Brevet FR2674608A1 — publié le 19921002

La présente invention concerne un procédé de transport d'un fluide à travers une masse de liquide, en particulier un procédé pour transporter du gaz à travers de l'eau de mer. Il est souvent nécessaire de transporter du pétrole brut ou du gaz d'une installation à une autre, fréquemment sur de grandes distances A terre, on peut utiliser des techniques classiques impliquant des oléoducs ou des gazoducs En mer, en eaux peu profondes, on utilise10 des canalisations rigides posées sur le fond En variante, l'acheminement sur de longues distances par liquéfaction et transport par des navires-citernes de GNL constitue le procédé normal pour le gaz, ou bien le transport s'effectue par très grand transporteur de brut (TGTB) dans le cas du pétrole brut. Les canalisations rigides peuvent poser des problèmes lorsque le fond de la mer est traversé de ravins abyssaux L'utilisation de pétroliers pour le transport nécessite des installations coûteuses à terre et pour l'embarquement. En outre, les réalisations les plus récentes en matière de forage en mer ont nécessité de transporter du gaz, souvent extrait conjointement avec du pétrole, depuis des installations en eau profonde au large des côtes, ce qui a créé un besoin en canalisations devant supporter de fortes pressions en eau profonde. La Demanderesse vient de trouver qu'en faisant passer des fluides dans un tuyau souple pouvant s'af- faisser, à des pressions égales ou légèrement supérieures à la pression ambiante, ils pouvaient être transportés en eau profonde sur de longues distances dans l'eau de mer. En conséquence, conformément à la présente invention, il est proposé un procédé de transport d'un fluide dans une masse de liquide, ledit procédé consis- tant: (a> à faire arriver un fluide comprimé en un premier point à une pression égale ou légè- rement supérieure à la pression ambiante dudit liquide et (b) à faire passer ledit fluide dans un tuyau pouvant s'affaisser vers un second point, situé à une moins grande profondeur que le premier point, tandis que le tuyau en question s'élève dans la masse de liquide pour maintenir la pression du fluide à une valeur égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante du liquide. Le procédé de la présente invention convient particulièrement pour le transport de gaz dans une masse d'eau de mer. La présente invention exploite la différence de densité entre le fluide, par exemple le pétrole, le gaz ou leurs mélanges, et le liquide, par exemple l'eau de mer pour permettre au fluide de monter naturellement jusqu'à la surface. Des tuyaux pouvant s'affaisser dont l'utili- sation convient pour le procédé de la présente invention sont des tuyaux qui ont une pression de travail, par rapport à la pression ambiante, comprise entre 0,2 et 2,5 M Pa. Un type de tuyau particulièrement convenable est un tuyau se posant à plat, par exemple un tuyau d' incendie. Le tuyau peut avoir un diamètre de travail convenable suivant le volume de fluide à transporter, par exemple de 15 à 60 cm. Une construction représentative du tuyau comprendrait une garniture imperméable compatible avec le fluide pompé, une armature, par exemple Kevlar, fil d'acier, "Nylon" ou polyester et une enveloppe extérieure tenace résistant à l'eau, par exemple en polyuréthanne. En variante, le tuyau pouvant s'affaisser peut être constitué d'une série de membranes métalliques articulées. Le fluide est initialement comprimé jusqu'à une pression égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante du liquide et en-deçà de la pression de travail du tuyau pouvant s'affaisser. Par exemple, dans l'eau à une profondeur de 1000 m, la pression ambiante est d'environ 10,3 M Pa et un tuyau réglé à une pression interne de 0,5 M Pa par rapport à la pression ambiante peut être utilisé pour transporter un fluide à une pression absolue comprise entre 10,3 et ,8 M Pa. Le fluide peut être comprimé à un poste équipé d'un compresseur installé à une profondeur intermédiaire dans l'eau Il peut se trouver à la même profondeur que le départ du tuyau pouvant s'affaisser ou bien il peut de préférence être à une profondeur un peu moins grande, si bien que le fluide comprimé est ensuite déchargé vers le bas au moyen d'une colonne montante menant au point de départ du tuyau. Si le fluide à transporter est du gaz, on peut utiliser un compresseur fonctionnant à l'électricité. Le fluide peut être transporté au compresseur par des moyens classiques depuis une canalisation ou une installation de production offshore. Le