Brevet FR2665725A1 — publié le 19920214

La présente invention concerne une méthode et un dispositif adaptés à l'exploitation de petits gisements pétroliers. Les plates-formes flottantes installées sur le fond de la mer, les systèmes de production flottants constitués d'une plateforme de type semi-submersible ou les navires portant les installations habituelles de séparation et de traitement des effluents pétroliers sont extrêmement onéreux à réaliser et à entretenir. La découverte ces dernières années de gisements pétroliers dont les réserves récupérables sont limitées a conduit à envisager un système de production qui peut être amorti dans des conditions économiques acceptables sur la quantité totale d'effluents extraits des petits gisements. C'est ce système qui fait l'objet de la présente invention. De plus l'invention évite des opérations coûteuses de retrait de plates-formes déjà existantes lorsque des gisements principaux sont devenus inexploitables, en conservant et en réutilisant ces plates-formes pour l'exploitation d'un ou de plusieurs petits gisements situés à proximité de cette dernière. Lorsqu'un petit gisement est situé à proximité d'un gisement principal déjà exploité à l'aide d'une plate-forme principale voisine un moyen pour que la production de ce petit gisement soit rentable est de profiter des installations situées sur la plateforme principale voisine. Ceci est possible du fait de la surcapacité de traitement des installations de la plate-forme principale lorsque le débit de la production du gisement principal exploité commence à diminuer. A l'aide d'une canalisation sous-marine, on utilise la capacité non employée de la plate-forme principale pour traiter la production des champs secondaires voisins. Ainsi on prévoit une capacité de production journalière pour la bouée de 5 à 15.103 bbl, alors que la plate-forme principale est équipée pour une production de l'ordre de 50 à 100.103 bbl par jour. Toutefois ce procédé économique d'exploitation des petits gisements reste d'une application limitée par la contrainte de distance entre le gisement et la plate-forme principale. Les pertes de charge dans les canalisations de liaison imposent aux gisements secondaires d'être situés à des distances comprises entre 10 et 15 kilomètres de la plate-forme principale. Ainsi la zone d'exploitation de puits secondaires à partir d'une plate-forme principale est relativement faible. De ce fait le nombre de puits secondaires est également faible et la rentabilité économique précaire. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif d'exploitation d'au moins un gisement pétrolier immergé (ou Offshore) secondaire éloigné d'une plate-forme principale d'exploitation et ne justifiant pas la construction d'une plateforme d'exploitation. La présente invention a pour objet une installation ou dispositif qui se caractérise en ce qu'elle comporte une plate-forme principale d'exploitation équipée des moyens de production habituels, ces moyens de production étant adaptés à l'exploitation de gisements sous-marins, au moins un support flottant, un système de pompage installé sur ledit support flottant, ce système permettant le transfert d'effluents pétroliers sans séparation entre ses différents constituants ou phases, des moyens d'ancrage connectant le support flottant au fond de la mer de façon à ce qu'il soit au voisinage de puits de production communiquant avec un desdits gisements, des premiers moyens de transfert des effluents ces premiers moyens permettant le transfert entre le gisement et le support flottant et des seconds moyens permettant le transfert entre le support flottant et la plate-forme principale, lesdits seconds moyens de transfert descendant dudit support flottant pour ensuite reposer sur le fond marin avant de rejoindre la plate-forme. En accord avec la description d'un mode de réalisation possible de l'application, le support flottant ou satellite peut être situé à une distance de la plate-forme principale inférieure à 80 kilomètres, de préférence entre 15 et 50 kilomètres, les gisements à exploiter se trouvant à des profondeurs d'eau de 70 à 200 mètres. Le support flottant peut être une bouée. Le système de pompage peut être une pompe associée à un dispositif d'entraînement. Le dispositif d'entraînement de la pompe peut être un moteur électrique, ou un moteur diesel muni de son réservoir de carburant, ou une turbine à gaz avec ses équipements annexes. Les effluents pétroliers étant constitués principalement