Brevet FR2839110A1 — publié le 20031031

emergente (7) sur laquelle peut coulisser un collecteur. 1 283911 0 SYSTEME DlL COLONNE MONTANTE RELIANT UNE INSTALLATION SOWS-MARINE FIXE A UNE UNITE DE SURFACE FLOTTANTE La presente invention concerne un systeme de colonne montante (Riser Tower System en anglais) destine a relier une installation sous marine fixe telle qu'une tete de puits ou un manifold a une unite de surface s flottante telle qu'une plate-forma ou un navire du type FPSO (Floating Production Storage and Offloading). Une exploitation d'un champ petrolier 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. o Le transfert de produit de ['installation fixe, 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 transfert les plus usites vent ce qu'on appelle des systemes a colonnes montantes ou Riser Tower System, qui comprennent des conduites dans 2s lesquelles circulent divers produits a transporter entre le fond marin et la surface, ces produits etant par exemple de l'huile, des gaz, de l'eau, etc D'autres conduites peuvent etre egalement utilisees notamment des lignes d'injection de fluide, de chargement ou de commande electrique et/ou hydraulique. o Dans l es exploitations petrolieres notamment pour lesquell es l es gisements vent a de grandes profondeurs, les zones de turbulences qui se situent entre 50 et 300 m au-dessous de la surface de l'eau, peuvent avoir des effete non senlement sur ['installation ou unite de surface qui peut subir des mouvements dus a la houle et a d'autres phenomenes tels que le 2 283911 0 tangage, roulis, etc... mais egalement sur le systeme a colonne montante qui subit des forces dues aux vagues, au vent et aux courants narins. De ce fait, les systemes a colonne montante vent con,cus 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 38S, 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 lorsque cette flottabilite est repartie sur 1'ensemble de la colonne montante, les elements de la bouee doivent supporter d'importantes 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 gisement. 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 fxe et ['unite de surface, le systeme comprenant une bouee immergee qui est ancree sur le fond marin au moyen 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 forme sur le fond marin, de maniere a minimiser la rotation de la bouee qui pourrait etre provoquee par des forces horizontales et par le poids des conduites s'etendant 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 ['ensemble du systeme une raideur necessaire pour limiter ses mouvements lateraux. ln effet, les mouvements lateraux de s5 la bouee vent indesirables car ils peuvent courtier les conduites rigides a des 3 283911 0 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 dtinflexion se trouve audessus de la zone de contact des conduites sur le fond marin, ladite zone de contact s etant usuellement appelee le Touch Down Point (TDP en anglais). La presente invention a pour but de proposer au moins un systeme a colonne montante ou Riser Tower System qui soit plus adaple aux mouvements de ['unite de surface, simple a realiser et a mettre en place et moins couteux que les systemes de l'art anterieur, a conditions o d'exploitation comparables. Un objet de la presente invention est 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 i5 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'intennediaire 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 o moyens de rappel qui exercent sur ladite bouee une force de rappel qui depend du mouvement lateral de ladite bouee. Un avantage de la presente invention reside dans le fait que, lorsque la bouee immergee se deplace lateralement, elle est automatiquement rappelee vers sa position initiale ou d'equilibre par les noyens 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. Selon une autre caracteristique de ['invention, les moyens de rappel vent constitues par un lest qui est distribue de part et d'autre du point ou zone de contact de la ligne d'amarrage sur le fond marin. La partie lessee de so la ligne d'amarrage, situee au-dessus du point de contact, en direction de la bouee, constitue principalement la force de rappel. Une telle structure est simple a realiser puisque le lest peut etre de nature quelconque telle que des chanes, des boules, des poids ou encore des gueuses. De plus, il est aise de determiner a l'avance la longueur de "rappel" de la ligne d'amarrage, c'est s a-dire la longueur de la partie lessee. Enfn, il est possible de lester une plus 4 283911 0 grande longueur, que celle qui est necessaire, de la portion de ligne reposant sur le fond marin si on ne desire pas ancrer l'extremite de la ligne d' amarrage. Dans un tel cas, il faut prendre garde que la ligne d' amarrage ne se deplace pas trop et n'aille pas s'enchevetrer dans les lignes d'ancrage s tendues de la