Brevet FR2840951A1 — publié le 20031219

coulisse (2) pour permettre le guidage vers la coulisse (2) du tablier de voles. s La presente invention se rapporte au domaine de ['exploitation des gisements petroliers situes en offshore profond, ctest-a-dire sous des profondeurs d'eau au dela de 1000 matres, en particulier au dela de 2000 m. Pour mettre en production de tels gisements, les operations de forage des puits de production necessitent des installations lourdes, done couteuses, ce qui to impose des etudes et des techniques specifiques aux conditions locales. Les industrials de cette profession possedent actuellement un certain nombre de programmes informatiques permettant des calculs complexes pour optimiser les installations en fonction d'un cahier des charges. Cependant, dans de telles profondeurs, les probldmes vent tels que les programmes de calculs ne vent pas ts actuellement totalement valides pour des conditions extrAmes: profondeur d'eau, vent, courant, etc... La presente invention concerne une installation de forage en grande profondeur d'eau permettant de contr81er ['ensemble des efforts et des deformations que subit la colonne montante de forage ("riser") compte tenu des o conditions oceanographiques et operationnelles. Par contr81er, il faut comprendre l'enregistrement et le suivi en temps reel, pseudo reel, ou non, des paramatres permettant l'analyse des contraintes subies par le "riser de forage". L'objet principal de ['invention est de pouvoir acquerir le maximum de donnees sur le comportement d'un riser de forage dans des conditions determinees. Pour cela, les deplacements, les deformations, les contraintes vent enregistrees conjointement aux charges et actions exterieures. Ainsi, ['invention concerne un ensemble d'instrumentation d'une colonne montante de forage offshore mise en ceuvre a partir d'un support flottant. L'ensemble comporte une unite centrale (PC) reliee par cables conducteurs a: une pluralite de modules fixes en differents points de la longueur de o la colonne, lesdits modules comprenant des moyens de mesures permettant la localisation en dynamique desdits points dans l'espace, - un autre module de localisation fixe sur l'extremite inferieure (LMRP) de ladite colonne, un ensemble de capteurs de mesures de l'environnement (W. C, M/W) : vent, vague, courant, - un ensemble de mesures de la position (DGPS, P) du support flottant, lesdites mesures etant synchronisees entre elles, gerees et enregistrees a ['aide de ladite unite centrale. Un element superieur de la colonne peut etre instrumente pour me surer (PUP) la tension et la flexion en tete de la colonne et connecte a ladite unite centrale. Des moyens de tensionnement sur la colonne peuvent comporter des capteurs de me sure de leur fonctionnement dynamique. Les modules peuvent comporter des moyens de fonctionnement autonome, tels que memoires et batterie, de facon a pouvoir fonctionner en cas de defaillance de la liaison avec ['unite centrale. Un systeme acoustique peut comprendre des balises fixees sur les s m8mes points de la colonne que lesdits modules afin de la localiser. L'ensemble peut comprendre au moins quatre modules. La presente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaitront plus clairement a la lecture de la description qui suit d'un mode o de realisation, nullement limitatif, illustre par les figures ci-apres annexees, parmi lesquelles: - la figure 1 montre schematiquement un ensemble de forage offshore dans son environnement; - la figure 2 montre schematiquement ['ensemble des capteurs selon s ['invention et du systeme d'acquisition. La figure 1 represente ['architecture globale d'une installation de forage offshore a partir d'un support flottant 1. Ce type d/installation necessite l'emploi diun "riser" de forage 2, appele aussi "colonne montante" constituee o par un assemblage d'elements connectes entre eux. Le riser de forage relic le support flottant a la tate de puits 3 soulmarine. La t8te de puits 3 est constituee par un tube conducteur 4 scelle dans le fond marin, des elements de support des obturateurs de securite 5, lesquels comprennent une partie superieure LMRP 6 (ou "Lower Marine Riser Package) pouvant etre separee de la partie inferieure grace a un connecteur. La partie superieure LMRP reste suspendue au riser lorsque l'on est en mode deconnecte. En mode connecte, la base du riser peut s'incliner d'un angle oc grace au joint 7 du type rotule. La s partie superieure du riser 2 est accrochee au support flottant 1 par l'intermediaire d'un joint telescopique 8 qui permet d'absorber les deplacements verticaux dus a la houle, et par un systeme de tensionneurs 9, generalement constitues de