Brevet FR2729432A1 — publié le 19960719

La présente invention se rapporte à un ensemble tensionneur de tube prolongateur, tube qui s'étend entre un puits pétrolier sous-marin et un support flottant à la surface de la mer. Afin de permettre le forage, et la mise en production subséquente, d'un puits pétrolier sous-marin, on installe un tube prolongateur, plus communément appelé "riser", entre l'extrémité supérieure du puits et un support flottant, typiquement une barge ou une plate-forme. Ce tube prolongateur, qui est en acier et présente un diamètre entre 22 cm et 40 cm, définit un volume isolé de la mer à l'intérieur duquel peuvent avoir lieu les opérations de forage et de mise en production du puits. Les opérations de forage et mise en production en mer ont lieu à des profondeurs d'eau de plus en plus importantes, par exemple de 400 m à 2000 m, ce qui nécessite un tube prolongateur d'une longueur équivalente. Ce tube prolongateur doit être maintenu sous tension axiale afin d'éviter qu'il ne se plie et tombe au fond de la mer sous l'effet de son propre poids. Le tube prolongateur étant essentiellement rigide, son extrémité supérieure sur laquelle est montée la tête de puits, reste à une hauteur constante par rapport au fond de la mer. En revanche, le support flottant se déplace verticalement par rapport à la tête de puits sous l'effet de la houle. Aussi il faut prévoir sur le support flottant un ensemble tensionneur pour le tube prolongateur qui permet d'absorber les mouvements relatifs entre le support et le tube. Dans le document "Conoco TPL Riser Tensioning Systems" de M.H. Fayne et F.L. Hettinger est décrit un ensemble tensionneur comprenant des actionneurs hydrauliques qui se déplacent avec la houle. Ce type de système présente le désavantage de nécessiter une source constante de fluide hydraulique sous une pression importante. De plus, le système doit être associé à un ensemble complexe de contrôle de la pression hydraulique. I1 a déjà été proposé d'utiliser des moyens de flottaison pour soutenir l'extrémité supérieure d'un tube prolongateur. Le document US 5046 896 décrit des moyens destinés à soutenir un tube prolongateur tout en permettant la séparation du tube d'avec le support flottant. Néanmoins, les moyens de flottaison, moyens uniques de soutien du tube prolongateur, sont disposés à l'extérieur du tube, ce qui entraîne un risque d'endommagement de ces moyens et la perte du tube. La présente invention a donc pour objet un ensemble tensionneurs pour tube prolongateur permettant de travailler par grande profondeur d'eau, qui soit de construction simple et ne nécessite pas de système complexe de contrôle associé. Pour ce faire l'invention propose un ensemble tensionneur pour tube prolongateur, tube qui s'étend entre un puits pétrolier sous-marin et un support flottant à la surface de la mer, l'ensemble tensionneur comprenant un tube élastique disposé autour du tube prolongateur et s'étendant entre un point intermédiaire du tube prolongateur entre le fond et la surface, et le support flottant, le tensionneur comprenant, de plus, des moyens de flottaison disposés à l'intérieur du tube élastique. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de flottaison comprennent une chambre de flottaison montée sur le tube prolongateur à l'intérieur du tube élastique. De préférence le tube élastique n'est que partiellement empli d'eau, laissant un volume d'air destiné à générer des forces hydrostatiques sur le tube élastique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure unique est une vue schématique en coupe d'un ensemble tensionneur de tube prolongateur selon l'invention. Sur la figure est représenté partiellement un support flottant qui, dans l'exemple illustré est une barge (10). Un tube prolongateur (12), s'étendant d'un puits pétrolier (non représenté) au fond de la mer à la surface (14), est monté à son extrémité supérieure dans la barge (10). L'invention étant destinée à être utilisée par grande profondeur d'eau, la longueur du tube prolongateur (12) est généralement comprise entre 400 m et 2000 m. Selon l'invention le tube prolongateur est muni d'un ensemble tensionneur formé d'une part, d'un tube élastique (16) disposé autour de l'extrémité supérieure du tube prolongateur (12). A son extrémité inférieure (18), le tube élastique (16) est fixé sur le tube prolongateur (12), l'extrémité supérieure (20) étant montée sur la barge (10) par l'intermédiaire d'un cardan ou d'un