Brevet FR2633662A1 — publié le 19900105

La présente invention concerne un système et un procédé de production marine d'effluents provenant en particulier d'un puits de pétrole sous-marin pouvant être notamment situé à de grandes profondeurs. Le système de production selon l'invention utilise une plateforme immergée, notamment une plateforme immergée de flottabiLité positive qui est reliée par une conduite de production au puits, et qui soutient le bloc opérationnel de la tête de puits laquelle comprend, notamment, un organe réglant la production des effluents du puits, tel une duse. Une tête de puits de production de pétrole ou de gaz comporte habituellement deux blocs. Le premier de ces blocs, ou bloc de sécurité, est situé à la sortie du puits et comporte au moins une vanne de sécurité, voire deux vannes de sécurité, sur Le tubage et pour l'espace annulaire compris entre le tubage et les parois du puits. Le deuxième de ces blocs, ou bloc opérationnel, est situé au-dessus du bloc de sécurité et comporte différentes vannes, par exemple une vanne-maitresse ou vanne de production, ainsi qu'un organe de réglage de la production du puits. Selon les techniques de production d'effluents hydrocarbonés, on utilise au moins deux types d'organes pour gérer cette production. Le premier de ces organes, qui a Habituellement la forme d'une duse, est adapté à régler la production d'effluents grace au calibrage de sa section de passage. Il existe des duses fixes dont les différentes sections de passage correspondent à une certaine production pour un puits et des conditions de production données. Ces duses fixes sont normalement interchangeables pour permettre de modifier la production. Il existe aussi des duses ajustables dont la section de passage de chacune peut varier. De telles duses sont généralement fabriquées avec des matériaux résistants à l'usure par frottement, par corrosion, ..., tels des matériaux céramiques, de manière que leur fonctionnement puisse rester correct au moins pendant une durée raisonnable. Le deuxième de ces organes pour gérer la production des effluents d'un puits, qui est pratiquement une vanne, telle une vanne dite maîtresse ou de production, est un organe adapté à contrôleur la production des effluents, sans nuance, par tout ou rien. Selon l'art antérieur, pour exploiter à distance la production d'un puits, tel un puits de pétrole, on dispose les blocs opérationnels et éventuellement de sécurité de la tête de puits au fond de La mer. Dans ce cas, de la tête de puits, des canalisations, généralement disposées sur le sol marin, rejoignent une installation de stockage ou de traitement des effluents, telle une plateforme aérienne de production. Dans le cas notamment où elle est appliquée à la production marine par très grande profondeur d'eau, par exemple 1000 mètres, cette technique présente notamment l'inconvenient que les opérations d'entretien de la tête de puits, qui est disposée en un lieu hostile à La pénétration de l'homme, sont difficiles et onéreuses puisqutelles nécessitent L'emploi de sous-marins robots ou habités dont l'efficacité est bien moindre que celle de la main de L'homme et cela d'autant plus que la profondeur est plus grande. Par opération d'entretien, on entend par exemple les opérations de remplacement de pièces défectueuses, telles des vannes, des capteurs des moteurs, des vérins, les opérations de nettoyage, et éventuellement certains travaux neufs. Pour pallier notamment cet inconvénient des opérations d'entretien, la présente invention propose un système de production comportant principalement une plateforme immergée sur Laquelle on dispose le bloc opérationnel de la tête de puits, alors que le bloc de sécurité de la tête de puits (bloc parfois inexistant selon certaines variantes des techniques de production) reste sur le fond de la mer. La plateforme immergée utilisée est disposée à une profondeur réduite par rapport à celle du fond de la mer, de manière que l'homme puisse y travailler avec facilité et en grande sécurité. L'opérateur pourra par exemple intervenir sur cette plateforme en scaphandre léger, de préférence autonome, avec ou sans mélange gazeux saturé, ou encore éventuellement avec un sous-marin de poche, ou porte-plongeur, de