cables, de poulies et de verins hydropneumatiques qui maintiennent le riser en tension et permettent de controler sa deformee. o Les fleches 10 representent les conditions de courants, vitesses, amplitudes, directions, qui s'appliquent au riser 2. Les fleches 11 representent les conditions de vagues et de houles. La reference 12 illustre le deplacement du support flottant par rapport a la verticale 13 de la t8te de putts. La presente invention a pour objet d'aider a resoudre les problemes s mecaniques de ['installation de forage, en particulier le riser, tels que le comportement dynamique du riser en mode connecte et deconnecte, les consequences des forts courants, en particulier les vibrations induites par vortex (VIV), et de facon generale la tenue a la fatigue du riser. Les caracteristiques essentielles de la presente invention peuvent etre resume comme suit: - Le riser de forage est controle, a la fois en mode connecte a la tete de puits et en mode deconnecte; s - les donnees fournies par les capteurs et enregistrees vent comparees avec les resultats du logiciel dedie DeepDRiser (_ IFP/Principia), ou autre logiciel similaire; - les donnees enregistrees concernent: le riser, l'extremite inferieure du riser (LMRP), le systeme de tensionnement, le joint telescopique, le deplacement du support flottant, l'environnement; le systhme d'acquisition des donnees est adapte aux procedures de forage; - on utilise un systhme acoustique base longue pour connaitre le o positionnement de l'extremite du riser (LMRP) en mode deconnecte. Grace au systAme selon ['invention, les donnees permettent d'etudier: - la deformee en quasi-statique du riser soumis au courant, - la variation dynamique du profil (deformee) due aux vagues et aux deplacements du support flottant, is - l'amplitude et la frequence des vibrations induites par vortex (VIV), - les charges hydrodynamiques, - le comportement des tensionneurs (en mode connecte), - la tension en tete du riser, - les variations dynamiques de la tension en tete compte tenu de la o raideur equivalente du systhme de tensionnement (en mode connecte), - le comportement dynamique axial du riser (en mode connecte et en mode deconnecte), - le couplage des modes tension/flexion pour evaluer le risque de flambage dynamique de la partie superieure du riser, - le comportement transitoire pendant la deconnexion du riser. La figure 2 represente schematiquement le reseau d'acquisition et de s controle de ['installation de forage. Une unite centrale PC est reliee a un reseau de capteurs pour: - l'alimentation en puissance electrique des capteurs, - l'enregistrement des donnees, - la synchronisation des donnees entre elles, o - fournir une ligne de controle en continu du fonctionnement des capteurs. Le reseau peut etre subdivise en trots soussystemes: - Sous-svsteme 1: Il comprend six ensembles de capteurs: s À W: donne la hauteur de vague; À C: donne la vitesse et la direction du courant, À M/W: donne des informations meteorologiques, comme la direction et la vitesse du vent, la pression atmospherique, DGPS: donne les deplacements du support flottant selon les o six degree de liberte, À P: donne la position du support flottant selon deux axes x et y, La technologie de ces capteurs est connue de la profession, leur choix sera pris en fonction des conditions attendues et d'un plan determine. - Sous-sveteme 2: I1 comprend principalement six ensembles de capteurs (references 21, 22, 23, 24, 25, 26) dont les boitiers vent fixes sur quatre elements de riser repartis selon les circonstances, et deux (25 et 26) s situes dans le voisinage de l'extremite du riser LMRP et qui encadrent le joint 7. Les six boitiers vent relies entre eux et avec la surface par un cable 27. Chaque boitier contient trots accelerometres permettant de localiser en dynamique un troncon de cylindre (une partie du riser) dans l'espace. Les boitiers contiennent egalement deux inclinometres, ou systeme equivalent, io permettant une determination de la deformee statique du riser. En cas de rupture de la liaison par cable, chaque boitier peut se mettre en mode autonome, grace a des memoires et des batteries. Dans ce cas, la frequence d'echantillonnage est reduite. Ainsi, que ce soit pendant la descente du riser ou apres la connexion sur la tete de puits, la deformee du riser peut etre connue et is enregistree, en synchronisme avec les conditions exterieures: vents, courants, vagues,...Le cable de transmission 27 peut comporter 4 lignes: deux pour la transmission des donnees, et deux pour l'alimentation en energie electrique. Le cable 27 est aussi relic aux capteurs PUP fixes sur un element tubulaire ("pupjoint") pour les mesures de