Brevet FR2617231A1 — publié le 19881230

La présente invention concerne une méthode et un appareillage pour exécuter depuis une installation de surface flottante des opérations de forage et des interventions dans un puits subaquatique. On connait déjà des techniques pour exécuter depuis une installation de surface des opérations de forage et des interventions dans un puits sousmarin mettant en oeuvre un équipement pour tête de puits immergée, une colonne montante ou riser" reliant le sommet de cet équipement à l'installation de surface, ce "riser" comportant une colonne tubulaire principale et des conduits auxiliaires périphériques d'intervention et de télécommande reliant ledit équipement à ladite installation. Ces techniques sont, par exemple, illustrées par les brevets US-3.424.241, 3. 424.242, 3.532.162 et 4.281.716, le brevet français 1.363.487 et le brevet britannique 1.058.110. Ces techniques antérieures présentent un certain nombre d'inconvénients. En particulier la déconnexion rapide du riser par gros temps présente un risque de rupture d'autant plus élevé que la profondeur d'eau est grande. D'autre part, elle nécessite d'équiper la colonne montante d'organes de flottabilité ayant des dimensions importantes pour soutenir l'ensemble constitué par la colonne tubulaire principale et les conduites auxiliaires périphériques ou satellites qui sont fixées à cette colonne principale. - 2 - Par ailleurs, la mise en place de ces risers est longue et nécessite de fréquentes interruptions permettant d'effectuer des tests de pression des conduites périphériques à chaque adjonction d'un nouvel élément de riser. L'invention supprime les inconvénients signalés ci-dessus en fournissant, en particulier, une méthode pour exécuter à partir d'une installation de surface des opérations de forage et des interventions dans un puits subaquatique, caractérisee notamment par les étapes successives suivantes: a) on connecte de manière détachable ledit équipement à l'extrémité inférieure d'un premier tronçon de la colonne principale, supporté depuis l'installation de surface et on raccorde latéralement audit équipement les extrémités inférieures de conduites auxiliaires flexibles d'intervention et de télécommande dont Les extrémités supérieures sont retenues sur ladite installation, à distance de ladite colonne tubulaire principale, avec interposition d'organes limiteurs de courbure orientés vers le bas, au voisinage dudit équipement, de manière que, sous l'action de la pesanteur, chacune desdites conduites auxiliaires flexibles forme une chainette, à distance de ladite colonne principale, entre ledit équipement et l'installation de surface, b) on descend progressivement ledit équipement depuis l'installation de surface, en constituant des tronçons successifs à ladite colonne tubulaire centrale et en faisant défiler une longueur suffisante desdites conduites auxiliaires flexibles depuis l'installation de surface, jusqu'à ce que ledit équipement vienne se raccorder au sommet de la tête de puits, et c) on ajuste depuis l'installation de surface la longueur desdites conduites flexibles auxiliaires, modifiant ainsi La cstance separant - 3 - Lesdites chainettes du fond de L'eau. Un exemple de réalisation de L'invention est décrit ci-après en se référant aux figures annexées parmi LesquelLes: - la figure 1 iLlustre un type d'appareiLLage pour La mise en oeuvre de L'invention, - Les figures 2 et 3 montrent différentes étapes pour la mise en place d'un appareiLLage selon l'invention. L'appareiLLage illustré par La figure 1 comprend: 1) Un "riser" de forage (1) très simplifié et plus Léger. IL est en fait réduit au seul tube principal (diamètre extérieur mesuré en pouces 21" ou 18"5/8 Le plus souvent) composé de sections unitaires, appeLées joints, de longueur (mesurée en pieds) variant entre 50' et ' selon les possibilités de manutention à bord. Ce "riser" est assemblé en connectant chaque joint verticalement au précédent et ainsi de suite. Optionnellement on peut y fixer au fur et à mesure un câble électrique pour la commande multiplex du système sous-marin (B.O.P. ou tête de puits) . Comme pour le "riser" conventionnel, un joint articulé en pied de riser est nécessaire pour assurer la flexibilité requise à ce niveau. Eventuellement une ouverture automatique de remplissage du "riser" peut être utilisée pour éviter l'écrasement de celui-ci par la pression hydrostatique, lorsque la profondeur d'eau l'exige. Pour certaines conditions d'utilisation, il peut être nécessaire d'utiliser également un joint articulé en sommet de "riser". 