Brevet FR2612247A1 — publié le 19880916

4.7 La présente invention concerne un procédé de dé- compression dans une opération de production sur une plate-forme au large des côtes. L'invention concerne aussi un dispositif destiné à un ensemble de décompres- sion. Les installations de production de pétrole-gaz comportent souvent des ensembles de décompression desti- nés à réduire la pression au cours des opérations de production. Une dépressurisation peut être nécessaire pour la production ou pour des raisons de sécurité et, dans ces situations, le gaz doit être dirigé vers une zone de sécurité en un temps très court. Dans l'ensemble classique habituel, le gaz est transmis par l'ensemble collecteur à une torche qui le brûle. Etant donné les grandes quantités de gaz qui doivent tre évacuées en un temps court, le rayonnement thermique de la torche est un facteur de limitation qui détermine la plus courte distance entre la torche et la plate-forme. Par exemple, on peut noter que le plus long mat de torche installé dans le secteur norvégien de la Mer du Nord est de 137 m. Des longs mâts de torche appliquent des forces impor- tantes au chassis de support modulaire et provoquent un déplacement négatif du centre de gravité de la plate- forme. Comme la production progresse vers des profondeurs de plus en plus grandes, il est primordial de pouvoir maintenir à la plus faible valeur possible le poids appliqué au pont de la plate-forme. De nouveaux domaines dans lesquels on envisage actuellement un développement donnent des niveaux de production très accrus, notamment en gaz. La quantité de gaz dont la pression doit être réduite pendant une période déterminée est donc bien supérieure à celle des constructions connues jusqu'à présent au large des côtes. Les autorités de la plupart des pays qui partici- pent à la production pétrolière au large des côtes ont des règlements qui imposent une décompression de tout l'appareillage de traitement, en une période déterminée. Dans les zones de production intensive, en particulier de gaz, dans une installation classique, il faut un mât très long de torche et ceci pose des problèmes considé- rables de construction. Une variante qui est suggérée est la division de la plate-forme en plusieurs zones, chaque zone étant insensible à l'incendie et aux explo- sions des autres zones. Dans le cas d'un incendie, d'une explosion ou d'autres situations de risques, on suggère que chaque zone seulement subisse la décompression dans les limites de temps fixées par les autorités. Des parois anti-feu et anti-explosion sont évidemment nécessaires entre chaque paire de zones pour que le degré de sécurité soit suffisant dans un tel ensemble, et cette disposition est coûteuse. Dans le cas de fuites de gaz, il doit être certain que le gaz ne peut pas passer d'une zone à une autre, et ceci impose des conditions difficiles lors de la conception de la construction. En outre, une décom- pression par zones nécessite un ensemble de décompression de complexité très grande. Le procédé de décompression par zones peut donc être considéré comme loin d'être une solution satisfaisante, à la fois au point de vue de la rentabilité et peut être même de la sécurité, puis- que le temps total de décompression est considérablement accru. La présente invention a pour but la mise à dispo-' sition d'un procédé de dépressurisation d'un processus de production exécute sur une plate-forme au large des côtes, supprimant la nécessité d'une torche classique ou mettant en oeuvre un mat de torche dont la longueur peut être considérablement réduite, le temps total de dépressurisation pouvant rester aussi faible que possible. Selon l'invention, ce but est atteint par mise en oeuvre d'un procédé qui se caractérise en ce que le fluide de décompression, essentiellement un gaz, est conduit de manière qu'il soit libéré en totalité ou en partie audessous de l'eau. L'invention concerne aussi un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé. Le nouveau principe de dépressurisation des pro- cessus de production sur les plates-formes au large des côtes représente un progrès considérable par rapport aux principes classiques connus dans lesquels toute la dépressurisation est réalisée par une torche. Le principe est particulièrement avantageux dans le cas des plates-formes ayant des débits élevés de production et en conséquence dans lesquelles des quantités de gaz im- portantes doivent subir une décompression, et lorsque les dimensions du mat de torche peuvent tre dangereuse- ment grandes dans un ensemble classique de décompression. