Brevet FR2597081A1 — publié le 19871016

Dispositif de mise en tension d'un câble de traction lié à l'une de ses extrémités à l'extrémité supérieure d'un tube dont l'extrémité inférieure est fixée au fond de la mer La présente invention concerne un dispositif de mise en tension 5 d'un câble de traction lié à l'une de ses extrémités à l'extrémité supérieure d'un tube dont l'extrémité inférieure est fixée au fond de la mer, ledit dispositif étant lié à un bâtiment de surface soumis à la houle et comprenant un vérin comportant un cylindre, un piston partageant le cylindre en deux chambres et une tige de piston traversant 10 une première chambre et le fond correspondant du cylindre, l'extrémité libre de la tige de piston, ainsi que le fond du cylindre opposé à celui traversé par la tige étant munis d'au moins une poulie, la seconde chambre étant alimentée en liquide hydraulique par un système accumulateur de pression par l'intermédiaire d'une conduite comportant une vanne 15 commandée munie en parallèle d'un clapet anti-retour dans le sens de ladite seconde chambre vers ledit système accumulateur de pression, ledit tube comportant un joint de rupture et l'autre extrémité dudit câble étant fixée à un point fixe dudit bâtiment après mouflage autour desdites poulies liées du vérin. Un dispositif de ce genre est bien connu par exemple dans le forage pétrolier en mer pour maintenir verticalement le tubage, appelé communément "Riser", assurant la continuité du puits depuis le fond de la mer jusqu'à la surface. Dans un tel dispositif, en cas d'urgence nécessitant une 25 déconnexion rapide du système, on peut assurer la rupture du joint de rupture en fermant ladite vanne commandée reliant la seconde chambre du vérin au système accumulateur de pression. Ainsi, le clapet anti-retour permet le libre remplissage du vérin en liquide hydraulique au cours d'une période de descente du bateau dans un creux de vague et donc la 30 sortie de la tige du vérin, la rupture du joint étant provoquée par la forte augmentation de la tension du câble lors de la remontée du bateau sur un sommet de vague, le passage du liquide hydraulique du vérin vers l'accumulateur étant bloqué par le clapet anti-retour. Le mouvement du bateau est donc le seul moteur permettant la décon35 nexion rapide du dispositif. En définitive, seule l'amplitude de la -2 houle permet cette déconnexion. Cependant il peut arriver que cette amplitude n'est pas suffisante pour entraîner l'augmentation suffisante de tension dans le câble provoquant la rupture du joint. Selon l'invention, le dispositif ci-dessus est caractérisé en ce 5 qu'un dispositif accumulateur à très haute pression est relié à ladite seconde chambre du vérin par une seconde vanne commandée, la pression dudit dispositif accumulateur étant supérieure à ce qui est nécessaire pour assurer la rupture dudit joint de rupture. Selon une réalisation préférée, ledit dispositif accumulateur à 10 très haute pression est constitué par un accumulateur à vessie. Selon une autre caractéristique, un second clapet anti-retour vers le dispositif accumulateur à très haute pression est disposé en série avec ladite seconde vanne commandée. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en 15 oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans Iequel: La figure 1 est une représentation du circuit hydraulique du dispositif de mise en tension d'un câble de traction selon l'invention. La figure 2 est une représentation schématique montrant un tube maintenu en position verticale par le dispositif de traction de la 20 figure 1. Sur la figure 2, on voit un tube 1 fixé à son extrémité inférieure, par un connecteur sous-marin 2, à une tête de puits non représentée. Le fond de la mer est repéré 3. Le tube 1 comprend un joint de rupture 4 de moindre résistance que le reste du tube. Au voisinage de son extrémité 25 supérieure, le tube est solidaire d'un chariot 5 guidé dans un puits vertical 6 pratiqué dans un bâtiment flottant 7. Au chariot 5 sont accrochés deux câbles 8 et 9 chacun mis en tension par le dispositif représenté figure 1. L'ensemble du dispositif représenté figure 1 est lié au bâtiment 7 30 de même que les poulies de renvoie 10 et 11 permettant d'exercer une traction verticale sur le tube 1. Par