Brevet FR2839109A3 — publié le 20031031

FR 2839109 A3 20031031 FR 0205282 A 20020426 lesdits profiles (30). 1 2839109 Conffguration de colonne montante a bouee et sa methode d'installation La presente invention concerne une conf guration de colonne montante marine et une methode pour son installation. Les conduites montantes (en anglais "risers") vent utilisees pour transferer un fluide entre une source de fluide immergee telle qutun puits petrolier sous-marin et une installation en surface, flottante ou non, dans un sens ou dans l'autre, selon la nature du fluide transfere. Les conduites o montantes de production proprement cites transferent la production d'hydrocarbure du pan's petrolier vers la surface, mais il existe beaucoup d'autres fluides a transporter parallelement a la production petroliere dans des lignes de services et des ombilicaux, quton appellera ici conduites annexes. L'ensemble des conduites necessaire a ce transport peut etre rassemble en un faisceau qu'on appellera ici colonne montante. On se reportera, pour la defnition generale et les caracteristiques recherchees des colonnes montantes, aux recommendations publiees par ['American Petroleum Institute sous le titre "Design of Risers for Floating Production Systems and Tension-Leg Systems". A2O De facon connue done, une configuration de colonne montante est constituee par un faisceau de conduites flexibles ou rigides ou hybrides reliant une installation soul-marine, qui peut se trouver sous une grande profondeur d'eau, a une installation flottante en surface ou pres de la surface. A/5 Afn de reprendre une partie du poids de la conduite immergee pour qu'il ne pese pas sur ['installation flottante d'exploitation, il est connu de prevoir un systeme annexe de flottaison associe a la colonne montante. Pour les faisceaux de conduites flexibles, le systeme de flottaison peut etre prevu en partie haute, tandis que la partie basse de la conduite est so disposee en catenaire simple jusqu'au fond sous-marin. Pour soulager une partie intermediaire, il est aussi possible de prevoir un systeme de flottaison en forme d'arche attachee a une ancre ou a un poids et sur laquelle passe une partie de la conduite flexible, ou constitue de modules de flottaison attaches a la conduite flexible. Dans les deux cas, la conduite flexible prend une configuration courbe, en simple ou double catenaire. 2 2839109 Selon une autre methode mieux adaptee a des faisceaux de conduites rigides, la colonne montante est essentiellement suspendue, droite, a une bouee flottante en surface ou immergee pres de la surface et ancree sur le fond marin. Alternativement la bouee peut etre repartie sur tout ou partie de s la hauteur de la colonne montante suspendue droite. Des connexions flexibles (en anglais "jumpers) vent prevues entre ['installation flottante d'exploitation et les embouts terminaux des conduites fixees a la bouee. Le document FR 2 507 672 montre ainsi une bouee flottante ou immergee fixee par une ligne d'ancrage tendue au fond marin (ancrage ou o corps mort). Les conduites vent guidees le long de la ligne d'ancrage verticale par des moyens de guidage tubulaires constitues preferentiellement de deux tubes coaxiaux dans l'espace annulaire desquels passent les conduites montantes de production, la ligne d' ancrage pass ant quant a elle dans le tube central. Un inconvenient majeur de ce type de conduite montante est qu'elle est difficile a mettre en place et que les interventions eventuelles sur des conduites une fois installees vent pratiquement impossibles sans un demontage complet de ['installation. On connat par le document PR 2 439 290 une confguration de colonne montante dans laquelle un faisceau de conduite passe au centre o d'une bouee compartimentee en deux chambres separees superposees. La chambre superieure a une flottabilite fixe mais la flottabilite de la chambre inferieure, non compartimentee, peut etre ballastee ou deballastee, c'esta- dire modifiee en y chassant l'eau par un gaz ou au contraire en y admettant de l'eau et en laissant echapper le gaz. Le faisceau est forme par un tubage :5 general enfermant des tubes-guides dans lesquels passent les conduites d'ecoulement individuelles, raccordees au niveau de la bouee, a une connexion flexible conduisant a ['installation flottante d'exploitation. L'installation de cette colonne montante est egalement complexe, notamment pour la mise en place des tubages verticaux qui doivent eke so amenes par flottaison sur le site, etre bascules verticaIement et etre mis en place. On utilise la flottabilite variable de la bouee pour descendre la bouee et le tubage qui y est attache jusqu'a l'ancrage en pied de colonne, apres quoi on remplit a nouveau d'air la chambre de la bouee pour augmenter la poussee qu'elle exerce sur le tubage ainsi mis en traction. La encore, une intervention sur une conduite particuliere apres installation s'avere difOcile. 