Brevet FR2984396A1 — publié le 20130621

INSTALLATION DE TRANSFERT DE FLUIDES ENTRE UNE TETE DE PUITS AU FOND DE L'EAU ET UNE STRUCTURE DE SURFACE [00011 La présente invention concerne une installation de transfert de fluides entre une tête de puits située au fond de l'eau et une structure de surface décalée horizontalement par rapport à la tête de puits. [0002] Dans la production d'hydrocarbures offshore, une plate-forme est généralement mise en place en surface au-dessus ou à proximité d'une ou plusieurs têtes de puits installées au fond de l'eau. Des canalisations entre la tête de puits et la plate-forme assurent les transferts de fluides requis, notamment pour l'injection d'eau et la remontée des hydrocarbures. [0003] Il arrive que des puits satellites soient forés à distance des puits principaux, par exemple à quelques kilomètres ou dizaines de kilomètres, pour l'exploitation du même gisement ou d'un gisement voisin. Les systèmes de canalisations à mettre en place doivent alors comporter des lignes suivant un long trajet horizontal. En général, ce trajet horizontal s'effectue au fond de l'eau. La mise en place de lignes de fond, par des profondeurs pouvant être de plusieurs milliers de mètres, requiert des travaux de grande complexité. Le relief présent au fond de l'eau ou l'instabilité du terrain peut empêcher la pose de telles lignes, ou requérir des détours ou la construction d'ouvrages sous-marins pour enjamber des obstacles, par exemple selon WO 2004/068014 A1. [0004] Un but de l'invention est de proposer une solution alternative pour les transferts de fluides entre une tête de puits situé au fond de l'eau et une structure de surface telle qu'une plate-forme offshore ou un navire. [0005] Il est ainsi proposé une installation de transfert de fluides entre une tête de puits située au fond de l'eau et une structure de surface décalée horizontalement par rapport à la tête de puits. L'installation comprend: - un premier tronçon de canalisation placé dans une plage de profondeur intermédiaire entre le fond de l'eau et la surface et parcourant une majeure partie de la distance entre la tête de puits et la structure de surface, le premier tronçon de canalisation comportant un corps de flottaison -2 s'étendant le long du premier tronçon avec au moins un conduit de transfert de fluide; - un second tronçon de canalisation relié à une première extrémité du premier tronçon et communiquant avec la tête de puits; - un troisième tronçon de canalisation relié à une seconde extrémité du premier tronçon et communiquant avec la structure de surface; et - un système de contrôle de positionnement pour maintenir en place le premier tronçon de canalisation dans ladite plage de profondeur. [0006] Le trajet horizontal entre la tête de puits et la structure de surface est, pour l'essentiel, accompli par le premier tronçon de canalisation qui constitue une ligne maintenue en place entre deux eaux par le système de contrôle de positionnement. Elle peut être réalisée de façon à être sensiblement rectiligne, évitant les gênes liées au relief situé au fond de l'eau. Sa profondeur est typiquement une à quelques centaines de mètres pour éviter les effets mécaniques de la houle. On évite ainsi que les fluides circulant selon le trajet horizontal soient soumis à des températures aussi basses que si la ligne était située au fond de l'eau, par exemple à quelques milliers de mètres de profondeur. On peut réaliser cette ligne sans avoir nécessairement à l'équiper d'un système de chauffage. [0007] Selon un mode de réalisation, le système de contrôle de positionnement comporte au moins un câble, de préférence un ou plusieurs tendons composites, agencé pour supporter le premier tronçon de canalisation sur la longueur de celui-ci, et mis en tension à ses deux extrémités. [0008] Pour la mise en tension du câble, le système de contrôle de positionnement peut comporter un dispositif de traction à chaque extrémité du câble, lequel dispositif de traction comprend au moins une fondation au fond de l'eau, une amarre entre cette fondation et ladite extrémité du câble, et au