bouee. Selon une autre caracteristique, chaque ligne d'amarrage est reliee a la bouee par une bride ou paste d'oie qui est disposee au-dessous de la bouee et qui est destinee a empecher ou tout au moins a limiter la rotation de la bouee. o D'autres avantages et caracteristiques appara^tront a la lecture de la description d'un mode de realisation de la presente invention, ainsi que des dessins annexes sur lesquels: La figure l est une vue schematique en elevation du systeme a colonne nontante selon un mode de realisation de ['invention. s La figure 2 est une vue schenatique en elevation du systeme a colonne nontante pour plusieurs positions laterales de la bouee. Le systene a colonne 1, represente schematiquement sur la figure 1, est destine a relier une installation soul-marine fixe 2, constituee par exemple par une tete de puits, un manifold ou autre collecteur et delivrant o un produit provenant d'un gisenent petrolier ou autre, a une unite ou installation de surface flottante 3 telle qu'une plate-forma ou un FPSO, la distance separant les installations de surface 3 et sousnarine 2 pouvant atteindre plusieurs milkers de netres. A une certaine distance de la surface 4 de l'eau et generalement au-dela de la zone de turbulence de l'etendue s d'eau concernee, est immergee une bouee 5 qui est ancree sur le fond marin 6 par deux lignes d'ancrage 7, 8 ("tether" en anglais) qui vent tendues entre la bouee 5 et un corps mort 9 ou autre noyen d'ancrage (pile aspirante). Une ou plusieurs conduites flexibles 10 stetendant en catenaire entre ['unite de surface 3 et la bouee 5 vent reliees a une ou plusieurs conduites so nontantes 11 (Riser en anglais), qui s'etendent en catenaire entre la bouee 5 et ['installation soul-marine fixe 2, de sorte qu'une communication fluide est etablie entre lesdites installations 2 et 3. Les conduites montantes s'etendant en catenaire de la bouee au fond narin peuvent etre de tout type tel que des conduites rigides couramment appelees SCR (Steel Catenary ss Riser), a sinple ou double enveloppe (Pipe in Pipe) et nene des conduites 283911 0 flexibles ou des conduites hybrides comportant au moins une partie flexible et une partie rigide. Le systeme a colonne montante (Riser Tower System en anglais) comprend au moins deux lignes d'amarrage 18, 19 (mooring en anglais) disposees en catenaire enke la bouee 5 et le fond marin 6. Chaque ligne d'amarrage 18, 19 comprend dans la portion inferieure 14 une partie 13 qui est lessee par un lest 12. Ce lest 12 constitue des moyens de rappel pour la bouee, la force de rappel dependent principalement du mouvement lateral que pourrait avoir ladite bouee 5 et dont la cause peut avoir comme origine o une forte houle, des courants marine et plus generalement les deplacements de ['unite de surface 3. Les rests 12 vent repartis de chaque cote de la zone de contact 15 (Touch Down Point en anglais) qui est la zone ou le point, ou - la ligne d'amarrage rejoins le fond marin 6. Les rests 12 peuvent etre constitues par des poids, des boules, des chanes ou encore des gueuses. Les rests vent distribues de part et d'autre de la zone de contact lorsque la bouee se trouve dans sa position d'equilibre (position mediane A de la figure 2) . Dans la position A qui correspond a celle de la figure 1, les lignes d'amarrage 7, 8 vent sensiblement verticales et les parties lessees 13 des lignes d'amarrage 18, l9 reposent dans leur majeure partie sur le fond o marin 6. Dans la position C, les parties lessees 13 reposent davantage sur le fond marin alors que dans la position B. les parties lessees 13 vent relevees et developpent ainsi une force de rappel qui a tendance a ramener le systeme vers la position A, la force de rappel etant variable en fonction de la longueur lessee qui est soulevee du fond marin par le mouvement de la - 2s ligne d'amarrage correspondante, mouvement induit par le deplacement lateral de la bouee 5 (figure 2). A titre d'exemple, le lest de chaque ligne d'amarrage 18, 19 est cons- titue par des chanes de 4 pouces ( 10 cm) qui vent reparties sur 100 m, sachant que lorsque la bouee 5 est au point median (a la verticale), environ o un tiers du lest est souleve du sol et produit une tension d'environ 50 tonnes dans chaque ligne d'anarrage 18, 19. Bien evidemment, ces indications ne vent donnees qu'a titre d'exemple, le choix et la disposition des elements constituent le lest dependent du cas d'espece envisage. Toutefois, il est possible d'indiquer que le poids par unite de longueur qui est mis pour 6 283911 0 lester la ligne d'amarrage en catenaire 18, 19 depend notamment de la distance entre la bouee 5 et le fond marin 6. Chaque ligne d'ancrage tendue 7, 8 est attachee a un sommet 16 d'une bride ou paste d'oie 17 qui est fixee sur la bouee a une extremite de s cette 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, 8 sur les brides 17 vent