3 28391 09 Le document US 4 740 109 montre une configuration relativement souple de colonne montante dans laquelle des conduites de production vent rassemblees en faisceau maintenu par des plaques d'entretoise, ['ensemble du faisceau passant en partie superieure au centre d'une bouee immergee s superieure compartimentee. La flottabilite variable, selon l'axe de la colonne montante, de cette bouee et d'autres bouees annexes est utilisee pour la mise en place de la conduite montante, laquelle est montee horizontale a terre et remorquee en mer puis basculee en place. D'autres configurations similaires vent connues par le document IJS o4 762 180 ou le document WO 00/49267. Enfin, une description complete d'une installation reelle et de son montage a ete faite lors de la Offshore Technology Conference de mai 2000 sous le titre "Hybrid Riser for Deepwater Offshore Africa" (publication OTC 11875). On y volt un tubage rigide abritant les differentes conduites s de production et les conduites annexes et rempli de mousse isolante entre les conduites. Dans toutes ces configurations connues done, la bouee et les conduites montantes vent installees simultanement et lteventuel ballastage ou le deballastage de la bouee nta lieu qu'au moment de ['installation initiale o de la configuration. De meme, lorsqu'il y a ballastage et deballastage, la flottabilite est variable s elon l' axe de la colonne montante. Le but de ['invention est de faciliter ['installation d'une configuration de colonne montante et de faciliter la maintenance d'une configuration installee. s Ce but est atteint dans le cadre d'une configuration de colonne montante comportant un faisceau de conduites attachees en partie superieure a une bouee compartimentee liee au fond marin par un dispositif d'ancrage et des lignes d'ancrage et dotee de moyens de ballastage et de deballastage (ctest-a-dire usuellement de remplissage en eau et en gaz) de so ses compartiments, par une methode de mise en place caracterisee en ce qu'elle consiste a installer sequentiellement au moins deux conduites montantes en deballastant partiellement (c'est-a-dire en remplissant de gaz) la bouee apres ['installation de la premiere conduite montante et avant ou - pendant ['installation d'une des conduites montantes suivantes. s Avantageusement, le deballastage intermediaire s'effectue entre 4 2839109 ['installation de chacune des conduites montantes et correspond au poids immerge de la conduite quton va suspendre. Alternativement, le deballastage intermediaire s'effectue entre ['installation de chacune des conduites montantes et correspond au poids immerge de la conduite qu'on vient de suspendre. Avantageusement, la bouee est compartimentee horizontalement et le deballastage intermediaire intervient sur le compartiment as so ci e a la conduite montante dont on veut contrebalancer le po ids. De preference, on met en place toutes les conduites, du mo ins toutes les conduites de production a proprement parler, selon le meme processus, to de sorte qu'on adapte en permanence la flottabilite de la bouee au poids des colonnes effectivement suspendues. De maniere avantageuse, on vient mettre en place lesdites conduites et les accrocher a l'exterieur de la bouee. C'est une difference marquee avec les techniques employees dans les confgurations connues. Dans celles-ci, le faisceau traverse la bouee en son centre et les conduites vent accrochees a l'avance a l'interieur de la bouee a un endroit diffcilement accessible, ce qui exige qu'on ait passe les conduites a travers la bouee ou la bouee autour des conduites lors du processus de fabrication generalement a ten e, ou qu'il y ait des connexions de part et d'autre de la bouee ce qui engendre des risques de fuites. Ensuite, on remorque le tout horizontalement sur le site de production et on le bascule verticalement sur place. Selon ['invention, au contraire, on vient accrocher les conduites montantes autour de la bouee sur site au filr et a mesure de la progression de ['installation, voire au fur et a mesure de lievolution des besoins. A chaque fois, on adapte la flottabilite de la bouee au nouveau poids suspendu. Dans l'art anterieur, la bouee et toutes les conduites etaient amenee sur site en meme temps et ctest uniquement lors de ['installation initiale sur site qu' on pro cedait a un eventuel ballastage/deb all astage de la bouee pour bien po sitionner la co lonne