Brevet FR2593882A1 — publié le 19870807

L'invention concerne les connecteurs du type à douille de serrage, utilisés pour raccorder de façon amovible une unité de puits sous-marine, telle qu'une tête de production, à une tête de puits sous-marine, précédemment située au fond d'une masse d'eau. Un objet de l'invention est de proposer un connecteur du type à douille de serrage présentant des surfaces de came situées sur une came annulaire et coo- pérant avec des surfaces de came situées sur des segments de la douille afin qu'un premier jeu de surfaces de came poussent les segments de la douille vers l'intérieur, en direction de la tête de puits, jusque dans une posi- tion initiale o l'action de came vers l'intérieur cesse, et qu'un second jeu de surfaces de came poussent les seg- ments i la duille davantage vers l'intérieur, en prise de serrage avec une tête de puits, réduisant ainsi la puissance demandée pour actionner les jeux de surfaces de came à celle demandée par un seul jeu à la fois. Un autre objet de l'invention est de proposer un connecteur du type à douille de serrage qui minimise la distance entre le dessus d'une tête de puits et l'unité sous-marine. Par exemple, des connecteurs actuels du type à douille de serrage ont des hauteurs comprises entre 1,2 et 1,5 mètre, tandis que le connecteur réalisé conformément à l'invention présente une hauteur d'environ 71 cm. Un autre objet de l'invention est de proposer un connecteur du type à douille de serrage dans lequel la course des moyens d'actionnement (came annulaire) destinés à amener les segments de la douille en prise de serrage avec la tête de puits est inférieure à celle utilisée dans les connecteurs antérieurs du type à douille de serrage, ce qui aide à minimiser la distance comprise entre la tête de puits et l'unité sousmarine, mentionnée préc.demment. Le connecteur du type à douille de serrage réalisant les objets indiqués ci-dessus comprend un élément de corps supérieur possédant plusieurs segments de douille agencés de façon à pouvoir pivoter sur lui, une came annulaire mobile par rapport à l'élément de corps supérieur afin d'amener les segments de la douille dans une position de liaison amovible du connecteur sur une tête de puits sous-marine. La came annulaire et les segments de la douille de serrage présentent des jeux de surfaces de came tels qu'un premier jeu coopère pour faire pivoter initialement les segments de la douille vers la tête de puits et qu'un second jeu sert à repous- ser davantage les segments de la douille pour serrer le connecteur sur la tête de puits sous-marine. Lorsque le second jeu de surfaces de came fonctionne, le premier jeu n'est plus en fonction pour faire tourner les seg- ments de la douille, ce qui réduit la puissance demandée, pour amener les segments de la douille en prise de ser- rage, nécessaire à un seul jeu à la fois, quand bien même les deux jeux servent ensemble à maintenir les segments de la douille en prise de serrage avec la tête de puits après la prise finale. Le connecteur est en outre caractérisé par le fait que, premièrement, l'un des jeux de surfaces de came et des rebords complémentaires sert à maintenir les segments de la douille dans une orientation conique pour faciliter le positionnement du connecteur sur la tête de puits et, deuxièmement, pour former un trajet de charge entre les extrémités des segments de la douille et l'élément de corps supérieur afin que toute charge appliquée au connecteur, pendant sa mise en place sur la tête de puits, soit transférée à l'élément de corps supérieur. En outre, les moyens destinés à actionner la came annulaire comprennent des cylindres hydrauliques qui sont montés de façon à pouvoir être aisément déposés et remplacés, si cela est nécessaire. L'inventionsera décrite plus en détail en re- gard des dessins annexes à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la Figure 1 est une élévation avec coupe axiale montrant le connecteur du type à douille de serrage selon l'invention, raccordé à un élément tubulaire à bride d'une unité de puits sous-marine,et positionné sur une tête de puits, les segments de la douille de serrage étant en position déverrouillée; la Figure 2 est une vue partielle analogue à celle de la Figure 1, montrant les segments de la douille à mi-distance entre leurs positions verrouillée et déver- rouillée; la Figure 3 est une vue partielle de la Figure 1, analogue à celle de la Figure 2, montrant les segments de la douille en position verrouillée; et la Figure 4 est une vue partielle, analogue à celle des Figures 2 et 3, mais montrant un profil diffé- rent de la tête de puits et les segments de la douille destinés à s'accoupler avec ce profil. Comme montré sur les dessins et comme expliqué précédemment, le but de l'invention est de verrouiller