Brevet FR2822890A1 — publié le 20021004

Procédé d'installation des appareils de forage sur les plates-formes offshore et appareils de forage résultant de la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention concerne un procédé d'installation des appareils de forage et plus précisément des appareils de forage désignés sous le nom de"rig de workover"dans les milieux de la recherche pétrolière et de l'exploitation des plates-formes offshore. Elle vise également les appareils de forage de ce type obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé. Le développement d'un champ pétrolier (huile ou gaz) en mer peu profonde (jusqu'à 200 mètres environ), nécessite l'installation de plates-formes offshore dont le nombre peut varier en fonction de différents critères. Ces plates-formes offshore (plates-formes de forage et de production) comprennent notamment une structure métallique verticale ancrée au fond de la mer et soutenant un ensemble d'au moins deux ponts horizontaux superposés sur lesquels sont installés les différents équipements de production. Elles sont généralement équipées d'une petite grue d'une capacité de l'ordre de 8.5 tonnes, dite"grue de bord", assurant leur approvisionnement en matériel et en consommable. Les puits de forage sont forés à partir du pont supérieur de la plate-forme, en utilisant un ensemble d'équipements spécifiques (mât, treuil, table de rotation, fabrication et réserve de boue, traitement de boue, centrale d'énergie) appelé "appareil de forage". Ces équipements sont bien entendu dimensionnés en fonction de la profondeur des puits de pétrole (ou de la longueur totale des puits) que l'appareil doit forer et/ou exploiter. En général, plus l'appareil peut atteindre une profondeur importante, plus son poids total est important. Après une certaine durée d'exploitation, ces puits ont besoin d'opérations de maintenance (opération de workover) réalisées soit avec un appareil de forage, soit avec un ensemble d'équipements comparables, mais plus simples et plus légers, communément appelé"rig de workover"dans les milieux professionnels concernés. D'autre part, le rig de workover est aussi utilisé pour effectuer des forages déviés très fréquemment opérés en offshore, pour le développement des champs, afin de ne pas avoir à déplacer le point de forage et de grouper les installations de tête de puits sur une même plate-forme, solution plus rapide et plus économique que de les disperser en plusieurs points. Les rigs de workover sont composés d'éléments modulaires démontables assemblés sur le site. L'ensemble une fois recomposé se déplace sur deux poutres horizontales parallèles placées sur le pont supérieur de la plate-forme. Le rig dispose de ses propres sources d'énergie (électricité, air, fluide hydraulique sous pression, etc.). L'appareil de forage ayant notamment pour objectif de forer un puits pétrolier producteur (mélange de pétrole brut et de gaz ou de gaz), il est en communication directe avec la zone de production et génère en surface une zone dangereuse- (espace pouvant contenir un pourcentage de gaz le rendant explosif). Comme il faut définir une limite, les organismes nationaux ont édicté des règles définissant ces zones, variables en distances d'un Etat à un autre. Les appareils électriques installés dans ces zones doivent répondre à des critères de protection connus. Les moteurs thermiques doivent généralement être exclus de ces zones ou posséder des caractéristiques extrêmement contraignantes. Les appareils des rigs de workover sont habituellement conçus pour une plate-forme définie (espacement des poutres de glissement) et les zones dangereuses définies en fonction du lieu de leur première utilisation. Un champ pétrolier, étant généralement composé de plusieurs platesformes installées à une certaine distance les unes des autres, les opérations de workover étant panifiables, les rigs de workover ont été conçus en éléments démontables permettant de les charger et de les décharger pour les faire passer d'une plate-forme à une autre, ou d'un champ pétrolier à un autre, en utilisant pour les monter sur les plates-formes, les grues de bord de celles-ci. Les techniques d'exploitation des champs pétroliers évoluant, les forages ont tendance à avoir des longueurs plus importantes, pour permettre d'aller chercher de plus en plus loin, dans l'épaisseur des secteurs de production, les zones productives. Cela nécessite de reprendre des opérations de forage sur des puits existants, et d'avoir pour leur maintenance, des rigs de workover plus puissants et plus lourds, dépassant les limites actuelles des grues de bord existantes. Le rig de workover lourd se caractérise par un mât ayant des capacités supérieures (donc d'un poids unitaire plus important), un treuil ayant des capacités de tirage supérieures (donc d'un poids unitaire plus important), des bassins de réserve de boue plus volumineux (donc d'un poids unitaire plus important), etc. Les opérateurs font alors appel à des appareils de forage autodéménageurs, mais plus coûteux et nécessitant des temps de mobilisation plus importants. