Brevet FR2860828A1 — publié le 20050415

La présente invention se rapporte à un dispositif de transport de produits pétroliers entre le fond marin et une unité de surface, à un procédé d'installation d'un tel dispositif, et à son mode de connexion avec l'unité de surface. Lorsqu'on souhaite exploiter des produits pétroliers situés en eaux profondes, on connaît de l'état de la technique (voir notamment FR 2 768 457) le principe consistant à mettre en place une colonne montante rigide s'étendant depuis le fond de la mer jusqu'à une certaine profondeur sous le niveau de la surface de la mer, cette colonne montante étant maintenue en position sensiblement verticale grâce à des moyens de flottaison. Des conduites flexibles sont ensuite disposées entre la tête de la colonne montante et une unité de surface semi immergée ou flottante ou telle qu'une unité de F.P.S.O. ( floating production, storage and off- loading ). Ces conduites flexibles sont donc en grande partie immergée. Or, à l'heure actuelle, on ne sait pas fabriquer a coût raisonnable des 15 conduites flexibles adaptées pour être immergées et transporter des produits pétroliers à haute température et/ou pression. Ainsi, les systèmes à colonne montante de la technique antérieure ne peuvent pas être utilisés pour extraire des produits pétroliers à hautes température et pression. En outre, de par le fait que les moyens de raccord entre les conduites et la colonne montante sont immergés, ils sont difficiles à mettre en oeuvre, à surveiller et à entretenir. La présente invention a notamment pour but de fournir des moyens permettant de s'affranchir des inconvénients susmentionnés, inhérents au caractère immergé des conduites reliant la colonne montante à l'unité de surface. On atteint ce but de l'invention avec un dispositif de transport de produits pétroliers entre le fond marin et une unité de surface, comprenant une colonne montante s'étendant entre le fond marin et un niveau situé sous la surface de la mer, et au moins une conduite destinée à établir une communication de fluide entre ladite colonne montante et ladite unité de surface, remarquable en ce qu'il comprend en outre une tête de colonne prolongeant ladite colonne montante au-dessus du niveau de la mer, adaptée pour que ladite conduite puisse s'étendre entre la partie émergée de cette tête de colonne et ladite unité de surface. Le fait de prévoir une tête de colonne s'étendant au-dessus de la colonne 35 montante permet de faire emprunter une voie aérienne aux conduites. On peut de la sorte utiliser, pour les hautes températures et/ou pressions, des conduites flexibles classiques, peu coûteuses. En variante, on peut même utiliser des conduites rigides articulées, ce qui était exclu avec les systèmes de la technique antérieure. Dans tous les cas, de par la présence de la tête de colonne, les moyens de raccord des conduites à la colonne montante sont émergés, ce qui facilite leur mise en oeuvre, leur surveillance et leur entretien. Suivant d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention: -ce dispositif comprend des moyens de liaison du type à pivot glissant 10 interposés entre ladite unité de surface et ladite tête de colonne, lesdits moyens de liaison comprennent un bouclier solidaire de ladite tête de colonne, et un organe annulaire destiné à être fixé sur ladite unité de surface, muni de moyens de glissement dans sa partie radialement intérieure, adaptés pour coopérer avec ledit bouclier, - lesdits moyens de glissement comprennent une pluralité de rouleaux montés sur des supports élastiques réglables, - lesdits rouleaux sont escamotables, - lesdits moyens de glissement comprennent un joint annulaire sphérique, - ledit organe annulaire comprend deux parties articulées pouvant s'écarter 20 l'une de l'autre, - ledit dispositif comprend des moyens destinés à être montés solidaires de ladite unité de surface pour rattraper la sur-longueur de ladite conduite, - ladite conduite est flexible et lesdits moyens de rattrapage comprennent un système à poulie et à contrepoids, ladite conduite est rigide et articulée et lesdits moyens de rattrapage comprennent un système à pantographe, - ladite tête de colonne est du type à gaine cylindrique, - ladite tête de colonne est du type à treillis, ladite tête de colonne comprend des moyens de flottabilité, - ladite tête de colonne comprend des pions scellés dans des logements correspondants solidaires de ladite colonne montante, - ladite tête de colonne comprend une tige de guidage coopérant avec un oeil de guidage correspondant solidaire de ladite colonne montante, - ladite colonne montante est du type à enveloppe externe, - ladite colonne montante est du type à structure centrale. La présente invention se rapporte également à un procédé d'installation d'un dispositif conforme à ce qui précède, remarquable