contre, le chariot 5 est fixe par rapport au tube 1 et par conséquent, le chariot 5 et le bâtiment 7 se déplacent relativement l'un par rapport à l'autre au gré des vagues, le chariot coulissant dans le puits 6. On va maintenant décrire le dispositif de mise en tension du 3 3 câble 8 en se référant à la figure 1. Le dispositif comprend un vérin 12, comprenant un cylindre 13 fixé au bâtiment 7, un piston 14 qui partage le cylindre en une première chambre 15 et en une seconde chambre 16, et une tige de 5 piston 17 qui traverse la première chambre 15 et le fond 18 du cylindre. A l'extrémité libre de la tige de piston 17 sont fixées une ou plusieurs poulies 19 placées côte à côte et de même, des poulies 20, sont fixées au fond 21 du cylindre 13, à l'extrémité opposée du vérin. 10 Le câble 8, après passage sur la poulie de renvoie 10 (fig.2) est mouflé autour des poulies 19 et 20 puis accroché à un point fixe 22 du bâtiment 7. La seconde chambre 16 du vérin 12 est alimentée en liquide hydraulique, tel qu'un mélange d'eau-glycol par exemple, par un 15 système accumulateur de pression, comprenant un réservoir de gaz comprimé 23, par exemple de l'air, et un séparateur de transfert gaz-liquide 24 constitué par un cyclindre à l'intérieur duquel est situé un piston libre 25 partageant le volume interne du eylindre en une première chambre 26 reliée au réservoir d'air comprimé et en une 20 deuxième chambre 27 remplie de liquide hydraulique et reliée à la seconde chambre 16 du vérin 12 par une conduite 28, 29 munie d'une première vanne commandée 30 comprenant en parallèle un premier clapet anti-retour 31 obturant le passage du liquide hydraulique dans le sens vérin vers le séparateur transfert 24 dans la position fermée de la 25 vanne 30. Un dispositif accumulateur à très haute pression 32 est en outre parallèlement relié à la seconde chambre 16 du vérin 12 par une conduite 28, 33, 34, la portion 33 de la conduite comportant une vanne commandée 35 et en série, un clapet anti-retour 36 interdisant le 30 passage du liquide hydraulique dans le sens vérin 12 vers l'accumulateur à très haute pression 32. La vanne commandée 35 est en l'occurence un électro-distributeur à trois sorties. Dans la position représentée, la portion 33 de conduite est obturée et la communication est possible entre la portion 35 33 de conduite et la conduite de drainage 37 permettant de drainer les éventuelles fuites du clapet anti-retour 36 vers un récipient 38, ou vers le réservoir 40. 259T081 -4 L'excitation de l'électro-aimant 39 de l'électro-distributeur 35 établit la communication entre la partie droite et gauche de la portion de conduite 33. L'accumulateur à très haute pression 32 est un accumulateur à 5 vessie, gonflé à l'azote et la partie liquide de l'accumulateur est constituée par le même liquide que celui du vérin 12 et du séparateur transfert 24, et il est alimenté en permanence par une pompe hydropneumatique 39 puisant dans un réservoir 40. La pression de sortie de la pompe est réglée par la commande 41 qui permet de régler la pression d'air 10 d'alimentation du moteur 42 du groupe hydropneumatique 39. Cette pression de sortie assure dans l'accumulateur à très haute pression 32 une pression suffisante pour réaliser la rupture du joint de rupture 4. Un clapet de non retour 43 est disposé dans la conduite 44, 45, 34 15 reliant la pompe 46 du groupe 39 à l'accumulateur 32. En parallèle sur la portion 44 de conduite, est branchée une conduite 47 munie d'un manomètre 48 isolé par une vanne 49. Une valve de sécurité 50 constituant un limiteur de pression est branchée en parallèle sur la conduite 34, et sa sortie aboutit au récipient 38. Enfin, on prévoit également de combler d'éventuelles fuites du circuit: chambre 16 du vérin, conduites 28, 29 et chambre 27 du séparateur transfert 24 en piquant une conduite 51 sur la conduite 44, 45. Cette conduite 51 est reliée à la conduite 28 et comprend en série un clapet anti-retour 52 et un électro-distributeur 53. Dans la position représentée, la conduite 51 est obturée et l'électro-distributeur permet le drainage des éventuelles fuites du clapet anti-retour 52 vers une conduite 54 aboutissant au récipient 38. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. En fonctionnement normal, la vanne 30 est ouverte assurant une 30 libre circulation du liquide de la chambre 27 du séparateur transfert 24 à la chambre 16 du vérin 12 et vice versa. L'électro-distributeur 35 est dans la position représentée c'est-à-dire que l'accumulateur 32 est isolé du vérin et du séparateur transfert 24. L'électro-distributeur 53 est également dans la position 35 représentée isolant le vérin 12 et l'accumulateur-transfert 24 du groupe Z597081 - 5 hydropneumatique 39. Sous l'influence de la houle, le bâtiment 7 monte et descend, la tige 17 du vérin rentrant dans son cylindre lorsque le bâtiment monte et en sortant lorsque le bâtiment redescend dans le creux d'une vague, le 5 liquide hydraulique se déplaçant alternativement du vérin vers la chambre 27 du séparateur transfert 24 sous l'effort de la traction du câble ou vice versa lorsque cet effort se relâche le bateau descendant. La tension moyenne du câble est assurée par le réservoir d'air comprimé 23. Lorsqu'en cas d'urgence, on souhaite déconnecter le système par la rupture du joint de rupture 4, on ferme la vanne 30 et on excite l'électro-distributeur 35 de manière à permettre la communication du liquide depuis l'accumulateur à très haute pression 32 vers le vérin 12. Ainsi, du fluide hydraulique est expulsé de l'accumulateur à vessie 32 15 vers la chambre 16 du vérin en quantité suffisante pour sortir suffisamment la tige 17 du vérin et tendre ainsi assez le câble 8 pour atteindre l'effort de rupture sur le joint de rupture 4. Les clapets antiretour 31 et 36 empêchent le liquide d'être évacué de la chambre 16 vers le séparateur transfert 24 et vers l'accumulateur 32. Ainsi, grâce à l'invention, même en l'absence de houle suffisante, on est sûr de rompre le joint de rupture 4 par l'afflux à haute pression de liquide hydraulique en provenance de l'accumulateur à vessie 32. A titre d'exemple, la pression dans l'accumulateur à vessie 32 est de 250 bars (25.10 Pascals) et la pression dans le séparateur 25 transfert 24 de 70 bars (7.10 Pascals). Lorsque l'on veut combler d'éventuelles fuites du clapet anti-retour 52, on excite d'électro-distributeur 53 ce qui assure la communication entre le groupe hydropneumatique 39 et les chambres 16 et 27. -6 REVENDICATIONS 1/ Dispositif de mise en tension d'un câble de traction (8) lié à l'une de ses extrémités à l'extrémité supérieure d'un tube (1) dont l'extrémité inférieure est fixée au fond (3) de la mer, ledit dispositif étant 5 lié à un bâtiment de surface (7) soumis à la houle et comprenant un vérin (12) comportant un cylindre (13), un piston 14 partageant le cylindre en deux chambres (15, 16) et une tige de piston (17) traversant une première chambre (15) et le fond correspondant (18) du cylindre, l'extrémité libre de la tige de piston, ainsi que le fond (21) du cylin10 dre opposé à celui traversé par la tige étant munis d'au moins une poulie (19, 20), la seconde chambre (16) du cylindre étant alimentée en liquide hydraulique par un système accumulateur de pression (23, 24) par l'intermédiaire d'une conduite (28, 29) comportant une première vanne commandée (30) munie en parallèle d'un premier clapet anti-retour (31) 15 dans le sens de ladite seconde chambre vers ledit système accumulateur de pression, ledit tube comportant un joint de rupture (4) et l'autre extrémité dudit câble étant fixée à un point fixe (22) dudit bâtiment après mouflage autour desdites poulies liées au vérin, caractérisé en ce qu'un dispositif accumulateur à très haute pression (32) est relié à 20 ladite seconde chambre (16) du vérin par une seconde vanne commandée (35), la pression dudit dispositif accumulateur étant supérieure à ce qui est nécessaire pour assurer la rupture dudit joint de rupture. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit 25 dispositif accumulateur à très haute pression est constitué par un accumulateur à vessie. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un second clapet anti-retour (36) vers le dispositif accumulateur à très haute pression est disposé en série avec ladite seconde vanne 30 commandée (35). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit système accumulateur de pression comprend un réservoir de gaz comprimé (23) suivi d'un séparateur de transfert gaz-liquide (24).