montante. Selon ['invention au contraire, la bouee peut etre amenee sur le site seule, avant les conduites montantes, lesquelles peuvent etre montees a n'importe quel moment ulterieur, sequentiellement. Il va de soi que la bouee peut aussi etre installee au meme moment que ['installation de la colonne montante. Un auke avantage de ['invention est qutil permet un ancrage minimal de la bouee dont on adapte au fur et a mesure la flottabilite et la 28391 09 poussee au poids reel qu'elle doit supporter. Pour donner un ordre de grandeur, chaque conduite montante pese de 100 a 200 tonnes, soit, pour une dizaine de lignes, un poids de 1000 a 2000 tonnes. Selon l'art anterieur, pour assurer a la bouee une poussee propre de 350 a 400 tonnes sur la s configuration installee, il fallait que la bouee exerce, a vice, une force de 1350 a 2400 tonnes sur l'ancrage. Selon ['invention, l'ancrage necessaire n'est que celui qui permet de reprendre ces 350 a 400 tonnes de poussee propre, le poids des conduites etant contrebalance au fur et a mesure de leur installation par la variation de flottabilite de la bouee. o L'invention concerne aussi une confguration de colonne montante special ement adaptee a la metho de ci-des sus et comportant un faisc eau de conduites attachees en partie superieure a une bouee compartimentee immergee liee au fond marin par un dispositif d'ancrage et des lignes d'amarre et dotee de moyens de ballastage et de deballastage (usuellement remplissage en eau et en gaz) des compartiments, caracterisee par des moyens de mise en place sur la bouee d'au moins deux conduites du faisceau, ces moyens etant accessibles de l'exterieur de la bouee. Ces moyens comportent avantageusement des organes de support et de serrage de conduites disposes lateralement sur la bouee. o Avantageusement, la bouee comporte des compartiments repartis horizontalement, c'est-a-dire que les compartiments vent disposes a un meme niveau de la bouee au lieu d'etre superposes verticalement comme dans certaines realisations anterieures. Ceci permet un meilleur equilibrage de la bouee au fur et a mesure de ['installation des conduites. Les :5 compartiments vent avantageusement definis en partie par un cloisonnement radial. La bouee comporte de preference au moins deux cloisons cylindriques coaxiales laissant un espace annulaire cloisonne en compartiments radiaux munis de leurs moyens de ballastage et de deballastage, commandables individuellement. La cloison cylindrique so centrale laisse le passage eventuellement a la ligne d'ancrage ou a des lignes de service. Au-dessous de la bouee, il est avantageusement prevu une plaque anti-houle, ctest-a-dire de compensation du pilonnement du a la houle. A la bouee est avantageusement accroche un contrepoids articule qui joue le role de balancier lorsque la bouee subit un deplacement lateral. 6 2839109 La methode et la configuration conformes a ['invention s'accommodent aussi bien d'une configuration tendue que d'une configuration en catenaire. Les conduites montantes peuvent etre du type rigide ou du type flexible, voire de type hybride associant des parties s rigides a des parties flexibles, comme le decrit le document FR 2 790 813 par exemple. D'autres avantages et caracteristiques seront mis en evidence a la lecture de la description qui suit, en reference aux dessins annexes sur lesquels: o La figure 1 est une vue schematique d'un premier exemple de confguration de colonne montante conforme a ['invention. La figure 2 est une vue en coupe II-II de la figure 1 montrant le compartimentage de la bouee. La figure 3 montre un detail du dispositif de fixation laterale d'une conduite a la bouee. La figure 4 montre en vue en plan un exemple de support adapte au dispositif de fixation de conduite de la figure 3. La figure 5 est une vue schematique d'un second exemple de confguration de colonne montante conforme a ['invention. o La figure 6 est une vue en coupe VI-VI de la figure 5 montrant le compartimentage de la bouee et ['attache laterale d'une conduite. La figure 7 montre un detail du dispositif de fixation laterale d'une conduite a la bouee. La figure 8 montre en vue en plan un exemple de support adapte au s dispositif de fixation de conduite de la figure 7. La figure 9 est une vue analogue a la figure 6 d'une bouee modifiee. La figure 10 est une vue analogue a la figure 1 d'une alternative de realisation de la partie inferieure de la bouee. Les figures 1 et 5 representent une configuration de colonne montante 1 destinee a relier une installation soul-marine fixe a une installation de surface flottante. La configuration de colonne montante comprend une bouee immergee 2 et