de plusieurs phases, la pompe utilisée peut être une pompe polyphasique associée à un réservoir tampon. Le support flottant étant considéré comme un satellite vis à vis de la plate-forme principale, on peut les connecter l'un à l'autre par différents types de liaison. On peut ainsi trouver - des seconds moyens de transfert qui peuvent être, par exemple, une canalisation reliant ledit support flottant à la plate-forme principale. Cette canalisation peut être flexible ou partiellement flexible et rigide située au fond de la mer; - des moyens de transport de l'énergie nécessaire au fonctionnement des divers équipements du support flottant en provenance de la plate-forme principale. Ces moyens peuvent être un câble . On peut aussi envisager d'équiper le support flottant d'installations de contrôle et de moyens nécessaires à l'exploitation du puits. Ainsi le support flottant peut être équipé d'appareils de télécommande et de contrôle des puits relayés par radio ou câble électrique ou tout autre moyen jusqu la plate-forme principale. Cette dernière jouant le rôle de "maître" au niveau des opérations dans la majorité des cas. La présente invention concerne également une méthode d'exploitation des gisements pétroliers secondaires dont les capacités journalières de production cumulées justifient la construction d'une plate-forme principale d'exploitation. La méthode se caractérise par le fait que l'on ancre au moins un un support flottant au-dessus ou à proximité des puits, on remonte les effluents pétroliers jusqu'au support flottant à travers des premiers moyens de transfert, en utilisant des moyens de pompage situés sur ledit support et que l'on transfère lesdits effluents, sans séparation de leurs constituants, vers la plateforme principale à l'aide des seconds moyens de transfert. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue montrant une application de l'invention pour l'équipement d'un champ de production comprenant plusieurs gisements - la figure 2 est un mode de réalisation possible de l'invention dans le cas où lton utilise une plate-forme principale équipée d'une source d'énergie électrique ; - la figure 3 montre une variante du mode de réalisation de l'invention dans le cas où le support flottant est équipé de moyens de contrôle et de moyens nécessaires à l'exploitation de gisements pétroliers ; et - la figure 4 décrit un mode de mise en oeuvre du dispositif pour l'exploitation d'un champ pétrolier comportant différents gisements secondaires. La figure 1 montre une des applications possible de l'invention pour équiper un champ de production comprenant plusieurs unités de traitement 1 situées àune distance de la plateforme principale 8, le transfert des effluents pétroliers s'effectuant à l'aide de moyens de transfert 7. La figure 2 représente un dispositif d'exploitation d'un gisement pétrolier constitué par une unité de production 1 positionnée par rapport au gisement à exploiter à l'aide de moyens d'ancrage 2. Ces moyens d'ancrage peuvent être une chaîne d'ancrage ou tout autre moyen disponible pour ancrer solidement l'unité de production. Dans la configuration représentée, l'unité de production 1 comprend un support flottant, par exemple une bouée 3 équipée d'un système de pompage comportant une pompe polyphasique 4 associée à un système d'entraînement 5. Le système d'entraînement est un moteur électrique dans ce cas précis. La bouée étant destiné à être positionnée à côté d'une plate-forme déjà existante, on équipe la bouée avec un moteur électrique si la plate-forme dispose d'énergie électrique suffisante. Dans le cas où la plate-forme ne dispose pas d'énergie électrique suffisante, la solution est de faire appel à un moteur diesel, la plate-forme comprenant dans ce cas un moyen de stockage de combustible. La bouée a des caractéristiques de flottaison telles qu'une partie de son corps est immergée, l'autre émergeant suffisamment au-dessus de la surface de la mer 11, de façon à y installer les équipements d'exploitation. Les données techniques nécessaires à la détermination des caractéristiques de flottaison de la bouée et de la pompe, convenant pour l'application décrite, peuvent être calculées par des méthodes connues. La bouée peut être une grosse bouée du type de celles utilisées pour amarrer en mer les navires pétroliers. Les dimensions typiques de celle-ci en diamètre peuvent être comprises entre 20 et 30 mètres, en hauteur entre 5 et 15 mètres. On peut aussi envisager l'utilisation d'une bouée de type crayon. On peut utiliser, par exemple, un système de pompage 4,5 possédant une puissance suffisante pour permettre le transfert de la production, dans des applications où ledit support flottant se trouve situé à une distance inférieure à 80 kilomètres de la plate-forme principale et de préférence entre 15 et 50 kilomètres. On utilise, par exemple, une pompe polyphasique de type de celles décrites dans les brevets FR 2. 