résistance adaptée à la profondeur de La pateforme. L'utilisation d'une plateforme immergée présente en outre L'avantage que celle-ci est soustraite à l'action des vagues, voire de la houle et des courants de surface particulièrement éprouvants pour les structures et les intervenants. Immergée, par exemple à une profondeur de 10, 30, 50, voire 80 mètres ou plus, la plateforme, donc le bloc opérationnel de la tête de puits, est beaucoup plus facile d'accès qu a par exemple 200, 500, 1000 mètres, voire plus. Selon l'invention, on pourra aussi bien utiliser pour la mise en oeuvre du système de production, une plateforme immergée de flottabilité positive, telle que celle décrite dans le brevet français FR-1.506.300, ou encore une plateforme à structure en treillis par exemple métallique, cette plateforme reposant sur le fond de la mer. D'une manière plus générale, sans sortir du cadre de la présente invention, tous les autres équipements de fond, dont la fiabilité peut être souvent mise en cause, ou qui peuvent nécessiter une intervention, pourront être placés sur la plateforme immergée, dans la mesure où ces équipements le permettent. Plus précisément, la présente invention propose un système de production marine d'effluents à partir d'au moins un puits foré dans le sol, le puits produisant les effluents par un tubage, ledit système comportant une plateforme immergée et un conduit de production relié audit tubage pour transférer les effluents du tubage vers la plateforme, ledit conduit de production étant relié à une ligne de transfert. Ce système est notamment caractérisé en ce que la plateforme comporte un organe réglant la production des effluents du puits, tel une duse, et en ce que ledit organe est disposé entre le conduit de production et la ligne de transfert. Le système de production pourra en outre comporter au niveau de la plateforme, au moins une vanne, telle une vanne maîtresse, ou une vanne de production, adaptée à contrôler la production des effluents. Le systéme pourra comporter au niveau de la plateforme une vanne, telle une vanne de sommet, disposée dans le prolongement du conduit de production et permettant le passage d'outils ou d'instruments. Le système de production pourra comporter un ensemble de vannes de sécurité disposé entre le tubage et le conduit de production L'espace annulaire compris entre le tubage et la paroi du puits pourra être relié à un conduit de service s'étendant jusqu'à la plateforme, et Le conduit de service pourra comporter une vanne d'annulaire disposée au niveau de ladite platezorme. Le puits ayant une paroi comportant un cuvelage, ce cuvelage pourra être prolongé par une colonne montante jusqu'au niveau de la plateforme, et le conduit de production pourra être disposé à l'intérieur de la colonne, L'espace annulaire de la colonne étant l'espace compris entre ledit conduit de production et ladite cotonne. L'espace annulaire du puits pourra être séparé de L'espace annulaire de la colonne montante par un organe d'étanchéité, tel un packer. L'espace annulaire du puits compris entre le tubage et le cuvelage étant relié à une ligne de service pour permettre une liaison à distance, le transfert à distance de la production étant réalisé par une ligne de transfert, l'une au moins des lignes de transfert et/ou de service pourra être une ligne flexible et elle pourra être maintenue dans la mer entre deux eaux. L'espace annulaire du puits compris entre le tubage et le cuvelage etant relié à une ligne de service pour permettre une liaison à distance, et le transfert à distance de la production étant réalisé par une ligne de transfert de production, L'une au moins de ces lignes pourra être disposée, au moins dans sa plus grande longueur, sur le sol marin. Les effluents provenant du conduit de production et ayant traversé L'organe de réglage de la production pourront être acheminés vers le sol marin par ladite ligne de transfert de production, en empruntant L'espace annulaire de la colonne montante et la ligne de transfert de production, qui est reliée à l'espace annulaire de la colonne au niveau de L'extrémité inférieure de la colonne montante, pourra être disposée, au moins dans sa plus grande longueur, sur le sol marin. Le conduit de service étant