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, des sources d'une pression élevée, dans le processus de pro- duction, sont décomprimées par un ensemble de libération de gaz sous l'eau, jusqu'à une pression analogue à la pression statique à l'emplacement ou aux emplacements de libération. Le gaz, ayant une pression inférieure à cette valeur, est évacué par une torche classique. Des calculs effectués montrent par exemple qu'une proportion comprise entre 50 et 70 % du volume de gaz équivalent à libérer peuvent être décomprimés sous l'eau. Ceci a évidemment une influence positive considérable sur la taille du mât de torche. L'invention a aussi une grande importance sur les plates-formes flottantes de production pour les- quelles la taille du mat de torche a un rôle primordial pour la stabilité de la plate-forme. L'invention est décrite plus en détail dans la description qui suit en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un mode de réalisation fondamental de l'invention, les figures 2A à 20 représentent schématiquement des modes de réalisation du principe de décompression selon l'invention, la figure 3 représente un mode de réalisation de l'invention, 26 1 2247 les figures 4A à 4E représentent divers modes de réalisation assurant une libération de gaz à diverses profondeurs. Sur la figure 1, une plateforme fixe 10 est représentée, avec un ensemble 13 de libération de gaz sous l'eau, indiqué sous forme d'une tuyauterie, et par laquelle le gaz est libéré sous l'eau à une profondeur considérable au-dessous de la surface de la mer 12. Des essais ont montré que l'évacuation de gaz à une profon- deur de 100 m est répartie sur une surface supérieure à 100 mz et, si la profondeur est portée à 200 m, la surface devient quatre fois plus grande. La raison de cette dimension de zone est le très grand étalement réa- lisé dans le panache de bulles sous l'eau. Même dans le cas de grandes quantités de gaz, la concentration à la surface est faible tant que la profondeur de l'eau est suffisamment grande. Pour qu'un incendie ait lieu, il faut une concentration minimale de 4 à 5 % (pour le gaz naturel), et cette condition existe rarement. Il est donc possible de libérer le gaz dans de l'eau pro- fonde, dans une variante à son brûlage, sans risques ou autres inconvénients. Le remplacement d'un mât classique de torche par un ensemble de libération de gaz sous l'eau permet des réductions considérables de poids sur le pont de la plate- forme et donc une bien meilleure stabilité de la plate- forme puisque le centre de gravité de celle-ci peut être abaissé. Un système de décompression qui évacue le gaz dans l'eau profonde a cependant une pression interne qui est au moins égale à la pression statique à la pro- fondeur d'évacuation. Cela signifie qu'un tel ensemble seul ne permet pas la décompression par exemple de l'appa- reillage de traitement jusqu'à la pression atmosphérique notamment, alors que ceci est parfois nécessaire. Dans un mode de réalisation préféré, l'ensemble de libération de gaz est donc constitué d'une combinaison qui comprend un ensemble classique de décompression ayant une torche et un ensemble de libération de gaz sous l'eau. Lors de l'utilisation d'un tel "ensemble à double libé- ration", la torche peut avoir des dimensions permettant le passage de quantités notablement réduites de gaz et peut donc tre réalisée avec une plus faible dimension et un poids bien inférieur. Dans le cas des constructions en eaux profondes et lorsqu'il est nécessaire périodique- ment de libérer de grandes quantités de gaz, un tel en- semble est particulièrement avantageux puisque le pont de la plate-forme peut tre construit avec une plus petite dimension et un moindre coût. Un schéma d'un mode de réalisation d'un tel "ensemble à double libération" est représenté plus précisément sur la figure 2A qui repré- sente un ensemble de libération de gaz selon l'invention dans lequel le gaz provenant de sources à haute pression est conduit par un réservoir 21 à haute pression à une canalisation 22 à haute pression afin qu'il soit évacué sous l'eau. La canalisation 22 à haute pression com- porte une canalisation dérivée ou latérale 24 qui conduit le gaz à une torche classique 25. L'écoulement du gaz dans la canalisation latérale 24 est limité par un étran- glement 23. Du gaz à basse pression est conduit par un réservoir à basse pression 26 et une canalisation séparée 27 à la torche 25. Sur la figure, une boucle séparée 28 destinée à transmettre le gaz à la pression atmos- phérique est aussi indiquée. La figure 28 représente schématiquement une variante d'un ensemble à double dépressurisation dans lequel du