moins une bouée reliée à ladite extrémité du câble. Deux fondations appartenant respectivement aux deux dispositifs de traction ont entre elles une distance supérieure à la longueur du câble, de sorte que la force résultant de la poussée vers le haut de la bouée et de la réaction de l'amarre tire le câble pour le mettre -3 en tension. [0009] Lorsque la distance à parcourir est relativement importante, on peut prévoir que le système de contrôle de positionnement comporte plusieurs unités de soutien espacées le long du premier tronçon de canalisation. En particulier, chaque unité de soutien connectée au premier tronçon de canalisation peut comprendre une bouée et au moins une fondation placée au fond de l'eau et reliée à la bouée. Pour faciliter la mise en place de l'ensemble, le premier tronçon de canalisation peut venir s'attacher sur la face supérieure de la bouée de l'unité de soutien. [0010] D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma en perspective d'un exemple d'installation de transfert de fluides selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en élévation d'un exemple d'installation selon invention; - la figure 3 est un schéma en coupe transversale d'un tronçon de canalisation horizontal utilisable dans une installation selon invention; - la figure 4 est un schéma en perspective montrant des bouées qui soutiennent un tronçon de canalisation horizontal selon un mode de réalisation; et - les figures 5 à 8 sont des schémas illustrant la mise en place de composants d'une installation selon l'invention. [0011 ] La figure 1 montre schématiquement des équipements 10 situés au fond de l'eau pour l'exploitation d'un puits satellite servant à la production d'hydrocarbures. Ces équipements 10 comprennent une tête de puits 11 et divers systèmes de traitement, de pompage, de contrôle, etc. S'il y a plusieurs puits satellites voisins les uns des autres, les équipements 10 peuvent comprendre en outre un manifold pour collecter les fluides remontant des différents puits et répartir les fluides à y injecter. - 4 - [0012] Les équipements 10 sont situées à distance d'une structure de surface 20 telle que par exemple une plate-forme flottante de production, de stockage et de déchargement (FPSO, "Floating Production, Storage and Offloading"). Le FPSO 20 est typiquement situé au-dessus ou à faible distance d'un ou plusieurs puits principaux non représentés sur la figure 1. En revanche, les installations 10 mises en place pour l'exploitation de puits satellites ont par rapport au FPSO 20 une distance pouvant être supérieure à 1 km, par exemple de 10 à 30 km. [0013] Pour les transferts de fluides entre la tête de puits 11 et le FPSO 20, une installation selon l'invention comporte une ligne sensiblement horizontale 30 constituant un premier tronçon de canalisation. Cette ligne 30 est appelée ci- après "ligne horizontale" parce qu'elle parcourt la plus grande partie de la distance (plus d'un kilomètre, par exemple 10, 20 ou 30 km). Toutefois, on comprendra qu'elle peut présenter une certaine pente. Elle est maintenue en position par un système décrit ci-après afin de rester dans une plage de profondeurs prédéfinie pouvant être par exemple de 100 à 200 m. [0014] Du côté de la tête de puits 11, un riser 40 constituant un second tronçon de canalisation est relié à l'extrémité de la ligne horizontale 30. Le riser 40 assure typiquement le transfert des fluides sur la plus grande partie de la profondeur de la mer. Il communique avec la tête de puits 11 pour échanger les fluides requis, notamment l'eau injectée dans le puits et l'huile récupérée du puits. [0015] Entre le FPSO 20 et la ligne horizontale 30, un troisième tronçon de canalisation 50 est mis en place. Ce tronçon 50 est relié à l'extrémité de la ligne 30 qu'il fait communiquer avec les équipements appropriés du FPSO 20. [0016] La figure 2 montre l'installation de transfert de fluides en vue latérale, de manière schématique. Le repère 15 désigne le fond de la mer, tandis que le repère 25 désigne le niveau de la surface. La figure montre les principaux éléments du système de