Brevet FR2840013A1 — publié le 20031128

(27) du coffre. 1 2840013 s SYSTEME DE COLONNE MONTANTE RELIANT DEUX INSTALLATIONS SOWS-MARINES FIXES A UNE UNITE DE SURFACE FLOTTANTE La presente invention concerne un systeme de colonne montante ("Riser Tower System en anglais") destine a relier au moins deux installations soul-marines fxes telles qu'une tete de puits ou un manifold a t5 une unite de surface flottante telle qu'une plate-forma ou un navire du type FPSO ("Floating Production Storage and Offloading"). Une exploitation d'un champ pekolier au large ("Offshore") est de plus en plus complexe au fur et a mesure que les profondeurs d'eau vent importantes qui, de nos jours, peuvent atteindre plusieurs milkers de metres. Le kansfert de produit de ['installation fxe, situee sur le fond marin et constituee notamment par une tete de puits, vers ['unite ou installation de surface flottante, souleve un certain nombre de difficultes. Les systemes de kansfert les plus usites vent ce quton appelle des systemes a colonnes montantes ou "Riser Tower System", qui comprennent des conduites dans lesquelles circulent divers produits a kansporter entre le fond marin et la surface, ces produits etant par exemple de l'huile, des gaz, de lteau, etc. D'aukes conduites peuvent eke egalement utilisees notamment des lignes d'injection de fluide, de chargement ou de commande eleckique et/ou hydraulique. o Dans les exploitations petrolieres notamment pour lesquelles les gisements vent a de grandes profondeurs, les zones de turbulences qui se situent enke 50 et 300 m au-dessous de la surface de l'eau, peuvent avoir des effete non seulement sur ['installation ou unite de surface qui peut subir des mouvements dus a la houle et a d'aukes phenomenes tels que le 2 2840013 tangage, roulis, etc., mais egalement sur le systeme a colonne montante qui subit des forces dues aux vagues, au vent et aux courants marine. De ce fait, les systemes a colonne montante vent concus pour resister a ces sollicitations qui peuvent etre plus ou moins importantes. Divers types de systemes a colonne montante ont ete proposes et vent decrits par exemple dans US 3 111 692, 3 677 302, 4 031 919, 4 188 156, 4 182 584, 4 388, 022, 4 400 109 et 4 423 984. Les inconvenients principaux de ces systemes resident dans le fait qu'il est necessaire d'utiliser des bouees a grande flottabilite d'au moins o 2 000 tonnes; de plus, lorsque cette flottabilite est repartie sur ['ensemble de la colonne montante, les elements de la bouee doivent supporter dtimportantes pressions. Un autre inconvenient est que ces systemes vent fabriques a terre et doivent ensuite etre amenes et installes sur le site, ['ensemble de ces operations etant delicates et couteuses. De plus, il est tres difficile d'ancrer sur le fond marin les extremites des sections rigides sans faire appel a des plongeurs ou a des engine tres sophistiques tels que les ROV ("Remote Operated Vehicle"), ce qui induit un cout non negligeable de mise en place et de surveillance au cours de ['exploitation du gisenent. Dans US 5 639 187, il est decrit un systeme qui combine des o conduites rigides et des conduites flexibles pour realiser la communication fluide entre ['installation soul-marine fixe et ['unite de surface, le systeme comprenant une bouee immergee qui est ancree sur le fond marin au Inoyen de quatre lignes d'ancrage "endues, chacune des lignes d'ancrage etant attachee aux extremites de la bouee et a un sommet d'une sorte de rectangle forrne sur le fond marm, de maniere a minimiser la rotation de la bouee qui pourrait etre provoquee par des forces horizontales et par le poids des conduites stetendant entre la bouee et le fond marin. En fait, le systeme est du type a "jambes de tension" ("tension leg" en anglais) qui doivent resister a des charges verticales d'au moins 1 500 tonnes et meme davantage pour o reprendre notamment lors de ['installation la flottabilite de la bouee qui doit etre superieure au poids des conduites en nombre important dans une telle exploitation. La bouee immergee doit egalement presenter une reserve de flottabilite pour donner a ltensemble