333. 139 et FR 2. 471. 501, équipée de son réservoir tampon destiné à régulariser les débits respectifs des phases gazeuses et liquides, et de son dispositif d' entraînement. La production d'effluents pétroliers est remontée vers la bouée par des premiers moyens de transfert tels qu'une conduite 6 de transfert. Cette conduite 6 est flexible de façon à ce qu'elle puisse suivre la dérive locale de la bouée. La position des points d'ancrage 12 et la longueur des moyens d'ancrage sont choisis en rapport avec celle de la conduite 6 pour que celle-ci soit toujours en tension. Le support flottant étant considéré comme un satellite de production vis à vis de la plate-forme principale, différents types de liaison entre cette dernière et la bouée peuvent être employés. Ainsi dans notre exemple, la production est acheminée de la bouée vers la plate-forme principale grâce à des seconds moyens de transfert d'effluents tels une canalisation 7. Celle-ci est connectée à l'une des extrémités de l'unité de production 1, l'autre étant accrochée à une plate-forme principale 8. La canalisation 7 est partiellement rigide et flexible. Elle comprend une conduite descendante en forme de J prolongée par un tronçon horizontal reposant sur le fond marin et finissant par une conduite verticale montante en forme de J, cette dernière étant accrochée à la plate-forme principale 8. Le frottement de la canalisation avec le fond marin limite son éventuelle dérive. La plate-forme principale 8 est équipée des moyens habituels de traitement et d'exploitation 9 schématiquement représentés sur la figure 2. Habituellement la conduite de remontée de la production longe une des jambes de la plate-forme. Pour des raisons de clarté la figure 2 la représente au centre. L'acheminement de l'énergie de la plate-forme principale vers la bouée se fait par un câble 10 reposant au fond de la mer. La canalisation 7 et le câble 10 pourront être englobés dans une même gaine. La mise en exploitation d'un gisement par le dispositif précédemment décrit va comporter par exemple les étapes suivantes 1) On ancre au moins un support flottant 3 au-dessus ou à proximité du ou des puits de production du gisement ; 2) on remonte les effluents pétroliers jusqu'au support flottant à travers des premiers moyens de transfert 6, en utilisant les moyens de pompage 4,5 situés sur ledit support ; 3) on transfère lesdits effluents, sans séparation de ses constituants, vers la plate-forme principale 8 à travers des seconds moyens de transfert tels que la canalisation 7. La figure 3 montre le support flotant équipé de moyens de contrôle et de moyens nécessaires à ltexloitation de gisements pétroliers. Les éléments communs aux figures 1 et 2 portent les mêmes références. Des appareils de télécommandes et de contrôle des puits 14 sont installés sur le support flottant 3 et sont relayés par au moins un câble électrique 10 jusqu'à la plate-forme principale 8. Cette dernière joue le rôle de "maître" au niveau des opérations. Les moyens de contrôle peuvent être relayés par radio ou tout autre moyen jusqu'à la plate-forme principale. La référence 15 indique les moyens nécessaires à l'exploitation de puits. Les moyens peuvent être des moyens de test de la capacité d'un puits. La figure 4 représente un mode de mise en oeuvre possible pour l'exploitation de gisements mettant en oeuvre la méthode décrite précédemment. Dans la configuration représentée, le champ pétrolier qu'il s'agit d'exploiter comporte plusieurs gisements P1 à P7 répartis par exemple à moins de 80 km d'une plate-forme 8. Sur la figure 4 par exemple - P est le gisement principal et Pi les différents gisements secondaires, on peut avoir le schéma d'exploitation suivant - P1 , P3 sont des gisements anciennement exploités, - P2 est un gisement qui se situe à une distance de 10 km de la plate-forme principale et donc suffisamment proche pour être exploité sans avoir recours à une bouée satellite - P4, P5, P6 sont des gisements secondaires situés respectivement à des distances de 50 km, 30 km, 70 km de la plateforme