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients de la situation actuelle exposée ci-dessus. Plus précisément, l'invention vise à : - Diminuer le temps de montage et de mise en service des appareils de forage du genre rig de workover" ; - Procurer plus de flexibilité dans la mise en place des rigs de workover, c'est-à- dire, pouvoir les installer sur des plates-formes dont les poutres de glissement longitudinales ont un écartement variable (de 9 à 14 mètres) et pouvoir les adapter plus facilement aux contraintes des zones dangereuses ; - Permettre d'augmenter la taille des équipements et le volume des réserves de boue, tout en conservant les possibilités de montage du rig à partir des grues de bord ayant une capacité de 8,5 tonnes environ. Selon une première disposition caractéristique du procédé de l'invention, on hisse successivement, sur le pont supérieur de la plate-forme, au moyen de la grue de bord de cette dernière, d'une part, des modules supports de grue dont le poids est inférieur ou égal à la capacité de ladite grue de bord et qui sont ensuite installés sur ledit pont et solidarisés, et, d'autre part, des éléments constitutifs d'une grue de rig de workover, dont le poids individuel est également inférieur ou égal à la capacité de la grue de bord, ces éléments étant ensuite assemblés de manière amovible pour constituer une grue modulaire démontable installée et fixée sur les modules supports de grue et dont la capacité ou puissance est largement supérieure à celle de la grue de bord, cette grue de rig de workover étant ensuite utilisée pour hisser les autres éléments composants du rig, sur le pont de la plate-forme. Grâce à ce procédé, il est possible de fractionner l'ensemble des éléments composant le rig de workover en colis individuels dont le poids (par exemple de l'ordre de 13,5 tonnes) est largement supérieur à la capacité ou puissance (généralement : 8,5 tonnes) de la grue de bord de la plate-forme. Selon une autre disposition caractéristique de l'invention, on hisse successivement, en premier lieu, au moyen de la grue de rig et après montage de celle-ci, les machines ou centrales permettant de couvrir l'ensemble des besoins énergétiques nécessaires au montage du rig de workover. Selon une autre disposition caractéristique, les machines et centrales (groupes diesel, salle électrique, salle des auxiliaires : compresseurs d'air, centrale hydraulique, réservoir de fuel) sont regroupées sur un support reposant sur les poutres longitudinales du rig, et ces machines et centrales sont interconnectées et testées pendant le montage d'une partie des autres colis ou éléments du rig de workover. Grâce à ces dispositions caractéristiques, les opérateurs disposent, en temps masqué, de l'ensemble des besoins énergétiques nécessaires au montage du rig de workover et à son fonctionnement, sans avoir besoin d'effectuer des connections provisoires qui seraient ultérieurement à déconnecter et à remonter de manière permanente pour la mise en opération du rig de workover. Selon une autre disposition caractéristique du procédé et du rig de workover de l'invention, les éléments ou colis entrant dans la constitution de ce dernier, sont installés sur des structures transversales prenant appui, par l'intermédiaire de leurs portions extrêmes, sur les poutres longitudinales du rig. Grâce à cette disposition, on solutionne les problèmes posés par l'écartement variable des poutres longitudinales du rig. Selon une autre disposition caractéristique du procédé et du rig de workover de l'invention, les deux unités critiques contenant des moteurs à combustion (grue de rig de workover et centrale d'énergie) sont montées sur des supports glissants prenant appui sur les poutres longitudinales et accrochés au corps principal du rig (table de rotation et bassins à boue) par des barres d'espacement permettant de faire varier la distance comprise entre ledit corps principal et lesdites unités critiques. Grâce à cette disposition, l'installation du rig de workover peut être adaptée, sans modification importante, aux différents textes réglementaires nationaux définissant l'organisation des zones dangereuses sur les plates-formes offshore. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en élévation et à caractère schématique d'un exemple de conformation d'une plate-forme offshore. La figure 2 est une vue en plan d'un appareil de forage du genre rig de workover installé selon le procédé de l'invention sur le pont supérieur d'une plateforme. La figure 3 est une vue en perspective éclatée montrant différents éléments du niveau inférieur et de la grue du rig de workover. La figure 4 est une vue en perspective éclatée représentant certains éléments du rig de workover. La figure 5 est une vue en perspective d'un rig de workover réalisé par la mise en oeuvre du procédé de l'invention. On se réfère auxdits dessins pour décrire un exemple intéressant, bien que nullement limitatif, de mise en oeuvre du procédé et de réalisation du rig de workover selon l'invention. On voit, à la figure 1, une plate-forme offshore principalement constituée d'une structure portante 1 soutenant un ensemble de deux ponts superposés 2, cette structure étant posée sur le fond F de la mer et sa partie supérieure émergeant au-dessus du niveau N de cette dernière. Sur le pont supérieur 2 de la plate-forme sont installés l'ensemble des machines, réservoirs et dispositifs constituant l'appareil de forage 3 et la grue de bord fixe 4. Selon une première disposition caractéristique du procédé de l'invention, on hisse successivement sur le pont supérieur 2 de la plate-forme, au moyen de la grue de bord fixe 4 de celle-ci, d'une part, des modules supports de grue 5A, 5B dont le poids est inférieur ou égal à la capacité ou puissance de ladite grue de bord et qui sont ensuite installés sur les poutres longitudinales 6a, 6b du rig et solidarisés, et, d'autre part, les éléments ou parties constitutives 7a, 7b,..., d'une grue de rig de workover 7, dont le poids individuel est également inférieur à la capacité de la grue de bord 4. Les parties 7a, 7b,..., sont ensuite assemblées rigidement, de manière amovible, pour constituer une grue modulaire démontable 7 installée sur l'ensemble constitué par les modules supports de grue 5A, 5B, et dont la capacité ou puissance est largement supérieure à celle de la grue de bord 4, cette capacité étant au moins égale ou supérieure au poids du colis non fractionnable le plus lourd à manipuler, par exemple de l'ordre de 13,5 tonnes ou plus. Les modules supports de grues 5A, 5B peuvent être constitués par de robustes structures sur lesquelles sont par exemple installées les pompes à boues et des dispositifs auxiliaires tels que pompes à incendie, hydrophores, etc. La grue de rig de workover 7 est ensuite utilisée pour hisser successivement les autres éléments composants du rig, fractionnés en colis individuels dont le poids, par exemple de l'ordre de 13,5 tonnes, est très largement supérieur à la capacité ou puissance de la grue de bord 4, ces colis étant par exemple constitués par les différents éléments de structure 15a destinés au montage du mât 15, le treuil de manoeuvre 16, les éléments 17 destinés à constituer le plancher de forage, les éléments 18 destinés au montage des zones de stockage des tiges et tubes, les éléments 19 de sous-structure, (bassins à boue, etc.). Selon une autre disposition caractéristique du procédé de l'invention, on hisse successivement, en premier lieu, au moyen de la grue de rig 7 et après montage de cette dernière, les machines ou centrales 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F,.... permettant de couvrir l'ensemble des besoins énergétiques nécessaires au montage du rig de workover, telles que : groupes diesel, salles électriques, salle des auxiliaires (compresseurs d'air, central hydraulique, réservoirs de fuel). Les machines et centrales 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F, sont avantageusement regroupées et elles sont interconnectées et testées pendant le hissage et le montage d'une autre partie des autres colis ou éléments constitutifs du rig de workover. Les unités constitutives du rig telles que l'ensemble constitués par les machines ou centrales 