sur cette figure ; cet ensemble électronique permet de commander et de contrôler les électrovannes. Il est aussi relié à des capteurs numériques ou analogiques 52 situés sur les installations sous-marines à contrôler, tels que par exemple : capteurs de pression pétrolière, capteurs de température de l'effluent pétrolier, détecteurs de position de fin de course de vannes, etc...L'ensemble électronique 11 est relié aux électrovannes, aux capteurs ainsi qu'à une station de contrôle et de commande 12, en surface, par des liaisons électriques qui seront décrites plus loin en détail. Le nombre de vannes et d'électrovannes a été Limité à deux pour des commodites de représentations, mais il est évident que ce nombre peut être inférieur ou supérieur à deux. Ce module comprend aussi une entretoise 20 de connexions hydrauliques et électriques. L'ensemble électronique 11 est contenu dans un premier boitier 13, solidaire de L'entretoise 20, pour former avec une première face 14 de cette entretoise, une première enceinte étanche 15, à l'intérieur de laquelle la pression est égale à la pression atmosphérique. Les électrovannes 8, 9, sont contenues dans un deuxième bo- tier 16, solidaire de l'entretoise 20, pour former avec une deuxième face 17 de cette entretoise, opposée à la première face 14, une deuxième enceinte étanche 18, qui est remplie par le fluide hydraulique alimentant les électrovannes. La pression, dans cette deuxième enceinte 18, est sensiblement égale à cet le du milieu liquide dans lequel est immergé le module 1. On a aussi représenté sur cette figure, des boulons tels que 19 qui permettent de rendre solidaires l'entretoise 20 et les boîtiers 13, 16, ainsi que des joints 21, 22, 23 qui permettent d'assurer L'étanchéi- té des première et deuxième enceintes 15, 18. Les liaisons hydrauliques entre Les électrovannes 8, 9 et les vannes 2, 3, et entre ces électrovannes et l'alimentation en fluide hydraulique 10, comprennent des canalisations 24, 25, 26, 27, 28, reliées à des circuits hydrauliques 29, 30, 31, 32, 33, 34 internes à L'entretoise 20 et forés dans celle-ci. Les liaisons électriques entre l'ensemble électronique 11 et la station 12 et entre cet ensemble et Les électrovannes 8, 9 traversent l'entretoise 20 par des passages 35 et des bagues isolantes et étanches 36, 53, 45, 43.Un câble 37 relie la station de contrôle et de commande 12 à l'ensemble électronique 11, grâce aux passages isolants et étanches 36 et 45. Lors de L'ouverture d'une vanne (la vanne 2 par exemple), l'électrovanne 8 injecte dans cette vanne 2, du fluide hydrauiique sous- pression, à travers la canalisation 25 et le circuit hydraulique 31. De même lors de cette même ouverture de la vanne 2, du fluide hydraulique reflue de la vanne 2, vers l'elec- trovanne 8, à travers la canalisation 26 et le circuit hydraulique 32. Ce fluide hydraulique en surplus est rejeté par le purgeur 38 de L'Lectrovanne 8, dans la deuxième enceinte 18. Le bottier 16 de La deuxième enceinte 18, est muni d'une soupape 54 qui permet d'évacuer le fluide hydraulique en surplus, vers le milieu Liquide extérieur. La soupape 54 est tarée de manière à maintenir une Légère surpression dans le boitier 16.L'électrovanne 9 et la vanne 3 fonctionnent de la même manière. Le fluide hydraulique est de préférence biodégradable, non corrosif. Les bottiers, L'entretoise, ainsi que tous les composants du module, qui sont en contact avec le fluide hydraulique ou le fluide du milieu extérieur sont de préférence en acier inoxydable. Les liaisons hydrauliques peuvent en outre comporter certains composants tels que filtres, clapets, etc... non représentés car n'ayant pas de rôle fonctionnel, mais qui permettent de respecter les règles de l'art en matière de circuits hydrauLiques. Les liaisons électriques 39, 40 entre les électrovannes et le passage étanche 35, 36, à l'intérieur du deuxième boitier 16 sont de préférence cons tituées, de manière connue, par des conducteurs contenus dans au moins une gaine remplie d'huile isolante. Ces liaison ne sont pas représen-tées en détail sur la figure. La référence 41 désigne un boitier