Brevet FR2799789A1 — publié le 20010420

La présente invention concerne un élément de colonne montante comprenant au moins une conduite, ou ligne auxiliaire, intégrée au tube central. présente invention propose un élément spécifique ce que la ou les lignes auxiliaires sont liées au tube central d'un élément de la colonne montante de façon qu'elles supportent les efforts mecaniques, notamment longitudinaux, conjointement avec le tube principal central. colonne montante, ou "riser" de forage est constituee par un ensemble d'éléments tubulaires de longueur comprise entre 15 et 25 m ( 50 et 80 feet) assemblés par des connecteurs. Le poids de colonnes peut être très important, ce qui impose des moyens de suspension de très forte capacité en surface et des dimensions adaptées pour le tube central et les raccords de liaison. Jusqu'à présent, les lignes auxiliaires: "kill line", "Choke line" sont disposées autour du tube central et comportent des raccords emboîtables fixés sur connecteurs des éléments de riser d'une manière telle que ces lignes haute pression peuvent admettre un jeu longitudinal entre deux éléments lignes successifs, toutefois sans déboîtement. n'est pas envisage que ces lignes destinées à permettre la circulation haute pression d'un effluent venant du puits ou de la surface participent à la résistance mécanique de la structure constituée par l'ensemble de la colonne montante. dans l'optique de forer dans des profondeurs d'eau pouvant atteindre 3000 m, le poids mort des lignes auxiliaires devient très pénalisant, dans la mesure où, pour une même pression maximale de service, la longueur de ces lignes impose un diamètre intérieur plus grand compte tenu de la nécessité de limiter les pertes de charge. moyens de calculs modernes ont permis de montrer l'avantage de faire participer les lignes auxiliaires, "kill line, choke line ou booster line", à résistance mécanique longitudinale de chacun des éléments de riser. Ainsi, la présente invention concerne un élément de colonne montante comportant un tube principal, des moyens de connexion ' ses deux extrémités, au moins une longueur de conduite auxiliaire disposée sensiblement parallèlement audit tube. La longueur de conduite auxiliaire est solidaire par ses deux extrémités aux moyens de connexion du tube principal de manière que les efforts mécaniques longitudinaux auxquels sont soumis les moyens de connexion se répartissent dans le tube et dans la conduite. Une extrémité de la conduite auxiliaire peut comporter un dispositif de fixation autorisant un jeu longitudinal déterminé. Le jeu peut ne pas être nul en absence de charge sur l'élément. La conduite auxiliaire peut avoir une extrémité qui passe à travers une bride solidaire d'un connecteur du tube et peut comporter une butée qui limite le déplacement de ladite conduite relativement à la bride. jeu peut correspondre à l'allongement du tube principal sous une valeur de charge déterminée. conduite auxiliaire peut être un tube en acier fretté des nappes de fils de renfort. Le tube principal peut être un tube en acier fretté par des nappes de fils de renfort. Les fils de renfort peuvent être en fibres de verre, de carbone en aramide enrobées dans une matrice en polymère. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple réalisation, nullement limitatif, illustré par les figures ci- après annexées, parmi lesquelles: figures la et lb montrent schématiquement le principe de l'invention figure 2 montre un exemple de réalisation à partir d'un connecteur de riser. Sur la figure la, la référence 1 désigne un élément tubulaire unitaire de la colonne montante ou riser . Ces éléments 1 sont assemblés les uns aux autres par le moyen de connecteurs mécaniques 2 pouvant, par exemple, être ceux décrits dans le document EP-0147321 cité ici en référence. Des lignes de service, ou lignes auxiliaires, sont disposées parallèlement à l'axe 3 de la colonne de façon ' être dites intégrées à l'élément de tube riser . La référence 4 désigne une ligne tubulaire de même longueur que l'élément 1 qui connecte automatiquement à la l'élément de ligne supérieure ou inférieure lors de l'assemblage des éléments 1 par les connecteurs 2. Il y a