Brevet FR2688049A1 — publié le 19930903

La présente invention concerne un agencement pour la télécommande du fonctionnement d' une vanne à actionne- ment hydraulique. L'invention concerne plus particulièrement un agencement pour la télécommande drune vanne qui équipe une tête de puits d'un gisement pétrolier sous-marin. La mise en production d'un puits de pétrole nécessite de poser, en tête de puits, un ensemble appelé arbre de Noël qui regroupe les équipements de contrôle et de réglage du débit d'extraction du puits. L'arbre de Noël qui équipe la tête de puits comporte notamment un grand nombre de vannes à actionne- ment hydraulique dont la télécommande est assurée depuis un poste général d'exploitation en surface. Ce poste d'exploitation peut notamment être situé sur une plateforme pétrolière qui est reliée à une ou plusieurs stations sous-marines par un ombilical assurant le transport de l'énergie électrique, de l'énergie hydraulique et la transmission de signaux électriques ou optiques de commande du fonctionnement des puits d'ex- traction. Chaque station sous-marine peut être constituée d'une ou plusieurs têtes de puits. Le poste d'exploitation en surface assure ainsi la commande à distance d'un très grand nombre de vannes. Chacune des vannes à actionnement hydraulique est du type comportant un actionneur hydraulique de vanne qui est relié à une source de fluide sous pression par l'intermédiaire d'une unité de commande comportant une valve de commande du débit de fluide sous pression et des moyens de raccordement de cette unité à la source de fluide sous pression et au réseau de transmission de signaux de commande de la valve. Selon un agencement connu, la commande du fonction- nement de l'ensemble des vannes à actionnement hydrauli- que d'une même tête de puits est assurée par une unité centrale fixée à la tête de puits et qui est reliée aux actionneurs hydrauliques des vannes par des tuyaux flexibles. Cette unité centrale connue sous le nom de "POD", est un appareil lourd, coûteux, et spécifique à la configuration d'une tête de puits. En cas de panne ou de défaillance de cette unité centrale, le fonctionnement de l'ensemble de la tête de puits est interrompu, et ceci pendant une durée particu- lièrement longue car il est nécessaire de procéder au relevage, à la réparation et à la remise en place de l'unité centrale complète De plus, le dispositif permettant le relevage de cet appareil est également lourd et coûteux. La présente invention a pour but de proposer un agencement pour la télécommande du fonctionnement d'une vanne à actionnement hydraulique, notamment d'une vanne d'une tête de puits d'un gisement pétrolier sousmarin, du type comportant un actionneur hydraulique de vanne relié à une source hydraulique sous pression par l'inter- médiaire d'une unité de commande comportant une valve de commande du débit de fluide sous pression d'alimentation de l'actionneur et des moyens de raccordement de l'unité à la source de fluide sous pression et à un réseau de transmission de signaux de commande de la valve, qui remédie aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés. Dans ce but, l'agencement selon l'invention est caractérisé en ce que l'unité de commande est réalisée sous la forme d'un téléopérateur autonome associé à l'actionneur hydraulique de la vanne. Le téléopérateur de vanne est un élément modulaire raccordé à 1 ' actionneur hydraulique de vanne à travers un boîtier de raccordement fixé sur le corps de l'action- neur. Le téléopérateur est fixé de manière démontable sur le boîtier de raccordement. Il est ainsi possible, pour une tête de puits, de supprimer l'unité centrale et de la remplacer par des téléopérateurs de vannes qui sont tous identiques, de petites dimensions, légers et qui peuvent être facilement remplacés, en cas de défaillance, par un plongeur ou par un robot sous-marin. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: le boîtier de raccordement comporte des premier moyens de raccordement à la source de fluide sous pression et au réseau de transmission des signaux de commande, des deuxième moyens de raccordement au téléopé- rateur et des troisième moyens de raccordement à l'ac- tionneur hydraulique de vanne; le boîtier de raccordement est un organe passif qui comporte des premier moyens de liaison entre les premier et deuxième moyens de raccordement et des second moyens de liaison entre les deuxième et troisième moyens de raccordement; le téléopérateur de vanne est relié à une source d'énergie électrique; le boîtier de raccordement est raccordé à la source d'énergie électrique par lesdits premier moyens de raccordement; le téléopérateur de vanne comporte des circuits électroniques d'analyse et de traitement des signaux de commande, des circuits électroniques de commande de la valve, et des circuits électroniques de mesure reliés à des capteurs dont les signaux sont analysés et traités pour déterminer notamment la position ouverte ou fermée de la vanne; les capteurs comportent un débitmètre agencé à l'intérieur du téléopérateur dans le circuit de fluide sous pression. L'invention propose également une tête de puits d'un gisement pétrolier, notamment d'un gisement sous- marin, du type comportant plusieurs vannes à actionnement hydraulique, caractérisée en ce que chacune des vannes est équipée d'un agencement de télécommande réalisé conformément aux enseignements de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description détail- lée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique illustrant la partie supérieure d'une tête de puits pétrolier sous- marin équipée d'une unité centrale pour la commande des vannes à actionnement hydraulique de l'arbre de Noël, conformément à l'état de la technique; la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 sur laquelle les vannes de la tête de puits sont chacune commandées à distance au moyen d'un agencement réalisé conformément aux enseignements de l'invention; la figure 3 est un schéma illustrant le principe de raccordement d'une vanne à actionnement hydraulique à un téléopérateur de vanne réalisé conformément aux enseignements de l'invention; et la figure 4 est une vue schématique illustrant les principaux composants du téléopérateur de vanne. On a illustré aux figures 1 et 2 une tête de puits équipée à sa partie supérieure d'un arbre de Noël 12. L'arbre de Noël 12 comporte notamment plusieurs vannes 14 à actionnement hydraulique. Comme cela est illustré à la figure 1, la commande des vannes 14 est assurée au moyen d'une unité centrale 16 fixée sur la tête de puits 10. L'unité centrale 16 est reliée par des liaisons hydrauliques 18 aux actionneurs hydrauliques 20 des vannes 14. L'unité centrale 16 comporte notamment une série dtélectrovarmes (non représentées) qui assurent respectiveioent la commande du débit du fluide sous pression en direction des actionneurs 20 à travers les conduites 18. La commande à distance des vannes 14 par l'intermé- diaire de l'unité centrale 16 est effectuée au moyen d'une série de liaisons électrique ou optique et hydrau- lique 22 qui relient l'unité centrale 16 à une tête d'ombilical 24 qui est elle-même reliée à un poste central de télécommande en surface. Comme cela a été expliqué précédemment, toute défaillance des composants de l'unité centrale de commande 16 nécessite son relevage, sa réparation et sa remise en place sur la tête de puits 10 et a pour conséquence d'interrompre pendant une durée prolongée le fonctionnement du puits d'extraction. Conformément à l'invention, et en se reportant à la figure 2, on voit que chacun des actionneurs hydrauliques d'une vanne 14 est associé à un téléopérateur autonome 28 auquel il est raccordé par un boîtier de raccordement 26 Chaque boîtier 26 étant lui-même relié à la tête d'ombilical 24. Tous les téléopérateurs 28 sont ainsi identiques et sont réalisés sous la forme d'éléments modulaires fixés de manière démontable sur les boîtiers de raccordement 26. Les boîtiers de raccordement 26 sont reliés à la tête d'ombilical 24 par un ensemble de liaisons 30 qui sera décrit en détail par la suite. On a schématisé sur la figure 3 une conduite 32 de la tête de puits 10 à l'intérieur de laquelle s'étend une vanne 14 qui permet d'interrompre la circulation d'un effluent à l'intérieur de la conduite 32. La vanne 14 est actionnée hydrauliquement au moyen d'un actionneur 20 qui