de façon amovible une unité de puits sousmarine, telle qu'une tête de production, sur une tête de puits sous- marine précédemment disposée au fond d'une masse d'eau. Ainsi, un connecteur 10 de tête de production selon l'invention, du type à douille de serrage, est repré- senté disposé entre un élément tubulaire 12 à bride d'une tête de production (non représentée) et une tête de puits sous-marine 14 à laquelle il est raccordé. Les trois unités sont percées centralement afin de permettre un accès entre la tête de production et la tête de puits sous-marine. Le connecteur 10 de tête de production du type à douille de serrage comprend un élément de corps supérieur ou anneau 16 ayant une partie supérieure 20 dont la surface supérieure 22 est reliée directement à une bride 24 de l'élément tubulaire 12 par des boulons 26. Un joint métallique convenable 30 assure l'étanchéité et s'oppose aux fuites entre la bride 24 et l'élément de corps supérieur 16. La partie inférieure 32 de l'élément de corps supérieur 16 est d'un diamètre extérieur plus petit que celui de la partie supérieure 20 et elle est préparée pour former un joint d'étanchéité et comporte, à cet effet, une lèvre 36 s'étendant vers le bas, destinée à porter contre une surface conique 40 située sur le dessus de la tête de puits 14. Dans la forme de réalisa- tion représentée, un joint annulaire métallique 42 est disposé entre l'élément de corps supérieur 16 et le dessus de la tête de puits et assure une étanchéité appropriée avec cette dernière. Un élément de retenue (non représenté) maintient le joint dans le connecteur de la tête de production pendant que ce connecteur est descendu jusque sur la tête de puits. La périphérie extérieure du corps supérieur, à l'emplacement o les parties supérieure et inférieure , 32 se rejoignent, présente une gorge périphérique 46 de retenue destinée à contenir la partie supérieure d'une tête 50 de retenue de plusieurs segments 52 de douille de serrage, qui sont utilisés pour verrouiller l'élément de corps supérieur 16 sur la tête de puits 14 d'une manière décrite ci-après. Ces segments 52 de douille sont disposés to- talement autour de l'élément de corps supérieur 16 et sont réalisés classiquement à partir d'un anneau plein, par sciage axial de ce dernier afin que l'on obtienne des segments individuels. Le procédé de formation de ces segments, de cette manière, est classique et il est inutile de le décrire plus en détail. Comme repré- :senté, chaque segment 52 comporte donc la tête supé- rieure plus largeur plus épaisse 50 nntice précédant, n collet étroit 56 et une partie inférieure plus épaisse et plus large 60. La fonction de la tête 50 et de la partie in- férieure 60 sera décrite ci-après. Une came annulaire 64, située radialement à l'extérieur des segments 52 de la douille et de l'élé- ment de corps supérieur 16 qu'elle entoure en partie, peut être déplacée axialement par rapport à l'élément de corps supérieur]6 et aux segments 52 de la douille et porte contre ces derniers. La came annulaire est actionnée par plusieurs cylindres hydrauliques 66, dont deux seulement sont représentés sur la Figure 1. Chacun de ces cylindres est disposé sur une plaque perforée 68 située au bas du connecteur 10, o l'ouverture de la plaque peut se comporter comme une ouverture d'entrée pour le connecteur 10 pendant qu'il est mis en place sur la tête de puits 14. La came annulaire 64 comporte également une bride horizontale 70 qui est reliée par des vis de blocage à la tige 74 de piston du cylindre hydraulique 66. Lorsque la came annulaire 64 est dans une position déverrouillée, telle que montrée sur la Figure 1, la bride horizontale 70 porte contre une bride annulaire 76 qui est boulonnée sur la surface supérieure 22 de l'élément de corps supérieur 16. La bride annulaire 76 se comporte comme une butée supé- rieure pour la tige 74 de piston et est ajourée de façon à recevoir de manière coulissante une tige 78 de libé- ration de démontage et d'indication de position qui, premièrement, indique lorsque le connecteur 10 de la tête de puits est verrouillé et déverrouillé grâce à sa position par rapport au dessus de la bride annulaire 76 et, deuxièmement, peut être utilisée pour débloquer le connecteur 10 de la tête de puits dans le cas d'une défaillance hydraulique, du fait de sa liaison avec la came annulaire 64. Un capot 80 et un joint annulaire 82 d'étanchéité en caoutchouc sont fixés de façon amovible par des boulons à la bride annulaire 76 et à la plaque 68 afin de limiter l'entrée de débris et autres matières dans le connecteur. La plaque 68 est reliée à la bride annulaire 76par plusieurs boulons de grande longueur (non représentés). De plus, comme représenté, les cy- lindres 66 peuvent être aisément démontés et remplacés en étant séparés