du systeme une raideur necessaire pour limiter ses mouvements lateraux. En effet, les mouvements lateraux de la bouee vent indesirables car ils peuvent courtier les conduites rigides a des 3 2840013 rayons tels qu'ils peuvent deformer plastiquement les conduites et creer ainsi une amorce d'ecrasement par ovalisation au niveau de la zone d'inflexion ("Sag Bend" en anglais). La zone d'inflexion se trouve au- dessus de la zone de contact des conduites sur le fond marin, ladite zone de s contact etant usuellement appelee le "Touch Down Point" ("TDP" en abreviation). La Demanderesse a deja propose dans la demande de brevet francais N 02 05 378 du 29 avril 2002 un systeme a colonne montante ou "Riser Tower System" qui soit plus adapte aux mouvements de ['unite de surface, io simple a realiser et a mettre en place et moins couteux que les systemes de l'art anterieur, a conditions d'exploitation comparables. Selon cette demande non publiee au moment de la presente, il s'agit d'un systeme a colonne montante destine a relier une installation soul-marine fixe a une unite de surface, du type comprenant au moins une conduite flexible disposee en catenaire et s'etendant entre ['installation de surface et une bouee immergee, au moins une conduite montante ("riser" en anglais) disposee en catenaire entre ladite bouee et le fond marin, ladite bouee etant ancree sur le fond marin par l' intermediaire d'un dispositif d' ancrage comportant au moins deux lignes d'ancrage "endues, et qui est caracterise en ce qu'il comprend au moins deux lignes d'amarrage en catenaire et sur lesquelles vent prevus des moyens de rappel qui exercent sur ladite bouee une force de rappel qui depend du mouvement lateral de ladite bouee. Lorsque la bouee immergee se deplace lateralement, elle est automatiquement rappelee vers sa position initiale ou d'equilibre par les moyens de rappel dont la force est variable, c'est-a-dire qu'ils developpent une force de rappel qui depend de ['amplitude du mouvement lateral de la bouee. La presente invention vise une solution alternative a la solution precedente, dans le cas ou il s'agit de relier au moins deux installations o soul-marines fixes a une installation de surface flottante. Selon la presente invention, il est propose un systeme de colonne montante destinee a relier deux installations soul-marines fxes a une unite de surface flottante, du type comprenant au moins une conduite flexible disposee en catenaire et s'etendant entre ['installation de surface et au moins une bouee imnergee, ss au moins une conduite montante disposee en catenaire entre ladite buee et 4 2840013 le fond marin, ladite bouee etant ancree sur le fond marin par l'intermediaire d'un dispositif d'ancrage comportant au moins deux lignes d'ancrage "endues, caracterise en ce qu'il comporte deux bouees immergees associees chacune a au moins une conduite montante reliee a l'une respective des deux installations soul-marines fixes et une conduite flexible en catenaire, et au moins une ligne de rappel en catenaire reliant les deux bouees. Cette ligne de rappel en catenaire est pesante ettou lessee au moins sur une partie de maniere a exercer, de par son poids propre ou ajoute, la force laterale de rappel necessaire sur les bouees. Lorsque l'une des deux o bouees se deplace lateralement, la ligne commence a se tendre, augmentant la composante horizontale (composante de rappel) de la force qui stexerce sur la bouee. Cette action de la ligne de rappel ou de retenue qui s'effectue dans un premier temps peut 8tre completee par la reaction de la seconde bouee et des conduites montantes ("risers") qutelle porte, reaction qui contribue egalement a rappeler la premiere bouee vers sa position initiale dans un deuxieme temps. Il est possible de prevoir plus d'une ligne de rappel, cornme par exemple deux lignes reliant les extremites respectives des bouees. La ligne de retenue est avantageusement disposee entre les bouees et, de preference, ne repose pas sur le fond marin. Toutefois, la forme de la catenaire peut etre quelconque et pourrait aller jusqu'a reposer sur le fond marin sans sortir de ['invention. Avantageusement, la ligne de rappel est. comme les lignes d'ancrage ellesmOmes, reliee a chaque bouee par une bride ou paste d'oie qui est disposee au-dessous de la bouee et qui est destinee a empOcher ou tout au moins a limiter la rotation de la bouee. Les conduites flexibles ("jumpers) reliant chaque bouee a ['installation flottante peuvent 8tre situees d'un m8me cote de celle-ci ou des deux cotes, selon les besoins et la configuration voulue. D'autres avantages et caracteristiques appara^tront a la lecture de la description d'un mode de realisation de la presente invention, ainsi que du dessin unique annexe representant une vue schematique en elevation du systeme a colonnes montantes selon un mode de realisation de ['invention. Le systeme a colonnes l, est destine a relier deux installations sous marines fixes 2, constituees par exemple par une tOte de puits, un manifold 2840013 ou autre collecteur et delivrant un produit provenant d'un gisement petrolier ou autre, a une unite ou installation de surface flottante 3 telle qu'une plate- forme ou un FPSO, la distance separant les installations de.surface 3 et soul-marines 2 pouvant atteindre plusieurs milkers de metres. A une s certaine distance de la surface 4 de l'eau et generalement au-dela de la zone de turbulence de l'etendue d'eau concernee, vent immergees deux bouees 5 dont chacune est ancree sur le fond marin 6 par respectivement au moins deux lignes d'ancrage 7 ('tether" en anglais) qui vent tendues entre la bouee et un corps mort 9 ou autre moyen d'ancrage (pile aspirante). Les deux ou o trots lignes 7 d'une meme bouee 5 vent sensiblement dans meme plan vertical perpendiculaire au plan du dessin; c'est pourquoi une seule ligne est visible pour chaque bouee 5 du dessin. Une ou plusieurs conduites flexibles 10 s'etendant en catenaire entre ['unite de surface 3 et chaque bouee 5 vent reliees a une ou plusieurs s conduites montantes 11 ("riser" en anglais), qui s'etendent en catenaire entre chaque bouee 5 et ['installation soul-marine fixe associee 2, de sorte qu'une communication fluide est etablie entre lesdites installations 2 et 3. Les conduites montantes 11 s'etendant en catenaire des bouees 5 au fond marin peuvent Otre de tout type tel que des conduites rigides couramment o appelees SCR ("Steel Catenary Riser"), a simple ou double enveloppe ("Pipe in Pipe") et meme des conduites flexibles ou des conduites hybrides comportant au moins une partie flexible et une partie rigide. Le systeme a colonne montante double comprend au moins une ligne de rappel ou de retenue 40 disposee en catenaire entre les deux bouees 5. Cette ligne catenaire 40 peut etre une chane pesante ou une ligne lessee de rests 12. Le poids de la ligne ou des rests 12 constitue des moyens de rappel pour la bouee 5 qui s'ecarte lateralement (dans le sens transversal au plan des lignes d'ancrage 7 d'une meme bouee), la force de rappel dependent principalement du mouvement lateral que pourrait avoir ladite bouee 5 et o dont la cause peut avoir comme origine une forte houle, des courants marine et plus generalement les deplacements de ['unite de surface 3. Les rests 12 peuvent etre constitues par des poids, des boules, des chanes ou encore des gueuses. Chaque ligne d'ancrage tendue 7 est attachee a un sommet 16 d'une bride ou paste d'oie 17 qui est fixee sur la bouee 5 a une extremite de cette 6 2840013 derriere, et qui est egalement destinee a empecher ou limiter fortement la rotation de la bouee. Les points de fxation des lignes d'ancrage 7 sur les brides 17 vent de preference sensiblement dans le plan median passant par l'axe longitudinal de la bouee 5, perpendiculaire au plan de la fgure. s La ligne de rappel 40 peut etre reliee a une extremite 20 de la bouee qui est opposee a l'autre extremite laterale 21 a laquelle est reliee la ou les conduites montantes 11. De preference, elle est reliee comme represente au sommet 16 de la bride 17, de sorte que les points de fxation de la ligne de rappel 40 soient situes sensiblement dans le plan median dans lequel vent o situes les points de fxation a la bouee 5 des lignes