moins deux lignes 4 disposées à la périphérie du tube principal 5. Ces lignes sont dénommées "kill line" et "choke fine" et sont utilisées pour assurer la sécurité du puits pendant le déroulement des procédures de contrôle des venues dans le puits. Chaque élément de conduite auxiliaire comporte à ses extrémités des embouts mâle et femelle, référencés respectivement 6 et 7. Ils coopèrent avec les embouts des l'éléments inférieur supérieur de façon étanche et avec un certain jeu axial compte tenu: de l'allongement du tube central principal 5, et des effets pressions externe et interne sur le tube principal et sur les lignes auxiliaires. L'extrémité supérieure, généralement celle proche du raccord femelle 7, est solidement liée par des moyens de fixation 8 sur le raccord supérieur 2 de l'élément 1. Par contre, les moyens de fixation inférieure 9 maintiennent le tube 4 avec un certain jeu longitudinal, dont la fonction sera plus clairement décrite à partir de la figure lb. La figure lb illustre le principe de la fixation inférieure des lignes auxiliaires. Le tube 4 passe à travers un guide autorisant le coulissement du tube, par exemple une plaque ou bride 10 perforée d'un orifice 11 dont le diamètre correspond sensiblement au diamètre extérieur du tube de la ligne auxiliaire 4. Une pièce en forme de manchon 12 est fixée sur le tube 4, sous la bride 4. La position du manchon par rapport à la bride est telle qu'il y a jeu J entre la face inférieure de la bride et la face supérieure du manchon, lorsque l'élément de riser intégré ne subit aucune charge mécanique. Le jeu J est déterminé de façon qu'en opération, c'est à dire une fois assemblé l'ensemble de la colonne montante de forage, les efforts de poids qui s'appliquent sur chacun des éléments de riser se répartissent dans le tube central principal et dans les tubes auxiliaires. Le manchon 12, ou un système équivalent de butée, peut être réglable de façon à pouvoir faire varier valeur du jeu J, par exemple en fonction niveau de contraintes attendu dans l'élément de tube de la colonne montante. méthode de liaison des lignes auxiliaires qui autorise un jeu de fonctionnement permet également de contrôler les contraintes qui peuvent être générées dans les conduites auxiliaires pressions interne et/ou externe. figure 2 montre un exemple de réalisation présente invention. La figure 2 est une coupe partielle longitudinale de deux éléments de riser assemblés de façon à montrer la coopération de la fixation supérieure et de la fixation inférieure d'une ligne auxiliaire. Le type de connecteur d'élément de riser peut être du type à baïonnette, à brides boulonnées ou raccord vissé. Le tube 13 est soudé à ses deux extrémités sur des raccords à baïonnette mâle 14 et femelle 15. Une virole verrouille la connexion par rotation. Une conduite "Kill line" ou "Choke line" 17 comporte des embouts soudés 18 et 19. Un raccord d'usure est intercalé entre les deux embouts 18 et 19. L'extrémité supérieure de la ligne auxiliaire 17 est fixée au raccord supérieur 15 par des moyens de fixation 21. Dans le cas présent, ces moyens de fixation consistent en un boulonnage. L'extrémité inférieure de la ligne auxiliaire 17 passe dans une bride 22 de guidage comportant passage cylindrique 24 dans lequel peut coulisser l'extrémité de l'embout 18. L'embout 18 porte une butée 23 fixée de manière à ménager un jeu J entre la butée 23 et la face inférieure de la bride 22. La présente invention peut être appliquée à conduites auxiliaires 17 et/ou à des tubes principaux frettés, par exemple selon la technique de renfort telle que décrite dans le document 14245 cité ici en référence. Cette technique présente l'avantage de pouvoir diminuer le poids de l'ensemble du riser. L'enrobage de composite frettage est respectivement référencé 25 et 26 pour la ligne auxiliaire 17 tube 13. Ainsi, contrairement aux principes habituels dans lesquels les lignes périphériques coulissent librement à leurs extrémites (une butée est parfois présente en sécurité pour éviter un déboîtement intempestif), les tubes sont bloqués au niveau de leurs embouts par des butees venant s'appuyer sur une plaque support très rigide et résistante elle même