contrôle de positionnement qui maintient la ligne 30 à sa position prescrite dans la plage de profondeurs fixée. [0017] Le système de contrôle de positionnement comporte notamment un câble 60 mis en tension à ses deux extrémités, de part et d'autre de la ligne horizontale 30. Ce câble 60 supporte la ligne horizontale 30 pour la maintenir 2 9843 96 - 5 - sensiblement rectiligne selon son trajet prescrit. [0018] À chaque extrémité du câble 60, un dispositif de traction est installé pour mettre en tension le câble. Ce dispositif comprend une ou plusieurs fondations 62 ancrées au fond de la mer. Des ancres à succion, couramment 5 employées dans les techniques offshore peuvent être utilisées pour réaliser les fondations 62. Chaque fondation 62 est reliée à une amarre 63 dont l'extrémité supérieure est attachée au câble 60. Le dispositif de traction comporte en outre une ou plusieurs bouées immergées 64 également reliées à l'extrémité du câble 60. Chaque bouée 64 peut consister en un réservoir d'acier rempli d'air. Elle 10 exerce sur le câble 60 une force ascendante, tandis que chaque amarre 63 reliée à une fondation 62 exerce une réaction vers le bas, avec un angle par rapport à la verticale dû au fait que les fondations 62 appartenant respectivement aux deux dispositifs de traction ont entre elles une distance supérieure longueur du câble 60. Ainsi, la force résultante est une force horizontale qui tire le câble 60 à 15 chacune de ses deux extrémités. Le nombre de fondations 62 et le volume interne des bouées 64 sont choisis pour obtenir la tension désirée du câble 60. [0019] Le câble 60 est avantageusement réalisé en un matériau léger non métallique. Il peut notamment consister en un tendon composite à base de fibres de carbone. 20 [0020] Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la ligne 30 est réalisée en deux parties 30a, 30b, chaque partie constituant un ensemble dont la figure 3 montre une vue en coupe transversale. [0021] Chaque ensemble 30a, 30b comprend un tube 70 contenant les conduits de transfert de fluides requis, en l'occurrence un conduit de remontée 25 d'huile 71 et un conduit de descente d'eau d'injection 72. Les conduits 71, 72 sont logés à l'intérieur d'un corps en mousse 73 occupant la majeure partie de la section intérieure du tube 70. À sa partie supérieure, le corps en mousse 73 présente une gorge longitudinale 74 recevant le câble 60. À titre d'exemple, le diamètre extérieur de l'ensemble 30a, 30b, c'est-à-dire le diamètre extérieur du 30 tube 70, peut-être de l'ordre du mètre, tandis que le diamètre des conduits 71, 72 peut être de l'ordre de 20 cm. - 6 - [0022] La mousse du corps 73 est choisie pour sa faible densité et sa faible conductivité thermique (par exemple de l'ordre de 0,2 W/m.K). Il peut notamment s'agir d'une mousse polyuréthane. Le corps 73 constitue un corps de flottaison s'étendant tout au long de la ligne 30, dont la faible densité permet à l'ensemble 30a, 30b d'avoir une flottabilité positive, de sorte qu'il peut être remorqué du site d'assemblage au lieu où l'installation est mise en place. La faible densité de la mousse du corps 73 évite aussi que la ligne horizontale 30 ait un poids trop important lorsqu'en service ses conduits 71, 72 sont remplis d'huile et d'eau. La conductivité thermique relativement faible de la mousse évite que l'huile circulant dans le conduit 71 se refroidisse trop et perde ainsi ses propriétés d'écoulement. Pour renforcer cette isolation, on peut disposer autour de la conduite 71 une autre gaine 75 de matériau plus isolant thermiquement que la mousse du corps 73. L'ensemble 30a, 30b peut être conçu de façon à pouvoir être envahi d'eau, la mousse du corps 73 étant à cellules fermées. [0023] Les ensembles 30a, 30b peuvent être assemblés sur le rivage. Par exemple, on dispose d'abord la moitié inférieure 73a du corps en mousse 73 sur un support 76 présentant un plateau sur sa face supérieure. La moitié inférieure 73a comporte deux gorges semi-cylindriques dans lesquelles on vient disposer les conduits 71, 72, le conduit d'huile 71 ayant été préalablement enveloppé