un conduit connecté à l'espace annulaire du puits et s'étendant jusqu' ladite plateforme, l'un au moins des conduits de service et de production pourra être un conduit flexible. Les effluents de plusieurs puits sont acheminés par autant de conduits de production que de puits vers ladite plateforme, au moins deux de ces conduits pourront alimenter un organe de collecte disposé sur la plateforme. L'invention fournit aussi un procédé de production marine, à L'aide d'une plateforme immergée, d'effluents provenant d'au moins un puits foré dans le sol, les effluents circulant dans Le puits au travers d'un tubage, dans lequel on relie Ledit tubage à La plateforme par un conduit de production. Ce procédé est notamment Caractérisé en ce que l'on relie, au niveau de la plateforme, ledit conduit de production a une ligne de transfert, et on place entre ledit conduit de production et ladite ligne de transfert un organe, tel une duse, adapté à régler la production des effluents. L'invention sera bien comprise et d'autres avantages apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation illustrés par les figures annexées parmi Lesquelles - La figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation du système de production selon l'invention dans lequel notamment la production est évacuée par une ligne entre deux eaux, - La figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du système de production selon l'invention dans lequel notamment La production est évacuée par une ligne disposée sur le sol marin, et - La figure 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation du système de production selon l'invention dans lequel plusieurs puits sont regroupés vers une même plateforme. Sur Les trois figures représentant divers modes de réalisation de L'invention, les références numériques relatives aux pièces identiques ont été unifiées. Ces trois modes de réalisation illustrés s'appliquent à la production d'effluents pétroliers, tels du pétrole ou du gaz. Le systéme de production selon l'invention est entièrement immergé sous La surface 1 de la mer et permet l'exploitation du puits 2 foré dans Le sol marin 3, ce puits étant,- dans l'exemple de réalisation décrit, un puits produisant des hydrocarbures, tels du gaz ou du pétrole. Les effluents de ce puits sont acheminés de la formation productrice 4 par un tubage 5 sensiblement jusqu'à la surface du sol 3. Juste avant que le tubage 5 emmerge du sol marin, généralement une trentaine de mètres en dessous de l'interface entre la mer et le sol marin, on place dans le tubage des vannes desécurité 6 et 7, dites vannes de sécurité de subsurface. Ces vannes 6 et 7 sont le plus souvent des vannes hydrauliques, dont la fermeture est obtenue par une chute commandée ou accidentelle de pression hydraulique. Ces vannes, dont le fonctionnement est régulièrement contrôlé, servent à la fermeture ultime du puits, notamment quand les vannes disposées au dessus ou quand la partie du tubage située au voisinage de la surface du sol marin sont détérioriées, par exemple du fait d'un chalut, d'une ancre, de la chute d'un objet, ou de la corrosion. La paroi du puits 2 est pourvue d'un cuvelage au moins sur sa partie supérieure, au voisinage de la surface du sol marin 3. La paroi du puits 2 et le tubage 5 délimitent un espace annulaire 8. Au niveau de la surface du sol marin 3, on dispose le bloc de sécurité de la tête de puits. Ce bloc de sécurité comporte deux vannes de sécurité de tubage 9 et 10 disposées au dessus du tubage 5 et une vanne de sécurité d'annulaire 15. On ne sortira pas du cadre de l'invention en supprimant une des deux vannes de sécurité de production 9 et 10, voire les deux vannes, et/ou en supprimant la vanne de sécurité d'annulaire 15. Le bloc de sécurité de la tête de puits est placé à l'intérieur d'une embase 16 qui protège lateralement- et verticalement le bLoc de sécurité, permet le positionnement du matériel descendu par exemple par des colonnes guides et des lignes guides, et contribue à L'ancrage de la plateforme 17. La production des effluents ayant traversé les vannes de sécurité 9 et 10 est acheminée vers la plateforme 17 par un conduit de production 18. La plateforme 17 représentée est du type stabilisé, à flottabilité