principale. Dans ce type de configuration ils sont équipés des bouées satellites de traitement - P7 est un puits découvert et non encore exploité. Le schéma d'exploitation peut être le suivant A l'instant TO seul le gisement principal est exploité, les capacités de traitement C de la plate-forme principale sont entièrement utilisées. Quand la production du puits principal commence à diminuer, une partie d de la capacité de traitement C de la plate-forme devient inemployée. La capacité de traitement utilisée sur la plate-forme est donc : C - d. On met alors en exploitation les puits PI à P4. La capacité de traitement de la plate-forme utilisée est alors égale à Ct = C - d + CPî + CP2 + CP3 + CP4 où les CPi correspondent aux capacités de production de la plateforme nécessaires pour l'exploitation des puits i. A TO +t2 la production du puits P3 est voisine de zéro. On déconnecte alors la bouée satellite équipant ce gisement et on la déplace vers le puits P5. A T0+t3 la production du puits P1 chute à zéro et de la même façon on déplace la bouée satellite équipant ce puits vers P6, permettant ainsi la mise en exploitation du puits. Ce mode de mise en oeuvre du dispositif n'est qu'une description particulière des possibilités qu'offre le dispositif selon l'invention pour l'exploitation d'au moins un gisement situé à proximité d'une plate-forme principale équipée. I1 est bien entendu que les déplacements des bouées satellites d'un puits à un autre se font en tenant compte de la longueur des canalisations et de façon à déplacer le moins possible les canalisations déjà mises en place. De préférence on utilise l'installation selon l'invention pour l'exploitation de gisements secondaires compris entre 15 et 50 km et se trouvant sous 70 à 200 mètres d'eau. On ne sortirait pas du cadre de l'invention si la bouée était une grosse barge équipée. La pompe polyphasique précédemment décrite peut être de type hélicoïdal. Ce type de pompe est particulièrement bien adapté pour ce genre d'application. En effet la pompe peut être utilisée sur une assez large étendue de variation du rapport de la quantité de liquide GLR (en Anglais Gas Liquid Ratio), ce qui entraîne une diminution des installations à disposer sur la bouée. En particulier, une telle pompe permet d'éviter la séparation de l'effluent en plusieurs phases et de ce fait, une canalisation unique est utilisée pour le transfert des constituants entre la bouée et la plate-forme. Dans le cas d'exploitation de gisements de gaz, le système de pompage peut faire appel à une pompe simple ou compresseur, et à son dispositif d'entraînement. Le dispositif d'entraînement peut être un moteur diesel muni de son réservoir de carburant, une turbine à gaz avec ses équipements annexes ou autres. L'effluent pétrolier peut être envoyé directement vers la plate-forme dans le cas où le gisement possède une pression naturelle suffisante. On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention si l'on raccordait la bouée et ses équipements de pompage aux puits situés à une distance relativement courte d'une installation principale lorsque la pression naturelle de ce puits devient insuffisante. De cette façon on prolonge la durée d'exploitation d'un gisement pétrolier. La méthode peut aussi être employée temporairement pour tester les capacités de production d'un gisement encore mal connu. Dans ce cas un test est effectué au moyen de la méthode précédemment décrite et la bouée est remplacée, si le test est positif, par un dispositif d'exploitation mieux adapté à la capacité du gisement. Elle évite ainsi d'investir dans une plate forme fixe et coûteuse alors que les capacités de production de ce gisement sont incertaines. La bouée peut comprendre un moyen d'injection d'additifs chimiques, servant à protéger les canalisations de la corrosion, la formation d'hydrates ou de dépôts. La bouée servant à l'exploitation de gisement peut être équipé de tous les moyens nécessaires à l'exploitation ou au test de puits sans modification sur le fond du système proposé. On peut y placer en outre les équipements habituels des unités flottantes à savoir un manifold permettant de regrouper les productions de différents puits. La bouée peut comporter une habitation sommaire de scours et éventuellement un pont léger pour hélicoptères. Ainsi il apparait que la présente invention évite l'utilisation de moyens de pompage amphibies ("sous-marinisés" ou immergés) et donc coûteux. On ne sortira pas non plus du cadre de la