joint sphérique (22). La longueur 1 du tube élastique (16) est de l'ordre de 300 m. De préférence le tube élastique est en matériau composite, par exemple du nylon. La partie supérieure (24) du tube prolongateur (12) étant située à l'intérieur du tube élastique, est libre de se déplacer axialement par rapport à celui-ci lors d'une extension ou d'une contraction du tube élastique (16).Le tube prolongateur (12) est maintenu coaxialement dans le tube élastique (16) par un piston (26) et des centreurs creux (28) dont un seul est représenté. A son extrémité supérieure le tube prolongateur (12) comporte des têtes de puits (30). L'intérieur du tube élastique (16) est partiellement empli d'eau (32), le tube prolongateur (12) étant muni, en un point immergé, d'une ou plusieurs chambres de flottaison (34) de forme sensiblement annulaire dont une seule est représentée. Le tube prolongateur (12) est une structure essentiellement rigide dont l'extrémité inférieure est fixée sur le fond de la mer. Ainsi, la hauteur des têtes de puits (30) par rapport au fond de la mer reste constante. En revanche, la barge (10), étant une structure flottante, se déplace verticalement avec la houle. La mise en place du tensionneur du tube prolongateur (12) permettant d'absorber le pilonnement de la barge sera maintenant décrite. Pour un tube prolongateur (12) d'une longueur d'environ 1500 m, la tension nécessaire pour le maintenir à la verticale est 200 kN. Cette tension est la résultante de deux tensions inférieures qui sont créées indépendamment. Lors de la mise en place du tube élastique (16), une pré-tension de 50 kN lui est appliquée avant que l'extrémité supérieure du tube ne soit montée sur le joint sphérique (22). Le pilonnement maximum de la barge (10) est de l'ordre de j 5 m par rapport à la moyenne. La longueur du tube élastique de 300 m ne variant que de + 5 m, la tension appliquée par celui-ci sur le tube prolongateur (12) reste sensiblement constante. Le reste de la tension nécessaire à maintenir le tube prolongateur à la verticale est généré par des forces hydrostatiques. La chambre de flottaison (34), immergée à l'intérieur du tube élastique (16) exerce une force verticale sur le tube prolongateur. De plus, afin de limiter le volume de la chambre de flottaison (34), on peut vider partiellement l'eau contenue à l'intérieur du tube élastique (16), comme représenté sur la figure, laissant un volume d'air (36), ce qui crée une poussée hydrostatique sur l'extrémité inférieure (18) du tube élastique monté sur le tube prolongateur (12). Afin de créer une tension de 150 kN la chambre de flottaison peut avoir un volume entre 150 et 400 m3, le volume d'air, à l'intérieur du tube élastique (16), en dessous du niveau de la surface de la mer étant compris entre 75 et 150 m3. Le pilonnement de la barge (10) risque de provoquer, au cours du temps, un allongement du tube élastique (16). Afin de pallier cet inconvénient, on peut installer une crémaillère sur l'extrémité supérieure du tube élastique (16) permettant de déplacer ce tube axialement par rapport au joint sphérique (22) et ainsi, de retrouver la tension d'origine dans le tube. REVENDICATIONS 1 - Ensemble tensionneur pour tube prolongateur (12), tube qui s'étend entre un puits pétrolier sous-marin et un support flottant (10) à la surface de la mer (14), l'ensemble tensionneur comprenant un tube élastique (16) disposé autour du tube prolongateur (12) et s'étendant entre un point intermédiaire du tube prolongateur entre le fond et la surface, et le support flottant, le tensionneur comprenant, de plus, des moyens de flottaison (34, 36) disposés à l'intérieur du tube élastique (16). 2 - Ensemble tensionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de flottaison comprennent une chambre de flottaison (34) montée sur le tube profondeur (12) à l'intérieur du tube élastique (16). 3 - Ensemble tensionneur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le tube élastique (16) n'est que partiellement empli d'eau (32) laissant un volume d'air (36) destiné à générer des forces hydrostatiques sur le tube élastique. 4 - Ensemble tensionneur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le tube élastique (16) est monté sur le support flottant (10) par l'intermédiaire d'un joint sphérique (22). 5 - Ensemble tensionneur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, des moyens permettant de déplacer le tube élastique axialement par rapport au joint sphérique (22).