positive, de manière que Le conduit de production 18 soit tendu et ainsi ne fléchisse pas. L'extrémité supérieure du conduit de production 18 comporte une ou plusieurs vannes-maitresses 19, ou vanne de production, permettant ou empêchant la production des effluents. Dans le prolongement du conduit 18 de production, se trouve une vanne de sommet 20 qui permet l'introduction à partir de la plateforme d'outils ou d'instruments dans le conduit de production 18 et dans le tubage 5. Entre la vanne 20 de sommet du conduit de production et la vanne maFtresse 19, les effluents sont évacués latéralement vers une duse 25 réalisant Le réglage de la production. Le calibrage de cette duse peut être ajustable ou fixe. Dans le cas d'un calibrage fixe, La duse est plus particulièrement adaptée au démontage pour la modification de la production. Une vanne d'isolement 26 est disposée en aval de la duse 25, notamment pour isoler la ligne de transfert et empêcher les effluents de s'échapper de cette Ligne lors du démontage de la du se. Plus particulièrement dans le premier mode de réalisation, qui est illutré par la figure 1, la vanne de sécurité d'annulaire 15 est reliée à un conduit de service 27 qui s'étend jusqu'a la plateforme 17 au niveau de laquelle L'extrémité de ce conduit 27 est obturée par une vanne de sommet 28. Cette vanne de sommet 28 permet l'introduction d'outils ou d'instruments dans le conduit de service 27 et de fluide dans L'espace annulaire 8 du puits 2. L'extrémité supérieure de ce conduit de service est pourvue d'un branchement latéral comportant une vanne 32 d'annulaire de puits et une vanne 33 de ligne de service 29. Cette ligne de service 29 permet par exemple de contrler la pression dans L'espace annulaire 8 du puits, l'introduction de fluide dans L'espace annulaire 8, voire dans le tubage 5, et tout autre transfert de fluides de quelque nature dans le puits. Entre les vannes d'annulaire 32 et 33 de ligne de service, est disposée une dérivation munie d'une vanne 30 dite de "by pass" qui rejoint le branchement du conduit de production entre la duse 25 et la vanne d'isolement 26. La vanne d'isolement 26 est raccordée à son aval à une ligne transfert de production 31. Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, les lignes de transfert 31 de production et de service 29 sont des lignes flexibles disposées entre deux eaux grâce à un ensemble de flottaison. Ces lignes 29 et 31 s'étendent à distance jusqu'à une base (non représentée) de traitement des effluents et de stockage, ou de contrôle et de commande des vannes et des différents appareils situés sur le système de production et de manipulation des fluides de servi ce. La commande à distance des différents appareils,- duse et vannes du système est réalisée manuellement sur place et à distance, par l'intermédiaire d'un ombilical comportant des Lignes électriques et hydrauliques. Plus particulièrement dans le deuxième mode de réalisation qui est illustré par la figure 2, Le cuvelage du puits 2 réalisant au moins La partie supérieure de La paroi du puits est prolongé par une colonne montante 35 jusqu'au niveau de la plateforme 17 en entourant le conduit de production 18. L'espace annulaire 36 de la colonne montante 35 entre le conduit de production 18 et la colonne montante 35 est séparé de L'espace annulaire 8 du puits 2 par un organe d'étanchéité 37, par exemple du type "Packer". Cet organe d'étanchéité peut être un organe démontable pour permettre; si besoin est, l'accès à L'espace annulaire 8 du puits 2. Les effluents ayant traversé la duse 25 et la vanne d'isolement 26, sont acheminés vers le sol marin en empruntant l'espace annulaire 36 de la colonne montante. L'extrémité inférieure de la colonne montante 35 comporte un branchement latéral pourvu d'une vanne d'arrêt 38 et relié à la ligne de transfert 31 de production. Cette Ligne de transfert 31 de production s'étend jusqu 'à une base, au niveau du soL marin, au moins sur sa plus grande longueur comme dans le premier mode de réalisation. L'espace annulaire 8 du puits est relié à une ligne de service 29 par l'intermédiaire de la vanne de sécurité 15 et une vanne 33 du conduit de service. L'espace annulaire 36 de la colonne montante 35 a La possiblité d'être relié