du bras horizontal 70 de la came an- nulaire par démontage des vis de blocage 72. Le côté de la came annulaire 64 tourné vers les segments 52 de la douille de serrage présente une surface cylindrique supérieure 84 qui comporte une encoche conique présentant une première surface conique 86 de came et un rebord 90 tourné vers le haut, destinés à porter respectivemaent contre une surface coique corpléentire 92- et un rebord complémentaire 94 tourné vers le bas, situés sur les segments 52 de la dôuille. La partie de la came annulaire 64 située au- dessous du rebord 90 forme une autre surface de camine 96 qui, dans la position déverrouillée telle que montrée sur la Figure 1, se loge et s'enclenche dans la grande encoche forméepar le collet 56 des segments 52 de la douille de serrage. La partie extrême inférieure 60 de chacun des segments 52 de la douille comporte un premier épaulement conique 100 qui porte contre l'extrémité 102 de la came annulaire 64, un épaulement conique 104 d'entrai- nement et un épaulement conique 106 situé radialement vers l'intérieur. La face intérieure de chacun des seg- ments 52 de verrouillage présente un profil 110 qui est complémentaire d'un profil 112 situé sur la tête de puits 14, qui, dans la forme de réalisation représentée, est simplement une gorge extérieure ménagée dans la paroi extérieure de la tête de puits, à une certaine distance au-dessous de l'embouchure de la tête de puits. La partie extrême inférieure 60 et la longueur du collet 56 de chaque segment 64 de la douille de serrage sont déter- minées par la distance comprise entre le profil 112 de la gorge de la tête de puits 14 et la gorge extérieure 46 de retenue située sur l'élément de corps supérieur 16. Enfin, le connecteur 10 comporte un butoir annulaire 114 fixé à la plaque perforée 68 et contre lequel les segments 52 de la douille de serrage reposent lorsqu'ils sont en position déverrouillée. Ce butoir annulaire 114 comporte un épaulement conique 116 tourné vers l'intérieur destiné à porter contre l'épaulement 106 des segments de verrou et il définit un trajet de charge entre le butoir annulaire 114, les segments 52 de verrou et la paroi supérieure 120 de la gorge.46 de retenue présentée par l'élément de corps supérieur 16, comme indiqué par une flèche 122. Il apparaît également que les divers segments 52 de la douille de serrage portant contre le butoir annulaire 114 forment un cone d'entrée rigide pour le connecteur de la tête de pro- duction lorsqu'il est positionné sur la tête de puits 14. Les rebords complémentaires 90 et 94 ajoutent à la rigidité du cône lorsque les segments de la douille de serrage sont en position verrouillée. On considérera à présent ensemble les Figures 1, 2 et 3 qui illustrent le mouvement des segments de la douille de serrage de leur position déverrouillée, Figure 1, à leur position verrouillée, Figure 3. Dans la position déverrouillée des segments 52 de la douille de serrage, les têtes 50 sont logées dans la gorge 46 de retenue et la came annulaire 64 sert à maintenir les têtes 50 à l'intérieur de la gorge 46. Cependant, les têtes 50 peuvent pivoter librement vers l'intérieur de la gorge 46.pendant que la came annulaire 64 descend. La gorge 46 sert également à verrouiller, avec les têtes , l'élément de corps supérieur sur la tête de puits 14 dans la position verrouillée des segments de la douille de serrage. On peut voir que sous l'effet du mouvement initial de descente de la came annulaire 64, l'action combinée des surfaces de came 86 et 92, constituant un premier jeu de surfaces de came, repousse les segments de la douille radialement vers l'intérieur, libérant la partie inférieure 60 de sa prise avec l'extrémité 102 de la came annulaire 64. La surface de came 96 porte ensuite contre la surface de came 104 située sur les segments de verrou, formant un second jeu de surfaces de came, afin d'amener à force les segments de la douille de serrage à l'intérieur de la gorge 112 de la tête de puits. Il convient de noter qu'au cours de cette der- nière course, les seules surfaces repoussant réellement les segments de la douille vers l'intérieur sont les surfaces de came du second jeu, car les surfaces de came 92 des segments de la douille de serrage portent contre la surface verticale 84 de la came annulaire, ce qui réduit la puissance demandée aux cylindres hydrauliques. Par conséquent, le mouvement final de descente de la came annulaire 64 amène les segments de la douille de serrage en prise de serrage avec la tête de puits 14, verrouillant ainsi la tête de production sur la tête de puits. Dans cette position, la came annulaire porte contre les segments de la douille en deux points, les surfaces 92 et 104, maintenant le branchement entre le connecteur et la tête de puits en deux points, les gorges 