Brevet FR2878311A1 — publié le 20060526

La présente invention concerne en général les tensionneurs de tube prolongateur pour le forage en mer et les plates-formes de production flottantes, et en particulier, un tensionneur de tube prolongateur ayant un réservoir de lubrifiant interne pour la lubrification des joints. Les tubes prolongateurs sont utilisés dans le forage pétrolier et gazier en mer pour acheminer les fluides de forage depuis une tête de puits sousmarine jusqu'à une plate-forme de production flottante. Un tensionneur type comprend un agencement de piston et cylindre télescopique alimenté par la pression de gaz des accumulateurs. Les vagues et courants entraînent la sortie et la rétraction du piston et cylindre. Le fluide hydraulique à l'intérieur de la chambre assure la lubrification. Dans un type, l'élément formant piston comprend un tube qui se met en prise de façon coulissante avec le cylindre ou autre tube. Chaque tube a une extrémité fermée et une extrémité ouverte, les extrémités ouvertes étant en communication fluide l'une avec l'autre. L'intérieur des tubes sert de chambre pour recevoir la pression des gaz. En combinant l'intérieur de chaque tube, le volume de la chambre peut être suffisant pour éliminer les accumulateurs externes ou au moins réduire la quantité d'accumulateurs externes. Un volume interne plus grand improvise les caractéristiques de rigidité du cylindre par rapport à sa course. Cependant, il faut prévoir la lubrification des joints principaux, et le fluide hydraulique réduit la quantité de volume qui peut être rempli de gaz. Dans la présente invention, le tensionneur a des tubes interne et externe qui se mettent en prise de façon télescopique l'un avec l'autre. Un réservoir de lubrifiant annulaire est monté sur une surface de paroi interne du tube interne. Un orifice de lubrification s'étend à partir du réservoir de lubrifiant à travers le tube interne vers une surface de paroi extérieure du tube interne pour distribuer du lubrifiant entre les tubes interne et externe. Un orifice d'entrée des gaz conduit à l'intérieur des tubes interne et externe pour appliquer une pression de gaz, amenant les tubes interne et externe vers une position sortie. Une tuyauterie de remplissage va du réservoir de lubrifiant à une extrémité externe du tube interne pour le remplissage en lubrifiant. De préférence, le réservoir a un volume plus petit que le volume de l'un ou l'autre des tubes et a généralement une configuration toroïdale. Les extrémités supérieure et inférieure du réservoir sont reliées par une paroi interne espacée radialement vers l'intérieur de la surface de paroi intérieure du tube interne. Une ouverture de communication dans le réservoir reçoit la pression de gaz provenant des tubes interne et externe, mettant le lubrifiant à la même pression que le gaz. L'invention va être décrite à présent au moyen d'un exemple de réalisation représenté sur le dessin joint. La figure 1 est une vue en coupe illustrant un tensionneur de tube prolongateur selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe agrandie du tensionneur de tube prolongateur de la figure 1. Si l'on se réfère à la figure 1, le tensionneur 11 est conçu dans le but d'appliquer une tension sur un tube prolongateur pour une plate-forme en mer flottante de forage ou de production. En raison des vagues et du courant, la plate-forme se déplace verticalement et latéralement par rapport au tube prolongateur. Un certain nombre de tensionneurs 11 seront reliés entre le tube prolongateur et la plate-forme d'une manière classique pour maintenir une tension souhaitée dans le tube prolongateur. Le tensionneur 11 présente un tube externe 13 qui est un cylindre ayant un obturateur d'extrémité fermé inférieur 15. Un orifice d'entrée de gaz 17 s'étend à travers l'obturateur d'extrémité inférieur 15 pour fournir du gaz à l'intérieur du tube externe 13. D'ordinaire, le gaz est de l'azote. Le tensionneur 11 possède un piston creux ou tube interne 19 qui coulisse d'une manière télescopique à l'intérieur du tube externe 13. Le tube interne 19 est un cylindre ayant une extrémité supérieure qui fait saillie au-dessus du tube externe 13 et se termine par un obturateur d'extrémité fermé supérieur 21. Le tube externe 13 et le tube interne 19 définissent une chambre 23 de volume variable. Si l'on se réfère également à la figure 2, un réservoir de lubrifiant ou barrage 25 est monté à l'intérieur du tube interne 19 de sorte à se déplacer avec celui-ci. Le réservoir de lubrifiant 25 est de préférence situé au niveau de l'extrémité inférieure du tube interne 19 et a une forme toroïdale. Le réservoir de lubrifiant 25 a une extrémité inférieure 25a qui est généralement perpendiculaire