poste de compression peut être ancré ou à positionnement dynamique. Le poste de compression peut être situé normalement à une profondeur d'environ 1000 m, le tuyau déformable positionné entre 1000 et 2000 m d'eau étant relié au poste, si nécessaire, par une colonne montante. La colonne montante peut être d'une seule pièce ou bien il peut s'agir d'une construction assemblée, afin de permettre le montage et l'installation. Dans un cas représentatif dans lequel le fluide est un gaz, le gaz s'écoule le long du tuyau pouvant s'affaisser qui est relié à un second poste situé à une moins grande profondeur Ce poste peut être relié à une installation réceptrice ou bien il peut s'agir d'un autre poste de compression si un autre transport est désiré. A mesure que le gaz s'écoule dans le tuyau, la pression s'abaisse en raison de pertes dues à la friction. Ainsi, sur une canalisation de 100 km, la pression interne peut tomber à 10 M Pa Pour assurer le transport de gaz par le tuyau et pour maintenir ce dernier en équilibre avec la pression externe, le tuyau doit s'élever dans l'eau par exemple de 2000 m jusqu'à une profondeur de 1000 m sur cette distance. La pression du gaz est équilibrée contre la pression ambiante externe et elle est donc maintenue à une valeur égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante, pour que cet équilibre subsiste. Le tuyau peut fonctionner à l'état entièrement ou partiellement gonflé sur une partie ou la totalité de sa longueur A mesure que la pression dans le tuyau s'abaisse par rapport à la pression ambiante, le tuyau s'aplatit et sa section transversale est réduite La pression du gaz monte par conséquent dans le tuyau et la section transver- sale de ce dernier est rétablie. A mesure que le tuyau atteint de moins grandes profondeurs et que la pression à l'intérieur du tuyau diminue, un gaz ou un fluide à phases multiples se détend. Dans de telles circonstances, il peut être avantageux d'accroître le diamètre nominal du tuyau. Pour maintenir le tuyau en position, on peut lui adjoindre des bouées et le lester sous une forme prédéterminée Par exemple, on peut utiliser des bouées flottantes liées les unes aux autres au moyen d'une structure caténaire. Le tuyau peut aussi être partiellement suspendu à un câble qui sert à absorber une partie des charges de traction. Lorsqu'il est rempli de gaz, le tuyau et des poids peuvent être agencés de manière que la flottabilité de l'ensemble soit approximativement neutre. En variante, le tuyau peut être suspendu ou attaché à un système classique de canalisation. Lors de la mise en service, le tuyau s'affaisse en raison des hautes pressions externes Il peut être nécessaire qu'il existe une certaine flottabilité et une suspension à la surface pour maintenir le tuyau en position. En cas d'avarie, le tuyau s'affaisse en raison de la baisse de pression Lorsque les compresseurs sont arrêtés, le tuyau s'affaisse et il ne se produit pas d'autre fuite, en sorte que le risque de pollution de l'environnement est réduit. Si le fluide à transporter est du pétrole brut, les compresseurs peuvent être remplacés par des pompes électriques. Le procédé de la présente invention peut aussi être utilisé au large pour transporter des fluides de forage, par exemple du pétrole, du gaz et de l'eau vers une installation de production qui peut être une plate-forme sur jambes à câbles tendus ou un navire amarré. Par exemple, à une profondeur de la tête de puits de 2000 m, les fluides de forage produits seraient mis sous une pression d'environ 20,5 M Pa et seraient transportés par un tuyau pouvant s'affaisser, jusqu'au voisinage de la surface en vue d'un traitement ultérieur. Plusieurs puits sous-marins peuvent ainsi être reliés à la surface par des tuyaux pouvant s'affaisser Par exemple, à une profondeur d'environ 50 m au-dessous de la surface, les fluides de forage peuvent entrer dans un séparateur vertical qui peut faire partie d'un système de production flottant associé. On envisage dans ce cas la possibilité d'exploitation, conformément au procédé de la présente invention, d'un domaine de 10 à 20 km de diamètre en utilisant des tuyaux pouvant s'affaisser. Des fluides peuvent aussi être transportés depuis le fond jusqu'à une installation côtière par l'utilisation du gradient principalement ascendant du fond de la mer pour guider et supporter le tuyau de façon à le maintenir en position A une profondeur convenable, les fluides peuvent être acheminés vers les installations à terre par une canalisation rigide classique. Normalement, du