Brevet FR2729636A1 — publié le 19960726

DOMAINE TECHNIOUE La présente invention concerne des infrastructures de production d'hydrocarbures en mer, et plus particulièrement par grand fond. ETAT DE LA TECHNIOUE ANTERIEURE L'exploitation de gisements d'hydrocarbures sous-marins nécessite la mise en place d'infrastructures particulières comportant notamment les dispositifs suivants - des moyens de forage, - des modules têtes de puits, - des modules de production - des moyens de stockage des hydrocarbures produits quand l'évacuation par pipeline n'est pas retenue. Les têtes de puits doivent être montées de telle manière qu'elles soient quasiment fixes par rapport au fond de la mer, car chaque puits est constitué par des tubes concentriques rigides. Les autres dispositifs énumérés ci-dessus ne sont pas soumis à cette même contrainte, ils peuvent donc être montés indifféremment sur des structures fixes ou quasi-fixes comme les têtes de puits ou sur des supports flottants soumis à des déplacements par rapport au fond de la mer, dont les effets sont connus sous le nom de pilonnement pour le mouvement vertical. Dans ce dernier cas les connexions entre les têtes de puits et les autres dispositifs, ainsi que les connexions entre ces derniers doivent être réalisées au moyen de liaisons capables de supporter les mouvements relatifs entre leurs extrémités. Pour respecter ces contraintes, différentes techniques ont été développées. La première connue, consiste à installer les têtes de puits au fond de la mer et les autres dispositifs sur un ou plusieurs supports flottants ou non. Cette technique a l'avantage d'être sans limite théorique de profondeur, mais elle à l'inconvénient de nécessiter des compétences pointues et des équipements sophistiqués et donc chers, en particulier pour les interventions sur les puits durant la production. De plus certains gisements posent des problèmes considérables d'écoulement, notamment en raison de la température de l'eau à grande profondeur qui est de l'ordre de quelques degrés Celsius. Cette technique est très onéreuse lorsque le nombre de puits devient important. Une deuxième technique connue, développée notamment pour l'exploitation du gisement de N'KOSSA au CONGO, consiste à mettre en oeuvre les dispositifs suivants - au moins une plate-forme de forage et de support des têtes de puits, de type treillis reposant au fond de la mer, - un support flottant de production, - un stockeur d'hydrocarbures liquides, - un stockeur d'hydrocarbures gazeux liquéfiés. Les têtes de puits sont montées sur la partie supérieure de la plate-forme de forage. Les tubes concentriques constituant chaque puits foré dans le sol remontent jusqu'à la tête de puits. Les quatre dispositifs cités ci-dessus sont séparés les uns des autres par des distances comprises entre quelques dizaines de mètres et quelques kilomètres, car il est nécessaire en haute mer d'accommoder leurs mouvements. Ils sont reliés entre eux, par des conduites dans lesquelles circulent les hydrocarbures produits et des fluides, et par des câbles électriques. Cette technique est bien adaptée, à la production d'hydrocarbure en mer par des profondeurs d'eau inférieures à 500 mètres. Pour des profondeurs supérieures, qualifiées de grand fond, pouvant atteindre 1500 mètres, les supports de type treillis, sont d'un coût inacceptable et les conduites de liaison d'un coût extrêmement élevé. La séparation des différents dispositifs, conduit à dupliquer certaines installations pendant la phase de construction, et à assurer la logistique en plusieurs points pendant l'exploitation. Le regroupement de ces dispositifs sur un seul support flottant à coût faible, tel qu'une barge à amarrage caténaire, nécessiterait l'installation de compensateurs de pilonnement sophistiqués très onéreux, conduisant à un coût de l'ensemble prohibitif. Une troisième technique pour respecter la contrainte de positionnement par rapport au fond de la mer des têtes de puits est celle connue sous le nom de plate-forme à lignes tendues, décrite dans le document : THE NORTH SEA FIELD DEVELOPMENT GUIDE Fifth Edition Oilfield Publications Limited, Herefordshire HR8 1BN, England pages 726 à 730. Cette plate-forme comprend essentiellement un corps flottant amarré, par des lignes verticales tendues, à des embases de fondations au fond de la mer. Grâce à ces dispositions le corps flottant est protégé contre le pilonnement. Cette technique est adaptée à la production par grand fond. Elle présente l'inconvénient de mettre en oeuvre des équipements très sophistiqués tels que des tensionneurs qui sont très coûteux, lorsque le corps flottant supporte l'ensemble des dispositifs nécessaires à l'exploitation des gisements d'hydrocarbures. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a justement pour objet de remédier aux inconvénients des techniques décrites ci-dessus et notamment de fournir des infrastructures performantes et économiques pour l'exploitation des gisements d'hydrocarbures en mer. Ces infrastructures sont particulièrement adaptées à la production de pétrole par grand fond. On entend par grand fond les zones maritimes dans lesquelles la hauteur d'eau est comprise entre 500 et 1500 mètres. A titre d'exemple on peut citer certaines zones du golfe de Guinée. Ces infrastructures rassemblent sur un support flottant des moyens de forage, des modules têtes de puits, des modules de production et des moyens de stockages. A cette fin la présente invention propose des infrastructures de production d'hydrocarbures en mer comprenant une plate-forme à lignes tendues supportant au moins une tête de puits, un ensemble flottant, caractérisées en ce que l'ensemble flottant présente une ouverture dans laquelle est placée la plate-forme à lignes tendues, cette dernière étant reliée à l'ensemble flottant par des moyens de liaison adaptés. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les infrastructures de production d'hydrocarbures comprennent en plus, des moyens de stockage des hydrocarbures inclus dans l'ensemble flottant. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les infrastructures de production d'hydrocarbures comprennent en plus, des modules de production supportés par l'ensemble flottant. Selon une autre caractéristique de l'invention l'ensemble flottant entoure la plate-forme à lignes tendues. Les infrastructures objet de l'invention présentent les avantages combinés de la plate-forme à lignes tendues insensible au pilonnement et ceux des supports flottants à amarrage caténaire par exemple, de faible coût. La plate-forme à lignes tendues ne supporte que les têtes de puits et selon un mode particulier de réalisation en plus, le derrick de forage. Elle est de ce fait de dimensions réduites par conséquent réalisable à un coût acceptable pour des infrastructures de production d'hydrocarbures par grand fond. Les dispositifs autres que les têtes de puits sont supportés par l'ensemble flottant, unique à amarrage caténaire de réalisation conventionnelle et économique. Grâce à cette disposition particulière de l'ensemble flottant et de la plate-forme à lignes tendues, les liaisons entre deux éléments sont très courtes et sont donc réalisables de manière simple et économique. Les équipements de sécurité, de production d'utilités ainsi que les quartiers de vie du personnel d'exploitation sont supportés par l'ensemble flottant et ne sont pas dupliqués. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments constitutifs des infrastructures de production d'hydrocarbures en mer, - la figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation des infrastructures de production d'hydrocarbures en mer selon lequel l'ensemble flottant entoure la plate-forme à lignes tendues. EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION D'une manière générale, les infrastructures de l'invention sont utilisées pour la production d'hydrocarbures sur des champs situés en mer et particulièrement pour l'exploitation de gisements par grand fond. Selon le mode de réalisation représenté par la figure 1 les infrastructures comportent - un ensemble (1) flottant à ancrage caténaire, - une plate-forme (2) à lignes (4) tendues, - des embases de fondation (5) fixes, - des moyens (3) de liaison de l'ensemble (1) flottant à la plate-forme (2), - des tubes (6) constituant les puits, - des têtes (7) de puits, - des moyens (8) d'ancrage de l'ensemble (1) flottant, - des modules (9) de production, - un poste (10) de déchargement des hydrocarbures vers un navire citerne, - des moyens (11) d'amarrage d'un navire citerne. Les infrastructures comportent également, non représentés sur les figures, des moyens de forage comprenant une tour de forage, des liaisons souples pour relier hydrauliquement et électriquement la plate-forme (2) et l'ensemble (1), ainsi que des moyens de stockage et d'expédition par navire citerne ou en alternative par au moins un pipeline. L'ensemble (1) flottant, présente un faible tirant d'eau, ce qui le rend facilement transportable. Il est ancré par des moyens (8) caténaires, qui lui permettent de résister aux efforts dus aux conditions océano-météorologiques, ainsi qu'aux variations d'assiette durant les opérations de transfert des hydrocarbures. L'ensemble (1) flottant comporte une ouverture (12) destinée å recevoir la plate-forme (2). La plate-forme (2) à lignes tendues comprend un flotteur relié par des lignes (4) tendues à des embases de fondations (5) fixées au fond de la mer. Les tubes (6) constituant les puits se terminent à leurs extrémités supérieures par des têtes de puits qui permettent d'accéder au gisement d'hydrocarbures. Les tubes (6) dont une extrémité est fixée ne peuvent pas supporter le pilonnement. Ils sont maintenus en position verticale par une liaison semi-rigide avec la plate-forme (2). Grâce à ces dispositions les têtes de puits sont en positions verticales quasi-fixes, par rapport au fond de la mer. La plate-forme (2) à lignes tendues est montée dans l'ouverture (12) de l'ensemble (1) flottant. La liaison (3) entre l'ensemble (1) flottant qui supporte le pilonnement et la plate-forme (2) quasi-fixe est réalisée par des moyens mécaniques à faible raideur verticale et à raideur horizontale normale de manière à ce que les mouvements verticaux ou angulaires supportés par