présente invention si au lieu d'envisager d'utiliser une plate-forme principale sous marine,on envisage d'envoyer la production des gisements vers une installation côtière. Toute autre modification à la portée de l'homme de métier fait également partie de l'esprit de l'invention. REVENDI Q TIONS 1) Installation destinée à exploiter des gisements pétroliers sous une couche d'eau (ou Offshore), ces gisements étant éloignés d'une plate-forme d'exploitation, et leurs capacités individuelles ne justifient pas la construction pour chacun d'une plate-forme d'exploitation caractérisée en ce qu'elle comporte - une plate-forme principale d'exploitation (8) équipée des moyens de production habituels (9), ces moyens de production étant adaptés à l'exploitation de gisements sous-marins , et au moins un support flottant (3) - un système de pompage installé sur ledit support flottant qui permet le transfert d'effluents pétroliers issus desdits gisements sans séparation entre ses différents constituants ou phases ;; - des moyens d'ancrage (2), pour le support flottant connectant celui-ci au fond de la mer de façon à ce qu'il soit au voisinage de puits de production communiquant avec un gisement - des premiers moyens (6) de transfert des effluents entre lesdits gisements et le ledit support flottant (3) et des seconds moyens (7) de transfert des effluents entre ledit support flottant (3) et ladite plate-forme principale (8), lesdits seconds moyens de transfert descendant de la bouée pour ensuite reposer sur le fond marin. 2) Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit système de pompage se compose d'une pompe (4) associée à un dispositif d'entraînement (5). 3) Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement de la pompe est un moteur électrique. 4) Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement de la pompe est un moteur diesel muni de son réservoir de carburant. 5) Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que ladite pompe (4) est une pompe polyphasique dans le cas de l'exploitation d'effluents pétroliers, cette pompe étant associée à un réservoir-tampon destiné à régulariser les débits respectifs des phases gazeuses et liquides. 6) Installation selon le revendication 2 caractérisée en ce que ladite pompe possède une puissance suffisante pour permettre le transfert de la production traitée dans des applications où ledit support flottant se trouve situé à une distance inférieure à 80 kilomètres de la plate-forme principale et de préférence entre 15 et 50 kilomètres. 7) Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de transfert (7) peuvent être une canalisation reliant le support flottant (3) à la plate-forme principale (8). 8) Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de transfert entre le support flottant et la plate-forme principale incluent une conduite flexible ou rigide ou partiellement rigide ou flexible reposant sur le fond marin à des profondeurs comprises entre 70 et 200 mètres. 9) Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de transfert d'énergie (10) entre ladite plate-forme principale (8) et ledit support flottant (3). 10) Installation selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que ledit support flottant (3) est une bouée. 11) Installation selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que ledit support flottant peut être équipé de moyens de contrôle (14) et de moyens nécessaires à l'exploitation (15) de gisements pétroliers. 12) Méthode pour la mise en oeuvre de l'installation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes - on ancre au moins une bouée (3) au-dessus ou à proximité de gisements pétroliers, - on transfère les effluents pétroliers depuis le gisement jusqu'audit support flottant (3) au moyen d'un système de pompage (4,5) disposé sur ledit support flottant et à l'aide de premiers moyens de transfert (6), - on transfère lesdits effluents sans séparation de leurs constituants du support flottant (3) vers la plate-forme principale (8) à travers des seconds moyens de transfert (7). 13) Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'on remonte les effluents pétroliers jusqu'audit support flottant (3) au moyen d'une pompe polyphasique (4). 14) Méthode selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'on transfert par l'intermédiaire dudit support flottant, des effluents issus de gisement secondaires situés à des profondeurs entre 70 et 200 mètres et à des distances inférieures à 80 km d'une plate-forme principale.