en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - fixer ladite colonne montante sur le fond marin, - remorquer ladite tête de colonne jusqu'au droit de ladite colonne montante, - fixer ladite tête de colonne sur ladite colonne montante, - ouvrir ledit organe annulaire monté sur ladite unité de surface, - approcher ladite unité de surface de ladite tête de colonne de manière que ladite tête de colonne vienne se loger à l'intérieur dudit organe annulaire, et à - fermer ledit organe annulaire. Suivant d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention: - on fixe ladite tête de colonne sur ladite colonne montante par la mise en 15 tension de câbles interposés entre ces deux éléments, - on utilise ladite tige de guidage pour positionner correctement ladite tête de colonne par rapport à ladite colonne montante. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et des planches de dessins ci-annexées 20 dans lesquelles: - la figure 1 représente une vue en élévation d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une vue analogue d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente une vue en coupe axiale selon la ligne III-III de la figure 5 de la zone de détail D de la figure 1, - la figure 4 représente une vue en coupe analogue à celle de la figure 3, prise selon la ligne IV-IV de la figure 5, - la figure 5 représente une vue en coupe transversale prise selon la ligne V-V 30 des figures 3 et 4, - la figure 6 représente une vue en coupe transversale prise selon la ligne VI-VI des figures 3 et 4, - les figures 7 à 10 sont des vues analogues aux figures 3 à 6 pour la zone de détail D de la figure 2, - la figure 11 représente une vue de dessus de moyens de liaison d'une tête de colonne faisant partie du dispositif de la figure 2 à une unité de surface, - la figure 12 représente une vue en coupe axiale de ces moyens de liaison, prise selon la ligne XII-XII de la figure 11, - la figure 13 est analogue à la figure 12 et représente une variante des moyens de liaison mis en oeuvre avec une tête de colonne faisant partie du dispositif de la figure 1, - les figures 14 à 17 illustrent les différentes étapes permettant de relier une tête de colonne faisant partie du dispositif de la figure 2 à des moyens de liaison 10 solidaires d'une unité de surface, et - la figure 18 est une vue de détail de la partie supérieure du dispositif représenté à la figure 2, mettant en évidence certaines superstructures ainsi que le cheminement de certaines conduites. Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. On se reporte à présent à la figure 1 sur laquelle on a représenté une colonne montante 1 reliée au fond marin 3 par l'intermédiaire d'une ancre 5 qui peut être du type à succion. La colonne montante 1 renferme une pluralité de canalisations dont l'une au 20 moins permet de transporter des produits pétroliers en direction de la surface de la mer 9. L'ensemble des éléments qui viennent d'être décrits sont connus notamment du brevet FR 2 768 457, et ils ne seront pour cette raison pas décrits de manière plus détaillée ici. La colonne montante 1 peut être du type à enveloppe externe comme cela est connu du brevet FR 2 769 682, ou bien du type à structure centrale, comme cela est connu du brevet FR 2 768 457. La colonne montante 1 est surmontée d'une tête de colonne 11 qui s'étend jusqu'au-dessus de la surface de la mer 9. Dans le mode de réalisation de la figure 1, cette tête de colonne est formée essentiellement par une gaine cylindrique 13 renfermant une pluralités de canalisations 15 de préférence rigides, se raccordant respectivement aux canalisations 7 de la colonne montante 1. Cette tête de colonne 11 est reliée à une unité de surface 17 par 35 l'intermédiaire d'un organe annulaire 19. L'unité de surface 17 peut être semi-immergée ou flottante et maintenue en place avec des moyens d'ancrage adaptés non représentés sur la figure 1. L'unité de surface 17 peut être par exemple une unité de FPSO ( floatting production, storage and offloading ), permettant le traitement, le stockage, et le déchargement de produits pétroliers remontés du fond marin grâce à la colonne montante 1 et à la tête de colonne 11. On se reporte à présent à la figure 2 sur laquelle on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Cet autre mode se distingue du précédent essentiellement en ceci que la tête de colonne 11 comporte à présent une structure tubulaire dite encore en treillis . Dans ce mode de réalisation, des moyens de flottabilité 21 sont de préférence fixés à la tête de colonne 11. On se reporte à présent aux figures 3 à 6 sur lesquelles on voit la manière dont la tête de colonne 11 se raccorde à la colonne montante 1. Des pions 23a à 23d, solidaires de la gaine 13, sont encastrés dans des logements correspondants 25a à 25d, et scellés dans ces logements. Les canalisations 7 se trouvant dans la colonne montante 1 sont