de reparti- tion de connexions électriques, également rempli d'huile isolante. Les références 36, 43, 45, 53 désignent des bagues isolantes étanches de connexion ; les références 46, 47, 48, 49 désigne-nt des raccords de circuits ou de canalisations hydrauliques. Ce module comporte à la partie supérieure du boitier 13, un anneau 50 permettant de descendre le module sur le fond du milieu liquide, à l'aide d'un câble. Ce module est également muni de moyens de fixation sur L'installation sous-marine, par exemple des pieds 51. Les composants qui consti-tuent tes moyens électroniques 11 peuvent être facilement contrôlés avant la descente du module puisque l'intérieur de la première enceinte 15 est à la pression atmosphérique, et que Le boîtier 13 peut donc être mis en place, peu de temps avant de descendre le module dans le milieu Liquide. Ce module peut aussi être remonte très facilement à la surface, en débranchant les canalisations qui Le relient aux vannes ; le boitier supérieur peut alors être enlevé sans aucune précaution particulière, puisque l'intérieur de ce boîtier est à- la pression atmosphérique. La deuxième enceinte 18 peut également être facilement démontée et remontée avant sa Mise en place, son remplissage s'effectuant naturellement par le flux des purges des électrovannes une fois que l'installation est en service. On constate ainsi que le module conserve son intégrité fonctionnelle lorsque les boitiers 13 et 16 sont déposés, ce qui permet d'effectuer des tests et réglages en configuration définitive. REVENDICATIONS 1. Module immergeable (1) de commande de vannes (2, 3) de têtes de puits immergées dans un milieu liquide, comprenant des électrovannes (8, 9) de commande d'ouverture ou de fermeture des vannes, reliées aux vannes et à une alimentation (10) en fluide hydraulique située à la surface du milieu liquide, par des liaisons hydrauliques, et un ensemble électronique (11) de commande et de contrôle des électrovannes (8, 9), relié à ces électrovannes, à une station (12) en surface et à des capteurs (52), par des liaisons électriques, caractérisé en ce qu'il comprend une entretoise (20) de connexions hydrauliques et électriques, l'ensemble électronique (11) étant contenu dans un premier boîtier (13) solidaire de l'entretoise (20) pour former avec une première face (14) de cette entretoise, une première enceinte étanche (15) à l'intérieur de laquelle la pression est égale à la pression atmosphérique, les électrovannes (8, 9) étant contenues dans un deuxième boitier (16) solidaire de l'entretoise (20) pour former avec une deuxième face (17) de cette entretoise, opposée à la première face (14), une deuxième enceinte étanche (18) remplie par le fluide hydraulique, la pression dans cette deuxième enceinte étant sensiblement égale à celle dudit milieu liquide, les liaisons hydrauliques entre les électrovannes (8, 9) et L'alimentation (12) en surface et entre les électrovannes (8, 9) et les vannes (2, 3) comprenant des canalisations reliées à un circuit hydraulique interne (29, 30, 31, 32, 33, 34) foré dans ladite entretoise (20), les liaisons électriques entre l'ensemble électronique (11), ladite station (12) et les capteurs (52), et entre cet ensemble et les électrovannes (8, 9) traversant ladite entretoise (20) par des passages isolants et étanches (36, 45, 53, 43). 2. Module immergeable, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième boitier (16) comporte une soupape (54) d'évacuation du fluide hydraulique évacué par les électrovannes (8, 9) lors de l'ouverture des vannes (2, 3), cette soupape étant tarée pour maintenir une faible surpression à L'intérieur du deuxième boîtier, vi's-à-vis du milieu liquide. 3. Module immergeable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'intérieur du deuxième boitier (18) les liaisons électriques (39, 40) entre les électrovannes (8, 9) et L'un des passages étanches (35), sont des conducteurs contenus dans au moins une gaine remplie d'huile isolante. 4. Module immergeable selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide hydraulique est un fluide biodégradable non corrosif.