charge axiale ou tension, et des moments de flexion selon deux axes. L'ensemble de capteurs 28 schematise en sommet du riser sur la figure 2, concerne les mesures permettant de contr81er et de commander le systeme de tensionnement de la colonne de forage, systeme constitue d'un certain nombre de sous-systAmes identiques. Chaque sous-systeme de tensionnement comprend au moins un cable, un systAme de poulies cooperant avec un verin hydraulique. Pour suivre et contr81er le fonctionnement du systAme de ten sionnement, on me sure l a tension aux extremite s d' au moins un cable p our s evaluer le rendement des poulies et le deplacement de la tige du verin. Le systeme hydraulique est un systhme passif de regulation de la pression dans les verins, obtenu par des accumulateurs oleopneumatiques. La pression de gaz dans ces accumulateurs, dont la valeur est ajustee en fonction de la tension demandee, est egalement mesuree et enregistree. o L'ensemble des capteurs 28, relic a ['unite centrale PC par des conducteurs 29, comprend egalement un enregistrement du deplacement du joint telescopique systematiquement installe en sommet du riser pour admettre le pilonnement du support flottant. Cet ensemble peut comprendre aussi une mesure de tension sur le cable is de forage et de poids sur la table de suspension ("spider") sur laquelle repose le riser lors de sa descente ou en mode deconnecte. Le sous-systeme 2 comprend egalement ['ensemble DRG qui donne les mesures forage, ctest a dire: tension en tete de la garniture de forage, densite du fluide de forage, vitesse de rotation de l'outil, pression dans les lignes de o securite (KL et CL), profondeur de l'extremite du riser (LMRP) , informations qui vent recuperees du systhme de mesure de l'appareil de forage. Le reseau est constitue par des liaisons par cables conducteurs a une unite centrale PC. Cette unite centrale contr81e: l'organisation du transfert des donnees, ['acquisition des mesures, - la synchronisation des capteurs, l'affichage des donnees, - l'enregistrement des mesures, la modification des parametres d'acquisition par un operateur, par exemple la frequence. Un tel reseau permet un suivi en temps reel des efforts, deformations et positionnement du riser de forage, que ce soit en descente, ou mode o deconnecte, ou en mode connecte c'est a dire en operation de forage. - Sous-svsteme 3: I1 consiste en un systeme acoustique schematise par le capteur 30 relic a ['unite centrale PC. Un certain nombre de balises acoustiques: references 31 a 37 fixees en is des points determines permettent leur localisation. Les balises fixees sur la longueur courante du riser (31 a 34) peuvent servir en securite redondante a l'autre systeme de mesure de la deformee du riser. Les balises 35 et 36 permettent de localiser ltextremite inferieure du LMRP. Les autres balises 37 posees sur le fond de la mer vent utilisees a la localisation du support flottant. REVENDICATIONS 1) Ensemble d'instrumentation d'une colonne montante (2) de forage offshore mise en couvre a partir d'un support flottant (1), caracterise en ce qu'il comporte une unite centrale (PC) reliee par cables conducteurs (27) a: - une pluralite de modules (21-25) fixes en differents points de la longueur de la colonne, lesdits modules comprenant des moyens de me sure s permettant l a locali s ation en dynamique de sdits points dans l'espace, io - un autre module (26) de localisation fixe sur l'extremite inferieure (LMRP) de ladite colonne, - un ensemble de capteurs de mesures de l'environnement (W. C, M/W): vent, vague, courant, un ensemble de mesures de la position (DGPS, P) du support flottant, s lesdites mesures etant synchronisees entre elles, gerees et enregistrees a ['aide de ladite unite centrale. 2) Ensemble selon la revendication 1, dans lequel un element superieur de ladite colonne est instrumente pour mesurer (PUP) la tension et la flexion o en tete de la colonne, et est connecte a ladite unite centrale. 3) Ensemble selon l'une des revendications precedentes, dans lequel des moyens de ten sionnement sur la colonne comportent de s capteurs de me sure (28) de leur fonctionnement dynamique. 4) Ensemble selon l'une des revendications precedentes, dans lequel lesdits modules comportent des moyens de fonctionnement autonome, tels que memoires et batterie, de facon a pouvoir fonctionner en cas de defaillance de la liaison avec ['unite centrale. to 5) Ensemble selon l'une des revendications precedentes, dans lequel un systeme acoustique (30; 37) comprend des balises (31-35) fixees sur les mAmes points de la colonne que lesdits modules afin de la localiser. 6) Ensemble selon l'une des revendications precedentes, dans lequel il