46 et 112. Il apparait également que, du fait du chevau- chement se produisant entre la came annulaire 64 et les segments 52 de la douille, la course de la came annulaire 64 est notablement plus courte que dans les connecteurs de l'art antérieur, ce qui diminue considérablement la hauteur du connecteur. Bien que la description précédente porte sur des segments de douille de serrage dont une partie infé- rieure 60 présente une surface 110 qui porte contre une tête de puits comportant une bride ou un profil 112, la Figure 4 montre le même type de segments 52a de douille présentant des gorges 110a qui peuvent s'enclencher avec le type de tête de puits 14a présentant des gorges com- plémentaires 112a. Hormis cette dernière modification portant sur les segments de la douille de serrage, pour relier le connecteur 10 à la tête de puits 14 du type à gorge, la fonction de chacune des pièces du connecteur est la même que celle décrite précédemment et, par con- séquent, ces pièces portent les mêmes références numé- riques suivies de la lettre a. Il convient également de noter que, bien que le connecteur 10 soit décrit comme étant relié à une tête de puits, tout élément tubulaire ayant un profil approprié peut être relié ou raccordé à d'autres unités de puits au moyen d'un tel connecteur. REVENDICATIONS 1. Connecteur du type à douille de serrage destiné à raccorder une unité (12) du type-pour puits sous-marin, telle qu'une tête de production, à une autre unité de puits sous-marin telle qu'une tête de puits (14), caractérisé en ce qu'il comporte, un élément de corps supérieur (20) conçu pour être raccordé à-ladite première unité, une camie annulaire (64) entourant l'élément de corps supérieur, à distance de ce dernier et par rapport auquel elle peut être déplacée, des segments (52) de puits de serrage disposés entrela came annulaire et l'élément de corps supérieur, des surfaces de came (86, 96) situées sur la came annulaire, des surfaces de came (92, 104) situées sur les segments de la douille de serrage, les surfaces de came de la came annulaire por- tant contre les surfaces de came des segments de la douille de serrage lorsque la came annulaire est déplacée par rapport à l'élément de corps supérieur pour repous- ser initialement les segments de la douille radialement par rapport à l'élément de corps supérieur et à la tête de puits, puis pour amener finalement les segments de la douille en prise avec la tête de puits et l'élément de corps supérieur afin de raccorder le connecteur du type à douille à la tête de puits. 2. Connecteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les surfaces de came forment des jeux, le premieur jeu (86, 92) étant celui qui réalise la poussée initiale et le second jeu (96, 104) étant celui qui effectue la poussée finale. 3. Connecteur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le premier jeu interrompt sa poussée lorsque le second jeu commence sa poussée finale. 4. Connecteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les surfaces de came coopèrent pour maintenir les segments de la douille de serrage en posi- tion afin de former une entrée conique pour faciliter l'entrée de la tête de puits dans le connecteur. 5. Connecteur selon la revendication 4, carac- térisé en ce que l'une des surfaces de came du premier jeu et du second jeu sert à maintenir le connecteur et la tête de puits en prise par action de came. 6. Connecteur selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les surfaces de came coopèrent pour former un trajet de charge entre l'extrémité des seg- ments de la douille de serrage et l'élément de corps supérieur lorsque les segments de la douille ne sont pas reliés à la tête de puits. 7. Connecteur selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la came annulaire et les segments de la douille de serrage se chevauchent sensiblement, ce qui raccourcit la distance comprise entre le dessus de la tête de puits et ladite unité de puits sous-marine. 8. Connecteur selon la revendication 7, carac- térisé en ce que des moyens sont prévus pour déplacer la came annulaire par rapport à l'élément de corps supé- rieur. 9. Connecteur selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les derniers moyens cités sont des cylindres hydrauliques (66) qui sont reliés de façon amovible à la came annulaire afin de pouvoir être démontés pour réparation et/ou remplacement. 10. Connecteur selon la revendication 9, carac- térisé en ce que les segments de la douille de serrage sont formés de façon à s'engager dans un seul profil de gorge (112) d'une tête de puits. 11. Connecteur selon la revendication 9, carac- térisé en ce que les segments (52a) de la douille de serrage sont formés de façon à s'engager dans des pro- fils de gorge multiples (112a) d'une tête de puits (14a).