l'ensemble (1) flottant ne soient pas transmis à la plateforme (2). La liaison (3) assure également le positionnement relatif de l'ensemble (1) flottant par rapport à la plate-forme (2). Les connexions hydrauliques entre les têtes de puits et l'ensemble (1) sont réalisées par des tuyaux flexibles de technologie connue et économique. L'ensemble (1) flottant et la plate-forme (2) à lignes tendues reliés par les moyens (3) de liaison, constituent une plate-forme unique multifonctionnelle dont une partie est capable de supporter le pilonnement et l'autre est quasi-fixe par rapport au fond de la mer. Selon une première caractéristique de l'invention, les infrastructures de production d'hydrocarbures comportent des moyens de stockage temporaire des hydrocarbures qui font partie de l'ensemble (1) flottant. Selon une autre caractéristique de l'invention, les infrastructures comportent des modules de production qui sont supportés par l'ensemble flottant. Les modules de production regroupent - les unités de traitement des hydrocarbures sortant des puits pour obtenir des hydrocarbures prêts à l'expédition, - les unités de traitement des rejets liquides et gazeux conformément aux réglementations, - les installations de fourniture d'énergies et de fluides désignées par le terme utilités, - les quartiers d'habitation du personnel d'exploitation, - les moyens d'accès à bord de l'ensemble flottant, - les installations de sécurité et d'évacuation des personnels. Selon un mode de réalisation, représenté par la figure (2), l'ensemble (1) entoure complètement la plateforme (2) à lignes tendues. La position relative de l'ensemble (1) et de la plate-forme (2) est donnée à titre d'exemple, non limitatif de même que les formes de ces deux éléments. Celles-ci seront déterminées notamment en fonction du nombre de puits et de leur disposition. Selon une autre caractéristique de l'invention, des moyens de forages sont supportés par l'ensemble (1) flottant. Ces moyens de forage comprennent - une tour de forage assurant les mouvements d'un train de tiges, - des moyens de traitement et de circulation de boue de forage dans le puits en cours de réalisation. L'installation de ces moyens de forage sur l'ensemble (1) permet de réduire les dimensions de la plateforme (2), qui est un élément sophistiqué et par conséquent coûteux. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de forage sont supportés en totalité ou en partie, par la plate-forme (2). I1 peut être avantageux d'installer par exemple, la tour de forage sur la plate-forme (2) pour des raisons de mouvements relatifs. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble flottant supporte des moyens d'amarrage d'au moins un navire citerne, dont le rôle est de transporter les hydrocarbures stockés temporairement dans les moyens de stockage, jusqu'à un port, en alternative, le navire citerne peut être amarré à une bouée adjacente. Selon une dernière caractéristique de l'invention, les infrastructures comportent des moyens d'expédition par pipeline des hydrocarbures produits, supportés par l'ensemble flottant. Par exemple les hydrocarbures gazeux sont expédiés par un gazoduc qui relie les infrastructures de production en mer à la terre. Dans ce cas un stockage temporaire est inutile. REVENDICATIONS 1 - Infrastructures de production d'hydrocarbures en mer comprenant une plate-forme (2) à lignes (4) tendues supportant au moins une tête (7) de puits et un ensemble (1) flottant caractérisées en ce que l'ensemble (1) flottant présente une ouverture (12) dans laquelle est placée la plate-forme (2) à lignes tendues, ladite plate-forme (2) étant reliée audit ensemble (1) flottant par des moyens (3) de liaison adaptés. 2 - Infrastructures de production d'hydrocarbures selon la revendication 1 caractérisées en ce qu'elles comprennent des moyens de stockage des hydrocarbures inclus dans l'ensemble (1) flottant. 3 - Infrastructures de production d'hydrocarbures selon les revendications 1 ou 2 caractérisées en ce qu'elles comprennent des modules (9) de production supportés par l'ensemble (1) flottant. 4 - Infrastructures de production d'hydrocarbures selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisées en ce que l'ensemble (1) flottant entoure la plate-forme (2) à lignes tendues. 5 - Infrastructures de production d'hydrocarbures selon la revendication 4 caractérisées en ce qu'elles comportent des moyens de forage qui sont supportés par l'ensemble (1) flottant. 6 - Infrastructures de production d'hydrocarbures selon la revendication 4 caractérisées en ce qu'elles comportent des moyens de forage qui sont supportés par la plate forme(2) à lignes tendues. 7 - Infrastructures de production d'hydrocarbures selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisées en ce qu'elles comportent des moyens (11) d'amarrage d'au moins un navire citerne à l'ensemble flottant. 8 - Infrastructures de production d'hydrocarbures selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant des moyens d'expédition des hydrocarbures par au moins un pipeline caractérisées en ce que lesdits moyens d'expédition sont supportés par l'ensemble (1) flottant.