dans sa gaine isolante 75. On vient alors disposer la moitié supérieure 73b du corps en mousse 73, puis le tendon composite 60 dans la gorge 74. Le tendon composite 60 est réalisé à partir de bobines de fibres de carbone sur le site d'assemblage des ensembles 30a, 30b. Le tube 70 est mis en place autour de l'ensemble ainsi constitué pour compléter la réalisation de l'ensemble 30a, 30b. Celui-ci peut ensuite être remorqué jusqu'au site de l'installation. [0024] Revenant à la figure 2, le système de contrôle de positionnement de la ligne horizontale 30 comporte en outre, lorsque cette ligne 30 est de longueur relativement grande, une ou plusieurs unités de soutien constituées chacune d'une bouée immergée 80, d'une fondation 81 ancrée au fond de la mer et d'une amarre 82 reliant la bouée 80 à la fondation 81. Les fondations 81 peuvent à nouveau être des ancres à succion. Les bouées 80 sont par exemple réalisées à partir de blocs en mousse polyuréthane légère. -7 [0025] La figure 4 montre une constitution avantageuse des bouées 80 appartenant aux unités de soutien de la ligne 30. Dans cette réalisation, chaque bouée 80 présente sur sa face supérieure 83 un sillon 84 de largeur et de profondeur adaptées au diamètre de la ligne horizontale 30. Lors de la mise en place de la ligne 30, on vient la disposer dans les sillons 84 des bouées 80. La ligne horizontale 30 est ensuite maintenue dans le sillon 84 d'une bouée 80 au moyen de pattes de fixation 85. [0026] Le nombre d'unités de soutien 80-82 réparties le long de la ligne 30 est choisi selon la flexibilité de celle-ci. On a déterminé qu'un espacement de l'ordre de 2 km entre deux bouées successives 80 permettait de maîtriser suffisamment le positionnement de la ligne horizontale 30. [0027] À la jonction entre deux ensembles successifs 30a, 30b de la ligne horizontale 30, le tendon 60 demeure tendu, tandis que des flexibles 78 assurent le raccordement des conduits 71, 72. Une telle jonction est rendue nécessaire si la longueur de l'ensemble qu'on parvient à assembler sur le rivage disponible est insuffisante par rapport à la longueur prévue de la ligne 30. Par exemple, la longueur d'un ensemble 30a, 30b peut être limitée à 20 km et une ou plusieurs jonctions seront nécessaires si la ligne horizontale 30 fait plus de 20 km. [0028] Les figures 5 à 8 illustrent schématiquement la mise en place d'une installation selon l'invention. [0029] Dans un premier temps (figure 5), les fondations 62, 81 sont ancrées au fond de la mer 15, aux emplacements spécifiés le long du trajet prévu de la ligne horizontale 30. Elles sont reliées par les amarres respectives 63, 82 aux bouées immergées 64, 80. Chaque dispositif de traction à une extrémité du câble 60 étant composé de plusieurs bouées 64 et plusieurs fondations 62, les extrémités supérieures des amarres 63 sont reliées entre elles par des liens 85 qui permettent d'espacer les bouées 64. Pour incliner le dispositif de traction vers l'emplacement de la ligne 30, un lest 86 (ou une autre fondation) est disposé au fond de l'eau et relié par une amarre temporaire 87. [0030] Pendant ce temps, les ensembles 30a, 30b composant la ligne horizontale 30 sont fabriqués sur le rivage comme mentionné ci-dessus. Une fois - 8 - que le premier ensemble 30a est terminé, il est remorqué sur le site maritime de l'installation. On fait alors descendre une extrémité de cet ensemble 30a et on attache le câble composite 60 qu'il contient à l'un des dispositifs de traction, représenté sur la partie droite de la figure 6, au point de connexion 90. On peut éventuellement attacher l'ensemble 30a à certaines des bouées 80 des unités de soutien du côté de cette extrémité. Toutefois, on maintient l'extrémité opposée de l'ensemble 30a en surface. [0031] L'autre ensemble 30b est alors remorqué sur le site. Le câble composite 60 qu'il contient et attaché à celui de l'ensemble 30a à son extrémité restée en surface au moyen d'un coupleur approprié 92 (figure 7). Tant que la zone de jonction des deux ensembles 30a, 30b reste en surface, on installe également les flexibles 78 qui font