gaz à haute pression, provenant par exemple de sources sous-marines est conduit par une canalisation 22 de distribution afin qu'il soit libéré sous l'eau. A la place d'une canalisation latérale séparée 24 partant de la canalisation à haute pression et rejoignant la torche, une canalisation latérale 24B est représentée avec un étranglement 238 et est raccordée à la canalisation 27 à basse pression. Cette solution est simple et de fonctionnement sûr et l'ouverture 23B de l'étranglement peut tre choisie en fonction de la capacité de la torche 25. La figure 2C représente un mode de réalisation dans lequel deux canalisations latérales 24B, 24C sont utilisées, ces canalisations 24B et 24C étant parallèles l'une à l'autre, entre les canalisations à haute pression et à basse pression 22, 27, la canalisation latérale 24B ayant un étranglement 23B correspondant à celui de la figure 2B et la canalisation latérale 24C ayant, en plus d'un étranglement 23C, une vanne 29, de préférence à fonctionnement temporisé. Pendant la dépressurisation, la vanne 29 s'ouvre après un certain temps et la quantité de gaz transmise de la canalisation 22 à haute pression à la torche 25 augmente. La charge de la canalisation 27 à basse pression a diminué à ce moment si bien que l'ouverture de la vanne 29 est rendue possible. L'ensemble réel de libération de gaz sous l'eau peut être réalisé de nombreuses manières différentes. La figure 3 représente un mode de réalisation préféré d'un "ensemble à double décompression" monté sur une plate-forme 10. L'ensemble de décompression comprend un ensemble 31 à distributeur provenant de chaque groupe de décompression. L'ensemble 31 de tuyauteries collecti- ves se prolonge jusqu'au fond de la mer afin qu'il per- mette une évacuation par un ensemble 13 de libération de gaz sous l'eau. En outre, l'ensemble 31 est relié à une tuyauterie latérale 33 qui est disposée le long d'un mat 34 jusqu'à une torche classique 25. La tuyaute- rie latérale 33 a une vanne ou un étranglement destiné à réguler le débit de gaz. Le débit dans l'étranglement est fonction de la pression en amont de l'ensemble et de l'ouverture de l'étranglement. Lors de l'utilisation d'une valve, celle- ci peut être temporisée. Sur la figure, seul un ensemble à distributeur est représenté sur le pont. Certains appa- reils, par exemple certains types de compresseurs, sont sensibles à une contre-pression dans le distributeur 31 et, en pratique, une boucle séparée de décompression directement reliée à une torche classique est nécessaire dans un tel appareillage. Cependant, il faut noter oue la quantité de gaz qui doit être décomprimée dans cet appareillage est relativement faible. L'ensemble 13 de libération de gaz sous l'eau qui désigne collectivement l'ensemble de décompression qui comprend le prolongement de l'ensemble 31 à distribu- teur Jusqu'à l'emplacement ou aux emplacements d'évacua- tion, rejoint la partie supérieure de la colonne de la plate-forme 10 et traverse la paroi de cette colonne puis redescend à l'extérieur de la colonne à une distance considérable de la surface de la mer. Il est possible, à la place de la direction du gaz à un emplacement du fond de la mer, comme le suggère la figure 3, de disposer la canalisation parallèlement au fond de la mer et de la munir de plusieurs orifices 35. De cette manière,- une dispersion du gaz sur une surface considérable peut Étre obtenue, et rend plus utilisable ce principe dans les zones dans lesquelles l'eau n'est pas très profonde. Comme indiqué précédemment, le gaz provenant des divers groupes de décompression est collecté, dans un ensemble classique, par un ensemble à collecteur qui aboutit à un réservoir de séparation et à une torche 25. Les critères fixés actuellement indiquent que la plupart des sources peuvent Étre décomprimées à 7 bars environ pendant une certaine période. Dans le cas de l'évacuation sous l'eau, l'appareillage est décomprimé à la pression statique existant à l'emplacement d'évacua- tion et la décompression a en outre lieu dans une torche classique ayant une longueur réduite de mat. Il est sou- haitable que la quantité de gaz libérés sous l'eau soit aussi grande que possible si bien que la longueur du mat de torche peut Étre aussi faible que possible. A cet effet, dans un mode de réalisation de l'invention, il est suggéré que l'ensemble de libération de gaz sous l'eau ait plusieurs emplacements d'évacuation placés à diverses profondeurs. Les figures 4A à 4E représentent schématiquement plusieurs constructions d'un tel ensemble, et chaque mode de réalisation est décrit plus en détail dans la suite. La