pétrole extrait de gisements sous-marins s'écoule vers l'installation de surface au moyen de tours ou de colonnes montantes classiques Après séparation, le pétrole est transporté par un pétrolier- navette ou un pipeline Le gaz associé est comprimé et emmené vers le fond de la mer par une colonne montante rigide Le gaz s'écoule ensuite dans un tuyau pouvant s'affaisser conformément au procédé de la présente invention Le tuyau peut être entièrement ou partiellement gonflé et posé le long du gradient ascendant du fond de la mer A une profondeur convenable, le tuyau pouvant s'affaisser peut rejoindre un pipeline rigide classique qui peut faire partie d'une plate-forme existante. Le tuyau pouvant s'affaisser fonctionne à une basse pression par rapport à la pression ambiante, ce qui permet d'utiliser un tuyau plat relativement peu coûteux au lieu d'une canalisation résistant aux hautes pressions. L'utilisation d'un tuyau pouvant s'affaisser offre un avantage important par rapport à des canalisations classiques en acier parce qu'il peut être posé aisément et rapidement en eau profonde, par exemple par dévidage de ce tuyau et lestage d'une chaîne depuis une barge. Le procédé de la présente invention peut aussi être utilisé pour transporter des fluides sur de plus grandes distances. En conséquence, selon un autre de ses aspects, la présente invention propose un procédé pour transporter un fluide à travers une masse de liquide, procédé qui consiste (a) à faire arriver un fluide comprimé en un premier point à une pression égale ou légère- ment supérieure à la pression ambiante dudit liquide, (b) à transférer le fluide par un tuyau pouvant s'affaisser vers un second point, situé à une plus faible profondeur que le premier point, cependant que le tuyau s'élève dans la masse de liquide pour maintenir la pression du fluide à une valeur égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante du liquide, (c) à recomprimer le fluide à une pression égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante dudit liquide en un troisième point se trouvant à une plus grande profondeur que le deuxième point, (d) à envoyer le fluide vers ce troisième point, et (e) à répéter les étapes (b), (c) et (d) autant que nécessaire pour accomplir le transport du fluide. Le système de transport du fluide peut être suspendu entre deux eaux et n'a donc pas à supporter les charges d'écrasement de pipelines situés en eau très profonde. Le système peut être utilisé à n'importe quelle profondeur d'eau et, par conséquent, les fosses abyssales inaccessibles aux pipelines rigides peuvent être franchies. D'autres détails de la présente invention ressortent des dessins annexés qui sont des représentations schématiques du transport de gaz dans l'eau de mer, avec utilisation du procédé de la présente invention. Sur la Figure 1, du gaz provenant d'une installation de production offshore est transporté par un pipeline ( 1) à un poste ( 2) équipé d'un compresseur, situé à une profondeur d'environ 500 m Le poste est relié par une colonne montante ( 4) à un groupe moteur ( 3) flottant à la surface Le groupe moteur comprend une turbine à gaz ou un autre générateur de force motrice entraîné par un gaz, qui fait fonctionner un générateur, le combustible de la turbine à gaz provenant du gaz contenu dans le pipeline Le groupe peut aussi contenir une alimentation de sécurité à batterie et un équipement de contrôle, de commande et de transmission La colonne montante ( 4) contient un câble d'énergie électrique, un conduit d'alimentation de gaz et un câble de transmission de commande. Le poste de compresseur ( 2) comprend un compresseur et un groupe de commande à moteur électrique. Le gaz venant du pipeline ( 1) est comprimé à une pression d'environ 10, 5 M Pa et descend par la colonne montante rigide ( 5) vers une position A située à une profondeur d'environ 1000 m La colonne montante ( 5) peut être d'une seule pièce ou bien sa structure peut être réalisée par doublage pour faciliter l'assemblage. L'ensemble comprenant le poste de compresseur et la colonne ascendante peut être positionné si nécessaire par ancrage en ( 6) ou bien on peut procéder à un position- nement dynamique. Le gaz s'écoule de la position A vers la position B dans le tuyau ( 7) pouvant s'affaisser Le tuyau peut être maintenu en position par une série de câbles ( 8) attachés à des bouées flottantes ( 9) Son support peut en outre être assuré par les poids ( 10), ou bien le tuyau peut être suspendu à un câble ( 11) En variante, le tuyau peut être