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F, l'ensemble constitué par les modules supports de grue 5A, 5B, l'ensemble constitué par les bassins à boue (dont l'emplacement est désigné par la référence 9 à la figure 2 et rassemblés sous la référence 19 à la figure 4), et la table de rotation 10, sont installées sur des structures porteuses transversales 11 prenant appui, par l'intermédiaire de leurs portions extrêmes opposées, sur les poutres longitudinales 6a, 6b du rig. Ces poutres sont dimensionnées pour accepter les efforts induits par la position des appuis extrêmes. Les deux unités critiques utilisant des moteurs à combustion, c'est à dire l'unité U1 comprenant la grue de rig 7 et l'unité U2 constituée par la centrale d'énergie 8A-8F incluant les groupes diesel, sont montées sur des supports glissants 11, 12, prenant appui sur les poutres longitudinales 6a, 6b, et accrochées au corps principal ou unité centrale U3 du rig comprenant notamment la table de rotation 10 et les bassins à boue 19, par des barres ou dispositifs d'espacement réglables, respectivement 13 et 14, permettant de faire varier la distance du centre de la table de rotation et des bassins à boue (source principale de la zone dangereuse) à celle des moteurs à combustion. Dans ce cas, l'unité U3 est disposée entre les unités U1 et U2 constituant les parties extrêmes opposées du rig. REVENDICATIONS 1.-Procédé d'installation des appareils de forage du genre rig de workover, sur les plates-formes offshore, caractérisé en ce que l'on hisse successivement, sur le pont supérieur (2) de la plate-forme, au moyen de la grue de bord (4) de cette dernière, d'une part, des modules supports de grue (5A, 5B) dont le poids est inférieur ou égal à la capacité de ladite grue de bord et qui sont ensuite installés sur ledit pont (2) et solidarisés, et, d'autre part, des éléments constitutifs (7a, 7b) d'une grue de rig de workover (7), dont le poids individuel est inférieur ou égal à la capacité de ladite grue de bord (4), ces éléments (7a, 7b) étant ensuite assemblés de manière amovible pour constituer une grue modulaire démontable installée et fixée sur les modules supports de grue, et dont la capacité est largement supérieure à celle de la grue de bord (4), cette grue de rig de workover (7) étant ensuite utilisée pour hisser les autres éléments composants du rig sur le pont de la plate-forme. 2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des éléments composant le rig de workover sont fractionnés en colis individuels dont le poids est supérieur à la capacité de la grue de bord (4) de la plate- forme. 3. -Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la capacité de la grue de rig de workover (7) est au moins égale ou supérieure au poids du colis non fractionnable le plus lourd à manipuler. 4. -Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on hisse successivement, en premier lieu, au moyen de la grue de rig (7) et après montage de celle-ci, les machines ou centrales (8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F) destinées à couvrir l'ensemble des besoins énergétiques nécessaires au montage du rig de workover. 5. -Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les machines et centrales (8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F) constituant la centrale d'énergie sont regroupées sur un support (11) reposant sur les poutres longitudinales (6a, 6b) du rig de workover. 6. -Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments ou colis entrant dans la constitution de ce dernier, sont installés sur des structures transversales (11) prenant appui, par l'intermédiaire de leurs portions extrêmes, sur les poutres longitudinales (6a, 6b) du rig. 7. -Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux unités critiques (U1, U2) utilisant des moteurs à combustion sont montées sur des supports glissants (11,12) prenant appui sur les poutres longitudinales (6a, 6b) et accrochées au corps principal ou unité centrale (U3) du rig par des barres ou dispositifs d'espacement réglables (13,14). 8. -Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps principal ou unité centrale (U3) du rig comprenant notamment la table de rotation (10) et les bassins à boue (19), est disposée entre les unités critiques (U1, U2) constituant les parties extrêmes du rig. 9. -Appareil de forage du genre rig de workover caractérisé en ce qu'il résulte de la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.