est représenté de manière schéma- tique sous la forme d'un vérin hydraulique comportant une chambre hydraulique de commande 34 qui agit sur une première face 36 d'un piston d'actionnement 38 dont la face opposée 40 est soumise à l'action d'un ressort de rappel 42 qui sollicite en permanence la vanne 14 dans le sens correspondant à sa fermeture. Le boîtier de raccordement 26 est illustré fixé à la partie arrière de l'actionneur hydraulique 20. Le boîtier de raccordement 26 comporte des premier moyens de raccordement (non représentés) agencés sur sa face latérale 44 qui le relient aux liaisons 30. Les liaisons 30 comportent un réseau 46 de trans- mission électrique ou optique de signaux de commande, une ligne 48 de transport d'énergie électrique reliée à une source d'énergie électrique (non représentée), une conduite 50 assurant le transport d'un fluide de commande sous pression et qui est relié à une source de fluide sous pression (non représentée), et une conduite hydrau- lique de retour 52 du fluide sous pression. La face latérale 54 du boîtier de raccordement 26 comporte des seconds moyens de raccordement 56 qui relient le boîtier 26 au téléopérateur 28. Ces moyens de raccordement 56 schématisés à la figure 3 sont conçus de manière à pouvoir permettre la connexion et la déconnexion des différentes liaisons de manière que le téléopérateur 28 puisse être fixé de manière amovible sur le boîtier de raccordement 26 et être démonté comme un élément modulaire autonome, notamment en vue de sa réparation ou de son entretien. Enfin, la face latérale 58 du boîtier de raccorde- ment 26 comporte des troisième moyens de raccordement (non représentés) qui assurent le raccordement du boîtier 26 à l'actionneur hydraulique 20. Ces moyens de raccordement ont notamment pour but de relier la chambre de travail 34 de l'actionneur au boîtier 26 par une conduite de fluide sous pression 60. Les troisième moyens de raccordement assurent également le raccordement électrique du boîtier de raccordement 26 à un ensemble de capteurs 65 disposés à l'intérieur de la conduite 32 et qui comporte par exemple des capteurs de température et de pression de l'ef fluent qui circulent dans la conduite 32. Du point de vue électrique, optique et hydraulique, le boîtier de raccordement 26 est un composant passif. Il ne comporte donc que des moyens de liaison qui relient les différents moyens de raccordement agencés sur ses faces latérales 44, 54 et 58. Ces moyens de liaison comportent donc des premiers moyens de liaison (non représentés) qui relient les premier moyens de raccordement de la face 44 aux second moyens de raccordement 56 au téléopérateur, et des seconds moyens de liaison (non représentés) qui relient les seconds moyens de raccordement au téléopérateur aux troisième moyens de raccordement 58. On décrira maintenant le contenu du téléopérateur 28 en se reportant à la figure 4. Le téléopérateur 28 comporte une électrovanne 64 qui commande le débit du fluide de pression en direction de l'actionneur hydraulique 20. A cet effet l'électrovanne à deux positions 64 illustrée à la figure 4 comporte une arrivée 66 de fluide sous pression, un retour 68 de fluide et une sortie de fluide sous pression 70 qui est reliée à la conduite de fluide sous pression 60 avec interposition d'un débitmètre 72. La commande de l'électrovanne 64 est assurée au moyen de circuits électroniques de commande 74 qui reçoivent des signaux de commande de l'ouverture ou de fermeture de 1 'électrovanne 64 et donc d'ouverture ou de fermeture de la vanne à actionnement hydraulique 14. Ces signaux proviennent de circuits électroniques de traitement et d'analyse des signaux 76 qui sont reliés au réseau 46 et à la ligne d'alimentation en énergie électrique 48. Les circuits électroniques de réseau 76 sont également reliés à des circuits électroniques de mesure 78. Les circuits électroniques de mesure 78 reçoivent des signaux provenant notamment du capteur de débit 72 et des capteurs de pression et de température 65. Les circuits électroniques de mesure 78 ont notamment pour fonction de déterminer à tout instant la position de l'actionneur hydraulique de vanne 20, et donc de la vanne 14, par