Brevet FR2890683A1 — publié le 20070316

SYSTEME DE PRODUCTION A TUBES POUR L'EXTRACTION D'HYDROCARBURES EN EAUX PROFONDES, ET PROCEDE DE RACCORDEMENT DE TELS TUBES La présente invention est relative à des tubes prolongateurs servant à l'extraction d'hydrocarbures, et en particulier à des tubes prolongateurs servant à extraire du pétrole ou du gaz de gisements au large et en eaux profondes. Les tubes prolongateurs sont des structures tubulaires dynamiques à haute pression utilisées pour l'extraction de pétrole et de gaz de gisements au large. Ils s'étendent du fond de la mer jusqu'au support de production en surface et servent à transporter du pétrole, du gaz et des fluides d'injection. En eaux profondes (par exemple à une profondeur supérieure à 1000 mètres), on dispose souvent d'un nombre limité de solutions réalisables faisant appel à des tubes prolongateurs pour l'exploitation d'un gisement particulier. Cela est dû à de nombreuses contraintes de conception, de fonctionnement, de considérations commerciales et contractuelles. Ces limites sont particulièrement évidentes à l'occasion d'exploitations dans des eaux ultra profondes (à une profondeur ordinairement de 1500 à 3000 mètres) qui nécessitent normalement un grand nombre de tubes prolongateurs, utilisent des supports de production à positionnement dynamique tels que des navires FPSO (supports flottants de production, stockage et transfert) et sont souvent situées dans un environnement caractérisé par de fortes sollicitations dues à la houle, aux courants et aux vents. Pour ces applications, il existe une demande de technologie perfectionnée des tubes prolongateurs et de configurations de systèmes pour faciliter de futures exploitations. La Fig. 1 illustre schématiquement le concept de SLOR (Single Line Offset Riser, soit tube prolongateur décalé à simple ligne), qui est reconnu comme un système de tubes prolongateurs pour eaux profondes qui a fait ses preuves sur le terrain, ayant été mis en oeuvre avec succès sur deux sites d'Afrique occidentale. Le SLOR comprend un tronçon de canalisation verticale en acier 20 qui est maintenu tendu par un module de flottabilité 30 situé près de la surface. Le raccordement au support de production 10 se fait par l'intermédiaire d'un tronçon de conduite flexible en caténaire 40. Au fond de la mer, une réaction à la tension verticale est exercée par un massif de fondation (non représenté) qui peut être un pieu battu, un pieu à succion ou une plate-forme à embase- poids. On s'attend à ce que le concept de SLOR soit utilisé partout dans le monde à l'avenir dans des exploitations en eaux profondes. Cependant, le risque de collisions entre SLORs voisins nécessite le maintien d'une grande séparation. La Fig. 1 montre schématiquement que même si le support 10 peut être capable de recevoir un nombre élevé de tubes prolongateurs, il est nécessaire de ménager une séparation entre les deux SLORs représentés sur la Fig. 1. En outre, un espace doit être maintenu par rapport aux amarres, aussi le champ d'application des SLORs est-il très limité à des exploitations dans lesquelles ne sont nécessaires que peu de tubes prolongateurs. Cela peut constituer un inconvénient majeur sur des grands sites en eaux profondes où il faut ordinairement de 20 à 30 tubes prolongateurs. On sait utiliser des bouées placées près de la surface pour supporter une pluralité de tubes prolongateurs en caténaires, qui se raccordent à une pluralité respective de caténaires flexibles qui assurent une liaison avec un support de surface. On pourra trouver des exemples de tels agencements notamment dans US 5 957 074 et US 5 639 187. Selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un système de production comprenant: plusieurs tubes prolongateurs verticaux; plusieurs caténaires de production; plusieurs modules de flottabilité, chacun des différents modules de flottabilité étant relié à l'extrémité supérieure d'un tube prolongateur respectif parmi les différents tubes prolongateurs verticaux; un bâti de support comportant une pluralité de moyens de guidage destinés à recevoir chacun des différents tubes prolongateurs verticaux, chacun des différents tubes prolongateurs étant reçu dans un moyen de guidage respectif; chaque tube de la pluralité de tubes prolongateurs verticaux étant relié à une extrémité inférieure respective d'une caténaire parmi les différentes caténaires de production au niveau du bâti de support; et les extrémités supérieures de chaque caténaire parmi les différentes caténaires de production étant reliées à un support de surface. Ainsi, la flottabilité de chaque tube prolongateur vertical est assurée par le module de flottabilité fixé au tube prolongateur vertical correspondant. Il s'agit d'une solution qui n'est pas adoptée dans les techniques antérieures telles que celles décrites dans US 5 957 974 et US 5 639 187, dans lesquelles une seule bouée assure la flottabilité pour la totalité