à l'axe du tube interne 19 dans cet exemple. L'extrémité inférieure 25a a une périphérie ou un bord interne qui est scellé sur l'extrémité inférieure du tube interne 19 par un joint 27. La périphérie interne de l'extrémité inférieure 25a vient en butée contre un épaulement orienté vers le bas dans le tube interne 19, empêchant le mouvement vers le haut du réservoir 25 par rapport au tube interne 19. L'extrémité inférieure 25a peut être fixée au tube interne 19 d'une diversité de manières, par exemple, par un jonc de blocage (non représenté) qui empêche le mouvement vers le bas du réservoir 25 par rapport au tube interne 19. Le réservoir de lubrifiant 25 a une extrémité supérieure 25b qui est généralement perpendiculaire à l'axe du tube interne 19 dans cet exemple et joint la paroi latérale interne du tube interne 19. De préférence, la périphérie interne de l'extrémité supérieure 25b n'est pas scellée sur le diamètre interne du tube interne 19, laissant un espace (non représenté) pour faire communiquer la pression dans la chambre 23 avec l'intérieur du réservoir 25. En variante, un ou plusieurs orifices pourraient être prévus dans l'extrémité supérieure 25b pour faire communiquer la pression dans la chambre 23 avec l'intérieur du réservoir 25. La partie centrale 25c du réservoir 25 entre l'extrémité inférieure 25a et l'extrémité supérieure 25c peut être de n'importe quelle forme souhaitée. Dans le présent mode de réalisation, la partie supérieure de la partie centrale 25c est généralement cylindrique et la partie inférieure est conique. Une partie du tube interne 19 entre l'extrémité inférieure 25a et l'extrémité supérieure 25b définit une paroi externe pour le réservoir de lubrifiant 25. Le volume du réservoir 25 est beaucoup plus petit que le volume de l'intérieur de l'un ou l'autre du tube externe 13 ou du tube interne 19. La distance de l'extrémité inférieure 25a à l'extrémité supérieure 25b est beaucoup plus petite que la longueur du tube interne 19. Le réservoir de lubrifiant 25 contient une quantité de fluide hydraulique ou lubrifiant 31 qui peut être une huile d'une diversité de types. Le lubrifiant 31 est retenu à l'intérieur du réservoir de lubrifiant 25 par un joint 27 à l'extrémité inférieure 25a. De préférence, des moyens existent pour effectuer de temps en temps le remplissage en lubrifiant 31 du réservoir de lubrifiant 25. Dans le mode de réalisation préféré, une tuyauterie de remplissage 29 s'étend à travers l'extrémité supérieure du réservoir 25b et a une extrémité inférieure située à l'intérieur du réservoir 25. La tuyauterie 29 a une extrémité supérieure qui est fixée à l'obturateur d'extrémité supérieur 21 (figure 1). Un orifice 33 s'étend à travers l'obturateur d'extrémité supérieur 21 depuis le raccord avec la tuyauterie 29 vers l'extérieur de l'obturateur d'extrémité supérieur 21 pour l'introduction du lubrifiant. Un regard vitré 35 en option est monté sur l'extrémité supérieure de l'orifice 33 pour observer si du gaz ou du lubrifiant est présent à l'intérieur. Un robinet 37 est monté à l'extérieur du regard vitré 35. Si l'on se réfère à nouveau à la figure 2, une pluralité d'orifices de communication 39 s'étendent latéralement à travers la paroi latérale du tube interne 19 légèrement au-dessus de l'extrémité inférieure 25a du réservoir de lubrifiant 25. Un joint racleur 41 peut être situé sur le diamètre externe du tube interne 19 en dessous de l'orifice de communication 39. La différence de pression à travers le joint racleur 41 sera faible ou nulle. Une paire de joints principaux haute pression 43 est située au-dessus des joints racleurs 41 et des orifices de communication 39 pour assurer l'étanchéité du diamètre interne du tube externe 13. Les joints principaux 43 sont exposés à un lubrifiant à faible pression sur le côté supérieur et à la haute pression de la chambre 23 sur le côté inférieur, qui peut atteindre 20,7 MPa. Le lubrifiant 31 provenant du réservoir 25 s'écoule à travers les orifices de communication 39 pour lubrifier les joints 43 lorsque les tubes 13 et 19 vont et viennent l'un par rapport à l'autre. Si l'on se réfère à la figure 1, un collier 45 est situé sur l'extrémité supérieure du tube externe 13 pour se mettre en prise de façon coulissante avec le diamètre externe du tube interne 19. Un mince espace annulaire 47 est présent entre les tubes 13, 19 des joints haute pression 43 par rapport au collier 45. Le collier 45 est scellé au diamètre externe du tube interne 19, sert de guide, et bloque l'entrée de débris dans l'espace 47. Dans le présent mode de réalisation, un ou plusieurs conduits de lubrifiant 49 vont d'un réservoir externe et accumulateur (non représenté) vers une cavité dans le collier 45 pour