de preference sensiblement dans le plan median passant par l'axe longitudinal 18 de la bouee 5. Sur la figure 1, le plan median comprenant les lignes d' ancrage 7, 8 est material ise par les o pointilles X-X. Chaque ligne d'amarrage 18, 19 est reliee a une extremite 20 de la bouee 5 qui est opposee a l'autre extremite laterale 21 a laquelle est reliee la ou les conduites montantes ("Riser" en anglais). Wile peut etre egalement reliee au sommet 16 de la bride 17, de sorte que les points de fxation des s lignes d'amarrage 18, 19 soient situes sensiblement dans le plan nedian dans lequel vent situes les points de fxation a la bouee 5 des lignes d'amarrage 7, 8. Dans un mode de realisation prefere de ['invention, la bouee 5 est a flottabilite variable et elle comprend plusieurs parties, par exemple trots o 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 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 narin 6 et ladite bouee 5. En effet, grace a ce s compartimentage de la bouee 5, chaque cylindre 22 a 24 constitue un compartiment qui peut etre vice partiellement ou totalement au fur et a 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 colonne montante posee. On procede ensuite sequentiellement et de la meme maniere pour les autres conduites montantes. Selon le mode de realisation decrit de ['invention, les conduites s montantes 11 (Riser en anglais) vent reliees aux conduites flexibles 7 283911 0 associees 10 par des connections par embout de maniere connue en soi. Ces conduites montantes 1 l vent supportees par la bouee par un dispositif de receptacle de liaison et de suspension materialise schematiquement sur la fgure 1 et reference 30, dans loquel leur embout terminal vient se loger. On peut noter que ce dispositif peut comporter des moyens d'amortissenents destines a permettre aux conduites montantes un certain debattement angulaire par rapport a la bouee au niveau de leur liaison. 8 283911 0 REVENDICATIONS 1. Systene de colonne montante (1) destinee a relier une installation soul-marine fxe (2) a une unite de surface flottante (3), du type comprenant o au moins une conduite flexible (10) disposee en catenaire et s'etendant entre ['installation de surface (2) et une bouee immergee (5), au moins une conduite montante (11) disposee en catenaire entre 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 qu'il comporte au moins deux lignes d'amarrage (18, 19) en catenaire et sur lesquelles vent prevues des moyens de rappel (12 a 14) qui exercent sur ladite bouee (5) une force de rappel qui depend du mouvement lateral de ladite bouee (5). 2. Systeme de colonne montante selon la revendication 1, caracterise en o ce que les moyens de rappel vent constitues par au moins un lest (12) dispose sur la portion inferieure de chaque ligne d'amarrage ( 18, 19). 3. Systene de colonne montante selon la revendication 2, caracterise en ce que le lest (12) est distribue de part et d'autre de la zone de contact (15) de la ligne d'amarrage (18, 19) sur le fond marin (6). :5 4. Systeme de colonne nontante selon la revendication 3, caracterise en ce que la partie (13) du lest situee au-dessus de la zone de contact (15) constitue la force de rappel. 5. Systeme de colonne montante selon les revendications 1 et 2, caracterise en ce que chaque ligne d'amarrage (18,19) est reliee a la bouee so (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). 6. Systeme de colonne nontante selon la revendication 1, caracterise en ce que les lignes d'ancrage tendues (7, 8) vent situees sensiblement dans le plan nedian (X-X) passant par l'axe longitudinal de ladite bouee (5). 9 283911 0 7. Systeme de colonne montante selon la revendication 2 ou 5, caracterise en ce que la bouee (5) est a flottabilite variable et constituee en plusieurs parties (22 a 24). 8. Systeme de colonne montante selon la revendication 2 ou 5, caracterise en ce que chaque ligne d'amarrage (18, 19) est reliee a une extremite (20) de la bouee (5) qui est opposee a 1'autre extremite laterale (21) a laquelle est reliee la conduite montante (11). 9. Systeme de colonne montante selon la revendication 2 ou 5, caracterise en ce que chaque ligne d'amarrage (18, 19) est reliee a la bouee o immergee en un point (16) situe sensiblement dans le plan median (X-X). 10. Procede pour realiser un systeme de colonne montante (1) entre une installation soul-marine (2) et une installation de surface flottante (3), qui consiste a immerger une bouee (5) qui est reliee a ['installation de surface par au moins une conduite flexible (10) disposee en catenaire et qui est ancree sur le fond marin (6) par au moins deux lignes d'ancrage tendues (7, 8), a disposer au moins une conduite montante (11) en catenaire entre ladite bouee et le fond marin, caracterise en ce qu'il consiste a exercer sur la bouee (5) des moyens de rappel dont la force depend du mouvement lateral