maintenu en position par des câbles ( 15) attachés au fond de la mer. Le gaz arrive dans la position B avec une pression d'environ 5,5 M Pa Si un transport ultérieur est désiré, le gaz est recomprimé en B au moyen du poste de compresseur ( 12), transféré vers le bas par la colonne montante ( 13) dans la position (C) et transporté vers le haut par le tuyau ( 14). La répétition du cycle permet le transport du gaz sur de longues distances, quelle que soit la profondeur d'eau. Sur la Figure 2, le gaz est transporté depuis une position ( 20) au fond de la mer vers une installation ( 21) à terre, au moyen d'un tuyau ( 22) pouvant s'affaisser ainsi que d'un pipeline rigide ( 23). Le gaz est introduit à une pression légèrement supérieure à la pression au fond de la mer au point ( 20) par une colonne montante rigide ( 24) reliée à un poste de compresseur ( 25) positionné à la surface Le gaz suit le tuyau pouvant s'affaisser, qui peut être lesté au fond de la mer afin d'éviter sa montée sous l'effet ascensionnel du gaz Il peut être lesté au moyen de sacs ( 26) remplis de sable ou bien, en variante, on peut utiliser un câble ou une chaîne lourde en acier. Le gradient naturel du fond de la mer supporte le tuyau et aide à le maintenir en position Le tuyau a généralement tendance à prendre une direction ascendante, ce qui permet de franchir de petits profils ou ravins ( 28) descendants Lorsqu'une position convenable ( 27) a été atteinte, le gaz peut être transporté vers des installa- tions à terre au moyen du pipeline ( 23) rigide qui peut faire partie d'un système de pipeline existant. En variante, le gaz peut être délivré à une installation existante offshore, par exemple à une plate- forme ( 29) o il peut être traité et/ou davantage comprimé avant d'être introduit dans le système de pipeline ( 23) existant. REVENDICATIONS 1 Procédé de transport d'un fluide à travers une masse de liquide au moyen d'un tuyau pouvant s'af- faisser, caractérisé en ce qu'il consiste: 5 (a) à faire arriver un fluide comprimé en un premier point (A) à une pression égale ou légè- rement supérieure à la pression ambiante dudit liquide et (b) à faire passer ledit fluide dans un tuyau ( 7) pouvant s'affaisser vers un second point (B), situé à une moins grande profondeur que le premier point (A), tandis que le tuyau ( 7) en question s'élève dans la masse de liquide pour maintenir la pression du fluide à une valeur égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante du liquide. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est comprimé à une profondeur plus faible que le premier point et est envoyé vers le bas en direction de ce premier point. 3 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tuyau pouvant s'affaisser a une pression de travail par rapport à la pression ambiante dans la plage de 0,2 à 2,5 M Pa. 4 Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le tuyau pouvant s'affaisser est un tuyau plat. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tuyau pouvant s'affaisser est totalement ou partiellement gonflé sur une partie ou la totalité de sa longueur. 6 Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tuyau pouvant s'affaisser est maintenu en position par des moyens externes. il 7 Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens externes consistent en des bouées, des chaînes ou des câbles. 8 Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens externes sont offerts par le gradient principalement ascendant d'un fond de mer. 9 Procédé de transport d'un fluide à travers une masse de liquide, caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à faire arriver un fluide comprimé en un premier point à une pression égale ou légère- ment supérieure à la pression ambiante dudit liquide, (b) à transférer le fluide par un tuyau pouvant s'affaisser vers un deuxième point, situé à une plus faible profondeur que le premier point, cependant que le tuyau s'élève dans la masse de liquide pour maintenir la pression du fluide à une valeur égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante du liquide, (c) à recomprimer le fluide à une pression égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante dudit liquide en un troisième point se trouvant à une plus grande profondeur que le deuxième point, (d) à envoyer le fluide comprimé vers ce troisième point, et (e) à répéter les étapes (b), (c) et (d) autant que nécessaire pour accomplir le transport du fluide. 10 Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est un gaz et le liquide est de l'eau de mer.