fournir du lubrifiant à l'intérieur du collier 45 à une basse pression. La cavité dans le collier 45 est en communication avec le diamètre interne du collier 45, permettant ainsi de maintenir du lubrifiant à basse pression dans le mince espace annulaire entre les joints haute pression 43 et le collier 45. Pendant l'installation du tensionneur 11, du gaz sous pression est introduit dans la chambre 23. Le gaz pénètre également dans le réservoir 25 et la tuyauterie de remplissage 29. L'installateur raccorde une pompe (non représentée) au robinet 37, la pompe ayant une admission conduisant à une source de lubrifiant 31. L'installateur ouvre le robinet 37 et pompe du lubrifiant 31 par le biais de l'orifice 33 et de la tuyauterie 29 dans le réservoir 25. La pression de la pompe doit être légèrement supérieure à la pression interne dans la chambre 23 afin que du lubrifiant 31 s'écoule dans le réservoir 25 et déplace le gaz contenu à l'intérieur de celui-ci. De préférence, l'installateur distribue suffisamment de lubrifiant 31 pour remplir sensiblement le réservoir 25. Ceci peut être effectué en mesurant la quantité de lubrifiant 31 s'écoulant à travers la tuyauterie 29. Après remplissage, l'installateur ferme le robinet 37. Normalement, le lubrifiant 31 reste dans la tuyauterie 29 et peut être observé dans le regard vitré 35 en raison de la pression appliquée sur le lubrifiant 31 dans la chambre 29. Si l'installateur remplit trop le réservoir de lubrifiant 25, l'excédent s'écoulera par l'espace au niveau de la périphérie interne de l'extrémité supérieure 25b et entrera dans la chambre 23. L'excédent de lubrifiant s'écoulera vers l'obturateur d'extrémité inférieur 15 et restera là sans nuire au fonctionnement du tensionneur 11. Pendant le fonctionnement, en raison du mouvement des vagues et du courant, le tube interne 19 va heurter le tube externe 13. Les orifices de communication 39 mesurent en continu une quantité de lubrifiant 31 vers les joints 43. Périodiquement, un opérateur vérifiera le regard vitré 35. Une apparition de bulles indique que du gaz dans la chambre 23 a pénétré dans la tuyauterie 29, informant l'opérateur que le niveau de lubrifiant 31 a baissé en deçà de l'extrémité inférieure de la tuyauterie 29. L'opérateur effectue le remplissage en lubrifiant de la même manière que décrite plus haut. L'invention présente des avantages significatifs. Le réservoir de lubrifiant n'occupe qu'une petite quantité d'espace à l'intérieur du tensionneur. Ceci permet à la plus grande partie du volume de la chambre du tensionneur d'être remplie de gaz. Le grand volume du tensionneur réduit ou peut éliminer le besoin en accumulateurs externes. La tuyauterie de remplissage permet d'effectuer un remplissage en lubrifiant facile. Alors que l'invention a été présentée dans une seule de ses formes, l'homme du métier comprendra aisément qu'elle n'est pas limitée à cette forme, mais peut faire l'objet de différents changements sans s'écarter de la portée de l'invention. 8 REVENDICATIONS 1. Tensionneur pour appliquer une tension sur un élément sous-marin s'étendant vers une construction en mer flottante, 5 caractérisé en ce qu'il comprend - des tubes interne (19) et externe (13) en prise l'un avec l'autre de manière télescopique; un réservoir de lubrifiant annulaire (25) monté sur une surface de paroi interne du tube interne; un orifice de lubrification (33) s'étendant à partir du réservoir de lubrifiant à travers le tube interne vers la surface de paroi extérieure du tube interne pour distribuer du lubrifiant entre les tubes interne et externe. 2. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une tuyauterie de remplissage allant du réservoir de lubrifiant (25) à une extrémité externe du tube interne pour effectuer le remplissage en lubrifiant. 3. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir a une configuration généralement toroïdale. 4. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir a une première et une seconde extrémités reliées par une paroi interne espacée radialement vers l'intérieur de la surface de paroi intérieure, une partie de la paroi intérieure assurant la fonction de paroi externe du réservoir. 5. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir de lubrifiant est monté sur une extrémité interne du tube interne. 6. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un orifice de communication (39) dans le réservoir pour faire communiquer la pression dans les tubes interne et externe avec le lubrifiant dans le réservoir. 7. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un joint entre les tubes interne et externe pour assurer l'étanchéité de la pression dans les tubes interne et externe, l'orifice de lubrification étant situé de façon adjacente à un côté haute pression du joint. 8. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un orifice d'entrée de gaz conduisant à l'intérieur io des tubes interne et externe pour appliquer une pression de gaz amenant les tubes interne et externe dans une position sortie, l'intérieur du réservoir étant exposé à la pression dans les tubes interne et externe. 9. Tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des tubes a une extrémité ouverte et une extrémité fermée et que l'orifice de lubrification est situé de façon adjacente à l'extrémité ouverte du tube interne; et en ce qu'il comprend en outre: - un joint principal entre les tubes interne et externe adjacent à l'extrémité ouverte du tube interne, le joint ayant un côté haute 20 pression adjacent à l'orifice de lubrification; - un joint secondaire entre les tubes interne et externe adjacent à l'extrémité ouverte du tube externe; -une cavité annulaire entre les tubes interne et externe s'étendant du joint principal à un joint secondaire; et - un passage de lubrification pour fournir du lubrifiant à la cavité annulaire. 10. Tensionneur pour une construction en mer, caractérisé en ce qu'il comprend - des tubes interne (19) et externe (13) se mettant en prise l'un avec l'autre pour un mouvement entre des positions rétractée et sortie, chacun ayant une extrémité fermée et une extrémité ouverte faisant communiquer les intérieurs de tubes l'un avec l'autre; - un orifice de gaz (17) pour introduire une pression de gaz à l'intérieur des tubes, amenant les tubes vers la position sortie; - un joint principal (43) entre les tubes interne et externe au niveau de l'extrémité ouverte du tube interne pour assurer l'étanchéité de la pression de gaz à l'intérieur des tubes; Io - un réservoir de lubrifiant annulaire (25) monté sur une surface de paroi intérieure du tube interne à l'extrémité ouverte du tube interne, le réservoir ayant un intérieur en communication fluide avec la pression de gaz à l'intérieur des tubes; et un orifice de lubrification s'étendant à partir du réservoir de lubrifiant à travers le tube interne sur un côté de haute pression du joint principal pour distribuer du lubrifiant entre les tubes interne et externe. 11. Tensionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une tuyauterie de remplissage (29) allant du réservoir de lubrification à l'extrémité fermée du tube interne pour le remplissage en lubrifiant. 12. Tensionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réservoir a une configuration toroïdale. 13. Tensionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réservoir a une première et une seconde extrémités, chacune des extrémités ayant un bord interne qui vient en butée avec la surface de paroi intérieure du tube interne. 14. Tensionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un joint secondaire (41) les tubes interne et externe au niveau de l'extrémité ouverte du tube externe; - une cavité annulaire (47) s'étendant du joint secondaire à un côté basse pression du joint principal; et - un passage de lubrifiant conduisant à la cavité annulaire (47) pour fournir du lubrifiant à la cavité annulaire. 15. Tensionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réservoir a une extrémité inférieure fermée et une paroi interne pour empêcher que le lubrifiant ne s'écoule à l'intérieur des tubes. 16. Procédé pour appliquer une tension à un élément sous-marin s'étendant vers une construction en mer flottante, caractérisé en qu'il comporte les étapes suivantes: - monter un réservoir de lubrifiant sur une surface de paroi intérieure d'un tube interne et former un orifice de lubrification à partir du réservoir de lubrifiant à travers la surface de paroi intérieure du tube interne: - placer le tube interne dans un tube externe; - relier l'élément sous-marin à l'un des tubes et la construction en mer à l'autre des tubes; - pressuriser l'intérieur des tubes interne et externe pour amener les tubes dans une position sortie l'un par rapport à l'autre; et introduire du lubrifiant dans le réservoir de lubrifiant, qui s'écoule à travers l'orifice de lubrification pour assurer la lubrification entre les tubes interne et externe lorsqu'ils se déplacent l'un par rapport à l'autre. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en qu'il consiste à faire communiquer la pression dans les tubes avec le lubrifiant dans le réservoir. 18. Procédé selon la revendication 16, consistant en outre à monter un joint principal entre les tubes interne et externe et à assurer l'étanchéité de la pression à l'intérieur des tubes avec le joint principal, caractérisé par le fait que l'orifice de lubrification conduit à un côté haute pression du joint principal.