à L'espace annulaire 8 du puits, ou à La ligne de service, à L'aide d'une dérivation entre Le branchement- Latéral inférieur de la colonne montante 35 et un conduit de liaison disposé entre la vanne de sécurité 15 d'annulaire et la vanne 33 de conduit de service. Cette dérivation est pourvue d'une vanne 30, dite vanne by-pass. La colonne montante 35, comme le conduit de production, peut être réalisée en tube rigide, en acier, ou en matériau composite. Le matériau composite de La colonne montante ou du conduit de producion présente l'avantage de réduire considérablement le poids et par conséquent la taille et Le coût de la bouée de subsurface qui réalise la plateforme 17. Ainsi, par exemple, pour une bouée disposée à 100 mètres sous la surface de l'eau a 900 mètres au-dessus du fond marin, une colonne montante de 7" (18 cm) de diamètre et résistant à 1.400 bar (série 5000) et un conduit de production de 4" (10 cm) de diamètre (série 5000) tous deux en matériau composite, le volume de la bouée comportant de la mousse de densité 0,55, nécessaire pour exercer une traction adaptée sur la colonne montante et le conduit de production, et maintenir le bloc opérationnel de la tête de puits est de 220 m3. Le troisième mode de réalisation de l'invention illustré par la figure 3, est relatif à un systéme de production comportant plusieurs puits. Pour plus de clarté de la figure 3, les références numériques ont été unifiées avec celles des figures 1 et 2 et indicées différemment (a, b, c) pour les différents puits. La production de chacun des puits 2a, 2b, 2c ayant traversé les vannes de sécurité de subsurface 6a, 7a... et les vannes de sécurité de production 9a, 10a..., est acheminée par les conduits de production 18a, 18b, 18c vers la bouée de subsurface. Les effluents traversent pour chaque puits une vanne maîtresse 19a..., une duse 25a..., une vanne d'isolement 26a..., avant d'aboutir tous ensemble dans un organe de collecte de production 40 dont la sortie est obturable par une vanne 41 et est reliée à la ligne de transfert de production 31 qui est disposée entre deux eaux jusqu a une base, telle une plateforme aérienne de traitement et de surveillance. La ligne de service 29, qui flotte entre deux eaux au voisinage de la ligne de transfert de production 31 entre la plateforme 17 et la base, est reliée aux espaces annulaires des différents puits par le conduit de service 27 et un distributeur 43 dont chacune des sorties est reliée, par une vanne 15a, 15b, 15c respectivement, aux espaces annulaires de chacun des puits 2a, 2b, 2c. Selon ce troisième mode de réalisation, on effectue une collecte et une gestion de la production des effluents de chacun des puits sur la plateforme 17. Cette opération est généralement réalisée dans un dispositif nommé "manifoLd". On ne sortira pas du cadre de l'invention en réalisant à L'écart des puits cette opération au fond de la mer ou en surface à partir de plusieurs puits ayant chacun leur système de production propre et indépendant. On pourra utiliser des conduites flexibles pour réaliser le conduit de production ou le conduit de service. REVENDICATIONS 1. - Système de production d'effluents à partir d'au moins un puits (2) foré dans le sol marin (3), le puits produisant les effluents par un tubage (5), ledit système comportant une plateforme immergée (17) et un conduit de production (18) relié audit tubage (5) pour transférer les effluents dudit tubage vers la plateforme (17), Ledit conduit de production étant relié à une Ligne de transfert (31), caractérisé en ce que La plateforme (17) comporte un organe (25) réglant la production des effluents dudit puits (2), tel une duse, et en ce que ledit organe est disposé entre ledit conduit de production (18) et ladite ligne de transfert (31). 2. - Système de production selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au niveau de la plateforme (17), au moins une vanne (26), telle une vanné mai tresse ou une vanne de production, adaptée à contrôler La production des effluents. 3. - Système selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au niveau de la plateforme (17), une vanne, telle une vanne de sommet (20), disposée dans le prolongement dudit conduit (18) de production et permettant le passage d'outils ou d'instruments. 