2) Un joint télescopique simplifié (2). Le tube intérieur est connecté au dispositif de diversion des venues de gaz éventuelles ("diverter") fixé au support flottant. Le tube extérieur connecté au sommet du -4- "riser" est susDendu Par les câbles de tensionnement la. Le tube intérieur coulisse à l'intérieur du tube extérieur fixe par rapport au fond de la mer. 3) Un certain nombre de conduites flexibles (3a, 3b, 3c, 3d...), avec un maximum de six pour le forage, pour remplir les fonctions suivantes: Deux lignes de sécurité ("choke line" 3a et "kill line" 3b). Le diamètre intérieur minimum est de 3" et la pression maximum de service est de 1, 050 bars (15,000 psi). Un diamètre interne de 4 pouces (4" I.D.) est recommande pour les grandes profondeurs. - Une ligne de pompage de boue dont le diamètre extérieur est préférablement égal au diamètre extérieur des lignes précédentes afin de standardiser les équipements de manutention à bord. - Deux lignes hydrauliques 3c, 3d de 350 bars maximum de pression de service. - Une ligne additionnelle pour, par exemple, le pompage d'air comprimé dans des enceintes procurant une flottabilité variable. 4) Le système de manutention de tous ces flexibles. Plusieurs systèmes déjà utilisés en opération existent. Ils doivent être réalisés en fonction des installations et des espaces disponibles sur le pont, les conditions opérationnelles et le prix de revient. Nous décrivons ci-après un tel système utilisant des tambours motorisés 4 placés sur l'installation flottante 7. Chaque tambour 4 pour les flexibles de gros diamètres pourrait avoir une capacité de 400 m (ceci correspond à des dimensions pratiques pour le tambour). Une étude spécifique pour chaque unité de forage devra être faite pour définir la combinaison optimale pour la profondeur - 5 - d'eau maximale o opère cette unité nombre de tambours, dimensions, moyens de manutention, procédures opérationnelles. Ainsi, pour forer dans une zone peu profonde (300 m par exemple), un seul tambour pour chaque type de flexible sera chargé à bord. Pour 1000 m d'eau il faudra utiliser trois tambours de 400 m. On décrit ci-après un exemple de séquence opérationnelle pour une profondeur de 700 m: - Les premiers flexibles (3a, 3b, 3c, 3d...) sont entièrement déroulés depuis le pont de l'installation 7, en même temps que le "riser" 1 est descendu et ceci jusqu'à l'arrivée des embouts au niveau des berceaux de retenue fixes au bord du pont. Après fixation de ces embouts par colliers rapides dans les berceaux, les câbles de retenue aux tambours sont détachés des embouts. Les tambours 4 vides sont enlevés des attelages de motorisation. Les seconds tambours 4 pleins sont alors mis à leur place dans ces attelages. Lés longueurs additionnelles de 400 m sont alors connectées sur les longueurs précédentes pendantes par- dessus bord. Un test de pression de la longueur totale de 800 m est aLors exécuté. Les colliers de fixation dans les berceaux de retenue sont ensuite ouverts et la descente du "riser" 1 est reprise. Quand les longueurs nécessaires ont été déroulées, les flexibles (3a, 3b, 3c, 3d...) sont enserrés par des colliers au niveau du pont. Les motorisations et les tambours 4 sont alors bloqués. Les derniers tambours sont pourvus de joints tournants axiaux sur lesquels les flexibles sont connectés à l'intérieur des tambours 4. Différentes étapes de l'installation du système décrit ci-dessus sont illustrées par les figures 2 et 3. Le bloc d'obturateurs B.O.P. 5 est placé au-dessus de l'ouverture centrale 7a de l'installation 7. Tous les flexibles et câbles - 6 - électriques sont alors connectés sur ce B.O.P.. Des raidisseurs 6 sont disposés après Les embouts de connection, afin de conserver un angle constant (qui peut être égal à 45 , mais doit être déterminé en fonction des spécifications particulières) bien défini par rapport à L'axe vertical du B.O.P.. Tous les flexibles (3a, 3b, 3c, 3d...) sont alors testés en pression. Ils décrivent des boucles sous les pontons de L'engin semi-submersible 7. En même temps que le B.O.P. 5 est descendu avec Le "riser" 1, les flexibles 3a, 3b, 3c, 3d sont déroulés de façon à maintenir une sur-longueur suffisante pour encaisser le pilonnement sans variation de tension. Lorsque le B.O.P. 5 est fermement connecté sur la tête de puits 8, des longueurs appropriées de chaque flexible sont déroulées pour procurer la compensation au pilonnement sans toucher le fond marin. Le retrait se fait par la procédure inverse. Quand le B.O.P. 5 est fixé au niveau de son pont de manutention et stockage sur l'installation 7, chaque flexible est enroulé, en restant cependant rattaché par une ligne de rappel pour faciliter le raccordement lors de la prochaine descente du "riser". Le système selon l'invention procure de nombreux avantages par rapport aux "risers" conventionnels dits intégrés. - Le "riser" peut être déconnecté par mauvais temps, Le foreur conserve cependant son B.O.P. entièrement opérationnet avec toutes ses lignes de commande connectées. - En cas de sinistre, la