communiquer les conduits 71,72 des deux ensembles. [0032] La ligne 30 ainsi assemblée peut alors être descendue vers les unités de soutien, et fixée sur les faces supérieures des bouées 80, comme représenté sur la figure 8. Finalement, l'extrémité du deuxième ensemble 30b est mise en place, et le câble composite 60 qu'il contient est attaché au dispositif de traction représenté sur la partie gauche de la figure. À ce stade, les amarres temporaires 87 peuvent être déconnectées, ce qui transfère sur le câble composite 60 la tension exercée par les deux dispositifs de traction. [0033] On peut alors à mettre en place le riser 40 et le connecter aux conduits 71, 72. De même, du côté FPSO, l'autre tronçon de canalisation 50 est mis en place et raccordé aux deux conduits 71, 72. [0034] Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont des illustrations de la présente invention. Diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention qui ressort des revendications annexées. REVENDICATIONS1. Installation de transfert de fluides entre une tête de puits (11) située au fond de l'eau et une structure de surface (20) décalée horizontalement par rapport à la tête de puits, l'installation comprenant: - un premier tronçon de canalisation (30) placé dans une plage de profondeur intermédiaire entre le fond de l'eau et la surface et parcourant une majeure partie de la distance entre la tête de puits et la structure de surface, le premier tronçon de canalisation comportant un corps de flottaison (73) s'étendant le long du premier tronçon avec au moins un conduit de transfert de fluide (71, 72); - un second tronçon de canalisation (40) relié à une première extrémité du premier tronçon et communiquant avec la tête de puits; - un troisième tronçon de canalisation (50) relié à une seconde extrémité du premier tronçon et communiquant avec la structure de surface; et - un système de contrôle de positionnement (60, 62-64, 80-82) pour maintenir en place le premier tronçon de canalisation dans ladite plage de profondeur. 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le corps de flottaison (73) est réalisé en mousse thermiquement isolante. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de contrôle de positionnement comporte au moins un câble (60) agencé pour supporter le premier tronçon de canalisation (30) sur la longueur de celui-ci, et mis en tension à ses deux extrémités. 4. Installation selon la revendication 3, dans laquelle le système de contrôle de positionnement comporte un dispositif de traction à chaque extrémité du câble (60), lequel dispositif de traction comprend au moins une fondation (62) au fond de l'eau, une amarre (63) entre ladite fondation et ladite extrémité du câble, et au moins une bouée (64) reliée à ladite extrémité du câble, et dans-10- laquelle deux fondations appartenant respectivement aux deux dispositifs de traction ont entre elles une distance supérieure à la longueur du câble. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans laquelle le câble (60) comporte au moins un tendon composite. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle le premier tronçon de canalisation (30) comprend un tube (70) à l'intérieur duquel s'étendent le câble (60), le corps de flottaison (73) et chaque conduit de transfert de fluide (71, 72). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de contrôle de positionnement comporte plusieurs unités de soutien (80-82) espacées le long du premier tronçon de canalisation (30). 8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle chaque unité de soutien connectée au premier tronçon de canalisation comprend une bouée (80) et au moins une fondation (81) au fond de l'eau, reliée à ladite bouée. 9. Installation selon la revendication 8, dans laquelle la bouée (80) d'une unité de soutien a sa face supérieure (83) attachée au premier tronçon de canalisation (30). 10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier tronçon de canalisation (30) s'étend sur une majeure partie d'une distance de plus d'un kilomètre entre la tête de puits (11) et la structure de surface (20).