une pluralite de conduites montantes 3 comme par exemple des conduites de production 3 (dons une seule est representee, p our la s imp licite du des sin) de stinees a faire remonter, d'une 7 2839109 source non representee, un hydrocarbure vers une installation flottante 4 d' exploitation. La bouee 2 comporte une zone 5 de flottaison, composee de compartiments 6 qui peuvent etre, a volonte, remplis d'air ou d'eau grace a s des moyens de commande classiques de ballastage et de deballastage non representes, mais dont les commandes 9 peuvent 8tre placees par exemple sur la plateforma 4. Les compartiments peuvent notamment 8tre des compartiments en forme de secteurs cylindriques annulaires, delimites par deux cloisons cylindriques coaxiales 20 et 21, et des cloisons radiales 22. o En alternative (voir figure 9), des chambres 23 en materiau composite peuvent 8tre formees dans les compartiments 6. La bouee comprend avantageusement autant de compartiments que de conduites montantes prevues pour etre supportees par ladite bouee. La taille et le volume des compartiments de la bouee vent avantageusement choisis de maniere a s presenter une flottabilite correspondent au poids de la conduite montante qui leur est respectivement associee. La zone de flottaison 5 est surmontee d'une structure superieure 7 par exemple en treillis metallique, qui peut emerger du niveau de lteau. La bouee 2 comporte aussi une structure inferieure 10, de diametre plus petit o ou se reduisant vers le teas. La structure superieure 7 peut supporter de maniere pivotante deux bras radialement opposes 25 equipes de treuils 26, destines a faciliter la manceuvre et ['installation des conduites 3 sur la bouee 2. La structure inferieure 10 peut servir a porter en partie basse des poids 11 destines a lester la bouee et a la maintenir verticale. La bouee est ancree au fond marin grace a une ligne d'ancrage 12 qui peut 8tre attachee au teas de la bouee (figure 1) ou la traverser entierement et etre attachee a la structure superieure 7 (figure 5). La ligne d'ancrage 12 est fixee au fond marin par des corps morts ou des piles aspirantes ou tout so autre moyen connu 13. La ligne d'ancrage 12 peut 8tre une ligne unique sur une partie de sa hauteur ou 8tre composee de plusieurs lignes paralleles reliees chacune a un corps 13. Dans une realisation alternative representee sur la fgure l O. la structure inferieure 10 est articulee en 10' par rapport a la partie inferieure s de la bouee de maniere a former un contrepoids qui joue le role de balancier 8 2839109 lorsque la bouee subit un deplacement lateral, comme par exemple lors des operations de mise en place des conduites montantes. Selon cette alternative, la partie inferieure 10 comporte des poids 11 et une plaque anti- houle 15 par exemple et est articulee sur la partie inferieure de la bouee; la bouee 5 elle-meme est ancree directement au fond marin par le dispositif d'ancrage 13 et au moins une ligne d'ancrage 12 qui peut etre reliee a la bouee 5 par des brides de maniere connue en soi. Contrairement aux bouees connues de l'art anterieur, la bouee 2 de ['invention est pre-installee sur le site avant la colonne montante proprement o cite, qui va venir sty fxer de maniere sequentielle, conduite 3 apres conduite 3. A cet effet, la bouee 2 porte lateralement des moyens d'accrochage de l'embout superieur de conduite 3. Ces moyens 30, accessibles radialement de l'exterieur de la bouee, peuvent etre loges dans des s evidements des compartiments 6 de la bouee 2 comme represente en figures 1 a 4, ou formes a l'exterieur de ces compartiments 6, comme represente en figures 5 a 8. Ces moyens 30 comportent essentiellement un siege 31 auquel permet d'acceder une fente verticale 32: on vient passer la partie superieure de la conduite 3 par cette fente 32 de maniere qu'elle repose, par o l'intermediaire de son embout 33, sur le siege 31. Un collier de serrage ("clamp") non represente vient bloquer la conduite 3 dans son logement. Comme on le volt sur les figures 3 et 7, la forrne du siege 31 peut etre une forme creuse arrondie recevant la forme complementaire formee par l'embout 33 de conduite, de sorte que la mise en place de la conduite est facilitee par l'auto-guidage qui resulte de la forme complementaire adaptee tronconique ou arrondie du siege et de l'embout. Bien entendu, les moyens d'accrochage 30 pourraient prendre d'autres formes sans pour autant sortir du champ de protection de ['invention. Ils pourraient de plus comporter des moyens d'amortissement destines a permettre un certain debattement de la o conduite dans son receptacle afin de lui permettre d'accommoder les mouvements