d'amarrage 7. Dans un mode de realisation prefere de ['invention, la bouee 5 est a flottabilite variable et elle comprend plusieurs parties, par exemple trots parties 22 a 24 constituees chacune par un cylindre creux. Une telle structure de la bouee 5 permet d'eviter d'avoir a developper des forces tres s importantes au niveau de la bouee 5, lesquelles forces dependent notamment du nombre et du poids des conduites montantes qui seront prevues entre le fond marin 6 et ladite bouee 5. En effet, grace a ce compartimentage de la bouee 5, chaque cylindre 22 a 24 constitue un compartiment qui peut etre vice partiellement ou totalement au fur et a o mesure de la pose des conduites montantes. C'est ainsi que dans une premiere phase, les compartiments vent remplis avec un fluide approprie tel que de l'eau. Puis, apres la pose de la premiere conduite montante, une partie d'un compartiment est vice et rempli par du gaz, la quantite videe etant fonction du poids de la ou des colonnes montantes posees. On procede :5 ensuite s equentiellement et de la meme maniere pour le s autres co nduite s montantes. Selon le mode de realisation decrit de ['invention, les conduites montantes 11 vent reliees aux conduites flexibles associees 10 par des connexions par embout de maniere connue en soi. Ces conduites montantes so 11 vent supportees par la bouee 5 par un dispositif de receptacle de liaison et de suspension materialise schematiquement sur la figure 1 et reference , dans lequel leur embout terminal vient se loger. On peut noter que ce dispositif peut comporter des moyens d'amortissements destines a permettre aux conduites montantes un certain debattement angulaire par rapport a la bouee 5 au niveau de leur liaison. 7 284001 3 REVENDICATIONS s 1. Systeme de colonne montante (1) destinee a relier deux installations soul-marines fixes (2) a une unite de surface flottante (3), du type l0 comprenant au moins une conduite flexible (10) disposee en catenaire et s'etendant entre ['installation de surface (2) et au moins une bouee immergee (5), au moins une conduite montante (11) disposee en catenaire enke ladite bouee (5) et le fond marin (6), ladite bouee (5) etant ancree sur le fond marin par l'intermediaire d'un dispositif d'ancrage (9) comportant au moins deux lignes d'ancrage tendues (7, 8), caracterise en ce qutil comporte deux bouees immergees (5) associees chacune a au moins une conduite montante (11) reliee a l'une respective des deux installations sous marines hxes (2) et une conduite flexible (10) en catenaire, et au moins une ligne de rappel (40) en catenaire reliant les deux bouees (5) 2. Systeme de colonne montante selon la revendication 1, caracterise en ce que la ligne de rappel (40) est pesante et/ou lessee sur au moins une partie de sa longueur. 3. Systeme de colonne montante selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que la ligne de rappel (40) est reliee a chaque bouee (5) par l'intermediaire d'une paste (17) disposee au-dessous de la bouee (5), ladite paste (17) empechant la rotation de ladite bouee (5). so 4. Systeme de colonne montante selon Ia revendication 1 a 3, caracterise en ce que les lignes d'ancrage tendues (7) de chaque bouee (5) vent situees sensiblement dans un plan median passant par l'axe longitudinal de ladite bouee (5) perpendiculaire a un plan contenant la ligne de rappel (40). 284001 3 5. Systeme de colonne montante selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce que la bouee (5) est a flottabilite variable et constituee en plusieurs parties (22 a 24). 6. Systeme de colonne montante selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que la ligne de rappel (40) est reliee a une extremite (203 de la bouee (5) qui est opposee a l'autre extremite laterale (21) a laquelle est reliee la conduite montante (1 1). 7. Systeme de colonne montante selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que la ligne de rappel (40) est o reliee a chacune des bouees immergees (5) en un point (16) situe sensiblement dans le plan median passant par l'axe longitudinal de ladite bouee (5) perpendiculaire a un plan contenant la ligne de