figure 4A représente une plate-forme 10 qui est fixée au fond de la mer 11 et qui comporte un ensem- ble de libération de gaz sous l'eau, représenté schéma- tiquement, comportant trois points d'évacuation 45A, 458B, 45C à trois profondeurs différentes. Il est suggéré que les points d'évacuation du gaz 45A, 45B, 45C soient disposés à une certaine distance de la plate- forme 10 en direction horizontale afin que la remontée du gaz à la surface 12 près de la plate-forme 40 soit évitée autant que possible. La canalisation immergée 13 qui est fixée à la colonne de la plate-forme et descend le long de celle-ci, est de préférence formée d'un matériau rigide résistant à la corrosion, par exemple d'acier. Des tuyauteries souples 48A, 48B, 48C qui atteignent les points d'évacuation 45A, 45B, 450 sont fixées à la canalisation 13. Il est suggéré que les extrémités des tuyauteries souples soient fixées à un arrangement 49 à chaîne dont l'extrémité inférieure est fixée au fond de la mer 11 alors que l'extrémité supérieure est fixée à un élément flottant 50. Cette disposition est maintenue fermement par des haubans 51 fixés au fond de la mer 11 et éventuellement à la plate-forme 10. Les tuyaute- ries souples 48A, 486, 48C doivent être fixées et elles peuvent éventuellement être équipées d'éléments de flot- taison 52, si bien qu'elles sont toujours inclinées vers le bas, vers les points d'évacuation 45A, 45B, 45C afin que les hydrocarbures relativement lourds ne puissent pas s'accumuler sous forme d'un liquide dans les tuyau- teries souples 48A, 48B, 48C. La figure 4B représente le même principe que la figure 4 à l'exception du fait que la partie d'extrémité des tuyauteries souples 48A, 48B, 48C est fixée à une bouée sous-marine rigide 53, par exemple de béton, qui est fixée au fond de la mer 11 par l'intermédiaire d'une articulation 54. Cette construction peut absorber de manière relativement facile les forces de réaction des diverses sorties en cas de décompression. La figure 4C représente une construction dans laquelle les emplacements d'évacuation sont placés sur un type correspondant de bouée sous-marine 53 qui, de manière analogue, est fixée par une articulation 54 au fond de la mer 11. La tuyauterie ou canalisation principale réelle sous-marine est cependant formée de trois tuyauteries séparées 55 qui descendent le long de la colonne de la plate-forme jusqu'au fond de la mer 41 et passent par des tuyauteries souples placées au fond de la mer 41 pour remonter le long de la bouée sous-marine 53 vers les emplacements respectifs d'évacua- tion. L'avantage le plus important de ce principe est que, contrairement aux solutions des figures 4A et 4E, aucune tuyauterie souple ou canalisation ne flotte à diverses profondeurs entre la plate-forme et l'arrange- ment de fixation au fond de la mer. Un inconvénient de ce principe est le risque d'accumulation d'hydrocarbures liquides relativement lourds dans les tuyauteries souples placées le long du fond de la mer. La figure 4D représente un exemple de réalisation de principe dans lequel des tuyauteries rigides 5BA, 58B, 58C partent de la canalisation 13 placée le long de la colonne 47 de la plate forme et rejoignent vers l'extérieur des points respectifs d'évacuation. Les tuyau- teries sont supportées par des structures en treillis 57A, 57B, 57C qui, dans le mode de réalisation repré- senté, ont la forme de tourelles triangulaires. Chaque coin peut être formé par exemple de tuyauteries dont l'une peut tre la tuyauterie d'évacuation de gaz. Dans une variante, le point inférieur d'évacuation 59 peut être monté sur une tourelle plus petite disposée au fond de la mer 11. Les structures en treillis sont réparties autour de la plate- forme 40 afin que les charges soient réparties. Une caractéristique avantageuse de ce mode de réalisation est que l'ensemble est indépendant des mouvements relatifs de la plate-forme 40 et du fond de la mer 41. La figure 4E représente un mode de réalisation correspondant ayant des tuyauteries rigides 58A, 58B, 58G comme dans le cas de la figure 46, mais dans lequel les points d'évacuation sont supportés par une tour 60 en treillis qui est en appui sur le fond de la mer 11, des ponts 61 en treillis étant disposés entre la tour et la plate-forme 40 afin que les tuyauteries soient supportées. Un procédé de dépressurisation d'un appareillage de traitement sur des plates-formes au large des côtes selon l'invention peut comporter les étapes suivantes: - du gaz est collecté d'une manière connue à par- tir des différents groupes de décompression, le gaz de l'appareillage à basse pression et de l'appareillage sensible à une contre-pression est conduit directement à un ensemble classique ayant un séparateur de liquide et une torche, - le gaz à haute pression est libéré par un ensem- ble de libération de gaz sous l'eau à une profondeur prédéterminée, et une libération supplémentaire est réa- lisée par l'intermédiaire d'un étranglement ou d'une vanne qui s'ouvre dans une canalisation latérale permet- tant la décompression, dans un ensemble classique. 