exemple en analysant les signaux provenant du débitmètre 72 et/ou des capteurs 65. L'électrovanne 64 est illustrée à la figure 4 dans sa position correspondant à la fermeture de la vanne à actionnement hydraulique 14. L'actionnement de 1 'électrovafhe 64 dans sa seconde position bistable provoque l'alimentation en fluide sous pression de la chambre de travail 34 et donc l'ouverture de la vanne 14. La structure du téléopérateur 28 qui vient d'être décrite permet donc de réaliser ce dernier sous la forme d 'un ensemble autonome doté de ses propres moyens de raccordement et de connexion au boîtier 26 qui sont notamment conçus de manière à pouvoir être connectés et déconnectés sous l'eau. L'ensemble des téléopérateurs 28 qui équipent les différentes vannes d'une tête de puits pétrolier peuvent être reliés entre eux, par l'intermédiaire des boîtiers de raccordement associés 26 de manière à constituer un réseau. REVENDICATIONS 1 Agencement pour la télécommande du fonctionne- ment d'une vanne ( 14) à actionnement hydraulique, notamment d'une vanne d'une tête de puits ( 10) d'un gisement pétrolier sous-marin, du type comportant un actionneur hydraulique ( 20) de vanne ( 14) relié à une source de fluide sous pression par l'intermédiaire d'une unité de commande comportant une électrovanne ( 64) de commande du débit de fluide sous pression d'alimentation de l'actionneur hydraulique et des moyens de raccordement de l'unité à la source de fluide sous pression et à un réseau ( 46) de transmission de signaux de commande de 1 'électrovanne-( 64) -aracterisé en ce qeei'unit de -commande est réalisée sous la forme d'un téléopérateur autonome ( 28) associé à l'actionneur hydraulique ( 20) de la vanne ( 14). 2 Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le téléopérateur ( 28) de vanne est un élément modulaire raccordé à l'actionneur hydraulique ( 20) de la vanne ( 14) à travers un boitier ( 26) de raccordement fixé sur le corps de l'actionneur ( 20). 3 Agencement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le téléopérateur ( 28) est fixé de manière démontable sur le boîtier de raccordement ( 26). 4 Agencement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le boîtier de raccordement ( 26) comporte des premier moyens de raccordement à la source de fluide sous pression ( 50, 52) et au réseau de trans- mission de signaux de commande ( 46), des deuxième moyens ( 56) de raccordement au téléopérateur ( 28) et des troisième moyens de raccordement à l'actionneur ( 20) de la vanne ( 14). Agencement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier de raccordement ( 26) est un organe passif qui comporte des premiers moyens de liaison entre les premier et deuxième moyens de raccordement et des second moyens de liaison entre les deuxième et troisième moyens de raccordement. 6 Agencement selon 1 'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le téléopérateur ( 28) est relié à une source d'énergie électrique. 7 Agencement selon la revendication 6 prise en combinaison avec l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le boîtier de raccordement ( 26) est raccordé à la source d'énergie électrique ( 48) par lesdits premier moyens de raccordement. 8 Agencement selon 1 'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le téléopérateur de vanne ( 28) comporte des circuits électroniques ( 76) d'analyse et de traitement des signaux de commande, des circuits électroniques ( 74) de commande - de 1 'élèctrovanne ( 64), et des circuits électroniques de mesure reliés à des capteurs ( 65, 72) dont les signaux sont analysés et traités pour déterminer notamment la position ouverte ou fermée de la vanne ( 14). 9 Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits capteurs comportent un débitmètre ( 72) agencé à l'intérieur du téléopérateur ( 28) dans le circuit de fluide sous pression. Tête de puits ( 10) d'un gisement pétrolier, notamment d'un gisement sous-marin, du type comportant plusieurs vannes ( 14) à actionnement hydraulique, caractérisée en ce que chacune des vannes ( 14) est équipée d'un agencement de télécommande ( 26, 28) réalisé conformément aux enseignements de l'une quelconque des revendications précédentes.