des tubes prolongateurs en caténaires reliées à la bouée. Selon ces techniques connues, tout mouvement de la bouée fait bouger la totalité des tubes prolongateurs en caténaires supportés. Dans la présente invention, le bâti supporte et guide les tubes prolongateurs verticaux pour les empêcher de se heurter ou de se gêner les uns les autres. Comme chacun des tubes prolongateurs verticaux a son propre module de flottabilité respectif, chacun des tubes prolongateurs est à même de bouger indépendamment du bâti et des autres tubes prolongateurs, par exemple sous l'effet d'une dilatation thermique ou de la pression interne. Ces différences constituent de grands avantages industriels lorsqu'il s'agit d'installer et de mettre en service plusieurs tubes prolongateurs. Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de raccordement d'un tube prolongateur vertical de production à un support de surface, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) relier le tube prolongateur vertical de production à un moyen de flottabilité, au niveau de l'extrémité supérieure du tube prolongateur vertical de production, b) supporter le tube prolongateur vertical de production et le moyen de flottabilité à l'intérieur d'un bâti de support; c) relier le tube prolongateur de production à une caténaire de production au niveau du bâti de support; et d) relier la caténaire de production à un support de surface. Selon un troisième aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de raccordement de plusieurs tubes prolongateurs de production à un support de surface, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) mettre en place une ossature de support à un emplacement proche de plusieurs tubes prolongateurs verticaux; b) fixer un module de flottabilité respectif à chacun des différents tubes prolongateurs verticaux; c) lever chacun des différents tubes prolongateurs verticaux; d) relier chacun des différents tubes prolongateurs verticaux à l'ossature de support de façon que l'extrémité supérieure de chacun des différents tubes prolongateurs verticaux soit fixée à l'ossature de support; e) relier une caténaire de production respective à chacun des différents tubes prolongateurs verticaux au niveau de l'ossature de support; et f) relier chacune des différentes caténaires de production au support de surface. Dans des modes de réalisation préférés d'un système de production selon l'invention, on a recours notamment aux dispositions suivantes prises isolément ou en combinaison: - le bâti de support est fixé au fond de la mer par plusieurs amarres, - les différentes amarres sont fixées à plusieurs massifs de fondations d'amarres, - les différents tubes prolongateurs verticaux sont fixés à plusieurs massifs de fondations de tubes prolongateurs et les différentes fondations d'amarres sont séparées des différentes fondations de tubes prolongateurs, - le bâti de support comporte en outre un ou plusieurs moyens de flottabilité, - chacun des différents moyens de guidage comporte un entonnoir de guidage, - chacun des différents moyens de guidage comporte un moyen de serrage pour fixer chacun des différents tubes prolongateurs verticaux à un moyen de guidage respectif, - chacun des différents tubes prolongateurs verticaux est reçu dans le moyen de guidage respectif de façon que chacun des tubes prolongateurs verticaux puisse bouger librement dans une direction parallèle à l'axe du tube prolongateur. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 représente schématiquement un agencement selon la technique antérieure dans lequel deux SLORs sont reliés à un support de surface; la Fig. 2 représente schématiquement un agencement de plusieurs SLORs selon la présente invention; la Fig. 3 représente une vue latérale de l'illustration schématique d'un agencement de plusieurs SLORs selon la présente invention représenté sur la Fig. 2; et la Fig. 4 représente schématiquement le bâti du support représenté sur les figures 2 et 3. La Fig. 2 représente schématiquement un agencement 100 constitué de plusieurs SLORs selon la présente invention et la Fig. 3 représente une vue latérale de l'illustration schématique d'un agencement de plusieurs SLORs selon la présente invention représenté sur la Fig. 2. La Fig. 2 montre que l'agencement 100 comprend un support de surface 10, plusieurs tubes prolongateurs verticaux 20a, ..., 20f, reliés chacun au support de surface 10 par un tronçon respectif souple de caténaire 40a, .. . 