26 1 2247 1 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de dépressurisation d'un processus de production sur une plateforme (10) au large des côtes, caractérisé en ce que du gaz, dans le cas d'une décom- pression d'un processus de production, est conduit en totalité ou en partie afin qu'il soit évacué sous l'eau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est conduit de manière qu'il soit évacué par l'intermédiaire d'un ensemble d'évacuation de gaz sous l'eau en plusieurs points à une distance considéra- ble sous la surface de la mer. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la totalité ou une partie du processus de pro- duction subit une décompression par l'intermédiaire de l'ensemble de libération de gaz sous l'eau à une valeur de la pression sensiblement égale à la pression statique à l'emplacement ou aux emplacements d'évacuation, et le processus de production subit ensuite une décompres- sion supplémentaire par un ensemble classique ayant un séparateur de liquide et une torche (25). 4. Procédé selon les revendications 1 et 3, carac- térisé en ce que des sources à haute pression, dans le processus de production, sont décomprimées par l'inter- médiaire de l'ensemble de libération de gaz sous l'eau, dans lequel le gaz des sources à basse pression et le gaz à une pression inférieure à la pression statique au point o aux points d'évacuation de l'ensemble de libération de gaz sous l'eau sontdécompriméspar un ensem- ble classique ayant un séparateur de liquide et une torche. 5. Dispositif pour ensemble de dépressurisation d'un processus de production sur une plate-forme (10) au large des côtes, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de libération de gaz sous l'eau par lequel une partie au moins du gaz, lors de la dépressurisation, est conduite afin qu'il soit évacué sous l'eau. 6. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'ensemble de libération de gaz sous l'eau 26 12247 comporte au moins une tuyauterie (32, 13, 55) partant d'un ou plusieurs ensembles collecteurs placés sur la plate-forme (10), et qui descend dans la mer le long de la colonne (47) de la plate-forme et aboutit à au moins un point d'évacuation sous l'eau. 7. Dispositif selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que l'ensemble de libération de gaz sous l'eau aboutit à plusieurs points d'évacuation (35) placés en eaux profondes et sensiblement parallèles à la surface de la mer. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de libération de gaz sous l'eau aboutit à plusieurs points d'évacuation (45A-45C, 59A-59C) placés à diverses profondeurs au-dessous de la surface de la mer. 9. Dispositif selon les revendications I à 4, caractérisé en ce que les points d'évacuation sont placés au minimum à une certaine distance horizontale de la plate-forme (10). - 10. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la partie supérieure de la tuyauterie de l'ensemble de libération de gaz qui part de l'ensemble à collecteur (31) est disposée dans la colonne (47) de la plate-forme (10) alors que la partie inférieure de la canalisation, au-dessous de la zone d'éclaboussement, est fixée à la face externe de la colonne. 11. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que l'ensemble (31) à collecteur de la plate- forme comprend une canalisation collectrice (22) des sources à haute pression, rejoignant une évacuation sous l'eau, une canalisation collectrice (27) des sources à basse pression destinée à décomprimer le gaz par une torche classique (25), une canalisation latérale (24) au moins étant disposée afin qu'elle relie les canalisa- tions collectrices à haute pression et à basse pression (22, 27). 12. Dispositif selon la revendication 11, cerac- térisé en ce que l'ensemble à collecteur (31) comporte une canalisation dérivée (24B) ayant un étranglement (23B) et destinée à relier les canalisations collectrices (22, 27) à haute pression et à basse pression. 13. Dispositif selon les revendications 11 et 12, cara.;térisé en ce qu'il comporte une canalisation nurallèle en dérivation (24C) comprenant un étranglement (23C) et une vanne (29) qui est de préférence temporisée.