lateraux de la bouee par exemple. Les conduites flexibles 3 attachees a la bouee peuvent eke raccordees a ['installation flottante 4 par des flexibles directement ou bien, comme represente, eke raccordees par des conduites de raccordement 34 a s5 une ou plusieurs conduites annulaires colleckices 35 liees a la structure 9 2839109 superieure de la bouee. Les conduites collectrices 35 vent reliees a ['installation flottante soit par des conduites flexibles de raccordement ("jumper" en anglais) immergees 36 ou non immergees 37 (en passant alors par la partie superieure emergeante de la bouee). Il est possible de prevoir une conduite collectrice 35 mobile en hauteur sur la structure superieure 7 de maniere a permettre une connexion seche des flexibles. Si necessaire, la structure inferieure 10 de la bouee peut servir a porter une plaque anti-houle 15 qui peut comprendre des passages 16 prevus pour les conduites suspendues 3 et servir ainsi de premier moyen de o guidage desdites conduites 3. La bouee est liee au fond marin par un dispositif d'ancrage 13 et des lignes d'ancrage 12; elle presente une flottabilite positive fixe lors de son installation. Lors de la mise en place sequentielle des conduites montantes, la bouee conserve toujours cette flottabilite positive grace au systeme de s ballastage et de deballastage. En effet, lors de la mise en place des conduites montantes, la bouee est progressivement deballastee compartiment par compartiment pour lui aj outer une flottabilite equivalente au p oids de la conduite installee, as so ciee audit comp artiment. Ainsi, malgre le poids des conduites montantes 3 s'etendant de la bouee jusqu'au ^ as supporter au moins la flottabilite fxe positive de la bouee. 2839109 REVENDI CAT I ON S 1. Methode de mise en place d'une configuration de colonne montante comportant un faisceau de conduites (3) attachees en partie superieure a une bouee ( 2) compartimentee liee au fond marin par un dispositif d'ancrage (13) et des lignes d'ancrage (12) et dotee de moyens de ballastage et de deballastage de ses compartiments (6), caracterisee en ce qu'elle consiste a installer sequentiellement au moins deux conduites o (3) montantes en deballastant partiellement la bouee (2) apres ['installation de la premiere conduite montante (3) et avant ou pendant ['installation d'une des conduites montantes (3) suivantes. 2. Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce que le deballastage intermediaire s'effectue entre ['installation de chacune des conduites s montantes (3) et correspond au poids immerge de la conduite quton va suspendre. 3. Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce que le deballastage intermediaire s'effectue entre ['installation de chacune des conduites montantes (3) et correspond au poids immerge de la conduite qu'on o vient de suspendre. 4. Methode selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caracterisee en ce que la bouee (2) est compartimentee horizontalement et en ce que le deballastage intermediaire intervient sur le compartiment (6) associe a la conduite montante (3) dont on veut contrebalancer le poids. s 5. Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce qu'on met en place successivement toutes les conduites (3) de production de la configuration. 6. Methode selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterisee en ce qu'on vient mettre en place lesdites conduites (3) et les accrocher a o liexterieur de la bouee (2). 7. Configuration de conduite montante comportant un faisceau de conduites (3) attachees en partie superieure a une bouee compartimentee (2) immergee liee a un dispositif d'ancrage (13) et dotee de moyens de ballastage et de deballastage des compartiments, caracterisee par des s moyens (30, 31, 32) de mise en place sur la bouee d'au moins deux conduites (3) du faisceau, ces moyens etant accessibles de liexterieur de la bouee. 8. Confguration selon la revendication 7, caracterisee en ce que les moyens (30, 31, 32) comportent des organes (31) de support et de serrage disposes lateralement sur la bouee. 9. Confguration selon la revendication 8, caracterisee en ce que ces organes comprennent un siege (31) de forrne adaptee complementaire de celle d'un embout (33) de conduite. 10. Configuration selon l'une quelconque des revendications 7 a 9, o caracterisee en ce que la bouee comporte des compartiments repartis horizontalement. ll.Configuration selon la revendication 10, caracterisee en ce que les compartiments vent definis en partie par un cloisonnement radial. 12. Confguration selon l'une quelconque des revendications 7 a 11, s caracterisee en ce que la bouee comporte une structure superieure