raccordées à celles 15 se trouvant dans la tête de colonne 11 par l'intermédiaire de moyens de connexion 27 aisés à mettre en oeuvre tels que des connecteurs à verrouillage rapide. La tête de colonne 11 comporte par ailleurs une tige 29 solidaire de la gaine 13, et adaptée pour coopérer avec un oeil 31 solidaire de la colonne montante 1. Des câbles de tensionnement 33a à 33d sont en prise avec la colonne montante 1. Des treuils 35 (voir figure 1) disposés sur une plate-forme 36 placée audessus de la tête de colonne 11 sont prévus pour mettre les câbles 33a à 33d en tension. Les figures 7 à 10 sont analogues aux figures 3 à 6, et représentent la zone de détail D du mode de réalisation de la figure 2. II est aisé de repérer sur ces figures les organes identiques ou analogues à ceux des figures 3 à 6, au moyen de référence numériques identiques. Pour cette raison ces figures 7 à 10 ne seront pas décrites en détail. On notera simplement la structure en treillis de la tête de colonne 11, particulièrement visible sur les figures 7 et 8. On se reporte à présent à la figure 11 sur laquelle on voit la manière dont l'organe annulaire 19 coopère avec la tête de colonne 11. L'organe annulaire 19 est relié à l'unité de surface 17 par des poutres 38. Cet organe annulaire 19 comporte, sur sa partie radialement intérieure, une pluralité de rouleaux 37i également répartis, chacun de ces rouleaux étant relié à l'organe annulaire 19 par des moyens de suspension élastiques et de vérins non représentés. Les moyens de vérins sont adaptés pour permettre le réglage de la position radiale et de l'orientation de chacun des rouleaux 37i. La partie supérieur de la tête de colonne 11 comporte à sa périphérie un bouclier cylindrique 39 formé d'une structure en treillis sur laquelle sont rapportées des plaques 41i. Comme on peut le voir sur la figure 12, chacun des rouleaux 37i peut s'escamoter vers le haut ou, en variante non représentée, vers le bas. En situation opérationnelle, la partie supérieure de la tête de colonne 11 est disposée à l'intérieur de l'organe annulaire 19, comme cela est représenté sur la figure 11. Dans cette configuration, l'ensemble des rouleaux 37i coopèrent avec le bouclier cylindrique 39. On se reporte à présent à la figure 13 sur laquelle on a représenté une variante dans laquelle les rouleaux 37i sont remplacés par un joint annulaire 43 présentant une surface intérieure cylindrique et une surface extérieure sphérique. L'organe annulaire 19 est conformé de manière à épouser la forme sphérique de la surface extérieure du joint 43. Ce joint 43 est formé dans un matériau permettant le glissement vertical et la rotation autour d'un axe vertical de la tête de colonne 11 par rapport à l'organe annulaire 19. De préférence, l'organe annulaire 19 est formé de deux moitiés pouvant pivoter l'une par rapport à l'autre comme cela est représenté sur les figures 15 et 16. On se reporte enfin à la figure 18, sur laquelle on voit que des superstructures 45 sont fixées sur l'unité de surface 17. Ces superstructures comprennent notamment des moyens 49 pour suspendre des conduites 47 reliant les canalisations 15 débouchant au sommet de la tête de colonne 11 à l'unité de surface 17. Les moyens de suspension 49 peuvent comprendre, par exemple, des systèmes du type à poulies et à contrepoids, de manière à reprendre les surlongueurs des conduites 47 nécessaires pour permettre les mouvements relatifs de la tête de colonne 11 et de l'unité de surface 17. Les moyens de suspension du type à poulies et à contrepoids sont particulièrement adaptés au cas de conduites 47 flexibles. Lorsque ces conduites sont rigides et articulées, un système de suspension du type à pantographe 51 peut se révéler mieux adapté. On notera sur la figure 18 qu'il est avantageux de prévoir non seulement la 10 première plate-forme d'intervention 36 située au sommet de la tête de colonne 11, mais encore une deuxième plate-forme d'intervention 55 située sur l'organe annulaire 19. Le mode de mise en oeuvre et des avantages de l'invention résultent directement de la description qui précède. On commence par fixer la colonne montante 1 (voir figures 1 et 2) sur le fond marin 3 selon les préceptes du brevet FR 2 768 457. On amène ensuite sur le site la tête de colonne 11, que l'on maintient en flottaison au moyen de flotteurs (référencés 21 pour le dispositif de la figure 2, et non représentés pour le dispositif de la figure 1) ou d'une grue (non représentée). Lorsque la tête de colonne 11 se trouve au droit de la colonne montante 1, on vient raccorder les câbles 33a à 33d (voir figures 3 à 10) sur la colonne montante 1. On met ensuite en route les treuils 35 (voir figures 1 et 2) de manière à mettre les câbles 33a à 33d sous tension. Sous l'effet de l'effort de traction exercé par ces câbles, la tête de colonne 11 descend en direction de la colonne