solidaire du tube principal via le connecteur. Lorsque le riser au repos (par exemple en stockage), la butée est réglée pour ne pas induire d'effort dans les tubes. Par contre, dès qu'il est mis sous tension (sous l'action de propre poids en manoeuvre et sous l'action des tensionneur en forage), les butées deviennent opérantes et distribuent la tension dans différents tubes au prorata de leur section d'acier. Il devient ainsi possible de réduire la section du tube principal, ce qui produit un effet tres bénéfique sur la masse et le poids dans l'eau des joints et finalement sur le comportement mécanique du riser. En service, la tension dans les divers tubes se répartit aussi fonction de leur condition de travail particulière (tension, flexion pression, température, flambage), l'ensemble devant être conçu dimensionné pour que les contraintes induites dans les différents tubes restent inférieures aux limites fixées par l'API. De nombreuses combinaisons de cas de charge doivent être considérées. A noter que cette intégration ne change pas la charge de travail du connecteur, mais qu'elle en modifie cependant le cheminement. Des calculs montrent qu'il est possible d'envisager de diviser environ par deux l'épaisseur maximale du tube principal (1/2"(12,7 mm) au lieu de 7/8"(22,225 mm) en partie haute du riser dans les cas les plus sévères envisagés actuellement). Pour un riser de 3000 m cela peut représenter une réduction supplémentaire au moins égale à 170 t de la masse totale du tube principal et de 100 t de la masse des flotteurs. Ce calcul a été fait en considérant quatre lignes périphériques en acier de dimensions identiques (41/2" ID-1/2" WT), ce qui implique le renforcement par frettage des deux lignes Kill line et Choke line. On note que les tubes frettés et le principe de l'invention se complètent avantageusement et que la réduction des masses s'ajoute. Si considère l'éventualité de renforcement par frettage du tube principal lui même pour lui permettre de résister plus efficacement à la pression de la boue (épaisseur maintenue à 1/a" (12,7 mm) sur toute la longueur), le gain des masses par rapport à la version classique devient 260 t sur l'acier et 220 t sur les flotteurs. La masse totale du riser de 3000 m est ainsi ramenée sous les 2000 t, contre plus de 3000 t dans le concept conventionnel tout acier. REVENDICATIONS Elément de colonne montante comportant un tube principal (5), des moyens de connexion (2) à ses deux extrémités, au moins une longueur (4) de conduite auxiliaire disposée sensiblement parallèlement audit tube, caractérisé en ce que ladite longueur de conduite auxiliaire est solidaire par ses deux extrémités audits moyens de connexion dudit tube principal de manière que les efforts mécaniques longitudinaux auxquels sont soumis les moyens de connexion se répartissent dans le tube dans la conduite. Elément de colonne montante selon la revendication 1, dans lequel une extrémité de ladite conduite auxiliaire comporte dispositif (10) fixation autorisant un jeu (J) longitudinal déterminé. Elément de colonne montante selon la revendication 2, dans lequel ledit jeu n'est pas nul en absence de charge sur ledit élément. 4) Elément de colonne montante selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite conduite auxiliaire a une extrémité qui passe à travers une bride solidaire d'un connecteur du tube et comporte une butée (12) qui limite le déplacement de ladite conduite relativement à la bride. 5) Elément de colonne montante selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit jeu correspond à l'allongement du tube principal sous une valeur de charge déterminée. 6) Elément de colonne montante selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite conduite auxiliaire est tube en acier fretté (17) par des nappes de fils de renfort. 7) Elément de colonne montante selon l'une revendications précédentes, dans lequel ledit tube principal est un tube en acier fretté par des nappes (26) de fils de renfort. 8) Elément de colonne montante selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel lesdits fils de renfort sont en fibres de verre, de carbone ou en aramide enrobées dans une matrice en polymère.