40f d'une conduite flexible. Chacun des tubes prolongateurs est fixé au fond de la mer à l'aide d'une fondation respective 22a, ..., 22f Au lieu de l'unique module de flottabilité installé près de la surface, associé à chacun des tubes prolongateurs, qui est représenté sur la Fig. 1, les tubes prolongateurs sont supportés par un bâti de support léger 130 qui est ancré à des fondations au fond de la mer par l'intermédiaire de deux amarres 140 qui sont ancrées à des fondations 145 d'amarres. La Fig. 3 montre que les fondations respectives 22a,..., 22f des tubes prolongateurs sont décalées latéralement par rapport aux fondations 145 des amarres de façon qu'il n'y ait pas de gêne entre les tubes prolongateurs et les amarres. En service, le bâti du support 130 est installé avant les tubes prolongateurs et, de préférence, il a une flottabilité suffisante pour être auto-porteur, indépendamment des tubes prolongateurs (voir plus bas). Le bâti et ses fondations sont compacts et légers, aussi peuvent-ils être installés depuis un petit navire d'installation tel qu'un navire de manipulation d'ancres. Les tubes prolongateurs verticaux 20a, ..., 20f sont ensuite installés verticalement, de la manière habituelle, du côté extérieur du bâti, à l'aide d'un navire d'installation classique. Après le raccordement de chaque tube prolongateur 20a, ..., 20f à sa fondation respective 22a, ..., 22f au fond de la mer, un bidon associé 132a, ..., 132f (voir Fig. 4) est entièrement rempli d'air de façon que le tube prolongateur puisse être auto-porteur sans support de la part du navire d'installation en surface. Ensuite, l'ensemble supérieur de tube prolongateur est dévié latéralement pour se placer dans une zone de guidage du bâti du support. Cela peut se faire à l'aide d'un câble tendu depuis le navire d'installation, avec l'assistance d'une structure de guidage présente sur le bâti et à l'aide d'une assistance optique au moyen d'une caméra télécommandée. La Fig. 4 illustre schématiquement le bâti de support 130 une fois qu'il a été garni de plusieurs tubes prolongateurs 20. De préférence, le bâti de support comporte un certain nombre de régions de flottabilité 135 qui permettent au bâti d'être auto-porteur, indépendant des tubes prolongateurs et/ou d'un support de surface. Chacun des tubes prolongateurs verticaux 20a, ..., 20f est relié à un bidon d'air correspondant 132a, ..., 132f qui est ensuite reçu dans un guide 137 formé dans le bâti. Après la fixation de chaque tube prolongateur vertical dans le bâti de support, la caténaire 40a, ..., 40f qui relie le haut du tube prolongateur vertical au navire de production est installée et le tube prolongateur vertical peut être mis en service dans un but de production. Pour faciliter la réception sûre des tubes prolongateurs verticaux, chacun des guides 137 comporte un entonnoir, et un ensemble de serrage 139 à trappe pivotante sert à fixer l'ensemble supérieur du tube prolongateur dans le bâti de support. Le système de serrage à trappe pivotante comporte de préférence des roulements de type Orkot à demi- coussinets qui créent une interface à faibles frottements et permet la survenance d'un mouvement relatif entre le bâti de support et chaque tube prolongateur vertical individuel. Ce mouvement peut survenir du fait de fluctuations de température et de pression ainsi qu'à la suite d'un mouvement latéral du bâti de support résultant de dérives des courants et du support. Une fois raccordés au bâti de support, tous les tubes prolongateurs verticaux sont guidés et amenés à se déplacer conjointement et sans risques de collisions puisque le bâti de support maintient une séparation constante à la hauteur de guidage. Les dimensions du bâti de support peuvent être conçues pour convenir à chaque exploitation particulière, mais les installations typiques sont prévues pour jusqu'à six tubes prolongateurs verticaux. Dans ce cas, le bâti de support mesure environ 36 mètres de longueur sur 6 mètres de largeur. Il est entendu que le bâti de support peut recevoir un nombre plus grand ou plus petit de tubes prolongateurs verticaux et que, pour des bâtis de support recevant un nombre différents de tubes prolongateurs verticaux, le bâti de support peut très bien avoir des dimensions différentes. Pour le reste, la conception du tube prolongateur vertical et de la caténaire est celle d'un SLOR classique. La conception du bâti de support et du moyen de fixation permet une installation des tubes prolongateurs verticaux dans n'importe quel ordre et absorbe également tous les mouvements anticipés entre les différents tubes prolongateurs verticaux et le bâti de support par suite de conditions de fonctionnement normales et extrêmes. Un avantage supplémentaire du système est que les mouvements latéraux en haut de l'ensemble de tubes prolongateurs verticaux sont réduits en comparaison d'un SLOR classique en raison de l'interaction de la tension existant dans chacune des conduites individuelles et des amarres produisant un effet "d'arrimage". Cet effet permet que le bâti de support et les bidons d'air soient placés plus près de la surface de l'eau que ne le permettrait autrement un SLOR classique, ce qui simplifie donc l'accès à la bretelle de raccordement et l'installation de celle-ci et réduit sa longueur requise. En outre, le perfectionnement proposé ne fait pas perdre les avantages techniques théoriques et la rentabilité du concept de SLOR: faible sensibilité aux mouvements du support, grande résistance à la fatigue, aptitudes avant installation, faible charge utile du support et faibles efforts de traction et bonnes performances thermiques. Il est entendu que les références ci-dessus à des tubes prolongateurs verticaux ne constituent pas une limite géométrique mais définissent une différence fonctionnelle par rapport à un tube prolongateur en caténaire. En service, un tube prolongateur vertical définira un trajet vertical ou sensiblement vertical. REVENDICATIONS 1. Système de production, caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs tubes prolongateurs verticaux (20a,...,20f) ; plusieurs caténaires de production (40a,...,40f) plusieurs modules de flottabilité, chacun des différents modules de flottabilité étant relié à l'extrémité supérieure d'un tube respectif parmi les différents tubes prolongateurs verticaux; un bâti de support (130) comportant plusieurs moyens de guidage (137) destinés à recevoir chacun des différents tubes prolongateurs verticaux (20a,...,20f), chacun des différents tubes prolongateurs étant reçu dans un moyen de guidage respectif (137) ; chacun des différents tubes prolongateurs verticaux (20a,...,20f) étant relié à une extrémité inférieure respective d'une caténaire parmi les différentes caténaires de production (40a,...,40f) au niveau du bâti de support (130) ; et les extrémités supérieures de chacune des différentes caténaires de production (40a,...,40f) étant reliées à un support de surface (10). 2. Système de production selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bâti de support (130) est fixé au fond de la mer par plusieurs amarres (140). 3. Système de production selon la revendication 2, caractérisé en ce que les différentes amarres (140) sont fixées à plusieurs massifs de fondations (145) d'amarres. 4. Système de production selon la revendication 3, caractérisé en ce que les différents tubes prolongateurs 'verticaux (20a,...,20f) sont fixés à plusieurs massifs de fondations (22a,...,22f) de tubes prolongateurs et les différentes fondations (145) d'amarres sont séparées des différentes fondations (22a,...,22f) de tubes prolongateurs. 5. Système de production selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bâti de support (130) comporte en outre un ou plusieurs moyens de flottabilité (132a,...,132f). 6. Système de production selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des différents moyens de guidage (137) comporte un entonnoir de guidage. 7. Système de production selon la revendication 1 ou la revendication 6, caractérisé en ce que chacun des différents moyens de guidage (137) comporte un moyen de serrage (139) pour fixer chacun des différents tubes prolongateurs verticaux (20a,...,20f) à un moyen de guidage respectif. 8. Système de production selon l'une quelconque des revendications 1, 6 et 7, caractérisé en ce que chacun des différents tubes prolongateurs verticaux 5 (20a,...,20f) est reçu dans le moyen de guidage respectif (137) de façon que chacun des tubes prolongateurs verticaux puisse bouger librement dans une direction parallèle à l'axe du tube prolongateur. 9. Procédé de raccordement d'un tube prolongateur vertical de production (20a,...,20f) à un support de surface (10), le procédé étant caractérisé en 10 ce qu'il comprend les étapes consista=nt à : a) relier le tube prolongateur vertical de production (20a,...,20f) à un moyen de flottabilité (132a,...,132f) au niveau de l'extrémité supérieure du tube prolongateur vertical de production, b) supporter le tube prolongateur vertical de production et le moyen de flottabilité dans un bâti de support (130) ; c) relier le tube prolongateur de production (20a,...,20f) à une caténaire de production (40a,...,40f) au niveau du bâti de support (130) ; et d) relier la caténaire de production (40a,...,40f) à un support de surface (10). 10. Procédé de raccordement de plusieurs tubes prolongateurs de production (20a,...,20f) à un support de surface (10), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) mettre en place une ossature de support (130) à proximité de plusieurs tubes prolongateurs verticaux (20a,...,20f) ; b) fixer un module de flottabilité respectif (132a,...,132f) à chacun des différents tubes prolongateurs verticaux; c) lever chacun des différents tubes prolongateurs verticaux; d) relier chacun des différents tubes prolongateurs verticaux à l'ossature de support afin que l'extrémité supérieure de chacun des différents tubes prolongateurs verticaux soit fixée à l'ossature de support; e) relier une caténaire de production respective (40a,...,40f) à chacun des différents tubes prolongateurs verticaux au niveau de l'ossature de support; et f) relier chacune des différentes caténaires de production au support de surface. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'ossature de support (130) est amarrée à proximité des différents tubes prolongateurs verticaux.