montante 1, jusqu'à ce que les pions 23a à 23d solidaires de la tête de colonne 11 viennent se positionner dans les logements 25a à 25b formés sur la colonne montante 1. Le positionnement préalable de la tête de colonne 11 par rapport à la colonne montante 1 est facilité par la tige de guidage 29 qui vient s'enfiler dans l'ceil 31 30 solidaire de la colonne montante 1. On vient ensuite sceller les pions 23a à 23d à l'intérieur des logements 25a à 25d, par exemple par injection de béton ou équivalent. On raccorde ensuite les canalisations 7 de la colonne montante avec celles 15 de la tête de colonne 11, grâce aux connecteurs à verrouillage rapide 27 (voir 35 figures 3, 4, 7 et 8). On peut alors amener l'unité de surface 17 sur place. Cette unité de surface arrive avec l'organe annulaire 19 en position fermée, comme cela est représenté sur la figure 14. On ouvre alors cet organe annulaire en faisant pivoter l'une de ses moitiés par rapport à l'autre, comme cela est représenté sur la figure 15. Au moyen de câbles 57, on tire ensuite la tête de colonne 11 de manière à l'amener à l'intérieur de l'une des moitiés de l'organe annulaire 19, comme cela est représenté sur les figures 15 et 16. On peut alors refermer l'organe annulaire 19, de manière que la tête de colonne 11 coopère avec l'ensemble des rouleaux 37i, comme cela est représenté sur la figure 17. Dans cette dernière configuration, la tête de colonne 11 peut coulisser verticalement par rapport à l'organe annulaire 19, et ces deux ensembles peuvent pivoter l'un par rapport à l'autre autour d'un axe sensiblement vertical. On comprend donc que l'on obtient de la sorte une liaison à deux degrés de liberté de l'unité de surface 17 avec la tête de colonne 11. Cette liaison permet de maintenir l'unité de surface 17 à proximité de la tête de colonne 11, tout en évitant les efforts de pilonnement et de torsion exercés par l'unité de surface sur la tête de colonne 11 en raison des efforts exercés par la houle, le courant et le vent. Comme cela a été mentionné plus haut, les moyens de suspension 49 ou 51 (voir figure 18) permettent de rattraper les surlongueurs de conduites nécessaires pour autoriser les mouvements relatifs de l'unité de surface 17 et de la tête de colonne 11. Comme on peut le comprendre à la lumière de la description qui précède, du fait que la tête de colonne 11 comporte une partie émergée, il est possible de faire emprunter une voie aérienne aux conduites reliant l'unité de surface 17 à cette colonne montante 11. On peut de la sorte utiliser, pour les hautes températures et/ou les hautes pressions, des conduites flexibles classiques, peu coûteuses. On peut même utiliser en variante des conduites rigides articulées, ce qui était exclu avec les systèmes de la technique antérieure où ces conduites étaient sous-marines. De par la présence de la tête de colonne 11, les moyens de raccord des conduites 47 (voir figure 18) à la colonne montante 11 sont émergés, ce qui facilite leur mise en oeuvre, leur surveillance et leur entretien, réalisables à partir de la première plate-forme 36. On notera que dans le mode de réalisation de la figure 1, on peut vider l'eau se trouvant dans la gaine 13 de la tête de colonne 11 une fois que cette tête de 5 colonne est raccordée à la colonne montante 1. On peut de la sorte descendre à l'intérieur de la gaine 13 et inspecter aisément l'état des canalisations 15 qui s'y trouvent. Le fait de vider cette eau permet aussi de maintenir une flottabilité supplémentaire qui compense les charges en tête et augmente la stabilité de la 10 colonne montante. Enfin, le fait de vider cette eau permet d'améliorer l'isolation des canalisations 15 qui se trouvent à l'intérieur de la gaine 13. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la structure en treillis de la tête de colonne 11 permet à des plongeurs d'accéder à n'importe quelle hauteur à l'intérieur 15 de cette tête de colonne. On notera en outre que cette structure en treillis est plus légère que la gaine 13, et donc que la flottabilité requise est inférieure à celle du mode de réalisation de la figure 1. On notera également que la structure en treillis minimise l'effet d'écran face à 20 la houle et au courant. On notera également que les rouleaux 37i montés sur des supports élastiques eux-mêmes montés sur des supports à vérins (voir figure 11) permettent de contrôler l'alignement et la précontrainte. On peut de la sorte limiter les frottements et le risque de blocage de la tête de 25 colonne 11 par rapport à l'organe annulaire 19. D'autre part, la présence d'une pluralité de rouleaux 37i assure une redondance qui autorise le remplacement d'un rouleau pendant que la liaison entre l'organe annulaire 19 et la tête de colonne 11 demeure opérationnelle grâce aux autres rouleaux. Le fait de prévoir des rouleaux 37i escamotables permet leur remplacement tout en maintenant la tête de colonne 11 à l'intérieur de l'organe annulaire 19. On notera que la seconde plate-forme 55 (voir figure 18) facilite l'inspection et les opérations de maintenance effectuées sur les rouleaux 37i. On notera également que le fait de prévoir un organe annulaire 19 formé de 35 deux moitiés articulées l'une par rapport à l'autre contribue à faciliter la surveillance et la maintenance des rouleaux 37i (voir figure 12) ou du joint annulaire 43 (voir figure 13). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés fournis à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transport de produits pétroliers entre le fond marin (3) et une unité de surface (17), comprenant une colonne montante (1) s'étendant entre le fond marin (3) et un niveau situé sous la surface de la mer, et au moins une conduite (47) destinée à établir une communication de fluide entre ladite colonne montante (1) et ladite unité de surface (17), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une tête de colonne (11) prolongeant ladite colonne montante (1) au-dessus du niveau de la mer (9), adaptée pour que ladite conduite (47) puisse s'étendre entre la partie émergée de cette tête de colonne (11) et ladite unité de surface (17). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de liaison (19, 37i, 39; 43) du type à pivot glissant interposés entre ladite unité de surface (17) et ladite tête de colonne (11). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison comprennent un bouclier (39) solidaire de ladite tête de colonne (11), et un organe annulaire (19) destiné à être fixé sur ladite unité de surface (17), muni de moyens de glissement (37i; 43) dans sa partie radialement intérieure, adaptés pour coopérer avec ledit bouclier (39). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de glissement comprennent une pluralité de rouleaux (37i) montés sur des supports élastiques réglables. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits rouleaux (37i) sont escamotables. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de glissement comprennent un joint annulaire sphérique (43). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit organe annulaire (19) comprend deux parties articulées pouvant s'écarter l'une de l'autre. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (49; 51) destinés à être montés solidaires de ladite unité de surface (17) pour rattraper la sur- longueur de ladite conduite (47). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite conduite (47) est flexible et en ce que lesdits moyens de rattrapage comprennent un système à poulie et à contrepoids (49). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite conduite est rigide et articulée et en ce que lesdits moyens de rattrapage comprennent un système à pantographe (51). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que ladite tête de colonne (11) est du type à gaine cylindrique (13). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite tête de colonne (11) est du type à treillis. 13. Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que ladite tête de colonne (11) comprend des moyens de flottabilité (21). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite tête de colonne (11) comprend des pions (23a à 23d) scellés dans des logements correspondants (25a à 25d) solidaires de ladite colonne montante (1). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite tête de colonne (11) comprend une tige de guidage (29) coopérant avec un oeil de guidage correspondant (31) solidaire de ladite colonne montante (1). 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite colonne montante (1) est du type à enveloppe externe. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite colonne montante (1) est du type à structure centrale. 18. Procédé d'installation d'un dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - fixer ladite colonne montante (1) sur le fond marin (3), - remorquer ladite tête de colonne (11) jusqu'au droit de ladite colonne montante (1), - fixer ladite tête de colonne (11) sur ladite colonne montante (1), - ouvrir ledit organe annulaire (19) monté sur ladite unité de surface (17), - approcher ladite unité de surface (17) de ladite tête de colonne (11) de manière que ladite tête de colonne (11) vienne se loger à l'intérieur dudit organe annulaire (19), et à - fermer ledit organe annulaire (19). 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'on fixe ladite tête de colonne (11) sur ladite colonne montante (1) par la mise en tension de câbles 35 (33a à 33d) interposés entre ces deux éléments. 20. Procédé selon l'une des revendications 18 ou 19 pour l'installation d'un dispositif conforme à la revendication 15, caractérisé en ce qu'on utilise ladite tige de guidage (29) pour positionner correctement ladite tête de colonne (11) par rapport à ladite colonne montante (1).