4. - Système de production selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de vannes de sécurité (9, 10) disposé entre ledit tubage et ledit conduit de production. 5. - Système de production selon L'une des revendications 1 å 4, Ledit puits (2) ayant une paroi, caractérisé en ce que L'espace annulaire (8) compris entre Le tubage (3) et La paroi du puits est relié à un conduit de service (27) s'étendant jusqu'à ladite plateforme, et en ce que Ledit conduit de service (2?) comporte une vanne d'annulaire (32) disposée au niveau de Ladite plateforme (17). 6. - Système de production selon l'une des revendications 1 à 5 (Fig. 2), Ledit puits (2) ayant une paroi comportant un cuvelage, caractérisé en ce que ledit cuvelage est prolongé par une colonne montante (35) jusqu'au niveau de Ladite plateforme (17), et en ce que redit conduit de production (18) est disposé à l'intérieur de ladite colonne (35), l'espace annulaire (36) de la colonne étant l'espace compris entre ledit conduit de production (18) et ladite colonne (35). 7. - Système de production selon la revendication 6, caractérisé en ce que L'espace annulaire (8) du puits est séparé de L'espace annulaire (36) de la colonne montante (35) par un organe d'étanchéité (37), tel un packer. 8. - Système de production selon L'une des revendications 1 à 7, l'espace annulaire (8) du puits compris entre- ledit tubage (5) et laparoi du puits étant relié à une ligne de service (29) pour permettre une liaison à distance, le transfert à distance de la production étant réalisé par une ligne de-transfert (31), caractérisé en ce que l'une au moins des Lignes de transfert et/ou de service est une ligne flexible et en ce qu'elle est maintenue dans la mer entre deux eaux. 9. - Système de production selon L'une des revendications 1 à 8, L'espace annulaire (8) du puits compris entre ledit tubage (5) et la paroi du puits (2) étant relié à une ligne de service (29) pour permettre une liai son à distance, le transfert à distance de la production étant réalisé par une ligne de transfert de production, caractérisé en ce que l'une au moins desdites lignes est disposée, au moins dans sa plus grande longueur, sur le sol marin (3). 10. - Système de production selon la revendication 7, caractérisé en ce que tes effluents provenant du conduit (18) de production et ayant traversé l'organe (25) de réglage de la production sont acheminés, vers le sol marin, par ladite ligne de transfert (31) de production, en empruntant t'espace annulaire (36) de la colonne montante (35) et en empruntant l'espace annulaire (36) de la colonne montante (35) et en ce que ladite ligne (31) de transfert de production, qui est reliée à l'espace annulaire (36) de la colonne au niveau de L'extrémité inférieure de la colonne montante, est disposée, sur le sol marin au moins dans sa plus grande longueur. 11. - Système de production selon l'une des revendications 1 à 6, le conduit de service (29) étant un conduit connecté à L'espace annulaire (8) du puits et s'étendant jusqu'à ladite plateforme (17), caractérisé en ce que l'un au moins des conduits dé service (29) et de production (31) est un conduit ftexible. 12. - Système de production selon L'une des revendications 1 à 11 (Fig. 3), dans lequel les effluents de plusieurs puits sont acheminés vers ladite plateforme par autant de conduits de production que de puits, caractérisé en ce qu'au moins deux de ces conduits alimentent un organe de collecte (40) disposé sur ladite plateforme. 13. - Système de production selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite plateforme (17) est une plateforme à flottabilité positive. 14. - Procédé de production marine, à l'aide d'une plateforme immergée, d'effluents provenant d'au moins un puits foré dans le sol, les effluents circulant dans le puits (2) au travers d'un tubage (5), dans lequel on relie ledit tubage (5) à la plateforme (17) par un conduit (18) de production, caractérisé en ce que l'on relie, au niveau de la plateforme (17), ledit conduit (18) de production a une Ligne de transfert (31), et on place entre ledit conduit de production (18) et ladite ligne de transfert (31) un organe (25), tel une duse, adapté à régler la production des effluents.