plateforme flottante de forage peut s'éloigner et conserver ses liaisons avec le B.O.P.. Ainsi les -7- grandes difficult4s rencontrées (cf. Campeche au Mexique) pour reconnecter ces liaisons sont évitées. - Les exigences en volume de flottaison sont réduites d'environ 40 %. - Les flotteurs procurant cette flottaison sont plus simples, tous identiques et donc moins chers à l'achat et à l'installation. - Le joint télescopique a un anneau-support bien simplifié. Il n'est plus nécessaire d'avoir un système de connections automatiques pour raccorder les lignes périphériques rigides aux flexibles assurant les liaisons avec les circuits à bord. - - Le temps économise à chaque manoeuvre de "riser" est important, puisque l'on supprime les essais à haute pression à chaque connexion d'un nouveau joint de "riser". De plus les connexions elles-mêmes sont bien plus rapides, l'emboîtement se faisant directement sans orientation préalable. Ainsi 10 à 12 heures peuvent être économisées pour 1200 m d'eau, à chaque descente. - Les connecteurs de "riser" sont simplifiés et beaucoup plus légers. Les plaques d'acier épaisses pour guider les lignes périphériques et résister aux efforts importants qu'elles exercent lorsqu'elles sont mises sous pression (700 ou 1000 bars) sont supprimées. - Tous les colliers de guidage (4 à 5 par joint de "riser") le long du joint de "riser" sont supprimés. - Les effets de fond, dûs à la pression dans les lignes périphériques, et les risques de flambage en découlant sont supprimés. - Le diamètre intérieur du flexible d'évacuation des gaz est constant tout le long, évitant ainsi les turbulences et l'érosion par les grains de sable entrainés à grande vitesse que l'on a dans les tubes 26-17231 -8- rigides intégrés au "riser". - La conductibilité thermique des flexibles est bien plus faible que celle de l'acier et diminue donc le risque de formation d'hydrates. - Le poids du "riser" sur le pont est réduit de près de 50 % soit environ 250 t en moins pour un "riser" de 1000 m. - L'entretien du "riser" est bien simplifié et donc moins cher. - La suppression des essais de pression à chaque connexion élimine les outillages spécialisés nécessaires. - L'ensemble riser-flotteurs étant plus mince, supporte moins de traînée et devient moins affecté par les contraintes environnantes. - La masse pendue,'lorsque le "riser" n'est pas connecté à la tête de puits, est bien réduite, diminuant fortement les surtensions dynamiques et donc le risque de rupture. - Enfin une période naturelle plus courte diminue grandement les contraintes en dynamique, aussi bien longitudinales que transversales. Le système selon l'invention utilise des composants qui sont tous largement éprouvés. Des considérations de disponibilité locale entre les tubes sans soudure en acier 3" ou 4" et les flexibles peuvent avoir un effet économique important et influencer grandement La décision du choix lors de la construction locale d'unités neuves de forage. - 9 - R EVEND I C AT I ON S 1. - Méthode pour exécuter à partir d'une installation de surface des opérations de forage et des interventions dans un puits subaquatique, en mettant en place depuis cette installation un équipement de la tête de puits descendu dans l'eau à l'extrémité inférieure d'une colonne de type "riser", ou colonne montante comportant une colonne tubulaire principale reliant le sommet de la tête de puits à l'installation de surface, cet équipement étant par ailleurs relié à l'installation par des conduites auxiliares d'intervention et de télécommande, caractérisée par les étapes successives suivantes: a) on connecte de manière détachable audit équipement (5) l'extrémité inférieure d'un premier tronçon de la colonne principale (1), supporté depuis l'installation de surface (7) et on raccorde latéralement audit équipement les extremités inférieures de conduites auxiliaires flexibles d'intervention et de télécommande (3a, 3b, 3c, 3d...) dont les extrémités suoerieures sont retenues sur ladite installation (7), à distance de ladite colonne tubulaire principale, avec interposition d'organes limiteurs de courbure (6) orientés vers le bas, au voisinage dudit équipement, de manière que, sous l'action de la pesanteur, chacune desdites conduites auxiliaires flexibles (3a, 3b, 3c, 3d...) forme une chaînette, à distance de ladite colonne principale (1), entre ledit équipement (5) et l'installation de surface (7), b) on descend progressivement ledit équipement (5) depuis l'installation de surface (7) en constituant des tronçons successifs à ladite colonne tubulaire centrale (1) et en faisant défiler une longueur suffisante desdites conduites auxiliaires flexibles (3a, 3b, 3c, 3d...) depuis l'installation de surface (7), jusqu'à ce que ledit équipement (5) vienne se raccorder au sommet de la tête de puits (8), et